WO2011004084A1 - Tete de focalisation laser avec cassette pour lentille - Google Patents

Tete de focalisation laser avec cassette pour lentille Download PDF

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WO2011004084A1
WO2011004084A1 PCT/FR2010/051056 FR2010051056W WO2011004084A1 WO 2011004084 A1 WO2011004084 A1 WO 2011004084A1 FR 2010051056 W FR2010051056 W FR 2010051056W WO 2011004084 A1 WO2011004084 A1 WO 2011004084A1
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WO
WIPO (PCT)
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cassette
cam
main body
housing
focusing
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/051056
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English (en)
Inventor
Karim Chouf
Philippe Lefebvre
Samuel Vignerol
Original Assignee
Air Liquide Welding France
L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide Welding France, L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide Welding France
Publication of WO2011004084A1 publication Critical patent/WO2011004084A1/fr

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B65/00—Locks or fastenings for special use
    • E05B65/46—Locks or fastenings for special use for drawers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/14—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses adapted to interchange lenses
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
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    • E05B17/0025—Devices for forcing the wing firmly against its seat or to initiate the opening of the wing
    • E05B17/0033—Devices for forcing the wing firmly against its seat or to initiate the opening of the wing for opening only
    • E05B17/0037—Spring-operated
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05C—BOLTS OR FASTENING DEVICES FOR WINGS, SPECIALLY FOR DOORS OR WINDOWS
    • E05C3/00—Fastening devices with bolts moving pivotally or rotatively
    • E05C3/02—Fastening devices with bolts moving pivotally or rotatively without latching action
    • E05C3/04—Fastening devices with bolts moving pivotally or rotatively without latching action with operating handle or equivalent member rigid with the bolt
    • E05C3/041—Fastening devices with bolts moving pivotally or rotatively without latching action with operating handle or equivalent member rigid with the bolt rotating about an axis perpendicular to the surface on which the fastener is mounted
    • E05C3/042—Fastening devices with bolts moving pivotally or rotatively without latching action with operating handle or equivalent member rigid with the bolt rotating about an axis perpendicular to the surface on which the fastener is mounted the handle being at one side, the bolt at the other side or inside the wing
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses

Definitions

  • the present invention relates to a laser focusing head comprising a focusing lens cassette which can be fixed or dismounted in a simple and fast manner, and a laser welding or laser cutting or laser-arc hybrid welding plant using such a head. focusing.
  • Yb-YAG laser processes of wavelengths between 1.067 and 1.070 nm generally require the use of two lenses to focus the laser beam at a focusing point located in the thickness of the laser. the part or parts to be welded.
  • a first so-called “collimation” lens is generally used to make the laser beam "parallel” and a second so-called “focusing” lens which makes it possible to concentrate the beam at a focusing point.
  • the focusing lens is exposed to projections and vapors, during the phases of use of the laser, and to the dust present in the ambient air.
  • a protective "window”, for example a glass slide, and a “blade” of air (“cross jet” in English) are typically used, creating a protective gas curtain. in front of the lens.
  • the lens soiled by dust or projections, it deteriorates gradually under the effect of the laser beam passing through.
  • the laser process loses its performance and the welding or cutting process is no longer possible because the laser beam parameters are deteriorated and the power reduced. It is then necessary to replace the used lens with a new and clean lens.
  • the lenses are changed, as the case may be, by dismounting:
  • the focusing head to be able to access the lens that is inside.
  • the cassette containing the focusing lens which is inserted into a housing of the laser head and is fixed by screwing.
  • having to dismount the focusing head is not ideal because it does not make it possible to change the lenses quickly and easily.
  • disassembly is slow because it must unscrew all screws or the like, usually at least four screws, which hold the head to be able to access the lens.
  • the assembly / disassembly can be difficult if the head is not easy to access or in a very accessible position because there is a significant risk of falling of certain elements of the head.
  • the problem to be solved is to propose a system for mounting / dismounting the focusing lens of a laser head which is quick and easy so as to limit the stopping time of the laser machine, which allows the lens to be mounted without put dust, fingerprints or other soiling on it.
  • the mounting / dismounting system of the focusing lens of the invention must also be able to be mounted on multiaxis robots, in particular welding or laser cutting, for which the bulk is an important element.
  • the system of the invention must be compact and no element must exceed, such as handle, pipe, cable or other appendices, so as to facilitate the movement of the focusing head by reducing its volume of space.
  • the solution of the invention then relates to a laser focusing head
  • fixation comprises at least one movable locking cam arranged on the cassette and at least one first locking cam-cam arranged in the main body, said locking cam being movable between:
  • the laser focusing head of the invention may include one or more of the following features:
  • the fastening system comprises at least first and second locking cams arranged on the main body and mechanically cooperating with one and the other with the cam of the cassette, when said cam is in its fixing position to hold the cassette in a fixed position in the housing.
  • the locking cam is movable angular, in particular pivoting or rotating.
  • the cassette comprises a front wall with an internal face situated on the side of the housing and an external face located outside the main body, when the cassette is inserted in the housing, the locking cam being carried by the internal face of the cassette; .
