WO2016050940A1 - Dispositif d'emission d'un faisceau laser apte a etre utilise dans un milieu contamine comprenant un fourreau pour loger de manière amovible un bloc optique - Google Patents
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Abstract
En vue d'une utilisation en milieu contaminé, il est proposé un dispositif (10) d'émission d'un faisceau laser pourvu d'une tête d'émission comprenant un bloc optique (42) disposé dans un fourreau (26) de forme générale longitudinale. Ce bloc optique (42) comprend un miroir (46) configuré pour dévier le faisceau laser initialement longitudinal en direction d'un orifice de sortie (20) permettant la sortie du faisceau laser selon un axe de sortie (24) interceptant l'axe longitudinal. Le fourreau (26) est configuré pour assurer un confinement de la tête d'émission de manière étanche aux poussières. Ainsi, la tête d'émission peut être nettoyée au moyen de produits de décontamination sans risque d'endommager le bloc optique (42) et son miroir (46).
Description
DISPOSITIF D'EMISSION D'UN FAISCEAU LASER APTE A ETRE UTILISE DANS UN MILIEU CONTAMINE COMPRENANT UN FOURREAU POUR LOGER DE MANIÈRE AMOVIBLE UN BLOC
OPTIQUE
DESCRIPTION
5 DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs d'émission d'un faisceau laser, et concerne plus particulièrement un tel dispositif apte à être aisément nettoyé ou décontaminé, notamment en vue de son utilisation dans un milieu contaminé par des particules radioactives ou tout autre type de contaminant, ou encore 0 pour le traitement de pièces activées.
Le dispositif selon l'invention peut être utilisé dans tout type de technique mettant en œuvre l'impact d'un faisceau laser sur une pièce manufacturée, en particulier pour l'usinage, la découpe, la décontamination par enlèvement d'une couche de matière superficielle, ou encore le contrôle non destructif ou la spectrométrie.
5 Dans une application particulière, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour découper des éléments d'installation nucléaire dans le cadre d'opérations de démantèlement ou de transformation.
Les éléments concernés peuvent par exemple être des pièces formant le support d'un cœur de réacteur nucléaire, telles que les fourreaux logeant les pieds des 0 assemblages combustibles.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans l'industrie, la technologie de découpe par laser est en général utilisée pour des découpes de pièces de relativement faible épaisseur. Les qualités recherchées sont avant tout la précision, la finesse et un impact thermique modéré.
5 En vue d'une utilisation dans des contextes de type "ateliers propres", des têtes de découpe très ouvragées raccordées à de multiples fluides ont été développées. Ces têtes de découpe sont performantes et disposent de réglages multiples et fins, mais elles sont sophistiquées et encombrantes.
Ces dispositifs ne sont en général pas adaptés à la découpe de pièces tubulaires, en particulier lorsque la découpe doit être mise en œuvre depuis l'intérieur de pièces tubulaires ayant un diamètre de 100 mm environ.
Le document FR 2 644 901 divulgue un dispositif de découpe par laser de forme tubulaire comprenant un miroir de focalisation et de renvoi du faisceau laser dans une direction radiale.
Un tel dispositif semble apte à réaliser des opérations de découpe de pièces tubulaires de diamètre relativement petit, mais se révèle peu adapté à une utilisation en environnement contaminé ou pour découper des pièces activées.
En effet, la décontamination d'un tel dispositif impose de nettoyer les différents composants internes du dispositif, ce qui nécessite un démontage et un remontage complet de ces composants. De plus, le nettoyage du miroir au moyen de produits de décontamination occasionne des risques considérables d'endommagement de ce miroir.
Ces problèmes se posent de manière plus générale en ce qui concerne les dispositifs d'émission d'un faisceau laser, tels que ceux utilisés pour l'usinage, la découpe, la décontamination par enlèvement d'une couche de matière superficielle, ou encore le contrôle non destructif ou la spectrométrie.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à au moins une partie de ces problèmes.
Elle a en particulier pour objet un dispositif d'émission d'un faisceau laser qui soit robuste et adapté au traitement de pièces tubulaires depuis l'intérieur de celles-ci, et qui soit décontaminable de manière simple et efficace.
