MAQUINA HERRAMIENTA PARA CORTE POR LASER DE MATERIALES DE CHAPA Y TUBO USANDO UN LASER DE FIBRA PARA TRANSMITIR EL HAZ DE LASER.

Máquina herramienta para corte por láser de materiales de chapa y tubo (25) que comprende una mesa de soporte (10) para los materiales (25),

una unidad de corte principal (11), un sistema de control numérico, un ordenador personal, un panel de control (12) integrado en la máquina, controlado y gestionado a distancia por el ordenador personal, un generador láser de fibra óptica, una unidad de refrigeración y un cabezal de corte por láser (13), en la que dicho cabezal de corte por láser (13), insertado en la unidad de corte (11) y móvil sobre una mesa de trabajo (14) o sobre un plato de soporte de tubos por medio del sistema de control numérico, está conectado a dicha unidad de refrigeración y a dicho generador láser, caracterizada porque dicho cabezal de corte por láser (13) puede emitir un haz de láser (23), en la que se usa al menos una fibra óptica (20) como medio activo, en el que se genera la radiación óptica, y una pluralidad de elementos de bombeo individuales (21) pueden excitar los iones dopados y dos lentes o rejillas de Bragg (22), que están situadas a través del haz de láser (23) y que están colocadas entre dichos diodos de bombeo (21) y dichos materiales (25), también están provistas para crear una cavidad resonante de láser, con potencia estable y con una duración de servicio prolongada, siendo desplazado dicho cabezal de corte por láser (13) por medio de un sensor capacitivo (24) de un sistema de guía automático de tipo capacitivo, con control de altura automático, de manera que el punto focal (B) de dicho cabezal de corte por láser (13) se mantiene a una distancia constante de dichos materiales (25)

Máquina herramienta para corte por láser de materiales de chapa y tubo usando un láser de fibra para transmitir el haz de láser.

La presente invención se refiere a una máquina herramienta que ha de usarse para corte por láser de materiales en chapa y tubo según el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento JP2002/001558).

Más particularmente, la invención se refiere a una máquina herramienta de plataforma para el corte por láser de materiales que tienen una estructura tecnológica innovadora.

La invención se extiende para abarcar la aplicación del generador láser en la máquina herramienta, el sistema de guía automatizado del cabezal láser, así como el sistema de protección y guía del haz de láser en la máquina.

El corte por láser, y sobre todo, el tipo usado para cortar materiales muy gruesos, siempre se realiza usando fuentes de láser gaseosas de dióxido de carbono (CO₂), en otras palabras, fuentes de láser gaseosas de Nd-Yag (neodimio-itrio-aluminio).

Se sabe que las fuentes de láser de CO₂ pueden proporcionar un haz de alta calidad sumamente potente para cortar chapa metálica y plancha metálica; además, se usan diversos tipos de máquinas herramientas de corte para aplicaciones prácticas, que usan sistemas de lentes y/o espejos para enfoque del haz de alta precisión.

Por otra parte, los láseres de Nd-YAG se usan normalmente para marcar la superficie del material debido a la alta calidad del haz a baja potencia.

Los últimos desarrollos relacionados con este tipo de láser han conducido al descubrimiento de que los láseres de Nd-YAG también pueden proporcionar buena calidad del haz, comparable a los láseres de CO₂, incluso a niveles de potencia de salida superiores a 100 W; por consiguiente, esto ha hecho posible usar láseres de Nd-YAG para corte de material, con resultados que son comparables a los obtenidos con láseres de CO₂.

Sin embargo, también en este caso, hay considerables pérdidas por transmisión, baja calidad del haz e inestabilidad básica en la potencia emitida.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es resolver los problemas descritos anteriormente, y en particular, crear una máquina herramienta para cortar por láser materiales, capaz de proporcionar haces de láser de muy alta calidad, sin los problemas relacionados con refrigeración y deformación térmica lenticular.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una máquina herramienta de plataforma para cortar por láser materiales que permita la construcción de una arquitectura de bombeo sumamente fiable con muy alta estabilidad y concentración de potencia, lo que tendrá como resultado una considerable reducción de los tiempos de perforación y velocidad de corte incrementada en gran medida.

Un objetivo más de la invención es proporcionar una máquina herramienta para cortar por láser materiales, que pueda eliminar el uso de gas de generación de láser, así como las unidades de lente y unidades de espejo usadas en las máquinas de tipo tradicional.

De ninguna manera el último objetivo de la presente invención es proporcionar una máquina herramienta para cortar por láser materiales, que sea sumamente fiable y eficiente desde un punto de vista práctico, que tenga una duración de servicio prolongada, y que tenga costes de explotación muy razonables comparados con los equipos de la técnica anterior.

Estos y otros objetivos, según la presente invención, se logran mediante una máquina herramienta para cortar por láser materiales según la reivindicación 1 adjunta; las otras reivindicaciones subordinadas incluyen otras características técnicas que describen detalles de la invención.

Ventajosamente, la máquina herramienta según la invención está equipada con una fuente de láser que tiene un nuevo concepto, con una arquitectura de láser de fibra completamente innovadora, que proporciona así excelentes resultados de calidad del haz de láser y niveles de emisión muy potentes (prácticamente ilimitados).

El sistema proporciona una alternativa válida a los láseres de tipo de CO₂ o de Nd-YAG para aplicación en el campo del corte de metal, ya sea en forma de chapa, plancha, o tubo.

