CH700111B1 - Machine d'usinage par laser. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une machine pour usiner des pièces au moyen d'un faisceau la ser. La fibre optique aboutisse à une tête de sortie optique (27), laquelle définit l'axe optique du faisceau de lumière laser qui vaporise la matière. La tête de sortie optique (27) est attachée rigidement au châssis (49) ou au boîtier de la tête laser de sorte que ladite tête de sortie optique reste solidaire dudit châssis ou boîtier au cours de la rotation de la tête laser autour de l'axe (B) de pivotement horizontal. Les gaz pollués générés dans la zone d'usinage par l'évaporation de la matière sont collectés par une buse d'aspiration (37), laquelle est entraînée avec la tête d'usinage laser lors de sa rotation autour de l'axe (B) horizontal. Un flux de gaz propre et sec est injecté dans la zone d'usinage au moyen d'une buse d'injection (35) laquelle est également entraînée avec la tête d'usinage laser (8) lors de sa rotation autour de l'axe (B) horizontal.

Description

  [0001]    La présente invention concerne une machine pour usiner des pièces au moyen d'un faisceau laser. Le procédé qui consiste à évaporer la matière à la surface d'une pièce au moyen d'un faisceau laser focalisé est maintenant très répandu. Dans ce type d'usinage, le faisceau laser est réfléchi par deux miroirs pivotant très rapidement autour de deux axes perpendiculaires; le pivotement desdits miroirs étant piloté par un ordinateur selon une trame contenue dans un plan. La méthode est couramment utilisée pour graver des motifs sur des surfaces planes. Le faisceau laser de forte puissance est produit par une source laser, à la sortie de laquelle il est conduit jusque sur la surface à traiter au moyen de fibres optiques et d'une série de miroirs statiques ou rotatifs et autres composants optiques.

   La plupart des applications industrielles se trouvent dans le domaine de l'outillage et de la fabrication des moules où il est nécessaire de graver avec finesse et précision la surface de certaines pièces. L'enlèvement de matière s'opère par un échauffement brutal de la zone éclairée par le faisceau, provoquant l'évaporation d'une parcelle de matière. Le diamètre final du faisceau lorsqu'il atteint la pièce à usiner est inférieur à 50 [micro]m. L'opération se déroule par couches successives. Le faisceau laser balaye la pièce à l'intérieur d'un polygone de dimensions limitées à quelques centimètres à l'aide d'un dispositif de balayage communément appelé "galvo" ou scanner galvanométrique, constitué de deux miroirs pivotant très rapidement autour de deux axes perpendiculaires.

   Les polygones sont définis de telle manière que la surface à traiter se trouve à l'intérieur de la tolérance focale du faisceau laser lorsque ce dernier traite la surface d'un polygone donné, et assure ainsi l'uniformité d'usinage. Les deux miroirs pivotants ne peuvent donc couvrir qu'une amplitude angulaire réduite. L'amplitude de balayage limitée nécessite de repositionner et réorienter périodiquement la tête laser autour de la pièce à traiter. Pour traiter une pièce de géométrie 3D quelconque il sera nécessaire de disposer d'une machine comportant au moins cinq axes. La machine incorpore en outre des capteurs de mesure géométrique, palpeur et caméra par exemple, qui sont activés pour positionner et orienter précisément la tête laser par rapport à la pièce à usiner.

   L'enlèvement de matière s'opère sur toutes sortes de surfaces tridimensionnelles, y compris dans des régions concaves. La méthode permettant de produire une texture sur une surface 3D quelconque consiste notamment à segmenter la surface en une pluralité de surfaces partielles restreintes à l'intérieur de polygones adjacents.

Etat de l'art connu

  

[0002]    Dans le mémoire de thèse "Near-net-shape laser beam structuring for plastic injection moulds" présenté par Johannes Mario Kordt à l'institut universitaire d'Aix-la-Chapelle, une machine de gravage similaire est décrite au paragraphe 5.1. La machine, basée sur une architecture 5 axes du type MIKRON-HSM 600 U, a été adaptée pour traiter des pièces d'environ 100 kg et dont les dimensions sont limitées à un volume de 250 * 250 * 250 mm<3>. D'un côté, la pièce à usiner est fixée sur une table de travail qui pivote et se déplace selon deux axes rotatifs perpendiculaires B et C et un axe linéaire X. De l'autre côté, la tête de balayage laser est supportée par un axe linéaire Z, lui-même mis en mouvement par un dernier axe linéaire Y.

