WO1989010233A1 - Appareil de decoupe par faisceau laser d'un materiau en feuille ou en plaque - Google Patents

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WO1989010233A1
WO1989010233A1 PCT/FR1989/000188 FR8900188W WO8910233A1 WO 1989010233 A1 WO1989010233 A1 WO 1989010233A1 FR 8900188 W FR8900188 W FR 8900188W WO 8910233 A1 WO8910233 A1 WO 8910233A1
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WO
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cutting
nozzle
sheet material
target point
laser beam
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PCT/FR1989/000188
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Inventor
Georges Jean Amaury
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Societe Nouvelle Meca S.A.R.L.
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Publication date
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    • C14—SKINS; HIDES; PELTS; LEATHER
    • C14B—MECHANICAL TREATMENT OR PROCESSING OF SKINS, HIDES OR LEATHER IN GENERAL; PELT-SHEARING MACHINES; INTESTINE-SPLITTING MACHINES
    • C14B5/00—Clicking, perforating, or cutting leather
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
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    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
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    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
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    • B26D7/01—Means for holding or positioning work
    • B26D7/015—Means for holding or positioning work for sheet material or piles of sheets
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    • B26D7/01—Means for holding or positioning work
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    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/20—Cutting beds

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for cutting by laser beam a sheet or plate material.
  • the invention is particularly advantageous for cutting thin and flexible materials (very light skins, for example) or a little thick but whose surface is warped (for example crumpled leathers ), or materials with localized defects (typically, leathers); nevertheless, the invention is in no way limited to the cutting of materials of this type, and it has proven to be particularly effective for materials as varied as cardboard, fibro ⁇ cement, plastics, etc. .
  • laser beam cutting devices have had a structure of the type illustrated in FIG. 1.
  • a fixed table 10 has in the central part a cutting plate 11 receiving one or more pieces 12 of the material to be cut, spread out on this cutting plate.
  • the cutting plate must be a perforated plate connected to a suction pump making it possible to press the piece of material against the cutting plate by suction, by unraveling this part so as to make it perfectly flat.
  • the apparatus also comprises a first mobile element 20, which can sweep the table over its entire width, in a direction X, and a second mobile element 30 which can sweep the table over its entire length, in a direction Y perpendicular to the direction X. These elements slide on respective rails 14, 14 and 15, 15 rigidly mounted on the table at the periphery of the cutting plate.
  • the assembly also includes a power laser 40, for example a C0 2 laser, mounted at a fixed station on the table 10 and receiving its energy from a power supply 41, also mounted at a fixed station on the table or in the vicinity of that -this.
  • a power laser 40 for example a C0 2 laser
  • This laser fires in the direction of a first fixed mirror 13 which returns the laser beam to a second mirror 21, carried by the movable element 20 and therefore movable relative to the first mirror 13.
  • the beam thus reflected twice finally strikes a third mirror 31, carried by the movable element 30 and inclined at 45 ° so as to return the laser beam vertically downwards, which until now has been propagating in a horizontal plane .
  • the laser beam thus reflected three times strikes, a few centimeters below the mirror 31, the sheet material 12 at a target point which will depend on the position of the two mobile elements 20 and 30.
  • the localized heating will immediately volatilize the material, thus performing its cutting.
  • the drive motors X and Y of the movable elements 20 and 30 are controlled by a computer 50, which also controls the power supply 41 so as to interrupt or restore the firing of the laser beam according to the desired cut.
  • This computer 50 is itself controlled by a cutting program previously stored, for example on a tape 51, after a programmer has determined, by means of an appropriate CAD / CAM system, the contours of the parts to be cut and their positioning on the sheet of material to be cut, all of this information being of course entirely digitized to allow cutting.
  • This device structure has a number of drawbacks.
  • the path of the laser beam from the exit of the laser tube 40 to the target point can vary in significant proportions depending on the position - of the mirrors 21 and 31, the length of this path possibly go from a few decimeters for a target point located at the top left in the figure, up to several meters for a target point located at the bottom right (the dimensions of a cutting board are typically 1.5 m wide by 2.5 to 3 m long). It will result in an impossibility of focusing so optimal the laser beam for all cutting positions, because if the focusing is ensured for example in the center of the table, we will observe a progressive defocusing of the beam at the target point as we move away from this center , due to the corresponding increase or decrease in the length of the laser beam path.
  • the mirrors 21 and 31 are mobile mirrors, therefore subject to various mechanical games and system vibrations, which cause an additional defocusing of the laser beam and, in any event, limit the maximum cutting speed allowed. by such a device.
  • a second series of drawbacks of this type of device relates to the rigorous safety measures that must be taken due to the use of a power laser: indeed, for obvious safety reasons, it must be absolutely impossible for a user to inadvertently pass his hand through the path of the laser beam, or even for an object (cloth, etc.) to come into it.
  • the region between this mirror 31 and the cutting plate that is to say the region (which may have a clear height of several hundred meters) where the laser beam propagates vertically towards the cutting plate before striking the material, remains an excessively dangerous area, so that the whole system is generally enclosed in a protective casing 60 preventing any access to the cutting plate during the laser operating phases.
  • a third drawback is due to the fumes produced when the material is cut: the fact that, as we have seen above, the path of the laser beam is a free jet over a long length, it is absolutely necessary to avoid let the fumes obscure the beam. This drawback is all the more accentuated as the path of the beam is long and that, for safety reasons, a containment enclosure for the cutting plate has been provided. It is then necessary to provide powerful smoke extraction means 61 to ensure vigorous ventilation of the interior volume of the casing 60 and also ensure satisfactory cooling of this volume (due to the problems of rapid heating in this closed volume).
  • the prior digitization of the shapes to be cut is a long and complex operation, which is hardly envi ⁇ able except for large series of cutting of identical parts on sheets of material having substantially always the same dimensions; moreover, this digitization operation requires an operator with a sufficiently high qualification level so that he can program and correctly handle the computer and its CAD / CAM software ensuring this digitization.
  • One of the aims of the present invention is to propose a structure for a laser beam cutting device which eliminates all of the aforementioned drawbacks.
  • the invention aims to achieve a device structure: - providing a very short path and constant length between the laser tube and the target point, thus avoiding all the problems of defocusing the beam and the problems associated with path of propagation of the laser beam in free space (security, darkening by fumes), - '- avoiding the need for an external casing while preventing the laser beam from being seen over the whole of its path to the target point, which provides total security,
  • the simplification of the structure of the device makes it possible to ensure increased robustness and above all to reduce the manufacturing cost in very significant proportions.
  • the present invention provides a laser beam cutting device comprising:
  • a crew also placed above the fixed and movable table relative to the latter in a second direction of translation, perpendicular to the first,
  • a cutting head cooperating with the carriage and the crew and comprising optical means for focusing and projecting the laser beam vertically at a target point of the material spread on the cutting plate,
  • Control means actuating the respective motors for moving the carriage and the crew so as to cause the target point to describe a predetermined cutting trajectory
  • the lower part of the cutting head is produced in the form of a closed volume closed at its lower end by a nozzle which is applied against the sheet material, in contact with it.
  • this nozzle having, in line with the target point, an axial orifice traversed by the laser beam in the direction of this target point, said closed volume being connected to a pressure source so as to produce, simultaneously when cutting the sheet material at the target point, the ejection by the nozzle of a pressurized fluid at this same location so that this ejection of fluid achieves a suction of the sheet material against the cutting head.
