FR2911081A1

FR2911081A1 - Laser beam machining installation for controlling and/or detecting defects or degradations of a laser tube, comprises a machining head having a tube, a system for controlling a surface condition of the tube, and an image acquisition unit

Info

Publication number: FR2911081A1
Application number: FR0752594A
Authority: FR
Inventors: Boris Danhiez
Original assignee: SAFMATIC SA
Current assignee: SAFMATIC SA
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-07-11

Abstract

The laser beam machining installation for controlling and/or detecting the defects or degradations of a laser tube (1), comprises a machining head (10) having a tube with a central opening (11) for passing a laser beam, a system for controlling a surface condition of the tube, a unit arranged to acquire images along an external region of the tube, a unit for treating and analyzing the image acquired by acquisition unit and for comparing the treated images with reference images and/or characteristics of reference tube, and a unit for lighting a part of the tube. The laser beam machining installation for controlling and/or detecting the defects or degradations of a laser tube (1), comprises a machining head (10) having a tube with a central opening (11) for passing a laser beam, a system for controlling a surface condition of the tube, a unit arranged to acquire images along an external region of the tube, a unit for treating and analyzing the image acquired by acquisition unit and for comparing the treated images with reference images and/or characteristics of reference tube, a unit for lighting a part of the tube, a unit for memorizing the reference images and/or characteristics of reference tube, and a unit for displaying the acquired images before and/or after treatment and/or analysis. The image acquisition unit comprises a video camera (2) equipped with optical filters and/or mechanical obturator. The treatment unit, the comparison unit and/or the memorization unit are incorporated in a computer (5). A unit is arranged for accounting a number of laser shooting operated with the tube. A control unit is arranged to interact with the image acquisition unit and to control the images, when the number of laser shooting exceeds a threshold number. A zone or area of polygonal or circular form is centered on exit opening of the tube. An independent claim is included for a process for detecting degradations of a laser tube.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant deThe present invention relates to a method and a device for

contrôler et/ou détecter rapidement et automatiquement les éventuels défauts ou dégradations affectant une buse laser d'une installation d'usinage par faisceau laser, en particulier une installation de découpage par faisceau laser. La découpe thermique de matériaux métalliques ou autres par une machine automatique de découpe au laser requiert un apport d'énergie optique et l'emploi de gaz d'assistance, tel de l'oxygène, de l'azote ou leurs mélanges. to control and / or detect rapidly and automatically any defects or degradations affecting a laser nozzle of a laser beam machining facility, in particular a laser beam cutting plant. Thermal cutting of metallic or other materials by an automatic laser cutting machine requires an optical energy supply and the use of assist gas, such as oxygen, nitrogen or mixtures thereof.

Ces gaz d'assistance servent à apporter de l'énergie thermique ou cinétique au procédé de coupage et/ou à expulser la matière en fusion hors de la saignée de coupe. Les matériaux à découper peuvent être, selon le cas, plats, tel des tôles ou des plaques, à symétrie de révolution, tel des tubes, des cônes.., ou de géométries complexes, notamment des formes 3D, tel des profilés... These assist gases serve to provide thermal or kinetic energy to the cutting process and / or to expel the melt out of the cutting groove. The materials to be cut may be, as the case may be, flat, such as sheets or plates, symmetrical of revolution, such as tubes, cones, or complex geometries, in particular 3D shapes, such as profiles ...