   Une telle structure de machine n'est pas un arrangement idéal pour usiner des pièces lourdes ayant une masse au-dessus de 200 kg, ceci en raison de la flexibilité du berceau. De plus, l'encombrement des pièces est limité par la dimension du berceau.

  

[0003]    La présente invention permet de remédier aux inconvénients précités, avec une architecture comportant au moins trois axes linéaires orthogonaux et deux axes rotatifs perpendiculaires entre eux, permettant de faire tourner une tête d'usinage laser autour d'un axe horizontal et de faire tourner la pièce à traiter autour d'un axe vertical. Cette structure assure une grande précision car il n'y a pas de flexions variables dues au poids et volumes des pièces mis en mouvement, et du fait que les conditions de sollicitation de la tête d'usinage laser restent essentiellement stationnaires.

   Il faut noter que la source laser transmet son énergie, soit la lumière laser, par l'intermédiaire d'une fibre optique déroulée le long d'un système de chemin de câbles aboutissant à une tête de sortie optique laquelle définit l'axe optique du faisceau de lumière laser qui en fin de parcours vaporise la matière. La machine d'usinage par laser proposée par la présente invention est caractérisée notamment par un montage particulier de cette tête de sortie optique qui doit être attachée rigidement au châssis ou au boîtier de la tête laser et rester solidaire dudit châssis ou boîtier pour assurer la stabilité du faisceau de lumière laser en permanence, aussi au cours de la rotation de la tête laser autour de l'axe de pivotement horizontal.

  

[0004]    La tête d'usinage laser proposée comporte également une buse d'aspiration des gaz pollués et des poussières générés dans la zone d'usinage par l'évaporation de la matière. Cette buse d'aspiration étant conçue d'une manière originale pour suivre la rotation de la tête laser autour de son axe horizontal. La machine comporte de surcroît une buse de soufflage permettant d'injecter un flux de gaz propre et sec dans la zone d'usinage. Cette buse de soufflage est également solidaire de la tête d'usinage laser lors de sa rotation autour de l'axe horizontal.

  

[0005]    D'autres avantages ressortent des caractéristiques figurant dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détails à l'aide de figures.
<tb>La fig. 1 <sep>est une vue en perspective de l'ensemble de la machine d'usinage par laser. Les éléments essentiels y sont représentés en l'absence des carrosseries ou tôleries extérieures nécessaires à la protection des opérateurs.


  <tb>La fig. 2 <sep>est une vue en perspective de la tête laser pivotant autour de l'axe B de la machine et reliée à un socle mis en mouvement selon l'axe Z. Sur cette représentation, la tête laser est équipée de ses tôles, boîtiers et/ou capots de protection.


  <tb>La fig. 3 <sep>est une vue en perspective des organes situés à l'intérieur de la tête laser. Sur cette représentation le boîtier de la tête laser a été enlevé. L'encombrement dudit boîtier est symbolisé par le joint d'étanchéité numéroté 40.


  <tb>La fig. 4 <sep>est une vue en perspective de la tête laser vue de l'arrière avec son boîtier partiellement ouvert.


  <tb>La fig. 5 <sep>est similaire à la précédente mais introduit l'élément qui permet de supporter et de faire tourner la tête d'usinage laser.


  <tb>La fig. 6 <sep>est une vue en perspective des dispositifs, d'attachement de la tête laser à la structure de la machine, du dispositif de soulagement de traction et torsion et du dispositif d'aspiration de l'air pollué. Dans cette représentation, la tête laser telle que visible sur les fig. 3, 4 et 5 a été retirée.


  <tb>Les fig. 7, 8 et 9<sep>sont des variantes de la fig. 6avec des angles de vue différents.

Description détaillée

  

[0006]    La machine outil représentée schématiquement à la fig. 1 est assise sur un châssis très stable composé d'une large base horizontale 1 à laquelle est fixé un montant vertical 2. Sur la face avant du montant 2, deux rails de guidage verticaux 3 et 4 guident le mouvement d'un chariot 5 selon un axe Z vertical de la machine et dont les mouvements sont réalisés par la rotation d'une vis 6 entraînée par un servo-moteur 16. Le chariot 5 supporte un fourreau horizontal 15 dont l'extrémité est rigidement reliée à une plaque 7 support de la tête laser 8 qui est conçue pour pivoter autour d'un axe horizontal B correspondant à l'axe de symétrie du fourreau 15 comme cela est représenté sur cette figure.

