WO2018029433A1 - Dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser avec système de maintien thermique - Google Patents

Dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser avec système de maintien thermique Download PDF

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WO2018029433A1
WO2018029433A1 PCT/FR2017/052219 FR2017052219W WO2018029433A1 WO 2018029433 A1 WO2018029433 A1 WO 2018029433A1 FR 2017052219 W FR2017052219 W FR 2017052219W WO 2018029433 A1 WO2018029433 A1 WO 2018029433A1
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laser beam
housing
thermal holding
thermal
opening
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Application number
PCT/FR2017/052219
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Sacha BERNET
Vincent LALANNE
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Accelinn
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
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    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/703—Cooling arrangements

Definitions

  • the present invention relates to the field of the treatment of a surface or zone by laser beam, more particularly of laser beam welding, and relates to a device for treating a surface or zone with a laser beam with a system thermal holding.
  • Such a welding apparatus generally comprises a laser head which comprises a housing, a generator system or receiver of a power laser beam making it possible to generate a laser beam or to receive a laser beam in the interior space of said housing, for example guided by an optical fiber from a remote generator, an optical collimation system for obtaining a parallel beam, an optical focusing system.
  • the housing comprises a front opening allowing the output of the laser beam passing through the interior of the housing according to a predefined optical path and the focusing system disposed in the latter.
  • the optical focusing system comprises a convergent lens for concentrating the laser beam on a focus located outside the housing and on which is positioned the surface or the zone to be treated which generally consists, for welding operations, in a throat forming the junction between two parts to be welded and in which is directed the laser beam to achieve the weld bead fixedly connecting the two parts to each other.
  • the laser beam receiver system generally comprises , a connector allowing connecting an end of optical fiber guiding or bringing the laser beam into the interior space of the housing 2 from said generator and positioning the axis of said optical fiber end operatively in the axis of the optical path of the housing; mirror array for guiding the laser beam into the housing.
  • a power generator disposed directly in the interior space of the housing or outside and in proximity to the latter.
  • the latter comprises an inlet or intake opening to which the connector 3 is connected or directly the laser generator, generally by the intermediate of an optical collimation system, possibly integrated into the connector or the generator.
  • these laser heads are generally equipped with a frontal opening protection system to prevent particles, dusts or solder splashes may pass through the front opening and reach the components, including the optical components located in the housing.
  • a protection system is generally in the form of a glass pane or a glass disposed in front of the front opening or in the latter.
  • the document EP 1 273 382 describes and illustrates a miniaturized power laser beam welding apparatus of 500 watts to several kilowatts, more particularly 4 kW, which partly meets the problem of congestion.
  • a welding head comprising a chamber or housing comprising an inlet opening allowing the entry of the laser beam into the interior space of the housing and a front opening made in a front side of the housing and allowing the exit of the laser beam after following a predefined optical path.
  • the front side is oriented, in the operating state, to the surface to be treated.
  • the housing also contains a deflection mirror positioned on the optical path just behind the front opening to deflect the beam 90 ° to the front opening in the axis of the deflection.
  • the frontal opening is protected from external constraints by a shield located in front of the front opening, forming a a mechanical obstacle with a hole centered on the optical path and a blast nozzle positioned between the shield and the front wall which have the effect of stopping or repelling dust and projections so that they do not reach the components optics located in the housing and in particular the focusing lens.
  • an apparatus of the type disclosed in EP 1 273 382 does not make it possible to perform a weld bead of sufficient quality in a deep groove, nor to use a high power laser source or generator, it is that is to say greater than 4 kW, and especially with a power of more than 8kW, in particular beyond 10kW, and to respond to a constraining and varied thermal environment, that is to say, in particular in an interval temperature between 10 and 300 ° C.
  • the laser beam treatment device of a surface or zone comprising a laser treatment head comprising a housing, a generator system or a receiver of a laser beam of power, an optical collimation system, an optical focusing system and, preferably, a protection system against external stresses, said housing having a front side in which is formed a front opening for the output of the laser beam, said housing enclosing at least said focusing system, the optical focusing system and / or the protection system being possibly at least partly mounted in or adjacent to said front opening, characterized in that it comprises in in addition to a thermal holding system allowing a thermal maintenance of the interior space of the housing and / or of the whole of the head, said thermal holding system comprising at least one thermal holding plate, the or at least one of said plates, said front thermal holding plate, being applied against the outer face of the front side by covering the latter entirely or almost entirely or integrated in, or forming, at least in part said front side.
  • FIG. 1 is a perspective view of a device for treating a surface or zone with a laser beam, according to the present invention, showing the laser welding head of said device, in an embodiment where the thermal holding plate is applied and held against the outer face of the front side and wherein said head comprises the laser beam displacement system,
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the laser head shown in FIG. 1 in plan view
  • FIG. 3 is a bottom plan view of the head shown in FIG. 1 showing the front part of the latter, with the thermal holding plate surrounding the front opening through which the laser beam is emitted,
  • FIG. 4 is a perspective and cross-sectional view of the front opening of the front side of the housing and the through opening of the thermal holding plate, said openings receiving the focusing system and the protection system,
  • FIG. 5 is a perspective view of the head shown in FIG. 1, showing in transparency the interior space with the different systems,
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the laser head shown in Figure 1, in profile, in the operating state above a surface to be treated comprising a groove separating two parts to be welded together of great thickness, and whose axis of the beam is directed in said groove at different angles of incidence obtained by means of the laser beam displacement system,
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the thermal holding plate, in a preferred embodiment of the thermal holding system.
  • the drawings show a laser beam treatment device of a surface or zone, according to the present invention, said device comprising a laser treatment head 1, called laser head 1, comprising a housing 2, a generator system or receiver of a power laser beam 3, an optical collimation system 4, a focusing optical system 5 and, preferably, a protection system 6 against external stresses such as dust, particles or projections.
  • the housing 2 has a front side 2a in which is formed a front opening 2b allowing the output of the laser beam, said housing enclosing at least said focusing system 5.
  • the optical focusing system 5 and / or the protection system 6 are optionally at least partly mounted in or adjacent to said front opening 2b.
  • the generator or receiver system of a power laser beam 3 makes it possible to generate a laser beam or to receive a laser beam (shown in phantom in FIGS. 5 and 6), for example guided by an optical fiber or by a network of mirrors. More particularly, it will be understood by system generating a laser beam, a system preferably comprising a power generator arranged directly in the interior space of the housing 2 or outside and close to the latter (not shown) in the appended figures).
  • a system for receiving a laser beam (as shown in the accompanying figures), a system preferably comprising a connector 3 for connecting an end of optical fiber, not shown, guiding or bringing the laser beam into the interior of the housing 2 from a power laser beam generator remote from the housing 2 or the head 1 or a mirror array, not shown guiding or bringing the laser beam into the housing 2 from a laser generator distant power.
