Tête à trois axes
une histoire de record européen

Les origines de la tête à trois axes

Le marquage laser sur des surfaces non planes est le projet de recherche et développement avec lequel LASIT a été fondé en juin 1990 et l’entreprise aujourd’hui peut se vanter d’avoir été la deuxième au monde – après l’américaine General Scanning – à avoir réalisé la tête à trois axes. De 1990 à l’an 2000, plus de 90 % de nos marqueurs ont été équipés avec cette technologie, adaptée à des applications toujours plus nombreuses, en répondant aux exigences de différents secteurs.

Un marquage laser est réalisé au maximum de la qualité lorsque le spot de laser grave parfaitement de manière perpendiculaire sur un plan, en concentrant toute l’énergie en un seul point, qui a un diamètre déterminé et un taux de tolérance variable.

Cependant, tous les composants ne sont pas plats et ont encore moins une forme régulière et c’est la raison pour laquelle a été développée la technologie à trois axes, qui garantit une focalisation élevée du faisceau laser sur des surfaces cylindriques, irrégulières ou de grandes dimensions sans replacer manuellement le laser. Si par le passé, la longueur focale était fixée et invariable donc, aujourd’hui, nous pouvons contrôler et programmer les formes 3D à l’aide du logiciel.

Marquage à vitesse élevée et précision

En plus d’offrir une puissance élevée, ce système permet aux utilisateurs de sélectionner la méthode de rayonnement laser approprié pour l’application. Cela contribue fortement à améliorer la qualité du marquage et à réduire les temps, deux facteurs importants pour la production.

Au niveau mécanique, la tête à trois axes LASIT est un composant d’un système de moteurs linéaires, deux rotatifs X et Y qui permettent de déplacer le faisceau laser le long des axes, et un troisième axes pour la mise au point : le faisceau laser passe à travers un objectif équipé de lentille mobile, qui à son tour est montée sur un translateur linéaire. Le fonctionnement est réglé automatiquement à l’aide du logiciel FlyCAD.

Le cœur de la tête à trois axes est le projet optique, qui varie en fonction du type d’application et aux exigences d’application : le système peut s’adapter à la dimension du champ de travail et à la dimension du spot laser demandé.

Les miroirs de scanner se trouvent après les lentilles de l’objectif. Le rayon laser brut entre dans le système optique à travers la lentille d’expansion dynamique. Les lentilles de l’objectif redessinent le faisceau de Gauss formé par les lentilles à expansion dynamique sur le plan de destination. Le mouvement des lentilles à expansion dynamique grâce au translateur linéaire varie la distance du plan focal, et donc le focus dynamique. Les miroirs (MX et MY) – qui sont situés dans le module de scanner XY –  plient le rayon et le dirigent grâce à une déflexion angulaire pour scannériser le plan de travail.

quand l'utiliser et quand ne pas l’utiliser ?

Si l’on considère qu’une tête de scanner à trois axes a un coût majeur par rapport au système traditionnel à deux axes, il faut comprendre combien il convient effectivement de le prendre en considération.

Comme déjà anticipé plus haut, la différence substantielle entre les deux systèmes est relative à la tolérance focale différente, c’est-à-dire la possibilité de marquer un détail qui, pour ses caractéristiques géométriques, n’est pas toujours à la même distance de feu par rapport au bord de la tête de scanner.

En considérant une zone de marquage de 100×100 mm, une tête à trois axes a en général une tolérance de mise au point d’environ 40 mm, alors que celle traditionnelle est limitée à une tolérance entre 2 mm et 6 mm. Il va sans dire que les zones de marquage plus grandes ont une tolérance de mise au point plus grande.

Si la première valeur est dépend uniquement du projet de la tête (puisque capable de refocaliser en fonction du dessin), le second est en revanche variable et dépend de certains facteurs extérieurs, tels que :

  1. Le matériau qui se marque : des matériaux comme l’acier peuvent être marqués avec un defocus jusqu’à 5 ou 6 mm, alors que l’aluminium doit être positionné à la distance de mise au point exacte;
  2. La focale que l’on utilise : en fonction ce celle-ci, on obtient un champ plus ou moins grand, qui varie sur une échelle entre les 100 et les 400 mm et qui est choisie principalement en fonction de la zone de marquage demandé, mais pas seulement.

En effet, le choix de la focale dépend également de la typologie d’usinage qui doit être effectué et à la tolérance qui est retenue nécessaire. En effet, une focale grande est également définie « longue », c’est-à-dire avec une profondeur de champ majeure. En substance, l’utilisation d’une focale longue permet souvent et bien volontiers de parer au problème de la tolérance.

Système avec lentille à champ plan (deux axes)

Le système avec lentille à champ plan, communément indiqué par la sigle FFL (Flat field lens), utilise les propriétés optiques de la lentille pour maintenir la mise au point constante sur le plan de travail. Il a l’avantage de déplacer uniquement les miroirs de dimensions réduites et d’être donc très rapides.

Tête à trois axes hybride (Z dynamique)

Celui montré sur la photo est un système à trois axes, dans lequel le troisième axe est utilisé uniquement pour varier le point de feu. Une lentille montée sur l’axe linéaire qui, en combinaison avec la lentille suivante, permet de varier la focalisation. Immédiatement après se trouve le système galvanométrique X et Y pour déplacer le faisceau laser dans le champ de marquage, déterminé par la lentille FFL. Sans le mouvement d’un axe Z mécanique extérieur, nous sommes capables de marquer des surfaces non places, à différentes hauteurs ou cylindrique, en accélérant tout le processus par rapport au déplacement de toute la tête du laser.

Attention aux erreurs

Très souvent nous avons lu et entendu des informations sur la tête à trois axes divulguées pour des raisons commerciales, mais sans validité technique. Nous cherchons donc à faire le point sur ce qui est en revanche, dans la réalité actuelle, les potentialités de la tête à trois axes et les avantages qui nous pouvons en tirer, en mettant en évidence dans le même les limites qui n’ont pas encore été dépassées.

Que peut-il faire
  • Maintenir la mise au point sur une surface non plante
  • Marquer différentes hauteurs sans déplacer la tête laser
  • Marquer sur des surfaces cylindriques dans des limites optiques déterminées
Que ne peut-il pas faire
  • Marquer sur des surfaces dans l’ombre
  • Marquer lorsque l’angle entre le rayon laser et la surface devient petit, par exemple sur un cylindre au-delà d’une certaine limite
  • Marquer sur une surface dont il ne connaît pas la forme
  • Corriger les erreurs de forme de la pièce ou du placement : si la pièce se déplacer le laser ne le reconnaît pas
  • Corriger la déformation du dessin, avec l'aide d’un logiciel supplémentaire

En observant l’image, nous nous rendons compte que le problème réel à prendre en considération n’est pas la variation de la mise au point (que nous pouvons en effet compenser avec la tête à trois axes), mais l’angle d’incidence.
Dans l’exemple, on peut voir qu’à 150° (±75°) le rayon « fuit » au composant et l’énergie n’arrive pas à la surface, rendant impossible la réalisation du processus.

Date: 02/10/2019

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