   Toutefois le fourreau horizontal 15 peut être supprimé en cas d'un agencement différent des axes linéaires ainsi que sur certaines machines de plus petites dimensions; dans le deuxième cas la plaque 7 est directement assujettie au chariot 5 (fig. 2et 6-9). La tête laser pivotante 8 constitue le composant essentiel de la machine. Une source laser de forte puissance 90, non représentée, est installée derrière le chariot 5. Depuis cette source laser 90 est généré un faisceau de lumière laser transporté par une fibre optique 24; cette dernière est déroulée le long d'un système de chemin de câbles, non représenté, jusqu'à l'entrée de la tête laser 8; à cet endroit la fibre optique 24 aboutit dans une tête de sortie optique 27 solidaire de la tête laser 8, telle que visible dans la fig. 3.

   Le faisceau laser, en sortie de la tête de sortie optique 27, est ensuite dévié par deux miroirs fixes 28 et 39 jusqu'au scanner galvanométrique 25, installé au coeur de la tête laser 8.

  

[0007]    En fin de parcours le faisceau laser effectue un balayage sur la surface de la pièce à traiter. Comme déjà dit, ledit balayage étant limité à un périmètre de quelques centimètres, pour étendre le périmètre d'action du faisceau laser sur la pièce, les axes rotatifs et linéaires XYZBC de la machine sont utilisées pour modifier périodiquement la position relative de la tête laser par rapport à la pièce et accéder toutes les régions de la pièce à traiter.

  

[0008]    Sur la partie supérieure de la base horizontale du châssis 1 sont montés quatre rails de guidage 9 lesquels supportent un chariot 10 qui se déplace selon un axe Y horizontal et qui est mis en mouvement par une vis 11 entraînée par un servo-moteur 20. Sur la partie supérieure du chariot 10 sont montés deux autres rails horizontaux 12 disposés perpendiculairement aux quatre rails 9. Les rails horizontaux 12 supportent un chariot 13 qui se déplace selon l'axe X de la machine et qui est mis en mouvement par une vis 23 entraînée par un servo-moteur 22. Le chariot 13 supporte une table 14 sur laquelle la pièce à usiner est fixée. Cette table 14 est mise en rotation autour d'un axe vertical C; son moteur d'entraînement est caché.

  

[0009]    Sur la fig. 1 sont représentés également un appareil 21 destiné au séchage de l'air comprimé et un autre appareil 19 pour l'aspiration et le filtrage de l'air aspiré par la buse d'aspiration. Un appareil 18 sert à refroidir la source laser 90 lorsque la puissance de ce dernier le demande. Il est important de souligner que la large base horizontale 1 du châssis, associée aux quatre rails de guidage 9, constituent une structure très stable et susceptible de supporter des pièces très lourdes sans subir une flexion excessive; ceci quelle que soit la position de la pièce à l'intérieur de l'espace de travail XY. De plus, il est avantageux de mettre en rotation des pièces très lourdes autour d'un axe vertical (C) plutôt qu'autour d'axes horizontaux (A ou B).

   Cela permet de faire travailler la machine avec un moment de flexion constant et de subir une déformation minimale au niveau de sa structure. C'est pour cette raison qu'il a été décidé de construire la tête laser, qui est un ensemble relativement léger, autour de l'indispensable axe de rotation horizontal (B) et d'y incorporer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution des opérations de gravage par laser.

  

[0010]    Avec les machines d'usinage par laser traditionnelles, quand il s'agit de traiter des pièces lourdes, encombrantes et de géométries complexes, on doit donc non seulement faire pivoter la pièce autour d'un axe vertical mais la faire basculer autour d'un axe horizontal. De telles machines comportent en général des architectures très coûteuses. Par exemple, le basculement horizontal de la pièce nécessite d'incorporer à la table de travail des dispositifs de fixation lourds et rigides. Une machine qui ne fait pas basculer la pièce autour d'un axe horizontal, mais réalise ce basculement à l'aide de la tête laser, apporte donc des avantages certains.

  

[0011]    L'architecture de machine adéquate pour réaliser le type d'usinage décrit ci-dessus comporte donc au moins trois axes linéaires orthogonaux XYZ et deux axes rotatifs perpendiculaires entre eux; elle permet de faire tourner la tête laser 8 autour d'un axe horizontal et de faire tourner la pièce à usiner autour d'un axe vertical. Donc, les deux axes rotatifs sont découplés.