  • the housing 2 may comprise an inlet or inlet opening 2c to which may be connected connector 3 (FIGS. 1, 2, 5, 6) or the laser generator or the array of mirrors.
  • the present invention can provide that the collimation system 4 is placed between the connector 3, to which it can be functionally connected, and the inlet or intake opening 2c, to which it can be functionally connected.
  • the connector 3 and the collimation system 4 can be arranged and fixed on the internal face of the front side 2a of the housing 2 which can extend outside the latter, for example in a recess 2d, forming a receiving space, formed in the profile of the housing 2.
  • the connector 3 or the generator can integrate or understand the collimation system 4.
  • such a head 1 comprises in in addition to a thermal holding system 7 allowing, preferably by convection and / or conduction, a thermal maintenance of the interior space of the housing and / or the entire head, ie components or systems, in particular optical components or systems, which may be located in the interior of the housing 2 or may be located outside the housing 2, possibly in contact with the latter and in particular its front wall.
  • the thermal holding system 7 comprises at least one thermal holding plate 7a, said thermal holding plate 7a or at least one of said thermal holding plates, said front thermal holding plate 7a, being either, in a first embodiment, applied against the external face of the front side 2a by covering the latter entirely or almost entirely (FIGS. 1, 3, 4, 5, 6), or, in a form not shown in the appended figures, integrated in, or forming, at least in part, said front side 2a.
  • the front thermal holding plate 7a may comprise a through opening 70a made in the thickness of the latter.
  • the front thermal holding plate 7a can be positioned so that the through opening 70a can be located facing, or in the axis, of the front opening 2b, that is to say that the axis of the front opening and the axis of the through opening 70a may be merged or substantially merged, or even slightly angularly offset between them.
  • the front thermal holding plate 7a if necessary each thermal holding plate, can be applied and fixedly held on the corresponding outer face of the housing 2 for example by rivets or screws 7d ( Figure 3).
  • the thermal holding plate 7a may have a through opening 70a formed in the housing. thickness of the latter.
  • the through opening 70a may form or constitute, at least in part, the front opening 2b.
  • the thermal holding plate 7a may contain, or include in its thickness, a pipe 71a convective heat transfer and / or conduction receiving a coolant, for example water or a gas.
  • the thermal holding system 7 may further comprise means for circulating and in temperature, not shown, fluid for circulating the fluid in the pipe 71a and ensure its cooling or heating before feeding the pipe 71a .
  • the circulation and heating means 7b, 7c may be located outside the head 1, that is to say at a point remote from the latter, so as to do not clutter the laser head 1 and lighten it.
  • the pipe 71a may comprise an inlet 711a and an outlet 710a, connected to said circulation means and in temperature to allow the entry and exit of the fluid from said circulation means and temperature.
  • the circulation means and temperature of the heat transfer fluid in the pipe 71a may comprise, for example, an actuator such as a pump and an exchanger which may optionally be integrated in said pump.
  • an exchanger may for example comprise, depending on the desired heat transfer effect, a cold unit with a compressor or a thermal resistance, or even a system with Peltier effect.
  • the pipe 71a may be formed, as can be seen in Figure 7, by an array of at least one pipe 72a whose inner wall may comprise pins or other reliefs 73a creating a fluid flow with turbulence. To position an area of such reliefs 73a in the conduit 72a, it may include a widening adapted to receive said relief zone ( Figure 7). Thus, at this specific zone of the pipe 71a, the heat exchange may be more accentuated or more targeted to a given component or system of the laser head 1 located in the axis of said zone.
  • the thermal holding plate 7a may contain, or may comprise in its thickness, at least one thermoelectric module, more particularly at least one Peltier effect module, supplied with electric current.
  • the thermal holding system 7 may furthermore comprise a source of electric current connected to said module (s) for supplying it with electric current.
  • the electric power source can be located Apart from the head 1.
  • Such a thermoelectric module can thus achieve a heat transfer by conduction effect.
  • the thermal holding plate 7 may contain heat transfer means by change or phase transition or liquid / vapor state of a fluid.
  • Such means may for example consist of a heat pipe.
  • the thermal holding plate can form a hermetic enclosure enclosing the fluid in equilibrium with its gaseous phase.
  • thermal holding plates 7a may be applied or integrated against at least one of the other sides, that the front side 2b, of the housing 2 and may have the same characteristics. of form, structural and functional that the front thermal holding plate 7a. It will also be understood that the aforementioned different embodiments of the thermal holding plate 7a may concern both the front thermal holding plate 7a and, where appropriate, at least one of the other thermal holding plates 7a applied or integrated in one of the other sides of the case 2.
  • the or at least one of the internal faces of the sides of the housing 2 can constitute a support surface, which can extend outside the housing 2, on which support surface can be fixed the optical collimation system 4 and, where appropriate, the reflecting mirror 8a of the displacement system 8.
  • the thermal holding system 7 thus makes it possible to carry out a thermal transfer between the thermal holding plate 7a and the head 1, in particular the internal space of the casing 2 and / or the surfaces connected thereto, such as the support surface on the which are fixed the various components or optical systems, that is to say a heat transfer from the hot source to the cold source, said cold or hot source being, depending on the thermal situation, the thermal holding plate 7a or the head 1 laser, which has the effect of being able to thermally maintain the laser head 1. Therefore, in the case where the laser head 1 is in an environment with high temperatures, for example between 80 ° and 300 °, it is possible to cool the head, by setting the heat transfer through the holding plate thermal 7a adapted for this purpose.
  • the laser head 1 In the case where the laser head 1 is in an environment with lower temperatures, for example less than 10 °, it is possible to heat the laser head 1 by another adjustment of the heat transfer through the thermal holding plate 7a adapted for this purpose.
  • This maintenance of the temperature of the laser head 1, that is to say in particular the temperature maintenance of the optical components or systems, allows the use of optical lenses of small diameters and / or a very high beam power, according to preferably, the values of diameter and power mentioned below.
  • the present invention may provide a thermal holding plate comprising a plurality of thermal holding means 7 such as those described above according to the various embodiments mentioned above.
  • the device according to the present invention can also allow the combined use of a MIG, MAG or TIG torch, that is to say a use with a hybrid laser head 1 comprising for the laser part the same characteristics that the laser head 1 according to the present invention.
  • the laser head 1 of the device according to the present invention can thus operate efficiently in a binding temperature range, for example between 10 ° and 300 °.
  • the collimation system 4 comprises at least one collimation lens 4a and in that the collimation lens 4a has, for a given focal length, a diameter of between 12.7 mm and 38.1 mm, preferably of the order 25.4 mm and the power of the laser is greater than 2.5 kW, preferably between 4.5 kW and 10.5 kW, more preferably greater than 10.5 kW.