  • the outer surface, facing the sheet material, of the nozzle is a convex surface; the nozzle preferably having a shape of revolution, the convex surface is then substantially spherical, its radius of curvature advantageously being between one and three times the radius of the nozzle;
  • the nozzle at least in the region of its outer surface facing the sheet material, is produced in the form of a solid piece of a material with high thermal conductivity;
  • the diameter of the axial orifice is between 1 and 4 mm;
  • the internal wall of the orifice upstream of the outlet thereof, forms a convergent, and the outer surface, facing the sheet material, of the nozzle comprises a plurality of regularly distributed radial ridges whose profile, in a radial plane, is a divergent profile;
  • the nozzle is movable in vertical translation relative to at the lower part of the cutting head, the connection between these two elements comprising a spring for compensating the mass of the nozzle;
  • the surface of the cutting plate on which the sheet material rests comprises a plate whose material and / or structure have on the one hand a high coefficient of friction compared to the sheet material and on the other hand a plate whose material and / or structure have a low heat capacity.
  • This plate of the cutting plate can in particular have for this purpose a honeycomb structure;
  • the table is divided into two zones of substantially identical dimensions, with a cutting zone receiving the spread sheet material and a reference zone receiving at least one template for cutting this material, these two zones being arranged so that the cutting means travel through the cutting area while the read head travels through the reference area, and
  • Control means comprising means for following the trajectory controlling, as a function of the signals received from the read head, the respective displacement motors of the carriage and of the crew so as to follow the outline of a template on the reference area, this monitoring of the outline of the template producing a correlative displacement of the cutting means along the same outline, and
  • a movable transfer glass is also provided above the table between a first position where it covers the cutting area, an operator being able, after having previously spread the sheet material on the table, to deposit or trace on this glass the template (s) according to the dimensions of the material and the location of its possible defects which it can identify by transparency through the glass, and a second position where it covers the reference area by clearing the cutting area, the cutting head can then cut the sheet material by postponing following the template (s) previously deposited on the transfer glass, the interval between the two positions being identical to that between the cutting head and the read head on the page.
  • the apparatus further comprises means for prior recognition of the positions and shapes of the templates present on the cutting area, the information collected during this prior step then being used as control parameters of the path following means.
  • - Figure 1 is a plan view of a structure of the cutting apparatus of the prior art
  • - Figure 2 is a plan view, taken along the line
  • FIG. 3 is a longitudinal section, along the line m-i ⁇ in FIG. 2, of this same device, - FIG. 4 shows the detail, marked IV in FIG. 3, of the lower part of the cutting head,
  • FIG. 5 is a sectional view, along the line VV of Figure 6, of the nozzle of the lower part of the cutting head illustrated in Figure 4, ' - Figure 6 is a bottom view of this same nozzle, taken along line VI-VI of Figure 5, and
  • Figures 7 to 10 are schematic views, homolo ⁇ gues of Figure 3, illustrating the operating mode of the apparatus of the present invention.
  • Figures 2 and 3 are general views of the cutting apparatus of the present invention, installed on a fixed table 100 having a cutting plate 110 receiving the sheet material to be cut.
  • This table 100 receives a support carriage 200 sliding on longitudinal rails 130 and driven along these rails by motors 210.
  • This support trolley 200 itself receives a mobile assembly 300 which can be moved on rails 220 of the support trolley in a direction Y perpendicular to the direction X of movement of the support trolley relative to the fixed table 100; the moving element 300 is driven along the rails 220 by motors 310.
  • the crew 300 will be able to sweep the entire surface of the cutting table 110.
  • This equipment 300 carries at one of its ends a read head 400 and at the opposite end a cutting head 500.
  • the cutting plate 110 is divided into two zones of substantially identical sizes, namely a cutting zone 110a which occupies the right half of the table in FIG. 3, and a reference zone 110b which occupies the left half of Table.
  • These two zones 110a and 110b, which do not overlap, are spaced apart by a distance D 2 equal to the distance D x (FIG. 2) separating, on the movable assembly, the read head 400 from the cutting head 500 , so that the cutting head 500 can be made to traverse a trajectory identical to that of the read head 400, the read head 400 scanning the area 110b following the same trajectory as the cutting head 500 scanning the zone 110a.
  • the device also has a transfer glass
  • this transfer glass has a size slightly greater than each of the two zones 110a or 110b, so that it is possible to completely cover either one or the other of these zones according to the position at which it was made to slide (for example, in FIG. 2, the transfer glass covers the reference area 110b).
  • this transfer glass and the manner in which it allows the copying onto the sheet material 120 of a template 710 placed on the glass so as to cut from it. material a part 150 of identical shape to the template.
  • the crew 300 As far as the crew 300 is concerned, it carries - in a characteristic manner of the present invention - all of the organs for producing, deflecting and focusing the laser beam.
  • the equi ⁇ page carries the laser tube 600.
  • the laser tube chosen must be of a model which is sufficiently light and resistant to be able to be carried on the mobile assembly 300 and resist to the vibrations generated by its movements.
  • C0 2 laser having the structure described in FR-A-2 577 076, which meets these various constraints.
  • the power of the laser can be for example of the order of 100, which typically allows an average cutting speed of the order of 3 to 4 m / min for standard leathers of thickness 2 to 3 mm.
  • the laser beam produced by the tube 600 is then reflected downwards in a vertical direction by a mirror 510, then focused by a lens 520 before striking the material to be cut 120.
  • the path of the laser beam is both very short and of constant length - which avoids any defocusing problem as in the structure of Figure 1 -, and remains confined inside of the housing of the cutting head 500 - which avoids obscuring by the fumes and provides security which has no comparison with that of the cutting apparatus in FIG. 1.
  • the crew 300 also carries, on the side of the read head 400, a sensor 410, which forms the read head properly 11
  • the signals delivered by this sensor 410 are transmitted to a decoder circuit 420 which will determine the deviation of the read head from the edge or the line to be followed and deliver control signals to a control unit 430 ensuring the appropriate control.
  • motors X and Y (motors 310 and 210) so as to maintain the read head on the edge or the line and to advance it along this edge or this line with a given curvilinear speed, determined according to the material and the contour to be cut, as is well known in the art.
  • the control circuit 430 also controls the laser 600 so as to interrupt the production of the laser beam at the appropriate times, for example when moving from cutting a closed contour to that of another closed contour.
  • the circuit 420 and / or the circuit 430 can be circuits on board the crew 300 or else circuits installed at a fixed station near the table, in particular in the case where the functions of these circuits are executed by a microcomputer .
  • the lower part 530 of the cutting head 500 is shown in more detail, which carries a telescopic element 540 terminated at its lower end by a nozzle 550.
  • Element 540 is mounted on the lower part 530 of the cutting head by means of a compensation spring
  • the element 540 is provided with an axial duct 541 communicating with a lateral tube 543 itself connected, by the intermediary of a flexible tube 544, to a pressure source, for example a compressor providing a overpressure of the order of 5 to 10 bars relative to atmospheric pressure.
  • a pressure source for example a compressor providing a overpressure of the order of 5 to 10 bars relative to atmospheric pressure.
  • the outlet 545 in the lower part of the conduit 541 communicates with the interior volume of the nozzle proper 550, fixed to the element 540 by screws 546 so that the entire volume communicating with the tube 543 is a closed volume, with the exception of the central orifice 552 of the nozzle; the pressurized air supplied by the tube 543 will therefore essentially be used for blowing through the nozzle 550 (incidentally, the pressurized air may also be used for cooling the focusing lens 520, by providing suitable air circulation around of it).