Ceci implique l'utilisation de machines de coupage de types : - à interpolation dans un plan : machine à 2 axes (X-Y) et un axe de gestion de la hauteur de l'outil par rapport à la pièce à usiner. - à interpolation dans l'espace : machine à 5 axes. L'outil de coupage laser appelé tête de coupe peut s'intégrer sur ces deux 2 0 types machine. Il comprend habituellement une chambre d'injection de gaz d'assistance dans laquelle un faisceau laser est focalisé, par des moyens de focalisation, tels que lentilles, miroirs ou analogues. Le faisceau laser ainsi focalisé et le gaz d'assistance sortent de la tête de coupe par l'intermédiaire d'une buse laser munie d'un orifice central. 2 5 Pour réaliser une pièce aux contours complexes, il est nécessaire de lui appliquer un usinage par procédé laser comportant une succession de perçages et de coupages par exemple. Lors des opérations de perçage par faisceau laser, une série de tirs laser avec un jeu de paramètres prédéfinis en accord avec l'épaisseur et le type de matière à 3 0 usiner, est appliquée à l'ensemble des périphériques de la machine. This involves the use of cutting machines of the following types: - Interpolation in a plane: 2-axis machine (X-Y) and a tool height management axis with respect to the workpiece. - interpolation in space: 5-axis machine. The laser cutting tool called cutting head can be integrated with these two machine types. It usually comprises an assist gas injection chamber in which a laser beam is focused, by focusing means, such as lenses, mirrors or the like. The laser beam thus focused and the assist gas out of the cutting head via a laser nozzle provided with a central orifice. In order to produce a part with complex contours, it is necessary to apply laser machining with a succession of holes and cuts for example. In laser beam drilling operations, a series of laser shots with a predefined set of parameters in accordance with the thickness and type of material to be machined is applied to all the peripherals of the machine.

En fonction de l'épaisseur, le diamètre du ou des tirs, c' est-à-dire le diamètre du trou créé sur la surface du matériau en interaction avec le faisceau laser et le jet de gaz d'assistance, peut varier en fonction de l'état de la surface, notamment du fait de la présence ou non de rouille, de cratères, de peinture... Depending on the thickness, the diameter of the shot (s), i.e. the diameter of the hole created on the surface of the material interacting with the laser beam and the assist gas jet, may vary depending on the thickness. the state of the surface, especially because of the presence or absence of rust, craters, paint ...

Cet aspect aléatoire des conditions de perçage peut provoquer des expulsions localisées de matière métallique en fusion suivies de projections de cette matière en fusion en direction de la buse de découpe. Or, de telles projections de métal en fusion peuvent endommager la buse laser et la rendre inutilisable. This randomness of the drilling conditions can cause localized expulsions of molten metal material followed by projections of this molten material towards the cutting nozzle. However, such projections of molten metal can damage the laser nozzle and make it unusable.

Par ailleurs, l'exécution d'une géométrie de contournage complexe et le basculement potentiel des pièces ainsi coupées peuvent engendrer des collisions entre l'outil de coupe, en particulier la buse de découpe laser, et les pièces qui basculent et viennent heurter plus ou moins violemment la buse. Or, de telles collisions peuvent également nuire aux performances de coupage 15 puisqu'elles détériorent la buse et notamment son orifice de sortie. De là, il est nécessaire qu'un opérateur vienne régulièrement contrôler visuellement l'état de la buse et s'assurer que celle-ci n'est pas détériorée à un point tel qu'il faille la remplacer, ce qui est une opération fastidieuse à réaliser car elle nécessite l'intrusion de l'opérateur dans la zone d'usinage et la mise en place d'un 2 0 dispositif de contrôle manuel ainsi que l'exécution de routines permettant un tir laser de puissance pour permettre son examen. Ceci est donc coûteux en temps, en main d'oeuvre et engendre potentiellement un risque d'exposition de l'opérateur au faisceau laser. Or, la généralisation d'installations de coupage laser automatiques vise à 2 5 réduire l'intervention humaine lors des opérations d'usinage par laser. De là, on comprend aisément que devoir recouvrir à un opérateur pour contrôler l'état de la buse d'une installation automatisée n'est absolument pas pratique, voire dangereux, et est pénalisant pour la productivité du procédé d'usinage laser mis en oeuvre. Moreover, the execution of a complex contouring geometry and the potential tilting of the parts thus cut can cause collisions between the cutting tool, in particular the laser cutting nozzle, and the parts which tilt and come to strike more or less violently the nozzle. However, such collisions can also affect the cutting performance 15 since they deteriorate the nozzle and in particular its outlet orifice. From there, it is necessary for an operator to regularly check visually the condition of the nozzle and ensure that it is not deteriorated to such an extent that it needs to be replaced, which is a tedious operation to achieve because it requires the intrusion of the operator in the machining area and the establishment of a manual control device and the execution of routines allowing a power laser firing to allow its examination. This is therefore costly in time, manpower and potentially creates a risk of exposure of the operator to the laser beam. However, the generalization of automatic laser cutting installations aims to reduce human intervention during laser machining operations. From there, it is easy to understand that having to cover an operator to check the state of the nozzle of an automated installation is absolutely not practical or even dangerous, and is detrimental to the productivity of the laser machining process implemented. .