  • the lens cassette comprises:
  • a front wall with an inner face located on the side of the housing and an outer face located outside the main body, when the cassette is inserted in the housing, and
  • a support plate fixed to the internal face of the cassette, said support plate being traversed by a focusing orifice and being adapted to and designed to allow reception and positioning of a focusing lens at the orifice of focus, and
  • the locking cam being arranged to be movable within a spacing between the inner face of the front wall of the cassette and the support plate attached to said inner face.
  • the housing arranged in the main body comprises a central recess adapted to and designed to receive the support plate, and a peripheral recess, arranged on the periphery of the central recess, within which is positioned all or part of the front wall of the cassette, when the cassette is completely inserted into the housing, at least one of the against-cams being arranged in the peripheral recess of the main body.
  • the locking cam is mounted on a spring device, in particular a torsion spring, ensuring a maintenance of the mechanical cooperation of the movable cam with at least one against-cams, when the movable cam is in the fixing position.
  • the invention also relates to a laser cutting, marking or welding installation comprising a focusing head according to the invention, as well as a method for cutting, marking or welding by a laser beam implementing an installation provided with a focusing head according to the invention.
  • An installation of this type conventionally comprises a laser beam generator, routing means (optical fiber, optical path ”) of the laser beam to the focusing head which is itself carried by a support structure, such as a support frame, a robot arm or the like, means supporting parts for supporting the workpiece or parts to be machined, such as a table or the like, means for relative movement of the focusing head relative to the workpiece or parts machining, control and control means, such as a digital control cabinet (CNC), a computer or the like ...
  • a support structure such as a support frame, a robot arm or the like
  • means supporting parts for supporting the workpiece or parts to be machined such as a table or the like
  • control and control means such as a digital control cabinet (CNC), a computer or the like ...
  • CNC digital control cabinet
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the focusing head of the invention with a lens cassette in the "output" position
  • FIG. 2 is a block diagram of the cam and counter-cam system of the invention of the focusing head of FIG. 1 with lens cassette in the "output" position and cam in the release position,
  • FIG. 3 is similar to FIG. 2 but shows the lens cassette in the "retracted” position and the cam in the fixing or locking position
  • FIG. 4 is a diagram in plan view of FIG. 1,
  • FIG. 5 is a diagram of possible cam and counter cam structures of the focusing head of the invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the cooperation of the cam and the cams of the focusing head of the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the focusing head of the invention in which the lens cassette 3 has been shown in the "output" position, that is to say extracted from its housing 2 of the main body 1 of the laser head.
  • This system allows a quick replacement, typically in less than 10 seconds, of the lens in the cassette 3 and without the need to arrange a handle or a wheel on the cassette 3.
  • the locking or unlocking of the system is done using a simple tool adapted, for example a key, operable in rotation or pivoting by the operator.
  • a laser focusing head equipping a laser beam cutting or welding installation usually comprises a main body 1 within which a housing 2 is arranged which is designed and dimensioned to receive the cassette 3 within which is placed the focusing lens which serves to focus the laser beam to the working area.
  • the cassette 3 receiving the focusing lens is inserted into said housing 2 extractably, that is to say it must be extracted after insertion, to replace the lens.
  • the cassette 3 is generally inserted into or removed from its housing 2 via a translational or sliding movement, away from or closer to the operator, similar to that operated when closing or opening a drawer of a piece of furniture.
  • a fastening system 4 adapted to secure, that is to say, to lock, said cassette 3 to the body 1 of the laser head.
  • a fastening system 4, 5a, 5b comprising at least one locking cam 4 movable, preferably in rotation or by pivoting about an axis AA, cooperating with at least a first counter-cam 5a blocking, preferably two counter-cams 5a, 5b fixed.
  • the movable locking cam 4 is arranged on the cassette 3 and is operable in rotation or pivoting by the operator from outside the laser head, while the locking cam or cams 5a, 5b are fixed and arranged Inside the main body 1.
  • it will be considered a fixing system with 1 cam 4 cooperating with 2 against-cams 5a, 5b but it should be emphasized that the fixing system of the invention can include only one counter-cam and one cam, or conversely several cams and cams.
  • the locking cam 4 is movable here in rotation between at least one fixing position (FIGS. 3 and 6) in which the cam 4 mechanically cooperates with the counter-cams 5a, 5b so as to secure the cassette 3 within the housing 2 of the main body 1 and at least one release position ( Figures 2 or 5) in which the movable cam 4 is disengaged against the cams 5a, 5b so as to release the cassette 3 and to be able to extract it housing 2 to replace the lens it contains, for example.
  • the cassette 3 comprises, in a manner known per se, a front wall 13 with internal face 13b located on the side of the housing 2, that is to say towards the body 1, an outer face 13a located outside the main body 1, and a support plate 14 fixed to the internal face 13b of the cassette 3.
  • the support plate 14 is traversed by a focusing orifice 15 which is covered by the lens when the lens is placed in the operating position in the cassette 3.
  • the support plate 14 is therefore designed and adapted to allow reception and positioning.
  • a focusing lens at the focus port for this, the periphery of the orifice 15 may for example be arranged to form a kind of cradle can receive a focusing lens.
  • the laser beam then passes through the orifice 15. It is focused by the lens that is in the cassette 3.
  • the cam 4 blocking is carried by the inner face 13b of the front wall 13 but is rotatable about the axis A-A.