  

[0012]    Mais la mise en oeuvre d'un tel choix n'est pas triviale car cela entraîne une accumulation de problèmes techniques: pas moins de dix fonctions essentielles, listées ci-après et nécessaires au bon fonctionnement du processus doivent être embarquées dans la rotation de la tête laser.
Placé à l'intérieur de la tête laser 8, le scanner galvanométrique 25 est contrôlé par des cartes électroniques placées à proximité. Ces dernières sont alimentées par une série de câbles électriques qu'il faut acheminer.

   La transmission des fichiers de trajectoires se fait par l'intermédiaire d'un câble de communication séparé.
Le faisceau laser chemine depuis la source laser 90 (par exemple une source à fibre puisée du fabricant IPG, modèle YLP-1-120-50-50-HC) à travers une fibre optique 24, aboutit à une tête optique de sortie 27, (fig. 3) est réfléchi à 45[deg.] par un premier miroir 28 fixe, traverse un obturateur (light shutter) 29 et un appareil optique de mise en forme de faisceau (beam shaper) 38, est réfléchi à 45[deg.] par un second miroir 39 fixe, traverse le scanner galvanométrique 25 (fig. 4) puis la lentille de sortie 36 (fig. 2) pour attaquer en 26 la surface de la pièce.

   Il faut remarquer que la fibre 24, dont seule l'extrémité est représentée, est un élément fragile de flexibilité limitée dont la manipulation est délicate lorsqu'il faut l'acheminer via les chemins de câbles et l'embarquer dans la rotation B.
Le câble de commande de l'obturateur 29, ainsi que le câble de commande de la rampe de diodes 30 qui constituent un signal d'alarme lumineux lorsque l'usinage laser est en action.
Le capteur électro-mécanique 31 de précision (par exemple Renishaw) nécessaire pour palper la pièce avant l'usinage, de façon à positionner et orienter la tête laser 8 par rapport à la pièce. Cette fonction inclut au moins deux câbles de liaison; l'un pour transmettre le signal de mesure, l'autre pour commander le chariot rétractable 32 sur lequel le capteur électro-mécanique 31 est monté.

   Ce dernier est en position rétractée à l'intérieur de son logement lorsqu'il n'est pas en fonction et émerge sous l'action d'un vérin pneumatique lorsqu'une mesure doit être effectuée.
La caméra CCD 33 qui est utilisée pour positionner et orienter précisément la tête laser 8 par rapport à la pièce à usiner. Elle comprend un câble de connexion pour la transmission des images et un câble d'alimentation de la couronne de diodes luminescentes 34 placées autour de la lentille de sortie de la caméra.
Une buse de soufflage orientable 35 placée à proximité de la lentille de sortie 36 du scanner galvanométrique; celle-ci permet de chasser toutes les impuretés issues de l'usinage et de maintenir propre l'atmosphère sous la lentille.

   Cette buse 35 est alimentée par un tuyau relativement rigide qui doit également subir la rotation B et induit des contraintes mécaniques non négligeables.
La buse d'aspiration 37, télescopique, orientable et rétractable, également placée aussi proche que possible de la lentille de sortie 36 du scanner galvanométrique, coopère avec la buse de soufflage 35; cette dernière peut comme la buse d'aspiration 37 être ajustée autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de pivotement B de la tête d'usinage laser 8. La buse de soufflage 35 est d'une part dirigée vers la zone d'usinage, d'autre part opposée à la buse d'aspiration 37 de sorte que le flux de gaz propre pollué par les poussières provenant de la zone d'usinage est entièrement collecté par la buse d'aspiration 37.

   Celle-ci doit évacuer un grand volume d'air pollué à basse pression; par conséquent les sections des canalisations sont relativement grandes d'où un problème d'encombrement; pour les intégrer au mieux avec les mouvements de la tête laser 8 ces canalisations doivent être rigides et inclure des joints d'étanchéité rotatifs lesquels introduisent des couples de frottement et provoquent des contraintes locales qui risquent d'être transmises à la tête laser donc entacher sa précision de positionnement.
L'enveloppe 40 de la tête laser 8 est une enceinte scellée portée en surpression à l'aide d'un drain qui transporte de l'air filtré sec et débarrassé des vapeurs d'huile.

   Un capteur de pression peut faire partie de cette fonction et doit encore être alimenté par un câble dédié.
Un système de sécurité anti-collision, comprenant deux sous fonctions, comme détaillé ci-après, incorpore plusieurs micro switches pour stopper la machine en cas de collision accidentelle et dont il faut acheminer les câbles de connexion. Un capteur de mesure de chocs informe la machine en cas de collision.

