WO2017191336A1

WO2017191336A1 - Sistema de corte laser con doble fibra

Info

Publication number: WO2017191336A1
Application number: PCT/ES2016/070580
Authority: WO
Inventors: Jorge Luis RODRÍGUEZ ORDÁS
Original assignee: Tecoi Corte, S.L.
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2017-11-09
Also published as: US11389905B2; EP3492212A4; US20190314936A1; MX2018003224A; EP3492212A1

Abstract

Sistema de corte con doble fibra para corte de chapas mediante láser que comprende: una máquina de corte de pórtico móvil y chapas fijas, múltiples cabezales tanto para corte recto como corte en bisel, múltiples fuentes de corte en cada cabezal, medios de cambio automático de fuente de corte en cada cabezal, medios de control de todos los elementos, donde las múltiples fuentes de corte en cada cabezal se realiza mediante dos fibras enviadas desde sendas salidas del generador hasta cada cabezal. Se consigue el corte de una o varias chapas simultáneamente que presentan espesores diferentes y en consecuencia una máxima capacidad de corte láser en longitud útil, así como en anchura útil, el empleo de un único generador, y el ajuste automático de condiciones de corte en función de los espesores, corte recto y con bisel en múltiples cabezales simultáneamente.

Description

SISTEMA DE CORTE LASER CON DOBLE FIBRA DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un sistema de corte con láser con equipamiento de doble fibra, particularmente un sistema de corte de chapas mediante láser que emplea una multiplicidad de fibras de corte para cabezales de corte láser.

Caracteriza a la presente invención el hecho de que gracias al empleo de una multiplicidad de fibras de corte y las características de estos asociados a unos medios de generación más potentes se consigue el corte de una o varias chapas que presentan espesores diferentes sin necesidad de modificar la configuración óptica del cabezal.

Por lo tanto, gracias al sistema de corte se consigue una máxima capacidad de corte láser en longitud útil, así como en anchura útil, el empleo de un único generador, y el ajuste automático de condiciones de corte en función de los espesores de corte, tanto para corte recto y comoen bisel.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de las máquinas de corte de chapa por láser, así como de entre los cabezales empleados para dicho corte y en especial la utilización de múltiples fibras para obtener las mejores prestaciones de corte en diferentes espesores sin realizar modificaciones en la configuración óptica por parte del operario.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el mercado del corte de chapas metálicas, se ha implantado como técnica fundamental, el corte por láser. Esta técnica logra una calidad de corte excelente, con máximo aprovechamiento de material, y elevada velocidad de corte. Los diversos fabricantes de máquinas que incorporan la tecnología de corte por láser, utilizan generadores de corte procedentes de varios proveedores de generadores, que se reparten el mercado global.

Los fabricantes de máquinas que no fabrican sus propios generadores, son considerados "OEM" (Original EquipmentManufacturer).

El resto de fabricantes, integran la fuente de corte y todos sus elementos anexos.

En el procesado de chapa metálica para la fabricación de grandes piezas, intervienen los siguientes procesos:

Identificación para trazabilidad

Corte térmico

Biselado de bordes

Taladrado

· Roscado

Avellanado

Curvado mediante rodillos

Soldadura

Etc ..

Las máquinas de corte por láser, tradicionalmente se han limitado a dos de los procesos, identificación y corte térmico.

Algunos fabricantes han incorporado el corte en bisel como última innovación añadiendo de ese modo un proceso a mayores.

Por limitaciones técnicas, hasta la fecha, el corte por láser se ha utilizado en un rango de espesores muy bajo, limitando de este modo las aplicaciones posibles. Hasta hace poco tiempo, si en una misma máquina se quería disponer de más de un cabezal de corte, había de incorporarse varios generadores.