  • the locking cam 4 is arranged to be movable within a spacing or recess 16 located between the inner face 13b of the front wall 13 of the cassette and the support plate 14 fixed to said inner face 13b.
  • the support plate 14 thus attaches to the front wall 13 by taking, as it were, the cam 4 "sandwiched" within a cutout formed within said support plate 14.
  • the displacement of the locking cam 4 between the fixing and release positions, or vice versa, is obtained by actuating a control system 6 arranged in the front wall 13 of the casette so as to pass through said front wall 13.
  • the control system 6 acts on the locking cam 4, when it is actuated for example in rotation by the operator at the outer face 13a.
  • This actuation of the control system 6 can be done for example by means of a special tool, such as a key, whose rotation by the operator causes the rotation of the cam 4 and its engagement or disengagement cams 5 a , 5b.
  • a spring device in particular the cam 4 is mounted on a torsion spring which exerts an elastic force on the cam 4 in a direction tending to oppose its disengagement cams 5 a, 5b.
  • the engagement of the cam 4 with the counter-cams 5a, 5b is via the ends 4a, 4b of the cam 4 which is itself rotatable about the axis AA located in its position. center.
  • the cam 4 could engage only in a single cam follower 5a or 5b, via a single 4a or 4b of its ends.
  • the cam 4 may for example be formed of a metal blade whose two end ends 4a, 4b have a particular profile, for example triangular, which is further complementary to the profile of the against-cams 5a, 5b. Determining an optimal profile of cam 4 or cam follower 5a, 5b is within the reach of any person skilled in the art.
  • the housing 2 arranged in the main body 1 comprises in fact a main central recess 12 which is sized and designed to receive the support plate 14 which is housed there at the time of l insertion of the cassette 3 into the housing 2, as well as a peripheral recess 11, arranged on the periphery of the central recess 12, in which is positioned all or part of the front wall 13 of the cassette 3, when fully inserted into the housing 2.
  • the depth of the peripheral recess 11 is chosen so that the cassette 3 does not protrude above the outer surface of the body 1 of the laser head, which makes it possible to minimize the bulk.
  • the depth of the peripheral recess 11 corresponds to the thickness of the front wall 13 of the cassette
  • the depth and shape of the main central recess 12 correspond to those of the support plate 14 of the cassette 3.
  • the counter-cam or cams 5a, 5b may be arranged in the peripheral recess 11 of the main body 1, as illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • the counter-cams 5a, 5b could also be formed by formed parts or recesses practiced within the body 1
  • buttons 7, 8 arranged between the inner face 13b of the front wall 13 of the cassette
  • ejection pushers 7, 8 are formed of a stepped axis 7, 8 and a spring 17 ( Figure 4).
  • the shoulder allows a translation stop ejection pushers, they are driven by the springs 17
  • Figure 4 shows the system seen from above in the open position.
  • the cam 4 is no longer in contact with the cams 5a and 5b. This allows the pushers 7, 8 to drive the cassette 3 of the main body 1.
  • the assembly and disassembly of the cassette 3 containing the lens is as follows.
  • the lens is first placed in the cassette 3. Then, to introduce the cassette 3 into its housing 2 of the laser focusing head, the locking cam 4 is mounted which is mounted on a torsion spring. Then, the cassette 3 is inserted into its housing 2 and the locking cam 2 is then released so that it locks in position on the counter-cams 5a, 5b of locking. The torsion spring on which the cam 4 is mounted maintains the locked position, it is in the fixing position of the locking cam 4.
  • the locking cam 4 is rotated, for example by a quarter of a turn to the left, which releases it from its contacts with the cam followers. 5a, 5b.
  • the locking cam 4 comprises at its ends 4a, 4b end portions having complementary profiles cams profiles 5a, 5b with which they cooperate.
  • Figure 5 and Figure 6 show the bevelled profile of cams and cams.
  • the cam 4 is in the unlocked position.
  • the cam 4 is in the locked position on the cam follower 5a.
  • Their bevelled profile makes it possible to press the face 13b of the cassette 3 against the face 11 of the housing 2.
  • No element protrudes from the laser focusing head (no thumbwheel, screw or handle), which leads to a gain in space-saving volume and is particularly useful when the laser focusing head is mounted on a robot.
  • the action of the torsion spring makes it possible to very quickly lock the cassette 3. It also makes it possible to keep the cassette in the locked position.
  • the system is self-locking. Vibrations can not unlock it.
  • the extraction system is almost immediate thanks to the ejectors.
  • a rotation of a quarter turn of the locking cam 4 is sufficient to release the lens cassette from its housing.
  • a specific footprint can be arranged on the locking cam 4 so as to limit access to the cassette to authorized persons equipped with a specific tool.
  • the focusing head of the invention can be implemented in any method of cutting, marking or welding by laser beam.