  • the nozzle 550 shown in isolation in FIGS. 5 and 6, is for example a massive piece of revolution in pure copper (due to the excellent thermal properties of this material), in which a cavity 551 communicating with the outside has been machined.
  • an axial orifice 552 whose diameter is between 1 and 4 mm, values ensuring ejection of the pressurized air at a sufficiently high speed, while letting the laser beam pass (whose diameter is of the order of 0, 1 mm) with a sufficient ⁇ sarge to absorb the possible mechanical and or optical misalignments of the laser beam relative to the axis of the nozzle.
  • the channel 553 downstream of the orifice 552 places the latter in communication with the cavity 551, and it is preferably produced in the form of a convergent, so as to produce an acceleration of the pressurized air to be ejected while maintaining a laminar flow regime for it.
  • a counterbore 554 of shallow depth is provided at the outer periphery of the ori ⁇ fice 552 , so as to avoid the presence of 'a sharp edge in contact with the sheet material which will come into contact with the nozzle at this location.
  • the external surface 555 of the nozzle is a convex surface, preferably substantially spherical and with a radius of curvature preferably between one and three times the radius of the nozzle 550.
  • This spherical surface 555 is provided with a plurality of ridges radial 556, for example four in number as illustrated, these grooves having, in a radial plane, a divergent profile as illustrated in FIG. 5. Thanks to this nozzle structure, a system is formed converging / diverging constituted respectively by the converging passage 553 upstream of the opening 552 and the radial grooves 556 downstream of this same opening.
  • the cutting precision is maximum, since the sheet material is sucked up and relaxes at the cutting point, which is located very precisely at the outlet of the orifice 552 even in the case of a sheet material which does not spread under the effect of its own weight,
  • the sheet material is in contact with the convex surface 555 over a relatively large extent around the cutting point, which makes it possible to avoid any significant heating of the material in this region thanks to the heat drain effect provided by the massive copper piece which constitutes the nozzle 550,
  • the surface of the cutting table is preferably chosen for the surface of the cutting table an aluminum plate 110 having a honeycomb structure.
  • Such a structure despite its relative fragility, in fact offers a triple advantage here.
  • the fan 170 has the function only of discharging the fumes produced locally by the head, without any suction effect of the material (on the contrary, the suction effect is here achieved by the nozzle 550 which sucks the sheet material up, while the suction tables of the prior art suck the sheet material down, against the table; too strong suction by the ventila ⁇ tor 170 would even counteract the suction effect of the nozzle and prevent its correct operation).
  • the thermal effect of a honeycomb, especially when it is made of aluminum, is practically zero, so that the laser beam produces no localized heating of the cutting plate, unlike the tables.
  • cutting aspi ⁇ rantes of the prior art which essentially comprise a massive plate of perforated aluminum, but whose perforations are of small diameter in order to allow correct suction of the sheet material against the cutting table; on the contrary, with the structure of the present invention, since the cutting table is not a suction table the openings can be as wide as possible without any detrimental effect (on the contrary, the wider the openings, the better the suction and weaker will be the thermal capacity of the cutting deck).
  • the honeycomb structure offers the important advantage of having a very high coefficient of friction compared to all more or less flexible sheet materials (leather, fabric, etc.), which prevents the piece of material slide on the cutting deck despite the slight ripple effect that could cause the cutting head and its nozzle to move.
  • the invention is opposed to the cutting tables of the prior art comprising a perforated aluminum plate, for which the smooth surface of the plate makes it necessary to fix the piece of sheet material on the table by an appropriate means. to prevent it from moving during cutting.
  • the honeycomb structure thus provides a "self-locking" effect.
  • FIGS 7 to 10 illustrate the procedure of the cutting apparatus of the present invention.
  • the assembly 300 and the transfer glass are pushed back to their respective extreme position illustrated, so as to completely release the cutting area 110a, on which the operator then deposits the sheet material 120 to cut.
  • the operator can then (FIG. 9) deposit the templates 710 on the transfer glass 700, seeing by transparency the piece of sheet material 120 with its external outline and its possible defects; thus, he can arrange to place the different templates so as to make the best use of the available surface, while avoiding depositing templates where the sheet material has defects (typical case of leathers).
  • the read head contrast reader will then operate line tracking reader and no longer an edge tracking reader.
  • the transfer glass 700 on which all the templates 710 have been placed is moved from the cutting area 110a to the reference area 110b by a translation of amplitude D2, distance equal to the distance Dl separating the cutting head and the read head on the crew 300 (FIG. 2).
  • the reference area 110b is then entirely covered by the transfer glass 700, the cutting area 110a now being cleared.
  • the crew 300 is then moved to the right so that the cutting head 500 comes to be positioned just above the piece of sheet material 120, the read head 400 simultaneously being positioned above the templates 710 placed on the transfer glass. Cutting can then start, the read head
  • the cutting is done by direct copying of the position of the templates, with great precision and without the need to digitize the shapes to be cut beforehand.
  • a preliminary step of recognizing the templates 710 present on the cutting zone after the transfer glass has been placed above the reference zone we locate and store, for example by a rapid scan of the reference area by the read head, the positions and the respective shapes of each of the templates.
  • the information collected and stored during this preliminary stage is then used as parameters for controlling the trajectory tracking means throughout the stage. subsequent cutting, so as to know where to start the cutting of a first piece, plan the passages where it will be necessary to modify the speed of travel (cusps, complex shapes, ...), ensure the transfer of the read head to the next part after each part cutting, etc.

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Abstract

Cet appareil de découpe, notamment de découpe du cuir ou d'autres matériaux souples et/ou présentant des défauts localisés, comprend: une table fixe avec un plateau de découpe (110) recevant le matériau en feuille (120) étalé; un chariot support, disposé au-dessus de la table fixe et mobile par rapport à celle-ci suivant une première direction de translation; un équipage, disposé également au-dessus de la table fixe et mobile par rapport à celle-ci suivant une seconde direction de translation, perpendiculaire à la première; des moyens pour produire un faisceau laser de puissance; une tête de découpe, coopérant avec le chariot et l'équipage et comprenant des moyens optiques pour focaliser et projeter verticalement le faisceau laser en un point cible du matériau étalé sur le plateau de découpe; et des moyens de commande, actionnant les moteurs respectifs de déplacement du chariot et de l'équipage de manière à faire décrire au point cible une trajectoire de découpe prédéterminée. Selon l'invention, la partie inférieure (530, 540) de la tête de découpe est réalisée sous forme d'un volume clos fermé à son extrémité inférieure par une buse (550) venant s'appliquer contre le matériau en feuille (120), au contact de celui-ci ou à son voisinage immédiat, cette buse présentant, au droit du point cible, un orifice axial traversé par le faisceau laser en direction de ce point cible, ledit volume clos étant relié à une source de pression de manière à produire, simultanément à la découpe du matériau en feuille au point cible, l'éjection par la buse d'un fluide sous pression à ce même endroit.

Description

Appareil de découpe par faisceau laser d'un matériau en feuille ou en plaque
La présente invention concerne un appareil de découpe par faisceau laser d'un matériau en feuille ou en plaque.