  • the head 1 may further comprise a laser beam displacement system 8 comprising a reflecting mirror 8a disposed on the optical path of the laser beam upstream of the front opening 2a in the housing 2.
  • the reflecting mirror 8a preferably of the galvanometric mirror type, is adapted and intended to return the laser beam to the front opening 2a.
  • the displacement system 8 may further comprise angular displacement means 8b, for example a galvanometric motor or other motor or means for actuating the displacement of the reflecting mirror 8a, which can be controlled by a control system described below. , for actuating the pivoting of the reflecting mirror 8a about a pivot axis 8c rotated by said motor to which it is functionally connected.
  • the displacement of the reflecting mirror 8a has the effect of changing the orientation of the laser beam on the focusing optical system 5 and placing the laser beam at a large number of different points on the surface or the area to be treated.
  • the displacement system 8 may further comprise, on the optical path of the laser beam in the interior of the housing 2, at least one other reflecting mirror.
  • the focusing system may comprise a compensating focusing lens, for example of the type known as the f-theta lens.
  • the collimation system 4 can be provided so that the laser beam can enter or enter the interior space of the housing 2 along an inlet axis perpendicular to the axis of the front opening 2b and the axis of pivoting 8c of the reflecting mirror 8a may be provided so as to be perpendicular to the axis of the front opening 2b and the axis of admission of the laser beam.
  • the device according to the present invention can further provide a blowing nozzle 8d, or other blowing means adapted to project a fluid on the reflecting mirror to ensure its own thermal maintenance. This thermal retention of the reflecting mirror 8a can also be completed by the presence of the thermal holding plate 7a which provides a main thermal holding of the laser head 1.
  • the protection system 6 may comprise a protection element 6a, such as a glass, a window or other material capable of passing the laser beam, and / or a blowing nozzle 6b such as the blowing nozzle described in the application Patent No. FR 16 57757 or other means for blowing or protecting said element known from the prior art.
  • the blowing nozzle 6b and / or the thermal holding plate 7a then make it possible to maintain the temperature of the protection element 6a and therefore its protection against temperature variations and / or exposure to low or high temperatures.
  • a blowing nozzle may be housed at least partially in the through opening 70a of the thermal holding plate 7a.
  • the device may comprise a control system
  • the control system 9 may comprise an electronic card 9a, comprising for example a processor and memories that may contain the control instructions of the different systems of the laser head 1 may be controlled, to perform the welding operations.
  • an electronic control card 9a can be embedded in the head 1, preferably in the interior space of the housing 2 so as not to be exposed to external environmental stresses.
  • the head 1 may comprise a connection interface 10, which may be removable, for example by screwing, preferably fixed on the outer face of the housing 2 by communicating with its internal space and allowing the electrical connection of the electronic card of 9a control with an external electrical source, not shown, and / or, wired or by radio frequency, with the man / machine interface placed outside and / or, where appropriate, allowing the fluidic connection, by means of ducts 6c, between the blowing nozzle 6b and / or the blowing nozzle 8d, and a fluid generator, not shown, located outside the head 1 for supplying fluid to said blowing nozzle 6b.
  • a connection interface 10 may be removable, for example by screwing, preferably fixed on the outer face of the housing 2 by communicating with its internal space and allowing the electrical connection of the electronic card of 9a control with an external electrical source, not shown, and / or, wired or by radio frequency, with the man / machine interface placed outside and / or, where appropriate, allowing the fluidic connection, by means of ducts 6c
  • blowing nozzles 6b and 8d in the case where the present invention provides these two blowing means, respectively providing the own thermal holding of the protection element 6a and the reflecting mirror 8a, may be partly common and divide as appropriate to their respective blowing nozzle (see in particular Figures 2 and 5).
  • the housing 2 of the laser head 1 may comprise a removable second cover, preferably forming the opposite side to the front side 2a, allowing access to the inside of the housing 2.
  • the device according to the present invention thanks to the thermal holding system 7, makes it possible to implement a laser beam of power, or even of high power, that is to say a power mentioned above, while guaranteeing a controlled temperature at the level of the head 1 and the optical systems and, if appropriate, the on-board control system in said head. Furthermore, this temperature maintenance allows the use of lenses of small diameters, that is to say with the diameters, measured in millimeters, mentioned above, which has the effect of significantly reducing the size of the systems. optical and laser head 1.
  • the device according to the present invention is therefore quite suitable for operating in an environment with high or low temperatures.
  • current devices require the use of lenses of diameter greater than 38.1 mm, or even greater than 50.8 mm.
  • current systems, including laser heads with lenses of 25.4 mm which do not have a thermal holding system, can not absorb the calories contained in the interior space of the housing or nearby.
  • the device according to the present invention thus makes it possible to obtain a miniaturized or compact head incorporating all the essential functionalities of a laser head 1 while guaranteeing its thermal maintenance.
  • the device II makes it possible to weld parts 11, 12 of high thickness e, for example of the order of 200 mm, with a reduced piece / head distance 1 of the laser, for example of the order of 20 mm (FIG. 6). .
  • the present invention may have several fields of application, for example:
  • Such a device according to the present invention thus makes it possible to perform a weld bead of sufficient quality in a deep groove 13 (FIG. 6), and to use a source or laser generator of high power, that is to say, preferably greater than 4 kW, and more preferably with a power going beyond 8 kW, even more preferably above 10 kW, and responding to a constraining and varied thermal environment, that is to say in particular in a range temperature between 10 and 300 ° C

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser comprenant une tête (1) de traitement au laser comprenant un boîtier (2), un système générateur ou récepteur d'un faisceau laser de puissance (3), un système optique de collimation (4), un système optique de focalisation, ledit boîtier (2) comportant un côté frontal (2a) dans lequel est pratiquée une ouverture frontale (2b) permettant la sortie du faisceau laser traversant ledit système de focalisation (4) dans ledit boîtier. Il comprend en outre un système de maintien thermique (7) permettant un maintien thermique de l'espace intérieur du boîtier et comprenant une plaque de maintien thermique (7a) frontale appliquée contre la face externe du côté frontal (2a) ou intégrée dans, ou formant, au moins en partie ledit côté frontal (2a).

Description

Dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser avec système de maintien thermique
La présente invention concerne le domaine du traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser, plus particulièrement du soudage par faisceau laser et a pour objet un dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser avec système de maintien thermique.