L'invention propose à cet effet un dispositif d'émission d'un faisceau laser pour le traitement par laser de pièces manufacturées, comprenant :
une source capable d'émettre un faisceau laser ;
une tête d'émission s'étendant selon un axe longitudinal, et comprenant une buse de sortie délimitant un orifice de sortie permettant la sortie du faisceau laser selon un axe
de sortie interceptant l'axe longitudinal, et s'étendant de préférence selon la direction radiale ;
un organe de transmission du faisceau laser depuis la source jusqu'à la tête d'émission, agencé pour que le faisceau laser pénètre longitudinalement dans la tête d'émission ;
un bloc optique dans lequel est ménagé un chemin de passage pour le faisceau laser, ce bloc optique comprenant un miroir agencé sur le chemin de passage pour dévier le faisceau laser reçu de l'organe de transmission vers un trou de sortie de ce bloc optique ;
un générateur capable de délivrer du gaz pressurisé ; et
un circuit fluidique reliant le générateur à l'orifice de sortie de la tête d'émission.
Selon l'invention, la tête d'émission comprend un fourreau s'étendant selon l'axe longitudinal et présentant une première extrémité longitudinale fermée, ainsi qu'une seconde extrémité longitudinale opposée ouverte au travers de laquelle s'étendent l'organe de transmission et le circuit fluidique. Le fourreau est muni d'un trou traversant au travers duquel s'étend l'axe de sortie, le bloc optique étant logé de manière amovible dans le fourreau de sorte que le trou de sortie du bloc optique soit positionné en regard du trou traversant du fourreau, de manière à permettre le passage du faisceau laser et du gaz pressurisé au travers du trou traversant.
Le fourreau permet d'assurer un confinement de la tête d'émission, en association avec ledit gaz pressurisé agissant donc en tant que gaz de confinement au niveau du trou traversant du fourreau.
Le risque de pénétration de particules contaminées dans la tête d'émission peut ainsi être minimisé.
De plus, la décontamination de la tête d'émission peut être réalisée de manière simple dès lors qu'il suffit de décontaminer la surface extérieure du fourreau. La décontamination n'induit ainsi pas de risque d'endommagement du miroir.
La seconde extrémité ouverte du fourreau permet l'insertion du bloc optique dans le fourreau ainsi que son extraction hors du fourreau, d'une manière particulièrement simple.
De préférence, la buse de sortie est montée de manière amovible conjointement dans l'orifice traversant du fourreau et dans le trou de sortie du bloc optique, de manière à assurer une étanchéité aux poussières de dimension typiquement supérieure à 0,1 mm entre la buse de sortie et le fourreau, et de sorte que la buse de sortie d'une part empêche la rotation du bloc optique autour de l'axe longitudinal et d'autre part empêche un déplacement du bloc optique par rapport au fourreau selon la direction de l'axe longitudinal.
La buse de sortie offre ainsi un moyen simple d'indexage angulaire du bloc optique par rapport à l'axe longitudinal du fourreau.
La caractéristique ci-dessus relative à l'étanchéité de l'assemblage formé de la buse de sortie et du fourreau doit se comprendre comme signifiant que cet assemblage satisfait l'essai « La » de la norme IEC 60068-2-68 avec une granulométrie de 100 μιη typiquement, au lieu de la granulométrie de 75 μιη prévue par la norme.
De préférence, cet assemblage est conforme à la classe IP6 de la norme IEC 60529:1989+A1:1999 et satisfait donc l'essai « La » de la norme IEC 60068-2-68 avec la granulométrie de 75 μιη prévue par cette dernière norme.
Par ailleurs, le bloc optique est de préférence configuré pour assurer un confinement du chemin de passage de manière étanche aux poussières de dimension typiquement supérieure à 0,1 mm.
Le miroir se trouve ainsi également protégé de poussières susceptibles d'être arrachées au fourreau au cours de l'insertion du bloc optique dans le fourreau ou de l'extraction de ce bloc optique.
Ainsi, la propreté du miroir peut être garantie de manière optimale et les opérations de nettoyage du miroir peuvent être totalement évitées.
La caractéristique ci-dessus relative au confinement du chemin de passage doit se comprendre comme signifiant que le bloc optique satisfait l'essai « La » de la norme IEC 60068-2-68 avec une granulométrie de 100 μιη typiquement au lieu de la granulométrie de 75 μιη prévue par la norme.
De préférence, le bloc optique est conforme à la classe IP6 de la norme lEC 60529:1989+A1:1999 et satisfait donc l'essai « La » de la norme lEC 60068-2-68 avec la granulométrie de 75 μιη prévue par cette dernière norme.
De préférence, le bloc optique comporte une lentille de focalisation intercalée entre l'organe de transmission et le miroir, ainsi qu'un hublot interposé entre le miroir et l'orifice de sortie, la lentille de focalisation et le hublot fermant le chemin de passage de manière étanche aux poussières de dimension typiquement supérieure à 0,1 mm.