La tendencia actual, gracias a la aparición de fuentes de corte con mayor potencia, es incrementar el rango de espesores susceptibles de ser cortados con láser. Además, recientemente, han aparecido en el mercado nuevos generadores, que ofrecen varias salidas, haciendo posible cortar con varios cabezales a partir de una misma fuente. Esta tendencia, está en sus pasos iniciales y presenta los siguientes inconvenientes:

Los componentes anexos a las fuentes de corte láser de gran potencia, no se han desarrollado aún, para alcanzar elevadas cotas de funcionalidad. Actualmente, están desarrolladas hasta un nivel muy simple, centrando los esfuerzos de diseño únicamente en la optimización de los dispositivos ópticos, para que resistan la mayor potencia posible.

Técnicamente resulta complejo adaptar los cabezales y sus parámetros de trabajo, a cada nuevo espesor de chapa a cortar.

Funcionalmente, es poco eficaz y realmente complejo, cambiar entre espesores de corte en una misma máquina, cuando la diferencia es mayor a 3 mm.

Por lo tanto, si se quiere cortar en una misma máquina, espesores finos, medios y gruesos, hay que disponer de al menos tres configuraciones óptico- mecánicas diferentes para cada cabezal.

Si se desea cortar distintos rangos de espesor de chapa, resulta una tarea terriblemente ardua a la hora de cambiar configuraciones óptico-mecánicas.

Esto hace, que los clientes con mayor capacidad, habitualmente compren varias máquinas iguales y las destinen a trabajos concretos, adaptando cada una a un rango de espesores de chapa, evitando de ese modo las tareas de reconfiguración anteriormente descritas.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un sistema de corte que permita cortar en una misma máquina espesores diferentes de chapa en la que no sea necesario adaptar los cabezales y sus parámetros de trabajo a cada nuevo espesor de chapa a cortar, es decir que no precise cambiar las configuraciones óptico-mecánicas de cada cabezal, desarrollando un sistema de corte con cabezal múltiple y múltiples fibras como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención desarrollar un sistema de corte que permite el empleo de múltiples fuentes a partir de un único generador láser donde sea posible variar las características de emisión láser en tiempo real, en función del corte a realizar en cada momento. Por lo tanto, el sistema, en particular la máquina de corte dispondrá de varios cabezales adaptables automáticamente a las condiciones del corte en todos los rangos de espesor y materiales habituales en tiempo real, sin intervención del operador de la máquina. La máquina del sistema de corte propugnado será un máquina de pórtico móvil y chapas fijadas, que presenta grandes dimensiones en anchura y longitud útil de trabajo, que posee múltiples cabezales de corte, y múltiples fuentes de corte en cada cabezal, donde es posible el acceso libre a mesa de trabajo desde los laterales, lo que supone una facilidad de carga y descarga, donde además la máquina puede contar con un sistema automático de carga de chapas y de evacuación de residuos y piezas cortadas, un sistema de cobertura y protección de los medios de guías y tracción y un sistema automático de reconocimiento de chapas, así como de control automático de altura sobre chapas onduladas, y unos medios de control que unifican el funcionamiento de todos los elementos.

La máquina contará con un diseño modular adecuado a las limitaciones de peso y volumen para su transporte e instalación. Para poder cortar distintos rangos de espesores de chapa con cada cabezal se requieren diferentes configuraciones ópticas, que logren adaptar la focalización del rayo láser en la chapa durante el corte. El empleo de un mismo cabezal completamente automatizado, para distintos rangos de espesor, no se ha llevado a cabo hasta la fecha de manera comercial, debido a la gran complejidad de automatización que ello conllevaría a la hora de rehacer ajustes ópticos para cada nuevo modo de focalización, al pasar de un rango de espesores a otro.

Por lo tanto se ha buscado desarrollar un nuevo método de variar las condiciones de focalización del rayo, sin tener que sustituir el paquete de lentes cada vez que se quiere obtener las mejores prestaciones de corte en diferentes espesores de chapa.

El método consiste en instalar dos fibras desde sendas salidas de potencia del generador, hasta cada cabezal, teniendo cada fibra distinto diámetro interior, con lo que se logra enviar el rayo de corte desde el generador hasta el cabezal, por una u otra fibra.