II est connu d'utiliser des appareils de soudage au laser qui utilisent un faisceau laser, notamment un faisceau laser de puissance. Le monde industriel a de plus en plus recours à ce type de soudage par faisceau laser pour assembler différentes pièces métalliques ou réalisées à partir d'un polymère. L'avantage du laser sur les autres technologies est qu'il est possible de diminuer les temps de cycle et d'améliorer les caractéristiques mécaniques de l'assemblage. En effet le cordon de soudure est plus fin ainsi que la zone affectée thermiquement.
Un tel appareil de soudage comprend généralement une tête laser qui comprend un boîtier, un système générateur ou récepteur d'un faisceau laser de puissance permettant de générer un faisceau laser ou de recevoir un faisceau laser dans l'espace intérieur dudit boîtier, par exemple guidé par une fibre optique depuis un générateur éloigné, un système optique de collimation permettant d'obtenir un faisceau parallèle, un système optique de focalisation. Le boîtier comporte une ouverture frontale permettant la sortie du faisceau laser traversant l'espace intérieur du boîtier suivant un chemin optique prédéfini et le système de focalisation disposé dans ce dernier.
Le système optique de focalisation comprend une lentille convergente permettant de concentrer le faisceau laser sur un foyer situé à l'extérieur du boîtier et sur lequel est positionné la surface ou la zone à traiter qui consiste généralement, pour des opérations de soudure, en une gorge formant la jonction entre deux pièces à souder et dans laquelle est dirigé le faisceau laser pour réaliser le cordon de soudure reliant fixement les deux pièces l'une à l'autre.
Dans le cas, le plus fréquent, compte tenu de l'encombrement du générateur de faisceau laser de puissance et de ses contraintes, où le générateur est éloigné de la tête laser ou du boîtier, le système récepteur d'un faisceau laser, comprend généralement, soit un connecteur permettant de connecter une extrémité de fibre optique guidant ou amenant le faisceau laser jusque dans l'espace intérieur du boîtier 2 depuis ledit générateur et de positionner l'axe de ladite extrémité de fibre optique fonctionnellement dans l'axe du chemin optique du boîtier, soit un réseau de miroirs permettant de guider le faisceau laser jusque dans le boîtier. Dans certaines têtes laser, plus rare, comprenant un système générateur d'un faisceau laser de puissance, celui-ci comprend un générateur de puissance disposé directement dans l'espace intérieur du boîtier ou à l'extérieur et à proximité de ce dernier. Pour permettre l'entrée du faisceau laser provenant de l'extérieur dans l'espace intérieur du boîtier, ce dernier comprend une ouverture d'entrée ou d'admission à laquelle est relié le connecteur 3 ou directement le générateur laser, généralement par l'intermédiaire d'un système optique de collimation, éventuellement, intégré dans le connecteur ou le générateur.
En outre, ces têtes laser sont généralement équipées d'un système de protection de l'ouverture frontale permettant d'empêcher les particules, poussières ou projections de soudure susceptibles de passer à travers l'ouverture frontale et d'atteindre les composants, notamment les composants optiques situés dans le boîtier. Un tel système de protection se présente généralement sous la forme d'une vitre ou d'un verre disposé devant l'ouverture frontale ou dans cette dernière.
Cependant, ces appareils sont volumineux et encombrants, ce qui ne permet pas de les utiliser dans tous les cas de figures.
Le document EP 1 273 382 décrit et illustre un appareil de soudage par faisceau laser de puissance miniaturisé de 500 watts à plusieurs kilowatts, plus particulièrement 4 kW, qui répond en partie à la problématique de l'encombrement. A cet effet, il comprend une tête de soudage comportant une enceinte ou boîtier comportant une ouverture d'admission permettant l'entrée du faisceau laser dans l'espace intérieur du boîtier et une ouverture frontale pratiquée dans un côté frontal du boîtier et permettant la sortie du faisceau laser après avoir suivi un chemin optique prédéfini. Le côté frontal est orienté, à l'état de fonctionnement, vers la surface à traiter. Le boîtier renferme également un miroir de renvoi positionné sur le chemin optique juste derrière l'ouverture frontale permettant de dévier le faisceau de 90° vers l'ouverture frontale située dans l'axe de la déviation. L'ouverture frontale est protégée des contraintes extérieures par un bouclier situé devant l'ouverture frontale en formant un obstacle mécanique et percé d'un trou centré sur le chemin optique et une buse de soufflage positionnée entre le bouclier et la paroi frontale qui ont pour effet d'arrêter ou de repousser les poussières et projections afin qu'elles n'atteignent pas les composants optiques situés dans le boîtier et notamment la lentille de focalisation.
Toutefois, un appareil du type de celui divulgué dans le document EP 1 273 382 ne permet pas d'effectuer un cordon de soudure de qualité suffisante dans une rainure profonde, ni d'utiliser une source ou générateur laser de puissance élevée, c'est-à-dire supérieure à 4 kW, et notamment avec une puissance allant au-delà de 8kW, notamment au-delà de lOkW, et de répondre à un environnement thermique contraignant et varié, c'est-à-dire notamment dans un intervalle de température compris entre 10 et 300°C.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. A cet effet, le dispositif de traitement par faisceau laser d'une surface ou d'une zone, selon la présente invention, ledit dispositif comprenant une tête de traitement au laser comprenant un boîtier, un système générateur ou récepteur d'un faisceau laser de puissance, un système optique de collimation, un système optique de focalisation et, de préférence, un système de protection contre les contraintes extérieures, ledit boîtier comportant un côté frontal dans lequel est pratiquée une ouverture frontale permettant la sortie du faisceau laser, ledit boîtier renfermant au moins ledit système de focalisation, le système optique de focalisation et/ou le système de protection étant, éventuellement, au moins en partie, monté(s) dans ladite ouverture frontale ou adjacents à cette dernière, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de maintien thermique permettant un maintien thermique de l'espace intérieur du boîtier et/ou de l'ensemble de la tête, ledit système de maintien thermique comprenant au moins une plaque de maintien thermique, la ou au moins l'une desdites plaques, dite plaque de maintien thermique frontale, étant appliquée contre la face externe du côté frontal en recouvrant ce dernier entièrement ou quasi entièrement ou intégrée dans, ou formant, au moins en partie ledit côté frontal.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser, selon la présente invention, montrant la tête de soudage au laser dudit dispositif, dans un mode de réalisation où la plaque de maintien thermique est appliquée et maintenue contre la face externe du côté frontale et où ladite tête comprend le système de déplacement du faisceau laser,
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la tête laser représentée sur la figure 1 en vue de dessus,
- la figure 3 est une vue en plan de dessous de la tête représentée sur la figure 1 montrant la partie frontale de cette dernière, avec la plaque de maintien thermique entourant l'ouverture frontale à travers laquelle est émis le faisceau laser,
- la figure 4 est une vue en perspective et en coupe transversale de l'ouverture frontale du côté frontal du boîtier et de l'ouverture traversante de la plaque de maintien thermique, lesdites ouvertures recevant le système de focalisation et le système de protection,
- la figure 5 est une vue en perspective de la tête représentée sur la figure 1 montrant en transparence l'espace intérieur avec les différents systèmes,
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinal de la tête laser représentée sur la figure 1, en vue de profil, à l'état de fonctionnement au- dessus d'une surface à traiter comprenant une gorge séparant deux pièces à souder entre elles de forte épaisseur, et dont l'axe du faisceau est dirigé dans ladite gorge selon des angles d'incidences différents obtenus grâce au système de déplacement du faisceau laser,
- la figure 7 est une vue en coupe longitudinale de la plaque de maintien thermique, dans un mode de réalisation préférentiel du système de maintien thermique.