Le hublot, qui est l'élément optique le moins coûteux du bloc optique, est disposé du côté de l'orifice de sortie et assure ainsi une protection supplémentaire du miroir vis-à-vis d'éventuels projectiles. En cas de besoin, le remplacement du hublot peut être réalisé à un coût modéré. De plus, la lentille de focalisation agencée de l'autre côté du chemin de passage n'est ainsi pas exposée aux projectiles éventuels.
Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque le dispositif est utilisé pour réaliser de la découpe, de l'usinage, ou plus généralement pour toute technique impliquant un arrachement de matière, susceptible de générer des projectiles.
De préférence, la lentille de focalisation est telle que le faisceau laser, divergent à l'entrée de cette lentille de focalisation, soit convergent en sortie de la lentille de focalisation.
Cette configuration permet que le bloc optique présente un encombrement particulièrement réduit.
En variante, lorsqu'il est nécessaire d'optimiser la qualité géométrique du faisceau laser, une lentille additionnelle de collimation peut être interposée entre la lentille de focalisation et l'organe de transmission.
De préférence, le circuit fluidique comprend au moins un canal de refroidissement ménagé dans le bloc optique et s'étendant intégralement à l'extérieur du chemin de passage en étant en contact thermique avec le miroir.
Le circuit fluidique peut ainsi participer au refroidissement du miroir sans qu'aucune circulation de gaz pressurisé dans le chemin de passage ne soit nécessaire.
Le canal de refroidissement peut être ménagé dans une platine supportant le miroir.
En variante, le canal de refroidissement peut être ménagé au sein du miroir lui-même.
Le bloc optique présente de préférence une face d'entrée disposée du côté de l'organe de transmission et dans laquelle s'ouvre un logement pour la lentille de focalisation, ainsi qu'une face de sortie formant un fond du trou de sortie du bloc optique et dans laquelle débouche un logement pour le hublot.
De préférence, le circuit fluidique comporte une pluralité de canaux de passage de gaz ménagés dans le bloc optique à l'extérieur du chemin de passage et raccordant la face d'entrée à la face de sortie du bloc optique. Au moins l'un desdits canaux de passage de gaz inclut ledit au moins un canal de refroidissement.
Selon une caractéristique préférentielle, le circuit fluidique inclut une chambre de distribution du gaz pressurisé délimitée par la face d'entrée du bloc optique et par une coiffe recouvrant cette face d'entrée. La coiffe comprend au moins un orifice d'admission du gaz pressurisé.
La chambre de distribution permet d'alimenter les canaux ménagés dans le bloc optique d'une manière homogène.
De préférence, l'orifice d'admission du gaz pressurisé est équipé d'une buse de détente.
La détente du gaz est ainsi accompagnée d'une baisse de sa température permettant d'accroître l'effet de refroidissement du bloc optique et de ses composants.
La buse de détente est de préférence assemblée de manière amovible à la coiffe pour permettre le remplacement aisée de cette buse de détente. Des buses de détente de différentes configurations peuvent ainsi être utilisées tour à tour de manière à optimiser l'effet de la détente en fonction de la pression et du débit du gaz, de la
configuration de la buse de sortie de la tête d'émission, et des conditions d'utilisation prévues en ce qui concerne le dispositif.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les canaux de passage de gaz com portent des portions de sortie respectives s'étendant parallèlement à l'axe de sortie et débouchant dans une zone annulaire de la face de sortie du bloc optique autour du logement du hublot.
Par ailleurs, le gaz pressurisé remplit avantageusement la fonction de gaz de chasse.
Dans la présente description, on entend par fonction « gaz de chasse » le rôle joué par le gaz de pressurisation dans un processus de traitement par laser impliquant un arrachement de matière par fusion : le laser fait fondre le métal et le souffle du gaz chasse le métal fondu. Le gaz assurant cette fonction est pa rfois également dénommé « gaz d'assistance ».
D'une manière générale, le dispositif selon l'invention est destiné au traitement par laser de pièces manufacturées.
Dans une application particulière, le dispositif selon l'invention peut être un dispositif de découpe par laser, auquel cas la tête d'émission peut être qualifiée de tête de découpe.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif d'émission d'un faisceau laser selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1, illustra nt en outre la circulation de gaz pressurisé au sein du dispositif ;
- la figure 2a est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 2 ;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du dispositif de la figure 1, selon le plan l l l-l ll de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue schématique partielle en perspective du dispositif de la figure 1.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
La figure 1 illustre un dispositif d'émission d'un faisceau laser 10 selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Ce dispositif comporte de manière générale une source 12 capable d'émettre un faisceau laser, un générateur 14 capable de délivrer du gaz pressurisé, et une tête d'émission 16.