Comme on le verra par la suite, l'invention s'applique de façon particulièrement avantageuse à la découpe de matériaux minces et souples (peaux très légères, par exemple) ou un peu épais mais dont la surface est gauchie (par exemple des cuirs fripés), ou encore de matériaux présentant des défauts localisés (typiquement, les cuirs) ; néanmoins, l'invention n'est en aucune façon limitée à la découpe de matériaux de ce type, et elle s'est avérée particulière¬ ment efficace pour des matériaux aussi variés que le carton, le fibro¬ ciment, les matières plastiques, etc. Jusqu'à présent, les appareils de découpe par faisceau laser présentaient une structure du type illustré figure 1.
Dans ces appareils connus, une table fixe 10 possède en partie centrale un plateau de découpe 11 recevant une ou plusieurs pièces 12 du matériau à découper, étalée(s) sur ce plateau de découpe. Pour les matériaux souples, le plateau de découpe doit être un plateau perforé relié à une pompe d'aspiration permettant de plaquer par succion la pièce de matériau contre le plateau de découpe, en défripant cette pièce de manière à la rendre parfaite¬ ment plane. L'appareil comprend également un premier élément mobile 20, pouvant balayer la table sur toute sa largeur, suivant une direction X, et un second élément mobile 30 pouvant balayer la table sur toute sa longueur, suivant une direction Y perpendiculaire à la direction X. Ces éléments coulissent sur des rails respectifs 14, 14 et 15, 15 montés rigidement sur la table à la périphérie du plateau de découpe.
L'ensemble comporte également un laser de puissance 40, par exemple un laser à C02, monté à poste fixe sur la table 10 et recevant son énergie d'une alimentation 41, également montée à poste fixe sur la table ou au voisinage de celle-ci. Ce laser tire en direction d'un premier miroir 13, fixe, qui renvoie le faisceau laser vers un second miroir 21, porté par l'élé¬ ment mobile 20 et donc mobile par rapport au premier miroir 13.
Le faisceau ainsi réfléchi deux fois frappe enfin un troi- sième miroir 31, porté par l'élément mobile 30 et incliné à 45° de manière à renvoyer verticalement vers le bas le faisceau laser, qui jusqu'à présent se propageait dans un plan horizontal.
Le faisceau laser ainsi réfléchi trois fois frappe, quelques centimètres en dessous du miroir 31, le matériau en feuille 12 en un point cible qui sera fonction de la position des deux éléments mobiles 20 et 30.
L'échauffement localisé va immédiatement volatiliser le matériau, réalisant ainsi sa découpe.
Les moteurs d'entraînement X et Y des éléments mobiles 20 et 30 sont commandés par un calculateur 50, qui contrôle égale¬ ment l'alimentation 41 de manière à interrompre ou rétablir le tir du faisceau laser selon la découpe voulue.
Ce calculateur 50 est lui-même contrôlé par un programme de découpe préalablement mémorisé, par exemple sur une bande 51, après qu'un programmeur ait déterminé, au moyen d'un système de CAO/CFAO approprié, le contours des pièces à découper et leur positionnement sur la feuille de matériau à découper, l'ensemble de ces informations étant bien entendu entière¬ ment numérisé pour permettre la découpe. Cette structure d'appareil présente un certain nombre d'inconvénients.
Tout d'abord, on voit aisément que le trajet du faisceau laser depuis la sortie du tube laser 40 jusqu'au point cible peut varier dans des proportions importantes en fonction de la position - des miroirs 21 et 31, la longueur de ce trajet pouvant aller de quel¬ ques décimètres pour un point cible situé en haut à gauche sur la figure, jusqu'à plusieurs mètres pour un point cible situé en bas à droite (les dimensions d'un plateau de découpe sont typiquement de 1,5 m de large sur 2,5 à 3 m de long). II va en résulter une impossibilité de focaliser de façon optimale le faisceau laser pour toutes les positions de découpe, car si la focalisation est assurée par exemple au centre de la table, on observera une défocalisation progressive du faisceau au point cible au fur et à mesure que l'on s'écartera de ce centre, en raison de l'augmentation ou de la diminution corrélative de la longueur du trajet du faisceau laser.
En outre, les miroirs 21 et 31 sont des miroirs mobiles, donc sujets aux jeux mécaniques divers et aux vibrations du système, qui provoquent une défocalisation supplémentaire du fais- ceau laser et, en tout état de cause, limitent la vitesse de découpe maximale permise par un tel appareil.
Une seconde série d'inconvénients de ce type d'appareil a trait aux mesures rigoureuses de sécurité qu'il y a lieu de prendre en raison de l'utilisation d'un laser de puissance : en effet, pour des raisons évidentes de sécurité, il doit être rigoureusement impossible à un utilisateur de passer sa main par inadvertance dans le trajet du faisceau laser, ou même qu'un objet (chiffon, etc.) ne vienne s'y placer. A cet effet, même si l'on peut installer des boîtiers de protec¬ tion pour le trajet allant du tube laser au miroir 31, la région comprise entre ce miroir 31 et le plateau de découpe, c'est à dire la région (qui peut présenter une hauteur libre de plusieurs centi¬ mètres) où le faisceau laser se propage verticalement en direction du plateau de découpe avant de frapper le matériau, reste une zone excessivement dangereuse, de sorte que l'on enferme généralement l'ensemble du système dans un carter de protection 60 empêchant tout accès au plateau de découpe pendant les phases de fonctionne¬ ment du laser.
Un troisième inconvénient a pour cause les fumées produites au moment de la découpe du matériau : du fait que, comme on l'a vu plus haut, le trajet du faisceau laser est un t, ajet libre sur une longueur importante, il faut absolument éviter que les fumées viennent obscurcir le faisceau. Cet inconvénient est d'autant plus accentué que le trajet du faisceau est long et que l'on a prévu, pour des raisons de sécurité, une enceinte de confinement du plateau de découpe. Il est alors nécessaire de prévoir de puissants moyens d'extraction des fumées 61 pour assurer une ventilation énergique du volume intérieur du carter 60 et assurer également un refroidissement satisfaisant de ce volume (en raison des problèmes d'échauffement rapide dans ce volume clos). Un autre inconvénient encore, que l'on a évoqué plus - haut, est la nécessité de prévoir une table aspirante produisant un effet de succion suffisamment vigoureux pour pouvoir plaquer le matériau contre la table de découpe ; l'aspiration devra être d'autant plus forte que le matériau est peu enclin à s'étaler facilement (par exemple, un cuir épais tel que celui utilisé pour la réalisation des semelles de chaussures, ce matériau étant en outre souvent plus ou moins fripé après son tannage).
On constate ainsi que l'on aboutit à un système relative¬ ment complexe, donc coûteux à réaliser et susceptible de diverses défaillances.
En outre, la numérisation préalable des formes à découper est une opération longue et complexe, qui n'est guère envi¬ sageable que pour des séries importantes de découpe de pièces iden¬ tiques sur des feuilles de matériau ayant sensiblement toujours les mêmes dimensions ; de plus, cette opération de numérisation requiert un opérateur ayant un niveau de qualification suffisam¬ ment élevé pour qu'il puisse programmer et manipuler correctement le calculateur et son logiciel de CAO/CFAO assurant cette numérisa¬ tion. L'un des buts de la présente invention est de proposer une structure d'appareil de découpe par faisceau laser qui élimine l'ensemble des inconvénients précités.