Les dessins montrent un dispositif de traitement par faisceau laser d'une surface ou d'une zone, selon la présente invention, ledit dispositif comprenant une tête 1 de traitement au laser, dite tête 1 laser, comprenant un boîtier 2, un système générateur ou récepteur d'un faisceau laser de puissance 3, un système optique de collimation 4, un système optique de focalisation 5 et, de préférence, un système de protection 6 contre les contraintes extérieures tels que les poussières, particules ou projections. Le boîtier 2 comporte un côté frontal 2a dans lequel est pratiquée une ouverture frontale 2b permettant la sortie du faisceau laser, ledit boîtier renfermant au moins ledit système de focalisation 5. Le système optique de focalisation 5 et/ou le système de protection 6 sont, éventuellement, au moins en partie monté(s) dans ladite ouverture frontale 2b ou adjacents à cette dernière.
Le système générateur ou récepteur d'un faisceau laser de puissance 3 permet de générer un faisceau laser ou de recevoir un faisceau laser (représenté en traits interrompus sur les figures 5 et 6), par exemple guidé par une fibre optique ou par un réseau de miroirs. Plus particulièrement, on comprendra par système générateur d'un faisceau laser, un système comprenant, de préférence, un générateur de puissance disposé directement dans l'espace intérieur du boîtier 2 ou à l'extérieur et à proximité de ce dernier (cas non représenté sur les figures annexées). Plus particulièrement on comprendra par système de réception d'un faisceau laser (cas représenté sur les figures annexées), un système comprenant, de préférence, un connecteur 3 permettant de connecter une extrémité de fibre optique, non représentée, guidant ou amenant le faisceau laser jusque dans l'espace intérieur du boîtier 2 depuis un générateur de faisceau laser de puissance éloigné du boîtier 2 ou de la tête 1 ou un réseau de miroirs, non représenté guidant ou amenant le faisceau laser jusque dans le boîtier 2 depuis un générateur laser de puissance éloigné. Dans le cas où le générateur laser est éloigné du boîtier 2 ou de la tête 1 ou situé à proximité ou sur la face externe de cette dernière, le boîtier 2 peut comprendre une ouverture d'entrée ou d'admission 2c à laquelle peut être relié le connecteur 3 (figures 1, 2, 5, 6) ou le générateur laser ou le réseau de miroirs.
En outre, comme on peut le voir également sur les figures 1, 2,
5 et 6, la présente invention peut prévoir que le système de collimation 4 soit placé entre le connecteur 3, auquel il peut être relié fonctionnellement, et l'ouverture d'entrée ou d'admission 2c, à laquelle il peut être relié fonctionnellement. Dans une forme de réalisation particulière, le connecteur 3 et le système de collimation 4 peuvent être disposés et fixé sur la face interne du côté frontal 2a du boîtier 2 qui peut se prolonger à l'extérieur de ce dernier par exemple dans un décrochement 2d, formant un espace de réception, formé dans le profil du boîtier 2.
Le connecteur 3 ou le générateur peut intégrer ou comprendre le système de collimation 4.
Conformément à la présente invention, comme on peut le voir notamment sur les figures 1, 3, 4 , 5, 6 et 7, une telle tête 1 comprend en outre un système de maintien thermique 7 permettant, de préférence par convection et/ou conduction, un maintien thermique de l'espace intérieur du boîtier et/ou de l'ensemble de la tête, c'est à dire des composants ou systèmes, notamment des composants ou systèmes optiques, pouvant être situés dans l'espace intérieur du boîtier 2 ou pouvant être situés à l'extérieur du boîtier 2, éventuellement en contact avec ce dernier et notamment sa paroi frontale. En outre, le système de maintien thermique 7 comprend au moins une plaque de maintien thermique 7a, ladite plaque de maintien thermique 7a ou au moins l'une desdites plaques de maintien thermique, dite plaque de maintien thermique 7a frontale, étant soit, dans une première forme de réalisation, appliquée contre la face externe du côté frontal 2a en recouvrant ce dernier entièrement ou quasi entièrement (figures 1, 3, 4, 5, 6), soit, dans une forme non représentée sur les figures annexées, intégrée dans, ou formant, au moins en partie ledit côté frontal 2a.
Dans un mode de réalisation préférentiel (voir notamment les figures 1, 3, 4, 5, 6), où la plaque de maintien thermique 7a frontale est appliquée contre la face externe du côté frontal 2a, la plaque de maintien thermique 7a frontale peut comporter une ouverture traversante 70a pratiquée dans l'épaisseur de cette dernière. En outre, la plaque de maintien thermique 7a frontale peut être positionnée de sorte que l'ouverture traversante 70a puisse être située en regard, ou dans l'axe, de l'ouverture frontale 2b, c'est-à-dire que l'axe de l'ouverture frontale et l'axe de l'ouverture traversante 70a peuvent être confondus ou sensiblement confondus, voire être légèrement décalés angulairement entre eux.
La plaque de maintien thermique 7a frontale, le cas échéant chaque plaque de maintien thermique, peut être appliqué et maintenue fixement sur la face externe correspondante du boîtier 2 par exemple grâce à des rivets ou des vis 7d (figure 3).
Dans un autre mode de réalisation, non représenté, où la plaque de maintien thermique 7a frontale est intégrée dans, ou forme, au moins en partie, le côté frontal 2a, la plaque de maintien thermique 7a peut comporter une ouverture traversante 70a pratiquée dans l'épaisseur de cette dernière. Dans ce cas, l'ouverture traversante 70a peut former ou constituer, au moins en partie, l'ouverture frontale 2b.