  

[0013]    La nécessité d'incorporer un grand nombre de fonctions dans la tête laser pivotante 8 implique de reconsidérer la construction des dispositifs de transmission des efforts, de guidages et de transport de cette profusion de connexions électriques, tuyaux, guides optiques ou autres, dédiés à chacune de ces fonctions. L'installation comporte plus d'une centaine de ces types de composants. Plus l'amplitude de rotation autour de l'axe B (par exemple supérieure à 220 degrés) est grande et plus les contraintes de torsion provoquées par lesdits composants deviennent élevées. Le point d'impact du faisceau laser peut se trouver dévié de plusieurs [micro]m. Une des grandes difficultés consiste donc à garantir la précision de l'axe optique dans toutes les positions de la tête laser 8.

   Ce but est atteint principalement en fixant rigidement la tête de sortie optique 27, située à l'extrémité de la fibre 24, au châssis de la tête laser 8 par l'intermédiaire d'un organe de bridage 65 (fig. 3). La tête laser 8 étant libérée des contraintes mécaniques induites par le nombre élevé de câbles reliés à la tête lors de ses déplacements grâce au système de soulagement de traction et torsion (voir ci-dessous) l'axe optique définit par l'alignement de la tête de sortie optique 27 reste stable.

  

[0014]    Les fig. 2, 3, 4et 5ne permettent pas de distinguer clairement les fonctions essentielles situées à l'arrière de la tête laser 8. C'est le cas en particulier de certains éléments embarqués dans la rotation B et mis en mouvement par la platine 48; cette dernière est visible sur les fig. 5, 6, 7 et 8.

   A cette platine 48 sont assujettis en particulier les dispositifs suivants, déjà mentionnés ci-dessus:
le système d'aspiration avec sa buse d'aspiration 37 ainsi que ses canalisations 55, 56, 58 qui assurent l'évacuation de l'air pollué par l'intermédiaire de tubes, coaxiaux entre autres et munis de joints rotatifs 57.
Le dispositif de soulagement de traction et torsion, c'est-à-dire le système d'attachement et d'entraînement de la série de câbles et autres connexions, tuyaux, fibres optiques etc. qui sont groupés et serrés dans une série de presse-étoupes 46 avant de pénétrer dans l'enceinte étanche 40 de la tête laser 8.
Le système anti-collision de la tête laser, destiné à protéger les parties fragiles à l'intérieur de l'enceinte 40.

   Les fig. 4 et 5 permettent de comprendre ce dispositif.
Le système anti-collision de la buse d'aspiration 37, dont on peut expliquer le fonctionnement à l'aide de la figure 8.

  

[0015]    Les fig. 6, 7, 8et 9permettent de décrire le fonctionnement du système de maintien et d'entraînement en rotation de la série de câbles et autres éléments de connexion nécessaires au fonctionnement de la tête laser 8. La platine 48 est fixée rigidement à un arbre 41, coaxial avec l'axe de rotation B; arbre 41 dont la face d'appui contre la platine 48 est seulement visible sur la fig. 9. Cet arbre 41 est propulsé en rotation par un servo-moteur dont le stator est assujetti au chariot 5 de l'axe Z. Une couronne 42 est accouplée libre en rotation autour dudit arbre 41 au moyen d'un roulement à aiguilles (non représenté). Une des faces 43 de la couronne 42 vient s'appuyer contre un épaulement circulaire 44, lui-même assujetti rigidement à l'arbre 41.

   De la sorte, la couronne 42 est libre en rotation autour de l'arbre 41 mais ne reçoit pas de couple de rotation de la part de cet arbre. La couronne 42 se prolonge par un bras 59 en forme d'équerre, lequel supporte à son extrémité 45 une série de presse-étoupes 46. Ce dernier élément 46 rassemble et maintient serré le paquet de câbles et autres organes de connexion nécessaires aux fonctions essentielles embarquées dans la rotation B. L'équerre 59 est emprisonnée avec un certain jeu à l'intérieur d'une fourchette 47, elle-même rigidement attachée à la platine 48, de façon que la fourchette 47 transmet essentiellement une force dans le plan de la platine 48, qui se traduit en un couple au niveau de l'axe de l'arbre 41.