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Abstract

L'invention porte sur une tête de focalisation laser comprenant un corps principal (1) avec un logement (2) conçu et dimensionné pour recevoir une cassette (3) pour lentille de focalisation, une cassette (3) pour lentille de focalisation étant insérée dans ledit logement (2) de manière extractible et y étant retenue par un système de fixation (4, 5a, 5b), caractérisée en ce que ledit système de fixation (4, 5a, 5b) comprend au moins une came de blocage (4) mobile agencée sur la cassette (3) et au moins une première contre-came (5a) de blocage agencée dans le corps principal (1), ladite came de blocage (4) étant mobile entre au moins une position de fixation dans laquelle la came (4) mobile coopère mécaniquement avec au moins la première contre-came (5a) de manière à solidariser la cassette (3) au sein du logement (2) dudit corps principal (1), et au moins une position de libération dans laquelle la came mobile (4) est désolidarisée d'au moins la première contre-came (5a) de manière à libérer la cassette (3) et à pouvoir l'extraire du logement (2) dudit corps principal (1).

Description

Tête de focalisation laser avec cassette pour lentille
La présente invention concerne une tête de focalisation laser comprenant une cassette pour lentille de focalisation qui peut être fixée ou démontée de manière simple et rapide, ainsi qu'une installation de soudage ou coupage laser ou de soudage laser-arc hybride utilisant une telle tête de focalisation.
Les procédés laser Yb-YAG de longueur d'ondes comprises entre 1.067 et 1.070 nm, plus particulièrement les procédés de soudage laser, nécessitent généralement l'utilisation de deux lentilles pour focaliser le faisceau laser en un point de focalisation situé dans l'épaisseur de la ou des pièces à souder.
Plus précisément, on utilise généralement une première lentille de dite « de collimation » pour rendre le faisceau laser « parallèle » et d'une deuxième lentille dite « de focalisation » qui permet de concentrer le faisceau en un point de focalisation.
Or, la lentille de focalisation est exposée aux projections et vapeurs, lors des phases d'utilisation du laser, ainsi qu'aux poussières présentes dans l'air ambiant.
La lentille de focalisation doit donc être protégée et pour ce faire, on utilise typiquement un « hublot » protecteur, par exemple une lame de verre, et une « lame » d'air (« cross jet » en anglais) créant un rideau gazeux protecteur devant la lentille.
Cependant, ces protections ne permettent pas à la lentille d'être totalement ou complètement à l'abri de toutes les pollutions ou projections qui existent en milieu industriel, et celle-ci se salit au fil du temps et de l'utilisation du dispositif laser.
Or, une fois la lentille salie par des poussières ou projections, elle se détériore progressivement sous l'effet du faisceau laser qui la traverse. Lorsque la lentille est abimée, le procédé laser perd ses performances et le processus de soudage ou coupage n'est plus possible car les paramètres du faisceau laser sont détériorés et la puissance réduite. Il convient alors de remplacer la lentille usagée par une lentille neuve et propre.
Actuellement, pour remplacer la lentille présente dans la tête de focalisation du faisceau laser (couramment appelée tête laser) d'une installation de soudage ou coupage par faisceau laser, il existe plusieurs manières de procéder qui sont plus ou moins longues et délicates à mettre en œuvre, en fonction notamment de l'accessibilité à la lentille usagée et/ou des conditions de remontage de la lentille neuve.
Ainsi, sur les têtes laser actuelles, les lentilles sont changées, selon le cas, en démontant:
- soit la tête de focalisation pour pouvoir accéder à la lentille qui se trouve à l'intérieur.
- soit la cassette contenant la lentille de focalisation, qui est insérée dans un logement de la tête laser et y est fixée par vissage. Dans le premier cas, devoir démonter la tête de focalisation n'est pas idéal car cela ne permet pas de changer les lentilles rapidement et facilement. En effet, le démontage est lent car il faut dévisser toutes les vis ou analogues, généralement au moins quatre vis, qui maintiennent la tête pour pouvoir accéder à la lentille. Par ailleurs, le montage/démontage peut s'avérer délicat si la tête n'est pas facile d'accès ou dans une position très accessible car il existe un risque important de chute de certains éléments de la tête.
Dans le second cas, l'opération est également fastidieuse car il convient de d'abord dévisser la cassette contenant la lentille, via une molette spécifique ou analogue, et d'extraire ensuite la cassette en utilisant une poignée ou un outil spécial prévu à cet effet. Le remontage se fait de manière inverse.
Le problème à résoudre est de proposer un système de montage/démontage de la lentille de focalisation d'une tête laser qui soit rapide et aisé de sorte de limiter le temps d'arrêt de la machine laser, lequel permette un montage de la lentille sans y déposer de poussières, de traces de doigts ou d'autres salissures.
De plus, le système de montage/démontage de la lentille de focalisation de l'invention doit également pouvoir être monté sur les robots multiaxes, notamment de soudage ou coupage laser, pour lesquels l'encombrement est un élément important.
Le système de l'invention doit donc être compact et aucun élément ne doit dépasser, tel que poignée, tuyau, câble ou autres appendices, de manière à faciliter le déplacement de la tête de focalisation en réduisant son volume d'encombrement.
La solution de l'invention porte alors sur une tête de focalisation laser
comprenant un corps principal avec un logement conçu et dimensionné pour recevoir une cassette pour lentille de focalisation, une cassette pour lentille de focalisation étant insérée dans ledit logement de manière extractible et y étant retenue par un système de fixation, caractérisée en ce que ledit système de fixation comprend au moins une came de blocage mobile agencée sur la cassette et au moins une première contre-came de blocage agencée dans le corps principal, ladite came de blocage étant mobile entre :
- au moins une position de fixation dans laquelle la came mobile coopère mécaniquement avec au moins la première contre-came de manière à solidariser la cassette au sein du logement dudit corps principal, et
- au moins une position de libération dans laquelle la came mobile est désolidarisée d'au moins la première contre-came de manière à libérer la cassette et à pouvoir l'extraire du logement dudit corps principal.