Dans un mode de réalisation préférentiel du système de maintien thermique 7, comme on peut le voir sur la figure 7, la plaque de maintien thermique 7a peut renfermer, ou comprendre dans son épaisseur, une canalisation 71a de transfert thermique par convection et/ou conduction recevant un fluide caloporteur, par exemple de l'eau ou un gaz. Le système de maintien thermique 7 peut comprendre en outre des moyens de mise en circulation et en température, non représentés, du fluide permettant de faire circuler le fluide dans la canalisation 71a et d'assurer son refroidissement ou chauffage avant d'alimenter la canalisation 71a. D'autre part, de préférence, les moyens de mise en circulation et de mise en température 7b, 7c peuvent être situés en dehors de la tête 1, c'est-à-dire en un point éloigné de cette dernière, de façon à ne pas encombrer la tête 1 laser et à alléger cette dernière. La canalisation 71a peut comprendre une entrée 711 a et une sortie 710a, connectées auxdits moyens de mise en circulation et en température pour permettre l'entrée et la sortie du fluide depuis lesdits moyens de mise en circulation et en température.
Les moyens de mise en circulation et en température du fluide caloporteur dans la canalisation 71a peuvent comprendre, par exemple, un actionneur tel qu'une une pompe et un échangeur qui peut éventuellement être intégré dans ladite pompe. Un tel échangeur peut par exemple comprendre, selon l'effet de transfert thermique recherché, un groupe froid avec un compresseur ou une résistance thermique, voire un système avec effet Peltier.
La canalisation 71a peut être formée, comme on peut le voir sur la figure 7, par un réseau d'au moins une conduite 72a dont la paroi interne peut comprendre des picots ou autres reliefs 73a créant un écoulement du fluide avec des turbulences. Pour positionner une zone de tels reliefs 73a dans la conduite 72a, celle-ci peut comprendre un élargissement adapté pour recevoir ladite zone de relief (figure 7). Ainsi, au niveau de cette zone spécifique de la canalisation 71a, l'échange thermique peut être plus accentué ou plus ciblé sur un composant ou un système donné de la tête 1 laser situé dans l'axe de ladite zone.
Dans un deuxième mode de réalisation, non représenté, la plaque de maintien thermique 7a peut renfermer, ou peut comprendre dans son épaisseur, au moins un module thermoélectrique, plus particulièrement au moins un module à effet Peltier, alimenté en courant électrique. Le système de maintien thermique 7 peut comprendre en outre une source de courant électrique reliée au(x)dit(s) module(s) pour l'alimenter en courant électrique. De préférence, la source de courant électrique peut être située en dehors de la tête 1. Un tel module thermoélectrique peut réaliser ainsi un transfert thermique par effet de conduction.
Dans un troisième mode de réalisation, la plaque de maintien thermique 7 peut renfermer des moyens de transfert thermique par changement ou transition de phase ou d'état liquide/vapeur d'un fluide. De tels moyens peuvent par exemple consister en un caloduc. Dans le cas d'un tel caloduc la plaque de maintien thermique peut former une enceinte hermétique renfermant le fluide en équilibre avec sa phase gazeuse.
On comprendra que dans le cas où la présente invention prévoit plusieurs plaques de maintien thermique 7a, ces dernières peuvent être appliquées ou intégrées contre au moins l'un des autres côtés, que le côté frontal 2b, du boîtier 2 et peuvent présenter les mêmes caractéristiques de forme, structurelles et fonctionnelles que la plaque de maintien thermique 7a frontale. On comprendra également que les différentes formes de réalisation précitées de la plaque de maintien thermique 7a peuvent concerner aussi bien la plaque de maintien thermique 7a frontale que, le cas échéant, au moins l'une des autres plaques de maintien thermique 7a appliquée ou intégrée dans l'un des autres côtés du boîtier 2.
Si on se réfère aux figures 1, 2, 5 et 7, on peut voir que la ou au moins l'une des faces internes des côtés du boîtier 2, de préférence la face interne du côté frontal 2a, peut constituer une surface support, qui peut s'étendre à l'extérieur du boîtier 2, sur laquelle surface support peut être fixé le système optique de collimation 4 et, le cas échéant, le miroir de renvoi 8a du système de déplacement 8.
Le système de maintien thermique 7 permet ainsi d'effectuer un transfert thermique entre la plaque de maintien thermique 7a et la tête 1, notamment l'espace intérieur du boîtier 2 et/ou les surfaces reliées à ce derniers, telles que la surface support sur laquelle sont fixés les différents composants ou systèmes optiques, c'est-à-dire un transfert thermique de la source chaude vers la source froide, ladite source froide ou chaude étant, selon la situation thermique, la plaque de maintien thermique 7a ou la tête 1 laser, ce qui a pour effet de pouvoir maintenir thermiquement la tête 1 laser. Par conséquent, dans le cas où la tête 1 laser se trouve dans un environnement avec des températures élevées, par exemple entre 80° et 300°, il est possible de refroidir ladite tête, par un réglage du transfert thermique grâce à la plaque de maintien thermique 7a adaptée à cet effet. Dans le cas où la tête 1 laser se trouve dans un environnement avec des températures plus basses, par exemple inférieures à 10°, il est possible de réchauffer la tête 1 laser par un autre réglage du transfert thermique grâce à la plaque de maintien thermique 7a adaptée à cet effet. Ce maintien en température de la tête 1 laser, c'est-à-dire notamment le maintien en température des composants ou systèmes optiques, permet l'utilisation de lentilles optiques de petites diamètres et/ou une puissance du faisceau très élevée, selon, de préférence, les valeurs de diamètre et de puissance mentionnés plus loin.
Bien entendu, la présente invention peut prévoir une plaque de maintien thermique comprenant plusieurs moyens de maintien thermique 7 tels que ceux décrits précédemment selon les différents modes de réalisation précités.
Un tel système de déplacement permet, lors des phases de soudage, de réaliser un suivi du cordon de soudure sans nécessiter un actionneur extérieur déplaçant la tête 1 laser. Il permet aussi d'élargir le cordon de soudure et donc de l'interface mécanique entre les deux pièces à souder et de pallier à l'excès de jeux entre les deux pièces à assembler. Il permet encore un préchauffage dans des zones déterminées lors d'un procédé de soudage hybride. On notera, que le dispositif selon la présente invention peut aussi permettre l'utilisation combinée d'une torche MIG, MAG ou TIG, c'est-à-dire une utilisation avec une tête 1 laser hybride comprenant pour la partie laser les mêmes caractéristiques que la tête 1 laser selon la présente invention.
La tête 1 laser du dispositif selon la présente invention peut ainsi fonctionner efficacement dans un domaine de température contraignant, par exemple entre 10° et 300°.
Le système de collimation 4 comprend au moins une lentille de collimation 4a et en ce que la lentille de collimation 4a présente, pour une distance focale donnée, un diamètre compris entre 12,7 mm et 38,1 mm, de préférence de l'ordre de 25,4 mm et la puissance du laser est supérieure à 2.5 kW, préférentiellement comprise entre 4.5 kW et 10.5 kW, plus préférentiellement supérieure à 10.5 kW.