   Le couple de rotation fourni par le servo-moteur et destiné à entraîner les presse-étoupes 46 est transmis à l'équerre 59 par l'intermédiaire de la platine 48 puis de la fourchette 47. L'équerre 59 étant montée folle par rapport à l'arbre 41 par l'intermédiaire de la couronne 42, les contraintes de torsions parasites provoquées par le paquet d'organes de connexion sont récupérées par l'arbre 41 via la couronne 42 et de ce fait ne sont pas transmises à la tête laser par les organes de connexion; cet arbre 41 est suffisamment rigide pour ne subir qu'une flexion négligeable. Autrement dit les efforts parasites sont ramenés sur l'arbre moteur 41 à travers une succession d'éléments mécaniques quasiment indéformables.

  

[0016]    Un tel système d'entraînement illustré par les fig. 6, 7, 8 et 9 permet avantageusement de libérer la tête laser des efforts parasites liés au paquet d'organes de connexion mis en rotation et des à-coups provoqués par les inversions de sens, garantissant ainsi une précision de repositionnement exceptionnelle.

  

[0017]    Les fig. 4 et 5 illustrent le système anticollision de la tête laser. Ces deux figures sont presque identiques, à la différence près que sur la fig. 4 la platine 48 a été retirée de sorte à expliciter l'interface de fixation entre la face 49, partie intégrante de la tête laser 8 et qui en constitue le châssis, et la platine 48 qui la supporte et lui transmet le couple de rotation. La tête laser 8 est maintenue plaquée contre la platine 48 via la face 49 de son châssis et se trouve rigidement entraînée en rotation par ladite platine au moyen de trois vis (non représentées); ces vis sont conçues pour avoir une résistance limitée aux efforts de cisaillement et sont susceptibles de céder en cas de choc excessif. On retrouve les perçages ou taraudages destinés à recevoir ces vis aux numéros 51 sur les fig. 4et 5.

   Si lesdites vis viennent à céder, il est néanmoins prévu de retenir la tête laser 8 au moyen de deux vis épaulées de sécurité (non représentées) qui traversent la platine 48 ainsi que la face 49 par des orifices 53. Un jeu de quelques mm est prévu entre vis épaulées et orifices. En cas de chute de la tête laser suite à la rupture des vis, la tête de sortie optique 27 où aboutit la fibre 24, liée à la tête laser 8 ne sera pas cisaillée par la platine 48 en raison de la large échancrure 54 pratiquée dans la platine 48 autour de la tête de sortie 27. Un tel arrangement permet de protéger les organes fragiles de la tête laser. Par suite, il est remarquable que, malgré la grande complexité des fonctions embarquées dans sa rotation, la tête laser est protégée des collisions.

  

[0018]    Les fig. 6, 7, 8, et 9illustrent en détails le système d'évacuation de l'air pollué par l'usinage laser et son dispositif anticollision. La buse d'aspiration 37 est télescopique, c'est-à-dire que la longueur de son bec de sortie est ajustable; elle est également ajustable angulairement à l'aide du vérin pneumatique rotatif 60 qui comprend une butée mécanique que l'on règle manuellement à l'aide de la molette 61; en outre la buse d'aspiration 37 est rétractable; elle peut être rentrée en position replié pendant les positionnements pour éviter des collisions. Cette buse d'aspiration 37 est reliée à une large canalisation annulaire 55 constituée par deux cylindres coaxiaux, l'un à l'intérieur de l'autre, installés autour de l'arbre 41.

   Pour transiter de la buse d'aspiration 37 à la canalisation annulaire 55, l'air pollué doit traverser un conduit intermédiaire 63 visible sur les fig. 6et 8. Ce même conduit intermédiaire 63 a été retiré sur les fig. 7 et 9 pour montrer l'orifice cylindrique 64 par lequel l'air pollué pénètre dans la canalisation annulaire 55. L'axe de l'orifice cylindrique 64 constitue l'axe de pivotement de la buse d'aspiration 37. Cet axe est perpendiculaire à l'axe B de rotation de la tête laser.

   La buse 37 fixée à la canalisation annulaire 55 par l'intermédiaire de l'élément 63, est entraînée dans la rotation B par l'intermédiaire de la couronne 42 déjà décrite ci-dessus; la canalisation annulaire 55 et la couronne 42 sont reliées entre elles à la périphérie par une série de pièces mécaniques servant à l'entraînement (non représentées) situées dans l'interface 62 (fig. 8). Ces pièces mécaniques transmettent d'une manière conventionnelle le couple transmis de l'élément tournant 42 à l'élément tournant 55, permettant ainsi à l'élément 62 de se cisailler, servant ainsi de fusible si une collision survient au niveau de la buse d'aspiration 37.