Se crea una fuente de fibra óptica usando un medio activo en el que se genera radiación óptica, una fuente de bombeo capaz de excitar los iones dopados (o las moléculas de gas en el caso de dióxido de carbono o CO₂) y dos espejos para crear la cavidad resonante.

En particular, el aspecto que distingue una fuente de láser de fibra según la presente invención de una fuente de estado sólido (como Nd-YAG, por ejemplo) es la presencia de:

- una fibra óptica que reemplaza a la barra de cristal,

- varios diodos de bombeo individuales para reemplazar a las barras comunes, y

- rejillas de Bragg, una vez más en la fibra óptica, para reemplazar a los espejos.

Analizando el láser de fibra óptica (láser de fibra) más detalladamente, puede verse que, a pesar de su simplicidad individual, cada uno de los elementos base mencionados anteriormente proporciona características funcionales únicas a la fuente.

De hecho, en primer lugar, gracias a un núcleo dopado muy reducido (de sólo 5 micrómetros) la fibra activa proporciona haces de láser de calidad sumamente alta de una manera muy eficiente sin ningún problema de refrigeración o deformación térmica lenticular.

Además, el uso de diodos de bombeo individuales que reemplazan a las barras de la técnica anterior, proporciona una arquitectura de bombeo que es sumamente fiable. (En referencia a los láseres de fibra, son comunes niveles de tiempo medio entre fallos (MTBF) superiores a 30.000 horas de funcionamiento, en otras palabras, niveles que son mucho más elevados que los obtenidos usando fuentes de láser de estado sólido).

Por último, gracias a la calidad de sintonización intrínseca y a la reducida pérdida por inserción, las rejillas de Bragg de fibra óptica proporcionan cavidades resonantes que tienen sintonización de alta precisión con la longitud de onda emitida de la fuente, así como niveles muy altos de estabilidad de potencia emitida.

Más características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización, proporcionada como ejemplo preferido, pero no limitador en ningún modo, de una máquina herramienta para corte por láser de materiales, según la invención y los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una vista frontal en perspectiva de la máquina herramienta de plataforma para corte por láser de materiales, según la invención;

la figura 2 muestra una vista posterior en perspectiva de la máquina herramienta de plataforma para corte por láser de materiales, según la invención;

la figura 3 muestra una vista frontal de la máquina herramienta de plataforma para corte por láser de materiales, según la invención;

la figura 4 muestra una vista en planta parcial y a escala ampliada vista desde arriba, de la máquina herramienta de plataforma para corte por láser de materiales, según la invención;

la figura 5 muestra un esquema provisional para la aplicación de un sistema de control de altura de cabezal de corte por láser automático, usado en la máquina herramienta de plataforma según la presente invención;

la figura 6 muestra una vista en planta desde arriba de un sistema de protección y guía de fibra que desplaza en haz de láser sobre la máquina herramienta de plataforma según la invención.

En relación con las figuras mencionadas anteriormente, la máquina herramienta de plataforma para corte por láser de materiales, según la presente invención, está construida con protección y apantallamiento externos que garantizan el completo aislamiento del área de mecanizado durante el ciclo de funcionamiento, y que está compuesto principalmente de una mesa de soporte para los materiales 10 que incluye el suministro opcional de un sistema de cambio de palé, una unidad de corte principal 11, un panel de control integrado 12 y un cabezal de corte por láser 13, conectado a una unidad de refrigeración, como lo está el generador láser.

En particular, la máquina está diseñada y construida con un sistema de guía central modular fijo,...

1. Máquina herramienta para corte por láser de materiales de chapa y tubo (25) que comprende una mesa de soporte (10) para los materiales (25), una unidad de corte principal (11), un sistema de control numérico, un ordenador personal, un panel de control (12) integrado en la máquina, controlado y gestionado a distancia por el ordenador personal, un generador láser de fibra óptica, una unidad de refrigeración y un cabezal de corte por láser (13), en la que dicho cabezal de corte por láser (13), insertado en la unidad de corte (11) y móvil sobre una mesa de trabajo (14) o sobre un plato de soporte de tubos por medio del sistema de control numérico, está conectado a dicha unidad de refrigeración y a dicho generador láser, caracterizada porque dicho cabezal de corte por láser (13) puede emitir un haz de láser (23), en la que se usa al menos una fibra óptica (20) como medio activo, en el que se genera la radiación óptica, y una pluralidad de elementos de bombeo individuales (21) pueden excitar los iones dopados y dos lentes o rejillas de Bragg (22), que están situadas a través del haz de láser (23) y que están colocadas entre dichos diodos de bombeo (21) y dichos materiales (25), también están provistas para crear una cavidad resonante de láser, con potencia estable y con una duración de servicio prolongada, siendo desplazado dicho cabezal de corte por láser (13) por medio de un sensor capacitivo (24) de un sistema de guía automático de tipo capacitivo, con control de altura automático, de manera que el punto focal (B) de dicho cabezal de corte por láser (13) se mantiene a una distancia constante de dichos materiales (25).

2. Máquina herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha máquina herramienta está destinada para uso al cortar material en chapa y plancha metálica, así como para cortar ranuras, taladrar orificios, secciones e intersecciones de tubos metálicos.

3. Máquina herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque una fibra de transporte está insertada dentro de una funda protectora (16) e insertada a su vez dentro de al menos una cadena (17) de tubería flexible (18) que tiene radio de curvatura controlado, siendo fijada dicha funda (16) a dicha cadena (17) y siendo obligada dicha fibra de transporte a pasar a través del interior de dicha funda (16).