Plus précisément, l'invention vise à réaliser une struc¬ ture d'appareil : — procurant un trajet très court et de longueur constante entre le tube laser et le point cible, évitant ainsi tout les problèmes de défocalisation du faisceau et les problèmes liés au trajet de propa¬ gation du faisceau laser en espace libre (sécurité, obscurcissement par les fumées), -' — évitant le recours à un carter extérieur tout en empêchant de voir le faisceau laser sur la totahté de son trajet jusqu'au point cible, ce qui procure une sécurité totale,
— assurant, sans qu'il soit besoin de recourir à une venti¬ lation puissante, une excellente évacuation des fumées et un très bon refroidissement de la zone du point cible,
— permettant de découper des matériaux « difficiles » car peu ou pas enclins à s'étaler et s'aplanir sous leur propre poids, sans qu'il soit besoin de recourir à une table aspirante pour plaquer par succion ce matériau contre la table de découpe, et — qui soit très simple à manipuler, notamment en supprimant toute numérisation des formes à découper, ce qui permet de faire fonctionner cet appareil sous le contrôle d'un opéra¬ teur de moindre qualification. -
En outre, la simplification de la structure de l'appareil (absence de carter, de table aspirante, de moyens de numérisation, etc.) permet d'assurer une robustesse accrue et surtout de réduire le coût de fabrication dans des proportions très importantes.
A cet effet, la présente invention propose un appareil de découpe par faisceau laser comprenant :
— une table fixe avec un plateau de découpe recevant le matériau en feuille étalé, — un chariot support, disposé au dessus de la table fixe et mobile par rapport à celle-ci suivant une première direction de translation,
— un équipage, disposé également au dessus de la table fixe et mobile par rapport à celle-ci suivant une seconde direction de translation, perpendiculaire à la première,
— des moyens pour produire un faisceau laser de puis¬ sance,
— une tête de découpe, coopérant avec le chariot et l'équipage et comprenant des moyens optiques pour focaliser et projeter verticalement le faisceau laser en un point cible du matériau étalé sur le plateau de découpe ,
— des moyens de commande, actionnant les moteurs respectifs de déplacement du chariot et de l'équipage de manière à faire décrire au point cible une trajectoire de découpe prédéter- minée,
De façon caractéristique de l'invention, la partie infé¬ rieure de la tête de découpe est réalisée sous forme d'un volume clos fermé à son extrémité inférieure par une buse venant s'appliquer contre le matériau en feuille, au contact de celui-ci où à son voisi- nage immédiat, cette buse présentant, au droit du point cible, un orifice axial traversé par le faisceau laser en direction de ce point cible, ledit volume clos étant relié à une source de pression de manière à produire, simultanément à la découpe du matériau en feuille au point cible, l'éjection par la buse d'un fluide sous pression à ce même endroit de telle sorte que cette éjection de fluide réalise une aspiration du matériau en feuille contre la tête de découpe.
Selon un certain nombre d'autres caractéristiques avan¬ tageuses de la présente invention :
— la surface extérieure, tournée vers le matériau en feuille, de la buse est une surface convexe ; la buse ayant de préfé¬ rence une forme de révolution, la surface convexe est alors sensible¬ ment sphérique, son rayon de courbure étant avantageusement compris entre une et trois fois le rayon de la buse ;
— la buse, au moins dans la région de sa surface exté- rieure tournée vers le matériau en feuille, est réalisée sous forme d'une pièce massive d'un matériau de conductivité thermique élevée ;
— le diamètre de l'orifice axial est compris entre 1 et 4 mm ; — la paroi interne de l'orifice,. en amont du débouché de celui-ci, forme un convergent, et la surface extérieure, tournée vers le matériau en feuille, de la buse comporte une pluralité de stries radiales régulièrement réparties dont le profil, dans un plan radial, est un profil divergent ; — la buse est mobile en translation verticale par rapport à la partie inférieure de la tête de découpe, la liaison entre ces deux éléments comportant un ressort de compensation de la masse de la buse ;
— la surface du plateau de découpe sur laquelle repose le matériau en feuille comporte une plaque dont le matériau et/ou la structure présentent d'une part un fort coefficient de frottement par rapport au matériau en feuille et d'autre part une plaque dont le matériau et/ou la structure présentent une faible capacité calori¬ fique. Cette plaque du plateau de découpe peut en particulier présenter à cet effet une structure en nid d'abeilles ;
— il est prévu en outre des moyens d'aspiration des fumées créant une dépression sous le plateau de découpe, celui-ci étant formé d'un matériau et ou d'une structure lui permettant d'être traversé par les gaz. Selon un autre aspect avantageux de l'invention :
— la table est divisée en deux zones de dimensions sensi¬ blement identiques, avec une zone de découpe recevant le matériau en feuille étalé et une zone de référence recevant au moins un gabarit de découpe de ce- matériau, ces deux zones étant disposées de sorte que les moyens de découpe parcourrent la zone de découpe tandis que la tête de lecture parcourt la zone de référence, et
— il est prévu des moyens de commande, comportant des moyens de suivi de trajectoire commandant, en fonction des signaux reçus de la tête de lecture, les moteurs de déplacement respectifs du chariot et de l'équipage de manière à suivre le contour d'un gabarit sur la zone de référence, ce suivi du contour du gabarit produisant un déplacement corrélatif des moyens de découpe suivant le même contour, et
— il est en outre prévu une glace de transfert mobile au dessus de la table entre une première position où elle recouvre la zone de découpe, un opérateur pouvant alors, après avoir préalable¬ ment étalé sur la table le matériau en feuille, déposer ou tracer sur cette glace le(s) gabarit(s) en fonction des dimensions du matériau et de la localisation de ses défauts éventuels qu'il pourra repérer par transparence au travers de la glace, et une seconde position où elle recouvre la zone de référence en dégageant la zone de découpe, la tête de découpe pouvant alors découper par report le matériau en feuille en suivant le(s) gabarit(s) préalablement déposé(s) sur la glace de transfert, l'intervalle entre les deux positions étant iden- tique à celui entre la tête de découpe et la tête de lecture sur l'équi¬ page.
Avantageusement l'appareil comprend en outre des moyens de reconnaissance préalable des positions et des formes des gabarits présents sur la zone de découpe, les informations recueillies au cours de cette étape préalable étant ensuite utilisées comme paramètres de commande des moyens de suivi de trajectoire.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
— la figure 1, précitée, est une vue en plan d'une struc¬ ture d'appareil de découpe de l'art antérieur, — la figure 2 est une vue en plan, prise suivant la ligne
II-II de la figure 3, d'une structure d'appareil de découpe selon la présente invention,
— la figure 3 est une coupe longitudinale, selon la igne m-iπ de la figure 2, de ce même appareil, — la figure 4 montre le détail, repéré IV sur la figure 3, de la partie inférieure de la tête de découpe,
— la figure 5 est une vue en coupe, suivant la ligne V-V de la figure 6, de la buse de la partie inférieure de la tête de découpe illustrée figure 4, ' — la figure 6 est une vue de dessous de cette même buse, prise selon la ligne VI-VI de la figure 5, et
— les figures 7 à 10 sont des vues schématiques, homolo¬ gues de la figure 3, illustrant le mode opératoire de l'appareil de la présente invention. Les figures 2 et 3 sont des vues générales de l'appareil de découpe de la présente invention, installé sur une table fixe 100 présentant un plateau de découpe 110 recevant le matériau en feuille à découper. Cette table 100 reçoit un chariot support 200 coulissant sur des rails longitudinaux 130 et entraîné le long de ces rails par des moteurs 210.
Ce chariot support 200 reçoit lui-même un équipage mobile 300 pouvant être déplacé sur des rails 220 du chariot support dans une direction Y perpendiculaire à la direction X de déplace- ment du chariot support par rapport la table fixe 100 ; l'équipage mobile 300 est entraîné le long des rails 220 par des moteurs 310.