   En cas de cisaillement, un élément non représenté du vérin pneumatique rotatif 60 vient buter contre, ou tirer sur l'extrémité 45 du bras 59 et déclenche un micro switch de sécurité (non représenté) qui stoppe la machine. La canalisation annulaire 55 rotative débouche dans une autre canalisation annulaire 56 fixe, située également autour de l'arbre 41; la canalisation annulaire 56 est de même section et de même géométrie que la canalisation annulaire 55 dont elle constitue le prolongement; cette canalisation annulaire 56 est assujettie au chariot Z. Un ensemble de O-rings 57 assure l'étanchéité des interfaces glissantes 55/56. Un tube 58 collecte l'air pollué en sortie de la canalisation annulaire 56 avec un débit conséquent vers une station de filtrage 19.

  

[0019]    Il est important que les gaz pollués et les poussières générés soient éliminés efficacement de la zone d'usinage, de façon qu'un maximum de l'énergie du faisceau de lumière laser 26 atteigne la surface de la pièce à traiter.

  

[0020]    A cet effet la buse de soufflage 35 orientable est opposée à la buse d'aspiration 37 télescopique, orientable et rétractable; la buse de soufflage 35 est orientée en fonction de la forme de la pièce à usiner, de façon à diriger le flux de gaz propre vers la zone d'usinage; le flux de gaz pollué et des poussières provenant la zone d'usinage est collecté par ladite buse d'aspiration 37 qui elle aussi est orientée en fonction de la forme de la pièce à usiner. Par surcroît, la buse d'aspiration 37 est télescopique, et ainsi adaptée pour s'approcher au mieux à la surface à traiter pour collecter le flux de gaz pollué et des poussières dans l'immédiate proximité de lieu d'émission, même lorsque la distance focale est considérable.

  

[0021]    Lors de la rotation de la tête laser 8 autour de l'axe de pivotement horizontal B la buse de soufflage 35 et la buse d'aspiration 37 sont entraînées de façon que la zone à proximité de la surface est traversée en permanence par un flux de gaz intense.

  

[0022]    La machine destinée à l'usinage de pièces tridimensionnelles quelconques au moyen d'un faisceau focalisé de lumière laser d'après la présente invention est réalisé de préférence conformément à la description antécédente. On voit bien cependant, que des variantes peuvent dans certain cas amener des bénéfices.

  

[0023]    Les chariots 10 et 13 illustrés par la fig. 1 constituent une table croisée YX, qui supporte la table 14 sur laquelle la pièce à usiner est fixée. On peut également imaginer un agencement différent des axes linéaires, en particulier il peut être intéressant d'amener toutes les translations sur le côté de l'outil de façon que la pièce à usiner effectue uniquement une rotation autour d'un axe vertical. Par ailleurs, il peut être avantageux de découpler les axes X et Y, par exemple de façon que la table 14 soit supportée uniquement par un chariot d'un axe Y et que le montant vertical 2 soit supporté par un chariot d'un axe X.

  

[0024]    Bien qu'il soit avantageux de réaliser la canalisation d'évacuation de l'air pollué au moyen de canalisations rigides connectés par de joints d'étanchéité rotatifs comme décrit auparavant, cette canalisation d'évacuation peut être réalisé au moins partiellement à l'aide d'un tuyau flexible, entraînée d'une part par la platine 48 et d'autre part par le chariot 5 de l'axe Z. Dans cette variante un rallongement la partie du tuyau flexible entraînée par la platine 48 est relié a l'orifice cylindrique 64, par exemple à l'aide d'un joint d'étanchéité rotatif.

  

[0025]    Dans une variante du dispositif de soulagement de traction et torsion l'équerre 59 est emprisonnée à l'intérieur de la fourchette 47, l'espace entre la fourchette et l'équerre étant rempli d'un matériel élastique amortissant pour éviter des discontinuités dans la transmission des forces.

  

[0026]    Dans une variante simplifié d'un dispositif de soulagement de traction les presse-étoupes 46 sont montés directement sur la platine 48.