Enviando el rayo por fibras de menor diámetro interior, se logra variar el diámetro del rayo al incidir en la lente focal, siendo de mayor diámetro cuando se envía por fibras de mayor diámetro y viceversa.

Para poder lograr la anterior funcionalidad se hace necesario que el sistema cuente con:

- Salidas de fibra en generador, conmutables parametrizables.

- Doble colimador conmutable

- Óptica de espejos dicroicos y reflectantes con absorbedor monitorizado, en montante refrigerado, bajo atmósfera presurizada.

- Cabezal óptico con alimentación de gases de corte.

- Control de altura capacitivo integrado. Una vez construidos los elementos físicos del conjunto, hay que desarrollar boquillas y tablas de corte específicas mediante el ensayo de diámetros, caudales de flujo y presiones de gases de corte, acordes a demoras de perforación y velocidades de corte, específicas para cada material y espesor.

Con las tablas de corte creadas e introducidas en el software, hay que automatizar la permutación entre fibras y colimadores, junto con la regulación de potencias y frecuencias de pulsado en el generador, para lograr distintos estados del rayo láser en el ciclo de perforación, en el de corte, e incluso en el de marcado superficial, acordes a las calidades deseadas. La monitorización de la cámara óptica, requiere del diseño y fabricación de nuestros propios detectores al no existir elementos comerciales utilizables.

La manipulación óptica de un rayo láser de alta potencia, conlleva riesgos que han de ser supervisados y monitorizados como alertas de proceso en el entorno de automatización de la máquina.

Los principales riesgos en la cámara de proceso, son:

- Rotura de espejos (habitualmente por choque térmico, o deterioro del recubrimiento reflectante)

- Radiación directa deslocalizada.

- Radiación difusa perimetral al rayo.

Para la detección de la radiación adecuada del láser dentro de la cámara, se ha diseñado un absorbedor de radiación por saturación térmica, monitorizado por temperatura y con refrigeración forzada.

La integración del conjunto en la mecánica móvil del cabezal, obliga a rediseñarle, en sus dos versiones: corte recto y corte en bisel.

Para lograr un sistema como el descrito la máquina ha tenido que ser diseñada en su mecánica para adaptar las dimensiones de conjunto a los nuevos requerimientos. En particular los cabezales de corte láser y sus diferentes componentes. El sistema comprende unos medios de control basados en la combinación de tres entornos de programación:

- Un software de control que comprende las funciones matemáticas integradas para el cálculo de trayectorias compensadas, "nesting" o anidado automático, CAD adaptado, subrutinas de gestión periférico específicas, postprocesadores adaptados a otros software, etc.

- Un software de interfaz hombre máquina que comprende el diseño gráfico de entorno de pantallas, ventanas desplegables, tablas de parámetros, botones, iconos, versiones a múltiples idiomas, etc. un software de comunicaciones que comprende los programas para gestión de autómata y elementos de entorno, como Bus de campo, fibra óptica, válvulas proporcionales, gestión de diagnosis, etc ..

Las ventajas que se derivan del sistema así descrito son:

- Máxima capacidad de corte láser en longitud útil.

- Máxima capacidad de corte láser en anchura útil

- Múltiples cabezales de corte láser con la misma fuente.

- Corte recto en múltiples cabezales simultáneamente.

- Corte con bisel en múltiples cabezales simultáneamente.

- Ajuste automático de condiciones de corte en función de espesores. A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

En la figura 1 , podemos observar una representación de los parámetros que intervienen en el corte de una chapa fina. En la figura 2 se muestran los parámetros que intervienen en el corte de chapas gruesas.

En la figura 3, podemos observar un cabezal equipado con el sistema de doble fibra como el que es objeto de la invención.

En la figura 4 se muestra la vista de la cámara óptica de un cabezal equipado con el sistema de la invención.

En la figura 5 se muestra una representación de un cabezal de corte láser completo e integrado en una máquina con el sistema de la invención.