Selon le cas, la tête de focalisation laser de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le système de fixation comprend au moins une première et une deuxième contre- cames de blocage agencées sur le corps principal et coopérant mécaniquement l'une et l'autre avec la came de la cassette, lorsque ladite came est dans sa position de fixation pour maintenir la cassette en position fixe dans le logement.
- la came de blocage est mobile angulaire, notamment en pivotement ou en rotation.
- la cassette comporte une paroi avant avec face interne située du côté du logement et une face externe située à l'extérieur du corps principal, lorsque la cassette est insérée dans le logement, la came de blocage étant portée par la face interne de la cassette.
- la cassette à lentille comporte :
. une paroi avant avec face interne située du côté du logement et une face externe située à l'extérieur du corps principal, lorsque la cassette est insérée dans le logement, et
. un plateau-support fixé à la face interne de la cassette, ledit plateau-support étant traversé par un orifice de focalisation et étant apte à et conçu pour permettre une réception et un positionnement d'une lentille de focalisation au niveau de l'orifice de focalisation, et
. la came de blocage étant agencée de manière à être mobile au sein d'un espacement situé entre la face interne de la paroi avant de la cassette et le plateau- support fixé à ladite face interne.
- le déplacement de la came de blocage au moins entre la position de fixation et la position de libération, ou inversement, est obtenu par actionnement d'un système de commande agencé dans la paroi avant de la casette de manière à traverser ladite paroi avant, ledit système de commande étant apte à et conçu pour venir agir sur la came de blocage, lorsque ledit système de commande est actionné par l'opérateur au niveau de la face externe de la paroi avant de la cassette. - le logement aménagé dans le corps principal comprend un évidement central apte à et conçu pour recevoir le plateau-support, et un évidement périphérique, aménagé en périphérie de l'évidemment central, au sein duquel vient se positionner tout ou partie de la paroi avant de la cassette, lorsque la cassette est complètement insérée dans le logement, au moins l'une des contre-cames étant agencée dans l' évidement périphérique du corps principal.
- la came de blocage est montée sur un dispositif à ressort, en particulier un ressort de torsion, assurant un maintien de la coopération mécanique de la came mobile avec au moins une des contre-cames, lorsque la came mobile est en position de fixation.
- elle comporte, en outre, au moins un poussoir d'éjection agencé entre la face interne de la paroi avant de la cassette et le corps principal, et venant exercer sur la cassette, une force mécanique et/ou élastique tendant à éloigner ladite cassette du corps principal, au moins lorsque la came mobile est en position de fixation. L'invention concerne également une installation de coupage, de marquage ou de soudage par faisceau laser comprenant une tête de focalisation selon l'invention, ainsi qu'un procédé de coupage, de marquage ou de soudage par faisceau laser mettant en œuvre une installation munie d'une tête de focalisation selon l'invention.
Une installation de ce type comprend classiquement un générateur de faisceau laser, des moyens d'acheminement (fibre optique, chemin optique...) du faisceau laser jusqu'à la tête de focalisation qui est elle-même porté par une structure-support, tel un bâti-porteur, un bras de robot ou analogue, des moyens support de pièces pour supporter la ou les pièces à usiner, tel une table ou analogue, des moyens de déplacement relatif de la tête de focalisation par rapport à la ou aux pièces à usiner, des moyens de pilotage et de contrôle, telle une armoire de commande numérique (CNC), un ordinateur ou similaire...
La présente invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description suivante qui est faite en références aux figures annexées parmi lesquelles :
- la Figure 1 est un schéma de principe d'un mode de réalisation de la tête de focalisation de l'invention avec cassette à lentille en position « sortie »,
- la Figure 2 est un schéma de principe du système à came et contre-cames de l'invention de la tête de focalisation de la Figure 1 avec cassette à lentille en position « sortie » et came en position de libération,
- la Figure 3 est analogue à la Figure 2 mais montre la cassette à lentille en position « rentrée » et la came en position de fixation ou verrouillage,
- la Figure 4 est un schéma en vue de dessus de la Figure 1 ,
- la Figure 5 est un schéma de structures possibles de came et contre-cames de la tête de focalisation de l'invention,
- et - la Figure 6 est un schéma illustrant la coopération de la came et des contre- cames de la tête de focalisation de l'invention.
La Figure 1 est un schéma de principe d'un mode de réalisation de la tête de focalisation de l'invention où la cassette 3 à lentille a été représentée en position « sortie », c'est-à-dire extraite de son logement 2 du corps principal 1 de la tête laser.
Ce système permet un remplacement rapide, typiquement en moins de 10 secondes, de la lentille qui se trouve dans la cassette 3 et ce, sans nécessité de devoir agencer une poignée ou une molette sur la cassette 3.