De la sorte, par le mouvement combiné de l'équipage par rapport au chariot support et du chariot support par rapport à la table, l'équipage 300 va pouvoir balayer la totalité de la surface de la table de découpe 110.
Cet équipage 300 porte à l'une de ses extrémités une tête de lecture 400 et à l'extrémité opposée une tête de découpe 500.
Par ailleurs, le plateau de découpe 110 est divisé en deux zones de tailles sensiblement identiques, à savoir une zone de découpe 110a qui occupe la moitié droite de la table sur la figure 3, et une zone de référence 110b qui occupe la moitié gauche de la table.
Ces deux zones 110a et 110b, qui ne se chevauchent pas, sont espacées d'une distance D2 égale à la distance Dx (figure 2) séparant, sur l'équipage mobile, la tête de lecture 400 de la tête de découpe 500, de sorte que l'on pourra faire parcourir à la tête de découpe 500 une trajectoire identique à celle de la tête de lecture 400, la tête de lecture 400 balayant la zone 110b en suivant la même trajectoire que la tête de découpe 500 balayant la zone 110a. L'appareil comporte également une glace de transfert
700 en matériau transparent (verre minéral ou synthétique) qui coulisse suivant la direction X sur des rails 140 fixés à la table 100 ; cette glace de transfert a une taille légèrement supérieure à chacune des deux zones 110a ou 110b, de manière à pouvoir recouvrir entiè- rement soit l'une soit l'autre de ces zones selon la position à laquelle on l'a faite coulisser (par exemple, sur la figure 2, la glace de trans¬ fert recouvre la zone de référence 110b).
On expliquera plus loin, en référence aux figures 7 à 10, l'utilisation de cette glace de transfert et la manière dont elle permet la recopie sur le matériau en feuille 120 d'un gabarit 710 posé sur la glace de manière à découper dans ce matériau une pièce 150 de forme identique au gabarit.
En ce qui concerne l'équipage 300, celui-ci emporte — de façon caractéristique de la présente invention — l'ensemble des organes de production, de déflexion et de focalisation du faisceau laser.
Plus précisément, comme illustré sur la figure 3, l'équi¬ page emporte le tube laser 600. Pour cela, le tube laser choisi doit être d'un modèle suffisamment léger et résistant pour pouvoir être embarqué sur l'équipage mobile 300 et résister aux vibrations engendrées par les mouvements de celui-ci.
On peut notamment utiliser à cet effet un laser à C02 ayant la structure décrite dans le FR-A-2 577 076, qui répond à ces différentes contraintes. La puissance du laser peut être par exemple de l'ordre de 100 , ce qui permet typiquement une vitesse moyenne de coupe de l'ordre de 3 à 4 m/mn pour des cuirs standards d'épais¬ seur 2 à 3 mm.
Le faisceau laser produit par le tube 600 est ensuite réfléchi vers le bas en direction verticale par un miroir 510, puis focalisé par une lentille 520 avant de frapper la matière en feuille à découper 120.
Comme on peut le voir, grâce à cette structure le trajet du faisceau laser est à la fois très court et de longueur constante — ce qui évite tout problème de défocalisation comme dans la structure de la figure 1 — , et reste confiné à l'intérieur du carter de la tête de découpe 500 — ce qui évite l'obscurcissement par les fumées et procure une sécurité sans commune mesure avec celle de l'appareil de découpe de la figure 1.
L'équipage 300 emporte également, du côté de la tête de lecture 400, un capteur 410, qui forme la tête de lecture proprement 11
dite et qui est un lecteur de contraste de type classique pouvant suivre le bord du gabarit 710 ou de tout autre pièce ou plan, notam¬ ment un plan tracé sur un calque posé sur la glace 700.
Les signaux délivrés par ce capteur 410 sont transmis à un circuit décodeur 420 qui va déterminer l'écart de la tête de lecture par rapport au bord ou au trait à suivre et délivrer des signaux de commande à une unité de pilotage 430 assurant la commande appropriée des moteurs X et Y (moteurs 310 et 210) de manière à maintenir la tête de lecture sur le bord ou le trait et à la faire progresser le long de ce bord ou de ce trait avec une vitesse curviligne donnée, déterminée en fonction du matériau et du contour à découper, comme cela est bien connu dans la technique.
Le circuit de pilotage 430 commande également le laser 600 de manière à interrompre la production du faisceau laser aux moments appropriés, par exemple lorsque l'on passe de la découpe d'un contour fermé à celle d'un autre contour fermé.
Le circuit 420 et/ou le circuit 430 peuvent être des circuits embarqués sur l'équipage 300 ou bien des circuits installés à poste fixe à proximité de la table, notamment dans le cas où les fonctions de ces circuits sont exécutées par un micro-ordinateur.
Sur la figure 4, on a représenté plus en détail la partie inférieure 530 de la tête de découpe 500, qui porte un élément téles- copique 540 terminé à son extrémité inférieure par une buse 550.
L'élément 540 est monté sur la partie inférieure 530 de la tête de découpe par l'intermédiaire d'un ressort de compensation
542 qui réduit à une valeur très faible le poids apparent de l'en¬ semble formé par l'élément 540 et sa buse 550, afin de ne pas trop solliciter la matière en feuille 1 0.
L'élément 540 est pourvu d'un conduit axial 541 commu- niquant avec une tubulure latérale 543 elle-même reliée, par l'inter¬ médiaire d'un tube flexible 544, à une source de pression, par exemple un compresseur procurant une surpression de l'ordre de 5 à 10 bars par rapport à la pression atmosphérique.
Le débouché 545 en partie inférieure du conduit 541 communique avec le volume intérieur de la buse proprement dite 550, fixée à l'élément 540 par des vis 546 de manière que l'ensemble du volume communicant avec la tubulure 543 soit un volume clos, à l'exception de l'orifice central 552 de la buse ; l'air sous pression amené par la tubulure 543 servira donc essentiellement au soufflage par la buse 550 (accessoirement, l'air sous pression pourra égale¬ ment servir au refroidissement de la lentille de focalisation 520, en prévoyant une circulation d'air appropriée autour de celle-ci).
La buse 550, représentée isolément sur les figurés 5 et 6, est par exemple une pièce de révolution massive en cuivre pur (en raison des excellentes propriétés thermiques de ce matériau), dans laquelle on a usiné une cavité 551 communiquant avec l'extérieur par un orifice axial 552 dont le diamètre est compris entre 1 et 4 mm, valeurs assurant une éjection de l'air sous pression à une vitesse suffisamment élevée, tout en laissant passer le faisceau laser (dont le diamètre est de l'ordre de 0,1 mm) avec une πsarge suffi¬ sante pour absorber les possibles désalignements mécaniques et ou optiques du faisceau laser par rapport à l'axe de la buse. Le canal 553 en aval de l'orifice 552 réalise la mise en communication de ce dernier avec la cavité 551, et il est de préférence réalisé sous forme d'un convergent, de manière à produire une accélération de l'air sous pression à éjecter tout en conservant pour celui-ci un régime d'écoulement laminaire.
Par ailleurs, il prévu à la périphérie extérieure de l'ori¬ fice 552 un lamage 554 de faible profondeur (pour ne pas perturber la dynamique d'éjection de l'air par l'orifice 552), de manière à éviter la présence d'une arête vive en contact avec la matière en feuille qui viendra au contact de la buse à cet endroit.