La tête 1 peut comprendre en outre un système de déplacement 8 du faisceau laser comprenant un miroir de renvoi 8a disposé sur le chemin optique du faisceau laser en amont de l'ouverture frontale 2a dans le boîtier 2. Le miroir de renvoi 8a, de préférence du type miroir galvanométrique, est apte et destiné à renvoyer le faisceau laser vers l'ouverture frontale 2a. Le système de déplacement 8 peut comprendre en outre des moyens de déplacement angulaire 8b, par exemple un moteur galvanométrique ou autre moteur ou moyen permettant l'actionnement du déplacement du miroir de renvoi 8a, qui peut être commandé par un système de pilotage décrit ci- après, permettant d'actionner le pivotement du miroir de renvoi 8a autour d'un axe de pivotement 8c entraîné en rotation par ledit moteur auquel il est relié fonctionnellement. Le déplacement du miroir de renvoi 8a a pour effet de modifier l'orientation du faisceau laser sur le système optique de focalisation 5 et de placer le faisceau laser en un grand nombre de points différents sur la surface ou la zone à traiter. A noter que le système de déplacement 8 peut comprendre en outre, sur le chemin optique du faisceau laser dans l'espace intérieur du boîtier 2, au moins un autre miroir de renvoi.
Par ailleurs, pour compenser, d'un point de vue de la distance focale, les déplacements éventuels du faisceau laser à l'aide d'un tel système de déplacement, le système de focalisation peut comprendre une lentille de focalisation de compensation, par exemple du type connu sous le nom de lentille f-thêta.
De préférence le système de collimation 4 peut être prévu de sorte que le faisceau laser puisse pénétrer ou entrer dans l'espace intérieur du boîtier 2 suivant un axe d'admission perpendiculaire à l'axe de l'ouverture frontale 2b et l'axe de pivotement 8c du miroir de renvoi 8a peut être prévu de sorte à être perpendiculaire à l'axe de l'ouverture frontale 2b et à l'axe d'admission du faisceau laser. D'autre part, le dispositif selon la présente invention peut prévoir en outre une buse de soufflage 8d, ou autre moyen de soufflage, apte à projeter un fluide sur le miroir de renvoi pour assurer son propre maintien thermique. Ce maintien thermique du miroir de renvoi 8a peut aussi être complété par la présence de la plaque de maintien thermique 7a qui assure un maintien thermique principale de la tête 1 laser.
Le système de protection 6 peut comprendre un élément de protection 6a, tel qu'un verre, une vitre ou autre matériau capable de laisser passer le faisceau laser, et/ou une buse de soufflage 6b tel que la buse de soufflage décrite dans la demande de brevet n° FR 16 57757 ou un autre moyen de soufflage ou de protection dudit élément connu de l'art antérieur. La buse de soufflage 6b et/ou la plaque de maintien thermique 7a permettent alors le maintien en température de l'élément de protection 6a et donc sa protection aux variations de températures et/ou à une exposition à des températures basses ou élevées. A noter qu'une telle buse de soufflage peut être logée au moins partiellement dans l'ouverture traversante 70a de la plaque de maintien thermique 7a.
En outre, le dispositif peut comprendre un système de pilotage
9 permettant de piloter, le cas échéant, la puissance du générateur du faisceau laser et, le cas échéant, le système de déplacement 8 du faisceau laser, c'est-à-dire, dans sa forme de réalisation préférentielle, les moyens de déplacement 8a du miroir de renvoi. Il peut comprendre en outre une interface homme machine, non représentée, permettant de connaître l'état du fonctionnement du dispositif et notamment de la tête 1 laser. La communication, grâce à ladite interface, peut se faire, à l'aide d'un câble ou sans fil, sur un terminal qui peut être, par exemple, un ordinateur, un automate, un téléphone mobile ou une tablette électronique. Le système de pilotage 9 peut comprendre une carte électronique 9a, comprenant par exemple un processeur et des mémoires pouvant contenir les instructions de pilotage des différents systèmes de la tête 1 laser susceptibles d'être pilotés, pour réaliser les opérations de soudure. Une telle carte électronique 9a de pilotage peut être embarquée dans la tête 1, de préférence dans l'espace intérieur du boîtier 2 pour ne pas être exposée aux contraintes environnementales extérieures.
En outre, la tête 1 peut comporter une interface de connexion 10, qui peut être amovible, par exemple par vissage, de préférence fixée sur la face externe du boîtier 2 en communiquant avec son espace intérieur et permettant la connexion électrique de la carte électronique de contrôle 9a avec une source électrique extérieure, non représentée, et/ou, de façon filaire ou par radio fréquence, avec l'interface homme/machine placée à l'extérieur et/ou, le cas échéant, permettant la connexion fluidique, au moyen de conduits 6c, entre la buse de soufflage 6b et/ou la buse de soufflage 8d, et un générateur fluidique, non représenté, situé à l'extérieur de la tête 1 pour alimenter en fluide ladite buse de soufflage 6b.
A noter que les buses de soufflages 6b et 8d, dans le cas où la présente invention prévoit ces deux moyens de soufflage, assurant respectivement le propre maintien thermique de l'élément de protection 6a et du miroir de renvoi 8a, peuvent être en partie commun et se diviser le cas échéant vers leur buse de soufflage respective (voir notamment les figures 2 et 5). Le boîtier 2 de la tête 1 laser peut comporter un couvercle 2e amovible, formant de préférence le côté opposé au côté frontal 2a, permettant un accès à l'intérieur du boîtier 2.
Ainsi, le dispositif selon la présente invention, grâce au système de maintien thermique 7, permet de mettre en œuvre un faisceau laser de puissance, voire de forte puissance, c'est-à-dire une puissance mentionnée ci-dessus, tout en garantissant une température maîtrisée au niveau de la tête 1 et des systèmes optiques et, le cas échéant, du système de pilotage embarqué dans la dite tête. Par ailleurs, ce maintien en température permet l'utilisation de lentilles de faibles diamètres, c'est-à-dire avec les diamètres, mesurés en millimètre, mentionnés ci-dessus, ce qui a pour effet de réduire notablement l'encombrement des systèmes optiques et de la tête 1 laser. Le dispositif selon la présente invention est donc tout à fait adapté pour pouvoir fonctionner dans un environnement avec des températures élevées ou basse. Par comparaison, pour atteindre de telles puissances les appareils actuels nécessitent l'utilisation de lentilles de diamètre supérieur à 38,1 mm, voire supérieure à 50,8 mm. En effet, les systèmes actuels, notamment les têtes laser avec des lentilles de 25,4 mm, qui ne possèdent pas de système de maintien thermique, ne peuvent pas absorber les calories contenues dans l'espace intérieur du boîtier ou à proximité.