Dans le cas d'une application à de la découpe par laser, la source laser 12 est par exemple du type YAG de forte puissance, typiquement de 6kW à 8kW.
Le gaz pressurisé est par exemple de l'air, du diazote ou de l'argon.
La tête d'émission 16 s'étend selon un axe longitudinal 18, et comprend un orifice de sortie 20 permettant la sortie du faisceau laser 22 selon un axe de sortie 24 qui intercepte l'axe longitudinal 18. Dans l'exemple préférentiel illustré, l'axe de sortie 24 s'étend selon la direction radiale, définie par référence à l'axe longitudinal 18. En variante, l'axe de sortie 24 peut s'étendre selon une direction inclinée par rapport à l'axe longitudinal 18.
La tête d'émission 16 comprend un fourreau 26 métallique globalement cylindrique de révolution ayant une première extrémité longitudinale fermée 28 et une seconde extrémité longitudinale opposée ouverte 30. Le fourreau est de préférence réalisé en acier inoxydable.
Le dispositif comporte en outre un organe 32 de transmission du faisceau laser depuis la source 12 jusqu'à la tête d'émission 16. Cet organe de transmission 32 comporte une fibre optique 34 munie d'un connecteur 36 ainsi qu'un coupleur 38 auquel se raccorde le connecteur 36. Ce coupleur 38 est configuré pour délivrer le faisceau laser 22 longitudinalement dans la tête d'émission. A titre indicatif, le
connecteur 36 est refroidi de manière conventionnelle au moyen d'un circuit de refroidissement de la source laser 12, qui ne sera pas décrit en détail.
Le dispositif comporte également un circuit fluidique 40 reliant le générateur 14 à l'orifice de sortie 20 de la tête d'émission de sorte que le gaz pressurisé remplisse à la fois les fonctions de gaz de chasse et de gaz de refroidissement, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit.
La tête d'émission 16 comporte en outre un bloc optique 42 logé dans le fourreau 26, et dans lequel est ménagé un chemin de passage 44 pour le faisceau laser 22.
Ce bloc optique 42 comporte tout d'abord un miroir 46 agencé sur le chemin de passage 44 pour dévier le faisceau laser 22 reçu de l'organe de transmission 32 vers l'orifice de sortie 20 de la tête d'émission. Il est à noter que le miroir 46 délimite ainsi le chemin de passage 44. Le miroir 46 est par exemple en forme de disque plan. En variante, le miroir peut également prendre toute forme gauche adaptée aux mises en forme désirées du faisceau laser 22.
Dans le mode de réalisation illustré, le bloc optique 42 est configuré pour assurer un confinement du chemin de passage 44 de manière étanche aux poussières, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. De préférence, l'étanchéité est assurée vis-à-vis de poussières de dimension typiquement supérieure à 0,1 mm. Le miroir, et plus généralement l'intérieur du bloc optique, est ainsi protégé vis- à-vis de poussières pouvant éventuellement être arrachées au fourreau lors de l'insertion du bloc optique dans le fourreau, ou lors de l'extraction du bloc optique hors du fourreau.
Plus précisément, le bloc optique 42 comprend un boîtier 48 réalisé en métal, de préférence en un alliage de cuivre présentant une bonne conductivité thermique. Ce boîtier est par exemple de forme générale cylindrique de révolution et dimensionné de sorte qu'il soit apte à coulisser au sein du fourreau 26.
Le bloc optique 42 est visible à plus grande échelle sur les figures 2 à 4.
Le boîtier 48 comporte un trou de sortie 50 de forme cylindrique de révolution débouchant dans la surface latérale cylindrique 52 du boîtier et formant un lamage présentant un fond annulaire 54 à partir duquel le trou de sortie 50 est prolongé
par un conduit 56 coudé de diamètre plus petit, dont une partie forme le chemin de passage pour le faisceau laser 22. Le conduit 56 se décompose ainsi en une portion de sortie 56a qui débouche dans le trou de sortie 50 et une portion d'entrée 56b qui débouche dans un logement 58 élargi s'ouvrant au travers d'une face supérieure 60 du boîtier 48 (figures 2 et 4). La portion de sortie 56a s'étend parallèlement à l'axe de sortie 18, c'est-à-dire radialement dans l'exemple illustré, tandis que la portion d'entrée 56b s'étend longitudinalement.