Enfin, la surface extérieure 555 de la buse est une surface convexe, de préférence sensiblement sphérique et de rayon de courbure de préférence compris entre une et trois fois le rayon de la buse 550. Cette surface sphérique 555 est pourvue d'une pluralité de stries radiales 556, par exemple au nombre de quatre comme illustré, ces stries ayant, dans un plan radial, un profil divergent comme illustré figure 5. Grâce à cette structure de buse, on forme un système convergent/divergent constitué respectivement par le passage convergent 553 en amont de l'ouverture 552 et les stries radiales 556 en aval de cette même ouverture.
Cette structure de convergent/divergent va produire par effet Venturi une aspiration au niveau des fentes radiales et donc, comme illustré sur la figure 4, un très léger soulèvement de la matière en feuille qui va venir en contact intime avec la surface 555 de la tête de buse, alors que, en l'absence de soufflage d'air, elle se trouverait à une distance de 0,1 à 0,2 mm de celle-ci. Ce contact intime de la tête avec la matière à découper va avoir plusieurs conséquences avantageuses :
— tout d'abord, la précision de découpe est maximale, puisque que la matière en feuille est aspirée et détend e au point de découpe, qui se trouve localisé très précisément au débouché de l'ori- fice 552 même dans le cas d'un matériau en feuille qui ne s'étale pas sous l'effet de son propre poids,
— l'éjection latérale de l'air autour la buse va permettre de défriper le matériau en feuille, facilitant ainsi son application ultérieure sur la tête de découpe lors du déplacement de celle-ci, — l'utilisateur ne voit jamais le faisceau, de sorte que la sécurité est totale,
— l'éjection extrêmement localisée au point de découpe assure un excellent refroidissement du matériau découpé ; on a pu constater expérimentalement que, même sur certaines matières réputées « difficiles », par exemple des cuirs épais, la découpe ne laisse pratiquement aucune trace de brûlure le long du contour de la pièce ce qui, outre l'aspect esthétique, est particulièrement impor¬ tant par exemple dans le cas des semelles de chaussures, où les piqûres sont réalisées au voisinage du bord de la pièce découpée, donc où il est nécessaire que la découpe préserve l'intégrité du maté¬ riau au voisinage immédiat du tracé de découpe,
— la matière en feuille est en contact avec la surface convexe 555 sur une étendue relativement importante autour du point de découpe, ce qui permet d'éviter tout échauffement impor- tant du matériau dans cette région grâce à l'effet de drain thermique procuré par la pièce massive en cuivre qui constitue la buse 550,
— enfin, l'éjection d'air autour du point de découpe assure une dispersion des fumées, en évitant surtout que celles-ci ne remontent par le carter de la tête de découpe 500 en venant obscurcir le faisceau laser.
Par ailleurs, et de façon également caractéristique de l'invention, on choisit de préférence pour la surface de la table de découpe une plaque 110 en aluminium ayant une structure en nid d'abeilles. Une telle structure, malgré sa relative fragilité, offre ici en effet un triple avantage.
Tout d'abord, elle est perméable aux fumées produites, qui seront collectées dans le volume 160 situé au dessous du plateau de découpe (figure 3) et évacuées par un ventilateur 170 et une gaine. On notera que, à la différence des tables aspirantes de l'art antérieur, le ventilateur 170 n'a pour fonction que d'évacuer les fumées produites localement par la tête, sans aucun effet d'aspira¬ tion du matériau (au contraire, l'effet d'aspiration est ici réalisé par la buse 550 qui aspire la matière en feuille vers le haut, alors que les tables aspirantes de l'art antérieur aspirent la matière en feuille vers le bas, contre a table ; une aspiration trop forte par le ventila¬ teur 170 viendrait même contrecarrer l'effet d'aspiration de la buse et empêcher son fonctionnement correct).
En second Heu, l'effet thermique d'un nid d'abeilles, surtout lorsqu'il est réalisé en aluminium, est pratiquement nul, de sorte que le faisceau laser ne produit aucun échauffement localisé du plateau de découpe, à la différence des tables de découpe aspi¬ rantes de l'art antérieur, qui comprennent essentiellement une plaque massive d'aluminium perforée, mais dont les perforations sont de faible diamètre afin de permettre une aspiration correcte du matériau en feuille contre la table de découpe ; au contraire, avec la structure de la présente invention, puisque la table de découpe n'est pas une table aspirante les ouvertures peuvent être aussi larges que possible sans aucun effet préjudiciable (au contraire, plus les ouvertures sont larges, meilleure sera l'aspiration et plus faible sera la capacité thermique du plateau de découpe).
Enfin, la structure en nid d'abeilles offre l'avantage important de présenter un très fort coefficient de frottement par rapport à tous les matériaux en feuille plus ou moins souples ( cuir, tissu, etc.), ce qui empêche la pièce de matériau de glisser sur le plateau de découpe malgré le léger effet d'entraînement que pourrait provoquer le déplacement de la tête de découpe et de sa buse. Ici encore, l'invention s'oppose aux tables de découpe de l'art antérieur comportant une plaque d'aluminium perforée, pour lesquelles la surface lisse de la plaque impose de fixer la pièce de matériau en feuille sur la table par un moyen approprié pour éviter que celle-ci ne se déplace pendant la découpe. La structure en nid d'abeilles procure ainsi un effet « auto-bloquant ».
Les figures 7 à 10 illustrent le mode opératoire de l'appa- reil de découpe de la présente invention.
Tout d'abord (figure 7), l'équipage 300 et la glace de transfert sont repoussés à leur position extrême respective illustrée, de façon à dégager entièrement la zone de découpe 110a, sur laquelle l'opérateur dépose alors la matière en feuille 120 à découper.
Ensuite (figure 8), l'opérateur fait coulisser la glace de transfert, qui se trouvait initialement au dessus de la zone de réfé¬ rence 110b, vers la position où elle recouvre entièrement la zone de découpe 110a et la matière en feuille 120 préalablement positionnée sur la table de découpe 110.
L'opérateur peut alors (figure 9) déposer sur la glace de transfert 700 les gabarits 710, en voyant par transparence la pièce de matière en feuille 120 avec son contour extérieur et ses défauts éventuels ; ainsi, il peut s'arranger pour placer les différents gaba- rits de manière à utiliser au mieux la surface disponible, tout en évitant de déposer des gabarits là où la matière en feuille présente des défauts (cas typique des cuirs).
En variante, au lieu de déposer des gabarits, il peut dessiner directement sur la glace le contour des pièces à découper ; le lecteur de contraste de la tête de lecture fonctionnera alors en lecteur de suivi de trait et non plus en lecteur de suivi de bord.
Enfin (figure 10), la glace de transfert 700 sur laquelle ont été disposés l'ensemble des gabarits 710 est déplacée de la zone de découpe 110a vers la zone de référence 110b par une translation d'amplitude D2, distance égale à la distance Dl séparant la tête de découpe et la tête de lecture sur l'équipage 300 (figure 2).
La zone de référence 110b est alors entièrement recou¬ verte par la glace de transfert 700, la zone de découpe 110a étant maintenant dégagée. On déplace alors l'équipage 300 vers la droite de manière que la tête de découpe 500 vienne se positionner juste au dessus de la pièce de matière en feuille 120, la tête de lecture 400 venant simultanément se positionner au dessus des gabarits 710 placés sur la glace de transfert. La découpe pourra alors commencer, la tête de lecture
400 asservissent les mouvements de l'équipage 300 de manière à suivre le contour de chaque gabarit 710 ; on comprendra aisément que ce mouvement asservi va produire un déplacement corrélatif identique de la tête de découpe 500, réalisant la découpe de la pièce de matière en feuille 120 exactement à l'endroit où l'opérateur, à l'étape de la figure précédente, avait positionné le gabarit 710 correspondant.