Le dispositif selon la présente invention permet ainsi d'obtenir une tête miniaturisée ou compact intégrant toutes les fonctionnalités essentielles d'une tête 1 laser tout en garantissant son maintien thermique.
Le dispositif II permet de souder des pièces 11, 12 de fortes épaisseurs e, par exemple de l'ordre de 200 mm, avec une distance d pièce/tête 1 laser réduite, par exemple de l'ordre de 20 mm (figure 6).
La présente invention peut avoir plusieurs domaines d'applications, par exemple :
- utilisation du soudage hybride de forte épaisseur en chanfrein étroit pour réaliser l'assemblage de pièces, par exemple des tubes d'acier des pipelines, qui nécessitent de préchauffer lesdites pièces à des températures élevées, par exemple comprises entre 80 et 300°C, et qui pourraient, sans le maintien thermique de la tête 1 laser, selon la présente invention, détériorer ou dégrader ladite tête 1 laser et notamment ses composants ou systèmes optiques,
- pour des soudures de pièces présentant des jeux plus importants que les jeux standards (supérieurs à l/10eme de l'épaisseur) car il est possible grâce au système de déplacement de faire osciller le faisceau laser, par exemple la rainure ou gorge 13 entre deux pièces à souder (figure 6), par exemple sur 12 mm à point focal de 150 mm.
Un tel dispositif selon la présente invention permet ainsi d'effectuer un cordon de soudure de qualité suffisante dans une rainure profonde 13 (figure 6), et d'utiliser une source ou générateur laser de puissance élevée, c'est-à-dire, préférentiellement supérieure à 4 kW, et plus préférentiellement avec une puissance allant au-delà de 8kW, encore plus préférentiellement au-delà de lOkW, et de répondre à un environnement thermique contraignant et varié, c'est-à-dire notamment dans un intervalle de température compris entre 10 et 300°C
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de traitement d'une surface ou d'une zone par faisceau laser, ledit dispositif comprenant une tête (1) de traitement au laser comprenant un boîtier (2), un système générateur ou récepteur d'un faisceau laser de puissance (3), un système optique de collimation (4), un système optique de focalisation (5) et, de préférence, un système de protection (6) contre les contraintes extérieures, ledit boîtier (2) comportant un côté frontal (2a) dans lequel est pratiquée une ouverture frontale (2b) permettant la sortie du faisceau laser, ledit boîtier (2) renfermant au moins ledit système de focalisation (5), le système optique de focalisation (5) et/ou le système de protection (6) étant, éventuellement, au moins en partie, monté(s) dans ladite ouverture frontale (2b) ou adjacents à cette dernière, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de maintien thermique (7) permettant un maintien thermique de l'espace intérieur du boîtier et/ou de l'ensemble de la tête, ledit système de maintien thermique comprenant au moins une plaque de maintien thermique (7a), la ou au moins l'une desdites plaques, dite plaque de maintien thermique (7a) frontale, étant appliquée contre la face externe du côté frontal (2a) en recouvrant ce dernier entièrement ou quasi entièrement ou intégrée dans, ou formant, au moins en partie ledit côté frontal (2a).
2. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de maintien thermique (7a) frontale est appliquée contre la face externe du côté frontal (2a) et comporte une ouverture traversante (70a) pratiquée dans l'épaisseur de cette dernière et en ce que la plaque de maintien thermique (7a) frontale est positionnée de sorte que l'ouverture traversante (70a) est située en regard, ou dans l'axe, de l'ouverture frontale (2b).
3. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de maintien thermique (7a) frontale est intégrée dans, ou forme, au moins en partie le côté frontal (2a) et comporte une ouverture traversante (70a) pratiquée dans l'épaisseur de cette dernière et en ce que l'ouverture traversante (70a) forme ou constitue, au moins en partie, l'ouverture frontale (2b).
4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque de maintien thermique (7a) renferme, ou comprend, dans son épaisseur, une canalisation (71a) de transfert thermique par convection et/ou conduction recevant un fluide caloporteur, par exemple de l'eau ou un gaz, et en ce que le système de maintien thermique (7) comprend en outre des moyens de mise en circulation et en température (7b, 7c) du fluide permettant de faire circuler le fluide dans la canalisation (71a) et d'assurer son refroidissement ou chauffage avant d'alimenter la canalisation (71a), préférentiellement lesdits moyens de mise en circulation et de mise en température (7b, 7c) étant situés en dehors de la tête (1).
5. Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la canalisation (71a) est formée par un réseau d'au moins une conduite dont la paroi interne comprend des picots ou autres reliefs créant un écoulement du fluide avec des turbulences.
6. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque de maintien thermique (7a) renferme, ou comprend, dans son épaisseur, au moins un module thermoélectrique, plus particulièrement au moins un module à effet Peltier, alimenté en courant électrique et en ce que le système de maintien thermique (7) comprend en outre une source de courant électrique reliée au(x)dit(s) module(s) pour l'alimenter en courant électrique, ladite source de courant électrique étant située de préférence en dehors de la tête (1).
7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de maintien thermique (7) renferme des moyens de transfert thermique par changement ou transition de phase ou d'état liquide/vapeur d'un fluide.
8. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système de collimation (4) comprend au moins une lentille de collimation (4a) et en ce que la lentille de collimation (4a) présente, pour une distance focale donnée, un diamètre compris entre 12,7 mm et 38,1 mm, de préférence de l'ordre de 25,4 mm et la puissance du laser est supérieure à 2.5 kW, préférentiellement comprise entre 4.5 kW et 8.5 kW, plus préférentiellement supérieure à 10.5 kW.
9. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tête (1) laser comprend en outre un système de déplacement (8) du faisceau laser comprenant un miroir de renvoi (8a) disposé sur le chemin optique du faisceau laser en amont de l'ouverture frontale (2b) dans l'espace intérieur du boîtier (2), ledit miroir de renvoi (8a) étant apte et destiné à renvoyer le faisceau laser vers l'ouverture frontale (2b) et en ce que ledit système de déplacement (8) comprend en outre des moyens de déplacement angulaire (8b) permettant de faire pivoter ledit miroir de renvoi (8a) autour d'un axe de pivotement (8c) de sorte à pouvoir modifier l'orientation du faisceau laser sur le système optique de focalisation (5).
10. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le côté frontal (2b) comporte une face interne (20b) qui constitue une surface support sur laquelle est fixé le système optique de collimation (4) et, le cas échéant, le miroir de renvoi (8a) du système de déplacement (8).
11. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le système de protection (6) comprend un élément de protection (6a), tel qu'un verre, une vitre ou autre matériau capable de laisser passer le faisceau laser, et/ou une buse de soufflage (6b).
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