La surface latérale cylindrique 52 du boîtier présente une extrémité inférieure 62 biseautée et le boîtier 48 comporte en outre un fond 64 en forme de demi- disque dont le bord rectiligne 66 présente des extrémités raccordées à l'extrémité inférieure 62 de la surface latérale cylindrique 52.
Le bloc optique 42 comporte en outre une platine 68 raccordée à l'extrémité inférieure 62 et au bord rectiligne 66, de sorte que la platine 68 s'étende selon une direction inclinée, par exemple à 45 degrés, par rapport à l'axe longitudinal 18 et par rapport à l'axe de sortie 24. La fixation de la platine 68 au boîtier 48 est par exemple assurée au moyen de vis (non visibles sur les figures) traversant des orifices de montage 67 (figure 3). La platine 68 forme un support sur lequel est fixé le miroir 46 (figures 2 et 4), de sorte que le miroir 46 permette le renvoi, dans la direction de l'axe de sortie, du faisceau laser 22 initialement longitudinal. En variante, le miroir peut être directement formé sur la platine 68.
Le boîtier 48 comporte également une cheminée 70 s'étendant en saillie vers l'extérieur à partir de la face supérieure 60 du boîtier de manière à prolonger le logement 58 (figures 2 et 4). Le coupleur 38 est monté dans la cheminée 70.
Le bloc optique 42 comporte une lentille de focalisation 72 intercalée entre l'organe de transmission 32 et le miroir 46.
Plus précisément, la lentille de focalisation 72 est montée dans le logement 58 débouchant au travers de la face supérieure 60 du boîtier 48, en regard du coupleur 38, pour recevoir le faisceau laser 22 issu du coupleur et réduire la divergence de ce faisceau laser. La lentille de focalisation 72 est par exemple retenue dans son
logement au moyen d'une bague annulaire 74 vissée dans la surface intérieure de la cheminée 70 (figure 2).
Dans l'exemple illustré, la lentille de focalisation 72 est appliquée contre un épaulement 76 prévu à l'extrémité de la portion longitudinale 56b du conduit 56.
En variante, la lentille de focalisation 72 peut être montée dans cette portion longitudinale 56b du conduit 56.
Le bloc optique 42 comporte en outre un hublot 78 interposé entre le miroir 46 et l'orifice de sortie 20.
Plus précisément, le hublot 78 est monté dans la portion de sortie 56a du conduit 56, qui forme ainsi un « logement » pour le hublot, selon la terminologie de l'invention. A cet effet, le hublot 78 est maintenu en place par une bague filetée 80 vissée dans la surface intérieure de la portion de sortie 56a du conduit 56 (figure 2a). Le hublot 78 est en outre bloqué, en direction du miroir 46, par un épaulement 90 formé dans la surface intérieure de la portion de sortie 56a.
La platine 68, la lentille de focalisation 72 et le hublot 78 ferment le chemin de passage 44 de manière étanche aux poussières de dimension typiquement supérieure à 0,1 mm.
Il est à noter que la face supérieure 60 du boîtier 48 constitue une « face d'entrée » du bloc optique 42, dans la terminologie de l'invention, tandis que l'épaulement 54 qui raccorde le trou 50 à la portion de sortie 56a du conduit 56 forme une surface annulaire plane appelée « face de sortie » du bloc optique 42.
Par ailleurs, le circuit fluidique 40 comprend tout d'abord un tuyau flexible 90 (figures 1 et 4) raccordé d'une part au générateur 14 et d'autre part à une buse de détente 94 (figures 2 et 4) qui débouche dans une chambre de distribution 96 qui fait également partie du circuit fluidique 40.
La chambre de distribution 96 est par exemple délimitée d'une part par la face d'entrée 60 du bloc optique et d'autre part par une coiffe 98 recouvrant cette face d'entrée.
La coiffe 98 prend globalement la forme d'un disque 100 muni d'une jupe cylindrique 102 appliquée sur la face d'entrée 60 de manière à maintenir un espace
entre le disque 100 et cette face d'entrée 60 pour former la chambre de distribution 96. Le disque 100 est pourvu d'un orifice de passage 103 pour la cheminée 70 et/ou pour le coupleur 38, et d'un orifice d'admission de gaz pressurisé 104 auquel est raccordé le tuyau flexible 90. Dans l'exemple illustré, la buse de détente 94 débouche dans l'orifice 104. La coiffe 98 est par exemple fixée au boîtier 48 au moyen de vis (non visibles sur les figures) montées dans des orifices de montage 106 qui s'étendent longitudinalement au travers de la jupe 102 (figure 4).