Le verrouillage ou déverrouillage du système, c'est-à-dire le passage de la came 4 de sa position de fixation à sa position de libération (cf. Fig. 5 et 6), ou inversement, se fait en utilisant un simple outil adapté, par exemple une clef, actionnable en rotation ou en pivotement par l'opérateur.
Plus précisément, comme schématisé sur les figures 1 à 4, une tête de focalisation laser équipant une installation de coupage ou de soudage par faisceau laser comprend habituellement un corps principal 1 au sein duquel est aménagé un logement 2 qui est conçu et dimensionné pour recevoir la cassette 3 au sein de laquelle est placée la lentille de focalisation qui sert à focaliser le faisceau laser vers la zone de travail.
La cassette 3 recevant la lentille de focalisation est insérée dans ledit logement 2 de manière extractible, c'est-à-dire qu'elle doit pouvoir en être extraite, après insertion, pour pouvoir remplacer la lentille. La cassette 3 est généralement insérée dans ou retirée de son logement 2 via un mouvement de translation ou de glissement, en éloignement ou en rapprochement par rapport à l'opérateur, analogue à celui opéré lorsque l'on ferme ou l'on ouvre un tiroir d'un meuble.
Lorsque la cassette 3 est insérée dans le corps 1 du dispositif laser, elle doit y être retenue par un système de fixation apte à solidariser, c'est-à-dire à verrouiller, ladite cassette 3 au corps 1 de la tête laser. Afin d'assurer une solidarisation efficace de la cassette ou à l'inverse de permettre sa libération facile lorsque la lentille doit être remplacée par exemple, il est proposé selon la présente invention, un système de fixation 4, 5a, 5b comprenant au moins une came de blocage 4 mobile, de préférence en rotation ou par pivotement autour d'un axe A-A, coopérant avec au moins une première contre-came 5a de blocage, de préférence deux contre-cames 5a, 5b fixes.
La came de blocage 4 mobile est agencée sur la cassette 3 et est actionnable en rotation ou en pivotement par l'opérateur depuis l'extérieur de la tête laser, alors que la ou les contre-cames 5a, 5b de blocage sont fixes et agencées à l'intérieur du corps principal 1. Dans la suite de la description, on considérera un système de fixation à 1 came 4 coopérant avec 2 contre-cames 5a, 5b mais il est à souligner que le système de fixation de l'invention peut ne comprendre qu'une seule contre-came et une seule came, ou à l'inverse plusieurs contre-cames et cames.
Selon l'invention, la came de blocage 4 est mobile ici en rotation entre au moins une position de fixation (Figures 3 et 6) dans laquelle la came 4 coopère mécaniquement avec les contre-cames 5a, 5b de manière à solidariser la cassette 3 au sein du logement 2 du corps principal 1 et au moins une position de libération (Figures 2 ou 5) dans laquelle la came mobile 4 est désolidarisée des contre-cames 5a, 5b de manière à libérer la cassette 3 et à pouvoir l'extraire du logement 2 en vue d'un remplacement de la lentille qu'elle contient par exemple.
La cassette 3 comporte, de façon connue en soi, une paroi avant 13 avec face interne 13b située du côté du logement 2, c'est-à-dire vers le corps 1, une face externe 13a située à l'extérieur du corps principal 1, et un plateau-support 14 fixé à la face interne 13b de la cassette 3.
Le plateau-support 14 est traversé par un orifice 15 de focalisation lequel est recouvert par la lentille lorsque la lentille est mise en position de fonctionnement dans la cassette 3. Le plateau-support 14 est donc conçu et adapté pour permettre la réception et le positionnement d'une lentille de focalisation au niveau de l'orifice 15 de focalisation. Pour ce faire, la périphérie de l'orifice 15 peut par exemple être aménagée de manière à constituer une sorte de berceau pouvant recevoir une lentille de focalisation. En fonctionnement, le faisceau laser traverse donc l'orifice 15. Il est focalisé par la lentille qui se trouve dans la cassette 3.
Selon l'invention, la came 4 de blocage est portée par la face interne 13b de la paroi avant 13 mais est mobile en rotation autour de l'axe A-A.
Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les Figures 2 à 4, la came 4 de blocage est agencée de manière à être mobile au sein d'un espacement ou évidement 16 situé entre la face interne 13b de la paroi avant 13 de la cassette et le plateau-support 14 fixé à ladite face interne 13b. Le plateau-support 14 vient donc se fixer à la paroi avant 13 en prenant, pour ainsi dire, la came 4 « en sandwich » au sein d'une découpe formée au sein dudit plateau- support 14.
Le déplacement de la came 4 de blocage entre les positions de fixation et de libération, ou inversement, est obtenu par actionnement d'un système de commande 6 agencé dans la paroi avant 13 de la casette de manière à traverser ladite paroi avant 13.
Le système de commande 6 vient agir sur la came 4 de blocage, lorsqu'il est actionné par exemple en rotation par l'opérateur au niveau de la face externe 13a. Cet actionnement du système de commande 6 peut se faire par exemple au moyen d'un outil spécial, telle une clé, dont la rotation par l'opérateur engendre la rotation de la came 4 et son engagement ou son désengagement des contre-cames 5 a, 5b.