  

[0027]    Il est évident que l'homme du métier pourra réaliser des autres variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

1. Machine destinée à l'usinage de pièces tridimensionnelles quelconques au moyen d'un faisceau focalisé de lumière laser qui provoque localement l'évaporation d'une parcelle de matière à la surface de la pièce à traiter,

- l'architecture de la machine comportant au moins trois axes linéaires orthogonaux (X, Y, Z) et deux axes rotatifs (A, B) perpendiculaires entre eux, permettant de faire tourner une tête d'usinage laser (8) autour d'un axe horizontal (B) et de faire tourner une pièce à traiter autour d'un axe vertical (C),

- un faisceau de lumière laser (26) étant réfléchi à la sortie de la tête d'usinage laser (8) par un scanner galvanométrique (25) constitué de deux miroirs pivotant très rapidement autour de deux axes perpendiculaires,

- le faisceau de lumière laser (26) étant produit par une (90) source laser,

- la source laser transmettant son énergie à la tête d'usinage laser par l'intermédiaire d'une fibre optique (24) qui est déroulée le long d'un système de chemin de câbles,

- la fibre optique aboutissant à une tête de sortie optique (27) laquelle définit l'axe optique du faisceau de lumière laser qui vaporise la matière,

- la tête d'usinage laser (8) comprenant un châssis (49) et un boîtier, la tête d'usinage laser (8) étant repositionnée et réorientée périodiquement pour atteindre une nouvelle zone de la pièce à traiter, caractérisée en ce que:

- la tête de sortie optique (27) est attachée rigidement au châssis (49) ou au boîtier de la tête d'usinage laser de sorte que ladite tête de sortie optique reste solidaire dudit châssis ou boîtier au cours de la rotation de la tête laser autour de l'axe (B) de pivotement horizontal,

- les gaz pollués générés dans la zone d'usinage par l'évaporation de la matière sont collectés par une buse d'aspiration (37) laquelle est entraînée avec la tête d'usinage laser lors de sa rotation autour de l'axe (B) horizontal,

- un flux de gaz propre et sec est injecté dans la zone d'usinage au moyen d'une buse de soufflage (35) laquelle est également entraînée avec la tête d'usinage laser (8) lors de sa rotation autour de l'axe (B) horizontal.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un palpeur mécanique (31) et/ou une caméra CCD (33) sont entraînés sans jeu avec la tête d'usinage laser (8) lors de sa rotation autour de l'axe (B) horizontal.

3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tête d'usinage laser (8) est équipée d'un dispositif mécanique destiné à protéger ses organes en cas de collision accidentelle, lequel dispositif comporte des vis de fixation conçues pour céder sous l'effet d'un effort de cisaillement excessif, permettant à la tête d'usinage laser de s'échapper pour être retenue dans sa chute par des vis épaulées de sécurité.

4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un dispositif mécanique de soulagement de traction et torsion destiné à libérer la tête d'usinage laser des efforts parasites provoqués par la profusion de connexions électriques, tuyaux, guides optiques, acheminés par l'intermédiaire du chemin de câbles aboutissant à une série de presse-étoupes (46), ce dispositif étant réalisé au moyen d'une fourchette (47) qui met en rotation les presse-étoupes (46) fixés sur une équerre folle (59), la fourchette (47) étant accouplée avec jeu d'un côté à l'équerre folle (59), de l'autre côté attachée rigidement à une platine (48) support de la tête d'usinage laser (8), ladite platine (48) étant assujettie à l'arbre moteur (41) de l'axe de rotation, les efforts parasites sont ainsi ramenés sur l'arbre moteur (41)

à travers une succession d'éléments mécaniques quasiment indéformables.

5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la buse d'aspiration (37) destinée à collecter les gaz pollués, est réglable et peut tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de pivotement (B) de la tête d'usinage laser (8).

6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que la buse d'aspiration (37) destinée à collecter les gaz pollués peut être réglée en longueur.

7. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que la buse d'aspiration (37) destinée à collecter les gaz pollués est équipée d'un micro-switch qui stoppe la machine en cas de collision.

8. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la buse de soufflage (35) destinée à injecter un flux de gaz propre dans la zone d'usinage est réglable et peut tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de pivotement (B) de la tête d'usinage laser (8).

9. Machine selon les revendications 5, 6 et 8, caractérisée en ce que la buse de soufflage (35) est d'une part dirigée vers la zone d'usinage, d'autre part opposée à la buse d'aspiration (37) de sorte que le flux de gaz propre pollué par les poussières provenant de la zone d'usinage est collecté par la buse d'aspiration (37).

10. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le palpeur mécanique (31) est monté sur un chariot rétractable (32) et se déploie sous l'action d'un vérin lorsqu'une mesure doit être effectuée.