Le circuit fluidique 40 comprend en outre une pluralité de canaux de passage de gaz 110 ménagés dans le bloc optique 42 à l'extérieur du chemin de passage 44 et raccordant la face d'entrée 60 à la face de sortie 54 du bloc optique 42 (figures 2, 3 et 4).
Plus précisément, les canaux de passage de gaz 110 comprennent des portions d'entrée 112 respectives ménagées dans le boîtier 48. Ces portions d'entrée 112 s'étendent longitudinalement et débouchent au travers de la face d'entrée 60 du bloc optique. Les débouchés 114 des portions d'entrée 112 sont par exemple répartis autour de la base de la cheminée 70, c'est à dire autour du logement 58 de la lentille de focalisation.
D'autre part, les canaux 110 comprennent des portions de sortie 116 respectives ménagées dans le boîtier 48. Ces portions de sortie 116 s'étendent parallèlement à l'axe de sortie 24, c'est-à-dire radialement dans l'exemple illustré, et débouchent au travers de la face de sortie 54 du bloc optique. Les débouchés 118 des portions de sortie 116 sont répartis autour de l'axe de sortie 24. Les canaux 110 débouchent ainsi dans une zone annulaire de la face de sortie 54.
Enfin, certains des canaux 110 incluent des canaux de refroidissement 120 ménagés à l'intérieur de la platine 68 supportant le miroir 46.
Chacun des canaux de refroidissement 120 raccorde l'une à l'autre une portion d'entrée 112 et une portion de sortie 116 correspondantes.
Chacune des portions d'entrée 112 qui s'étendent axialement en regard du fond 64 du boîtier 48 est directement raccordée à une portion de sortie 116 correspondante.
Ainsi, il apparaît clairement qu'une partie du circuit fluidique 40 s'étend dans la platine 68.
En variante, les canaux de refroidissement 120 peuvent être directement intégrés au miroir 46.
Dans les deux cas, les canaux de refroidissement sont donc en contact thermique avec le miroir 46.
Par ailleurs, la tête d'émission 16 comporte une buse de sortie 130 délimitant l'orifice de sortie 20 du dispositif.
La buse de sortie 130 présente une surface intérieure 132 globalement tronconique permettant de concentrer le flux de gaz pressurisé issu des canaux 110, et au centre de laquelle passe le faisceau laser 22.
La buse de sortie 130 est assemblée de manière amovible au bloc optique 42 et au fourreau 26. A cet effet, la buse de sortie 130 est insérée conjointement dans un trou traversant 136 du fourreau 26 (figure 2a) et dans le trou de sortie 50 du bloc optique 42. A cet effet, la buse de sortie présente une surface externe 146 de section complémentaire à la forme du trou de sortie 50 et du trou traversant 136. Il s'agit par exemple d'une forme cylindrique de révolution.
L'étanchéité entre la buse de sortie 130 et le fourreau 26 est par exemple assurée par un joint annulaire d'étanchéité 144 logé dans une gorge annulaire prévue dans la surface externe 146 de la buse de sortie 130 et comprimé contre le bord du trou traversant 136 du fourreau 26.
La buse de sortie 130 est fixée au boîtier 48 du bloc optique 42, par exemple au moyen de vis 164 (dont l'une est visible sur la figure 2a). Ces vis 164 s'étendent parallèlement à l'axe de sortie 24, au travers d'une portion périphérique de la buse de sortie 130.
L'assemblage du dispositif peut donc être effectué d'une manière particulièrement simple, en suivant les étapes consistant successivement à :
raccorder le bloc optique 42 au connecteur 36 et au tuyau flexible 90, puis
insérer le bloc optique 42 dans le fourreau 26, de manière à centrer sensiblement le hublot 78 par rapport à l'axe de sortie 24 défini par le trou traversant 136 du fourreau, puis
monter le joint annulaire d'étanchéité 144 dans sa gorge et insérer ensuite la buse de sortie 130 au travers du trou traversant 136 jusque dans le trou de sortie 50 du bloc optique 42, puis
fixer la buse de sortie 130 au boîtier 48 au moyen des vis 164, dont le vissage s'effectue depuis l'extérieur du fourreau.
Le démontage du dispositif peut être mis en œuvre de manière simple en exécutant les opérations ci-dessus dans l'ordre inverse.