Afin d'assurer un bon maintien en position de la came 4 de blocage, lorsque celle-ci est engagée dans les contre-cames 5a, 5b, c'est-à-dire lorsque la came 4 est en position de fixation, il est prévu un dispositif à ressort, en particulier la came 4 est montée sur un ressort de torsion qui exerce une force élastique sur la came 4 dans un sens tendant à s'opposer à son désengagement des contre-cames 5 a, 5b.
Comme visible en Figure 3, l'engagement de la came 4 avec les contre-cames 5a, 5b se fait via les extrémités 4a, 4b de la came 4 qui est elle-même mobile en rotation autour de l'axe A-A situé en son centre. Toutefois, comme déjà dit, la came 4 pourrait ne s'engager que dans une seule contre-came 5a ou 5b, via une seule 4a ou 4b de ses extrémités.
La came 4 peut par exemple être formée d'une lame métallique dont les deux extrémités terminales 4a, 4b présentes un profil particulier, par exemple triangulaire, qui soit en outre complémentaire du profil des les contre-cames 5a, 5b. Déterminer un profil optimal de came 4 ou de contre-came 5 a, 5b est à la portée de tout homme du métier.
Par ailleurs, comme on le voit sur la Figure 1, le logement 2 aménagé dans le corps principal 1 comprend en fait un évidement central 12 principal qui est dimensionné et conçu pour recevoir le plateau-support 14 qui vient s'y loger lors de l'insertion de la cassette 3 dans le logement 2, ainsi qu'un évidement périphérique 11, aménagé en périphérie de l' évidemment central 12, au sein duquel vient se positionner tout ou partie de la paroi avant 13 de la cassette 3, lorsqu'elle est complètement insérée dans le logement 2.
Préférentiellement, la profondeur de l'évidement périphérique 11 est choisie de manière ce que la cassette 3 ne fasse pas saillie au-dessus de la surface externe du corps 1 de la tête laser, ce qui permet de minimiser l'encombrement. Dit autrement, la profondeur de l'évidement périphérique 11 correspond à l'épaisseur de la paroi avant 13 de la cassette
3, c'est-à-dire la distance entre les surfaces interne 13b et externe 13 a.
De même, la profondeur et la forme de l'évidement central 12 principal correspondent à celles du plateau- support 14 de la cassette 3.
Selon l'invention la ou les contre-cames 5a, 5b peuvent être agencées dans l'évidement périphérique 11 du corps principal 1, comme illustré sur les Figures 1 à 3. Toutefois, les contre-cames 5a, 5b pourraient aussi être formées par des parties formées ou des évidements pratiqués au sein du corps 1
Par ailleurs, afin de faciliter l'extraction de la cassette 3, il est prévu un ou plusieurs poussoirs d'éjection 7, 8 agencés entre la face interne 13b de la paroi avant 13 de la cassette
3 et le corps principal 1, qui sont aptes à et conçus pour exercer sur la cassette 3, une force mécanique et/ou élastique tendant à éloigner ladite cassette 3 du corps principal 1. Ces poussoirs d'éjection 7, 8 sont formés d'un axe épaulé 7, 8 et d'un ressort 17 (Figure 4).
L'épaulement permet un arrêt en translation des poussoirs d'éjection, ces derniers sont mus par les ressorts 17
La Figure 4 représente le système vu de dessus en position ouverte. La came 4 n'est plus en contact avec les contre-cames 5a et 5b. Ce qui permet aux poussoirs 7, 8 chasser la cassette 3 du corps principale 1.
Le montage et le démontage de la cassette 3 contenant la lentille se fait de la façon suivante.
La lentille est d'abord placée dans la cassette 3. Ensuite, pour introduire la cassette 3 dans son logement 2 de la tête de focalisation laser, on arme la came de blocage 4 qui est monté sur un ressort de torsion. Puis, on insère la cassette 3 dans son logement 2 et on relâche alors la came de blocage 2 afin qu'elle se verrouille en position sur les contre-cames 5a, 5b de blocage. Le ressort de torsion sur lequel est montée la came 4 assure le maintien en position verrouillé, c'est dans la position de fixation, de la came de blocage 4.
A l'inverse, pour extraire la cassette 4 de la tête laser, on fait tourner, de par exemple d'un quart de tour vers la gauche, la came de blocage 4, ce que la libère de ses contacts avec les contre-cames 5a, 5b. Les poussoirs d'éjection 7, 8, qui appliquent une force sur la face interne 13b de la cassette 3, éjectent la cassette 3 de son logement 2 et l'opérateur peut alors s'en saisir et procéder au remplacement de la lentille par exemple. De préférence, la came de blocage 4 comprend à ses extrémités 4a, 4b des portions d'extrémités ayant des profils complémentaires des profils des contre-cames 5a, 5b avec lesquelles elles coopèrent.
Les Figure 5 et Figure 6 représentent le profil biseauté des came et contre-cames. Sur la Figure 5, la came 4 est en position déverrouillé. Sur la Figure 6, la came 4 est en position verrouillé sur la contre-came 5a. Leur profil biseauté permet de plaquer la face 13b de la cassette 3 contre la face 11 du logement 2.
Aucun élément ne dépasse de la tête de focalisation laser (pas de molette, vis ou poignée), ce qui conduit à un gain au niveau du volume d'encombrement et est particulièrement utile lorsque la tête de focalisation laser est montée sur un robot.