En las figuras 6 y 7 se muestra una representación de la vista frontal y en perspectiva respectivamente de la máquina del sistema de corte láser, donde se aprecian varios cabezales de corte recto y biselado, equipado con el sistema de la invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En las figuras 1 y 2 se muestran los parámetros básicos para corte de chapas finas y chapas gruesas respectivamente. Se muestra la llegada de un rayo láser (1 ) de diámetro (D) a una lente focal (2) y que en función de la distancia focal (f) y la zona focal (Zf) se produce un corte o spot (3) de un diámetro determinado (df). El efecto que se persigue, es el de lograr distintas zonas focales con mayor o menor tamaño del spot, modificando la distancia focal (f)y el diámetro del rayo láser (D), en lugar de modificar la lente focal.

En la figura 3 se muestra la solución adoptada para conseguir una máquina que pueda cortar diferentes rangos de espesores de chapa empleando para ello una máquina con varios cabezales, donde cada cabezal (4) cuenta con una entrada doble, es decir, con dos entradas para fibras de diferente tamaño, una fibra de mayor tamaño (5) y otra entrada de una fibra de menor tamaño (6) donde las fibras son enviadas desde sendas salidas del generador hasta cada cabezal teniendo cada fibra distinto diámetro interior, con lo que se logra enviar el rayo de corte desde el generador hasta el cabezal, por una u otra fibra.

Enviando el rayo por fibras de menor diámetro interior, se logra variar el diámetro del rayo al incidir en la lente focal, siendo de mayor diámetro cuando se envía por fibras de mayor diámetro y viceversa. En la figura 4 se muestra un cabezal de corte que presenta las fibras de llegada (7) y donde puede observarse la cámara óptica del cabezal.

Por lo tanto el sistema de corte con cabezal múltiple se caracteriza porque comprende:

- Una máquina de corte de pórtico móvil y chapas fijas

- Múltiples cabezales tanto para corte recto como corte en bisel

- Múltiples fuentes de corte en cada cabezal

- Medios de generación láser provistos con varias salidas de fibra conmutables parametrizables.

- Medios de control de todos los elementos. Los cabezales están provistos de medios de cambio automático de fuente de corte en cada cabezal.

Las múltiples fuentes de corte en cada cabezal se consigue mediante dos fibras enviadas desde sendas salidas del generador hasta cada cabezal.

Adicionalmente podrá comprender:

- Un sistema automático de carga de chapas

- Un sistema automático de reconocimiento de chapas

- Un sistema automático de control de altura sobre las chapas onduladas

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . - Sistema de corte con doble fibra para corte de chapas mediante láser caracterizado porque comprende:

- Una máquina de corte de pórtico móvil y chapas fijas

- Múltiples cabezales tanto para corte recto como corte en bisel

- Múltiples fuentes de corte en cada cabezal

- Medios de generación láser provistos con salidas de fibra conmutables parametrizables.

- Medios de control de todos los elementos,

donde los cabezales están provistos de medios de cambio automático de fuente de corte en cada cabezal

2. - Sistema de corte con doble fibra según la reivindicación 1 caracterizado porque las múltiples fuentes de corte en cada cabezal se realiza mediante dos fibras enviadas desde sendas salidas del generador hasta cada cabezal.

3. - Sistema de corte con doble fibra según la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque comprende:

- Un sistema automático de carga de chapas

- Un sistema automático de reconocimiento de chapas

- Un sistema automático de control de altura sobre las chapas onduladas

4. - Sistema de corte con doble fibra según la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque cada cabezal (4) cuenta con una cámara óptica con medios de la radiación adecuada del láser dentro de la cámara.

5. - Sistema de corte con doble fibra según la reivindicación 1 caracterizado porquelos medios de la radiación adecuada del láser dentro de la cámara se ha diseñado un absorbedor de radiación por saturación térmica, monitorizado por temperatura y con refrigeración forzada.