La décontamination du dispositif peut également être réalisée d'une manière particulièrement simple et sûre, étant donné que le confinement statique procuré par le fourreau 26 et par la buse de sortie 130, ainsi que le confinement dynamique assuré par le gaz pressurisé au niveau de l'orifice de sortie 20, rendent inutile la décontamination des éléments logés dans le fourreau, c'est-à-dire le bloc optique 42, l'organe de transmission 32 et le tuyau flexible 90.
De plus, le caractère étanche aux poussières du bloc optique 42 rend le désassemblage de ce dernier inutile, même en cas de libération accidentelle de poussières à l'intérieur du fourreau 26 par friction lors du coulissement du bloc optique 42 au sein du fourreau. Dans un tel cas, le bloc optique peut être nettoyé simplement sans risque d'endommager le miroir 46.
Il est à noter que le réglage du dispositif peut être effectué de manière simple avant l'insertion du bloc optique 42 dans le fourreau. Lorsque ce réglage est accompli, le bloc optique peut être monté dans le fourreau avant la pénétration de la tête d'émission 16 en zone contaminée. Dès lors, le bloc optique 42 est protégé par le fourreau et ne court aucun risque de contamination.
La figure 2 illustre le fonctionnement du dispositif 10.
Le faisceau laser 22 longitudinal convergent en sortie de la lentille de focalisation 72 est réfléchi par le miroir 46 selon l'axe de sortie 24 traversant l'orifice de sortie 20 de la tête d'émission 16.
Le gaz pressurisé 200 provenant du générateur 14 pénètre dans la chambre de distribution 96 au travers de la buse de détente 94 montée dans l'orifice d'admission 104. Le gaz pressurisé atteint ainsi les débouchés 114 des portions d'entrée 112 des canaux de passage de gaz 110 et pénètre dans ces derniers. Une partie du gaz pressurisé 202 poursuit sa circulation dans les canaux de refroidissement 120 ménagés à l'intérieur de la platine 68 et permet ainsi de refroidir le miroir 46, tandis que dans les autres canaux de passage de gaz 110, l'air 204 atteint directement les portions de sortie 116 des canaux. L'air poursuit sa circulation dans les portions de sortie 116 jusqu'à déboucher au travers de la face de sortie 54. L'air 206 est alors canalisé par la surface intérieure 132 de la buse de sortie 130 pour se concentrer dans l'orifice de sortie 20.
La circulation de l'air pressurisé au sein des canaux de passage de gaz 110 permet un refroidissement efficace du bloc optique 42, tandis que la pression de l'air en sortie de l'orifice de sortie 20 permet d'assurer une protection de la tête d'émission 16 à l'égard d'éventuelles scories ou autre projectiles induits par l'action du laser sur la pièce traitée. Le gaz pressurisé assure ainsi un confinement dynamique de la tête d'émission 16.
Il est à noter qu'au cours du traitement par laser, en particulier dans le cas d'une application à de la découpe, la pression du gaz en sortie du générateur 14 peut être fixée à une valeur supérieure ou égale à 8 bars, afin que le gaz remplisse la fonction de « gaz de chasse », tandis que cette pression peut être de l'ordre de 1 à 2 bars lorsqu'aucune action du laser n'est en cours mais que la tête d'émission se trouve en zone contaminée ou potentiellement contaminée, pour assurer la fonction de confinement.
En variante, sans sortir du cadre de l'invention, le chemin de passage 44 peut être raccordé au générateur de gaz pressurisé 14. A cet effet, le chemin de passage 44 peut par exemple être raccordé à un canal de passage de gaz prévu dans le bloc optique et débouchant dans la chambre de distribution 96. L'étanchéité aux poussières du bloc optique 42 peut dans ce cas être assurée par un filtre adapté à la filtration des poussières de dimension supérieure à 0,1 mm, tel qu'un filtre métallique fritté poreux. Le chemin de passage 44 peut ainsi être maintenu en surpression de
manière à assurer un confinement dynamique en complément du confinement statique assuré par la lentille de focalisation 72, le hublot 78 et la platine 68. Des fuites contrôlées de gaz pressurisé peuvent en outre être prévues au niveau des éléments délimitant le chemin de passage 44.