L'action du ressort de torsion permet de verrouiller très rapidement la cassette 3. Il permet également garder la cassette en position verrouillé. Le système est autobloquant. Les vibrations ne peuvent pas le déverrouiller. Le système d'extraction est quasi- immédiat grâce aux poussoirs d'éjection. Une rotation d'un quart de tour de la came de blocage 4 suffit pour libérer la cassette à lentille de son logement.
Par ailleurs, une empreinte spécifique peut être aménagée sur la came de blocage 4 de manière à limiter l'accès à la cassette aux personnes autorisées munies d'un outil spécifique.
La tête de focalisation de l'invention peut être mise en oeuvre dans tout procédé de coupage, de marquage ou de soudage par faisceau laser.

Claims

Revendications
1. Tête de focalisation laser comprenant un corps principal (1) avec un logement (2) conçu et dimensionné pour recevoir une cassette (3) pour lentille de focalisation, une cassette (3) pour lentille de focalisation étant insérée dans ledit logement (2) de manière extractible et y étant retenue par un système de fixation (4, 5a, 5b), caractérisée en ce que ledit système de fixation (4, 5a, 5b) comprend au moins une came de blocage (4) mobile agencée sur la cassette (3) et au moins une première contre-came (5a) de blocage agencée dans le corps principal (1), ladite came de blocage (4) étant mobile entre :
- au moins une position de fixation dans laquelle la came (4) mobile coopère mécaniquement avec au moins la première contre-came (5a) de manière à solidariser la cassette (3) au sein du logement (2) dudit corps principal (1), et
- au moins une position de libération dans laquelle la came mobile (4) est désolidarisée d'au moins la première contre-came (5a) de manière à libérer la cassette (3) et à pouvoir l'extraire du logement (2) dudit corps principal (1).
2. Tête de focalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système de fixation (4, 5a, 5b) comprend au moins une première (5a) et une deuxième (5b) contre-cames de blocage agencées sur le corps principal (1) et coopérant mécaniquement l'une et l'autre avec la came (4) de la cassette (3), lorsque ladite came (4) est dans sa position de fixation pour maintenir la cassette (3) en position fixe dans le logement (2).
3. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la came (4) de blocage est mobile angulaire, notamment en pivotement ou en rotation.
4. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la cassette (3) comporte une paroi avant (13) avec face interne (13b) située du côté du logement (2) et une face externe (13a) située à l'extérieur du corps principal (1), lorsque la cassette (3) est insérée dans le logement (2), la came (4) de blocage étant portée par la face interne (13b) de la cassette (3).
5. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la cassette (3) à lentille comporte :
- une paroi avant (13) avec face interne (13b) située du côté du logement (2) et une face externe (13a) située à l'extérieur du corps principal (1), lorsque la cassette (3) est insérée dans le logement (2), et
- un plateau-support (14) fixé à la face interne (13b) de la cassette, ledit plateau- support (14) étant traversé par un orifice (15) de focalisation et étant apte à et conçu pour permettre une réception et un positionnement d'une lentille de focalisation au niveau de l'orifice (15) de focalisation,
- la came (4) de blocage étant agencée de manière à être mobile au sein d'un espacement (16) situé entre la face interne (13b) de la paroi avant (13) de la cassette et le plateau-support (14) fixé à ladite face interne (13b).
6. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le déplacement de la came (4) de blocage au moins entre la position de fixation et la position de libération, ou inversement, est obtenu par actionnement d'un système de commande (6) agencé dans la paroi avant (13) de la casette de manière à traverser ladite paroi avant (13), ledit système de commande (6) étant apte à et conçu pour venir agir sur la came (4) de blocage, lorsque ledit système de commande (6) est actionné par l'opérateur au niveau de la face externe (13a) de la paroi avant (13) de la cassette.
7. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le logement (2) aménagé dans le corps principal comprend :
- un évidement central (12) apte à et conçu pour recevoir le plateau- support (14) et
- un évidement périphérique (11), aménagé en périphérie de l' évidemment central (12), au sein duquel vient se positionner tout ou partie de la paroi avant (13) de la cassette (3), lorsque la cassette (3) est complètement insérée dans le logement (2), au moins l'une des contre-cames (5a, 5b) étant agencée dans l' évidement périphérique (11) du corps principal (1).
8. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la came (4) de blocage est montée sur un dispositif à ressort, en particulier un ressort de torsion, assurant un maintien de la coopération mécanique de la came (4) mobile avec au moins une des contre-cames (5a, 5b), lorsque la came (4) mobile est en position de fixation.
9. Tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, au moins un poussoir d'éjection (7, 8) agencé entre la face interne (13b) de la paroi avant (13) de la cassette (3) et le corps principal (1), et venant exercer sur la cassette (3), une force mécanique et/ou élastique tendant à éloigner ladite cassette (3) du corps principal (1), au moins lorsque la came (4) mobile est en position de fixation.
10. Installation de coupage, de marquage ou de soudage par faisceau laser comprenant une tête de focalisation selon l'une des revendications précédentes.
11. Procédé de coupage, de marquage ou de soudage par faisceau laser mettant en œuvre une tête de focalisation selon l'une des revendications 1 à 9 ou une installation munie d'une tête de focalisation selon la revendication 10.
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