Comme on peut le voir, la découpe se fait ainsi par recopie directe de la position des gabarits, avec une très grande précision et sans qu'il soit besoin de procéder à une numérisation préalable des formes à découper.
Très avantageusement, on peut prévoir une étape préa¬ lable de reconnaissance des gabarits 710 présents sur la zone de découpe après que la glace de transfert ait été placée au-dessus de la zone de référence. Par cette étape, on repère et on mémorise, par exemple par un balayage rapide de la zone de référence par la tête de lecture, les positions et les formes respectives de chacun des gabarits. Les informations recueillies et mémorisées au cours de cette étape préalable sont ensuite utilisées comme paramètres de com ande des moyens de suivi de trajectoire tout au long de l'étape subséquente de découpe, de manière à savoir où commencer la découpe d'une première pièce, prévoir les passages où il faudra modifier la vitesse de parcours (points de rebroussement, formes complexes,...), assurer le transfert de la tête de lecture à la pièce suivante après chaque découpe de pièce, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un appareil de découpe par faisceau laser d'un maté¬ riau en feuille ou en plaque, notamment pour la découpe du cuir ou d'autres matériaux souples ef ou présentant des défauts localisés, comprenant :
— une table fixe (100) avec un plateau de découpe (110) recevant le matériau en feuille (120) étalé,
— un chariot support (200), disposé au dessus de la table fixe et mobile par rapport à celle-ci suivant une première direction de translation (X),
— un équipage (300), disposé également au dessus de la table fixe et mobile par rapport à celle-ci suivant une seconde direc¬ tion de translation (Y), perpendiculaire à la première, — des moyens (600) pour produire un faisceau laser de puissance,
— une tête de découpe (500), coopérant avec le chariot et l'équipage et comprenant des moyens optiques (510, 520) pour foca¬ liser *et projeter verticalement le faisceau laser en un point cible du matériau étalé sur le plateau de découpe ,
— des moyens de commande (420, 430), actionnant les moteurs respectifs (210, 310) de déplacement du chariot et de l'équi¬ page de manière à faire décrire au point cible une trajectoire de découpe prédéterminée, caractérisé en ce que la partie inférieure (530, 540) de la tête de découpe est réalisée sous forme d'un volume clos fermé à son extrémité inférieure par une buse (550) venant s'appliquer contre le matériau en feuille (120), au contact de celui-ci où à son voisinage immédiat, cette buse présentant, au droit du point cible, un orifice axial (552) traversé par le faisceau laser en direction de ce point cible, ledit volume clos étant relié à une source de pression de manière à produire, simultanément à la découpe du matériau en feuille au point cible, l'éjection par la buse d'un fluide sous pression à ce même endroit de telle sorte que cette éjection de fluide réalise une aspiration du matériau en feuille contre la tête de découpe.
2. L'appareil de la revendication 1 , dans lequel la surface extérieure (555), tournée vers le matériau en feuille, de la buse (550) est une surface convexe.
3. L'appareil de la revendication 2, dans lequel la buse (550), au moins dans la région de sa surface extérieure (555) tournée vers le matériau en feuille, est réahsée sous forme d'une pièce massive d'un matériau de conductivité thermique élevée.
4. L'appareil de la revendication 2, dans lequel la buse
(550) a une forme de révolution, la surface convexe (555) étant sensi¬ blement sphérique.
5. L'appareil de la revendication 4, dans lequel le rayon de courbure de la surface convexe sphérique (555) est compris entre une et trois fois le rayon de la buse (550).
6. L'appareil de la revendication 1, dans lequel le diamètre de l'orifice axial (552) est compris entre 1 et 4 mm.
7. L'appareil de la revendication 1, dans lequel la paroi interne de l'orifice, en amont du débouché de celui-ci, forme un convergent (553).
8. L'appareil de la revendication 1, dans lequel la surface extérieure (555), tournée vers le matériau en feuille, de la buse (550) comporte une pluralité de stries radiales (556) régulièrement répar¬ ties.
9. L'appareil de la revendication 8, dans lequel le profil, dans un plan radial, de ces stries (556) est un profil divergent.
10. L'appareil de la revendication 1, dans lequel la buse
(550) est mobile en translation verticale par rapport à la partie infé- rieure (530) de la tête de découpe, la liaison entre ces deux éléments comportant un ressort de compensation (542) de la masse de la buse.
11. L'appareil de la revendication 1, dans lequel la surface du plateau de découpe (110) sur laquelle repose le matériau en feuille comporte une plaque dont le matériau et/ou la structure présentent un fort coefficient de frottement par rapport au matériau en feuille.
12. L'appareil de la revendication 1, dans lequel la surface du plateau de découpe (110) sur laquelle repose le matériau en feuille comporte une plaque dont le matériau et/ou la structure présentent une faible capacité calorifique.
13. L'appareil de l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel la plaque du plateau de découpe présente une structure en nid d'abeilles.
14. L'appareil de la revendication 1, comportant en outre des moyens (160, 170) d'aspiration des fumées créant une dépression sous le plateau de découpe (110), celui-ci étant formé d'un matériau et/ou d'une structure lui permettant d'être traversé par les gaz.
"
15. L'appareil de la revendication 1, dans lequel :
— la table est divisée en deux zones de dimensions sensi- blement identiques, avec une zone de découpe (110a) recevant le matériau en feuille (120) étalé et une zone de référence (110b) rece¬ vant au moins un gabarit (710) de découpe de ce matériau, ces deux zones étant disposées de sorte que les moyens de découpe parcour- rent la zone de découpe tandis que la tête de lecture parcourt la zone de référence, et
— il est prévu des moyens de commande (420, 430), comportant des moyens de suivi de trajectoire commandant, en fonc¬ tion des signaux reçus de la tête de lecture (410), les moteurs de déplacement (210, 310) respectifs du chariot et de l'équipage de manière à suivre le contour d'un gabarit sur la zone de référence, ce suivi du contour du gabarit produisant un déplacement corrélatif des moyens de découpe suivant le même contour, et
— il est en outre prévu une glace de transfert (700) mobile au dessus de la table entre une première position où elle recouvre la zone de découpe (110a), un opérateur pouvant alors, après avoir préalablement étalé sur la table le matériau en feuille, déposer ou tracer sur cette glace le(s) gabarit(s) en fonction des dimensions du matériau et de la localisation de ses défauts éven¬ tuels qu'il pourra repérer par transparence au travers de la glace, et une seconde position où elle recouvre la zone de référence (110b) en dégageant la zone de découpe, la tête de découpe pouvant alors découper par report le matériau en feuille en suivant le(s) gabarit(s) préalablement déposé(s) sur la glace de transfert, l'intervalle (D2) entre les deux positions étant identique à celui (Dl) entre la tête de découpe (500) et la tête de lecture (400) sur l'équipage.
16. L'appareil de la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de reconnaissance préalable des positions et des formes des gabarits (710) présents sur la zone de découpe, les informations recueillies au cours de cette étape préa¬ lable étant ensuite utilisées comme paramètres de commande des moyens de suivi de trajectoire.
17. Une tête de découpe (500), pour un appareil de découpe selon l'une des revendications 1 à 16.
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