Claims
1. Dispositif d'émission d'un faisceau laser (10) pour le traitement par laser de pièces manufacturées, comprenant :
une source (12) capable d'émettre un faisceau laser ;
- une tête d'émission (16) s'étendant selon un axe longitudinal (18), et comprenant une buse de sortie (130) délimitant un orifice de sortie (20) permettant la sortie du faisceau laser (22) selon un axe de sortie (24) interceptant l'axe longitudinal (18) ;
- un organe de transmission (32) configuré pour transmettre le faisceau laser depuis la source jusqu'à la tête d'émission, et agencé pour que le faisceau laser pénètre longitudinalement dans la tête d'émission ;
- un bloc optique (42) dans lequel est ménagé un chemin de passage (44) pour le faisceau laser, ce bloc optique comprenant un miroir (46) agencé sur le chemin de passage pour dévier le faisceau laser reçu de l'organe de transmission (32) vers un trou de sortie (50) de ce bloc optique ;
- un générateur (14) capable de délivrer du gaz pressurisé ; et
- un circuit fluidique (40) reliant le générateur (14) à l'orifice de sortie (20) de la tête d'émission ;
le dispositif étant caractérisé en ce que la tête d'émission (16) comprend un fourreau (26) s'étendant selon l'axe longitudinal (18) et présentant une première extrémité longitudinale (28) fermée, et une seconde extrémité longitudinale (30) opposée ouverte au travers de laquelle s'étendent l'organe de transmission (32) et le circuit fluidique (40), le fourreau (26) étant muni d'un trou traversant (136) au travers duquel s'étend l'axe de sortie (24), le bloc optique (42) étant logé de manière amovible dans le fourreau (26) de sorte que le trou de sortie (50) du bloc optique soit positionné en regard du trou traversant (136) du fourreau (26), de manière à permettre le passage du faisceau laser et du gaz pressurisé au travers du trou traversant (136).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la buse de sortie
(130) est montée de manière amovible conjointement dans l'orifice traversant (136) d
fourreau (26) et dans le trou de sortie (50) du bloc optique (42), de manière à assurer une étanchéité aux poussières de dimension supérieure à 0,1 mm entre la buse de sortie (130) et le fourreau (26), et de sorte que la buse de sortie (130) empêche la rotation du bloc optique (42) autour de l'axe longitudinal (18), et empêche un déplacement du bloc optique (42) par rapport au fourreau (26) selon la direction de l'axe longitudinal (18).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le bloc optique (42) est configuré pour assurer un confinement du chemin de passage (44) de manière étanche aux poussières de dimension supérieure à 0,1 mm.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le bloc optique (42) comporte une lentille de focalisation (72) intercalée entre l'organe de transmission (32) et le miroir (46), ainsi qu'un hublot (78) interposé entre le miroir (46) et l'orifice de sortie (20), la lentille de focalisation et le hublot ferma nt le chemin de passage (44) de manière étanche aux poussières de dimension supérieure à 0,1 mm.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la lentille de focalisation (72) est telle que le faisceau laser (22), divergent à l'entrée de cette lentille de focalisation (72), soit convergent en sortie de la lentille de focalisation (72).
6. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit fluidique (40) comprend au moins un canal de refroidissement (120) ménagé da ns le bloc optique (42) et s'étenda nt intégralement à l'extérieur du chemin de passage (44) en étant en contact thermique avec le miroir (46).
7. Dispositif selon la combinaison des revendications 4 et 6, da ns lequel :
- le bloc optique (42) présente une face d'entrée (60) disposée du côté de l'organe de tra nsmission (32) et dans laquelle s'ouvre un logement (58) pour la lentille de focalisation
(72), ainsi qu'une face de sortie (54) formant un fond du trou de sortie (50) du bloc optique et dans laquelle débouche un logement (56a) pour le hublot (78), et
- le circuit fluidique (40) comporte une pluralité de canaux de passage de gaz (110) ménagés dans le bloc optique à l'extérieur du chemin de passage (44) et raccordant la face d'entrée (60) à la face de sortie (54) du bloc optique, au moins l'un desdits canaux de passage de gaz (110) incluant ledit au moins un canal de refroidissement (120).
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le circuit fluidique (40) inclut une chambre de distribution (96) du gaz pressurisé délimitée par la face d'entrée (60) du bloc optique (42) et par une coiffe (98) recouvrant cette face d'entrée et comprenant au moins un orifice d'admission du gaz pressurisé (104).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'orifice d'admission du gaz pressurisé (104) est équipé d'une buse de détente (94).
10. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 7 à 9, dans lequel les canaux de passage de gaz (110) comportent des portions de sortie (116) respectives débouchant dans une zone annulaire de la face de sortie (54) du bloc optique autour du logement (56a) pour le hublot (78).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, le dispositif étant un dispositif de découpe par laser, la tête d'émission (16) étant une tête de découpe, et le gaz pressurisé remplissant la fonction de gaz de chasse.
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