La présente invention vise donc à proposer un procédé et une installation d'usinage laser améliorés et automatisés, ne présentant pas les problèmes et inconvénients susmentionnés et qui permettent de réaliser un contrôle efficace, sécuritif, rapide et automatisé de l'état de surface de la buse laser équipant ladite installation et/ou utilisée de la mise en oeuvre dudit procédé. Une solution est alors une installation d'usinage par faisceau laser comprenant une tête d'usinage comprenant une buse munie d'un orifice central permettant le passage du faisceau laser d'usinage, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de contrôle de l'état de surface de la buse comprenant : - des moyens d'acquisition d'image agencés de manière à permettre d'acquérir au moins une image de la région externe de la buse au niveau de l'orifice de sortie de ladite buse , et - des moyens de traitement et d'analyse d'image aptes et conçus pour traiter la ou les images acquises par les moyens d'acquisition et pour comparer la ou les images traitées avec une ou plusieurs images de référence et/ou une ou plusieurs caractéristiques de buse de référence. Selon le cas, l'installation de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens d'acquisition d'image comprennent une caméra vidéo, de 2 0 préférence une caméra équipée d'un ou plusieurs filtres optiques et/ou à obturateur mécanique. - elle comporte des moyens d'éclairage agencés de manière à permettre un éclairage d'au moins la partie de la buse portant l'orifice, par exemple tout dispositif d'éclairage adéquat, tel qu'une lampe d'éclairage. 2 5 - elle comporte, en outre, des moyens de mémorisation permettant de mémoriser une ou des images de référence et/ou une ou des caractéristiques de buse de référence correspondant à une ou des images ou caractéristiques de buses non endommagées, de buses endommagées mais pouvant encore être utilisées et de buses endommagées et devant être remplacées. Les moyens de mémorisation peuvent être tout dispositif de stockage d'informations apte à stocker des données, tel que la mémoire d'un ordinateur, des cartes mémoires, etc... -elle comporte des moyens d'affichage permettant un affichage de ou des images acquises, avant et/ou après traitement, ainsi que du ou des résultats d'analyse, par exemple les moyens d'affichage sont un écran d'ordinateur ou un moniteur dédié. - les moyens de traitement, les moyens de comparaison et/ou les moyens de mémorisation sont incorporés dans un ordinateur. - elle comporte des moyens de comptabilisation de tirs laser aptes à et conçus pour comptabiliser le nombre de tirs laser opérés avec une buse donnée et des moyens de pilotage aptes à et conçus pour interagir avec au moins les moyens d'acquisition d'image, lorsque les moyens de comptabilisation de tirs déterminent qu'un nombre-seuil de tirs a été atteint ou dépassé. - les moyens d'analyse d'image sont conçus pour et aptes à analyser une zone ou région déterminée et délimitée située autour de l'orifice central de sortie de la buse, en particulier une zone ou région de forme polygonale ou circulaire centrée sur l'orifice de sortie de la buse. L'invention porte aussi sur un procédé de détection d'une détérioration affectant tout ou partie d'une buse munie d'un orifice central pour le passage d'un faisceau laser d'usinage équipant une tête d'usinage d'une installation d'usinage par 2 0 faisceau laser, en particulier une installation selon l'invention, dans lequel on met en oeuvre un système de contrôle optique de l'état de surface de la buse apte à et conçu pour a) acquérir au moins une image de la région externe de la buse au niveau de l'orifice de sortie de ladite buse, 2 5 b) traiter la ou les images acquises à l'étape a), et c) comparer la ou les images traitées à l'étape b) avec une ou plusieurs images de référence ou avec une ou plusieurs caractéristiques de buse de référence pour en déduire une détérioration de buse. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des 3 0 caractéristiques suivantes : - à l'étape c), on compare la ou les images traitées avec une ou plusieurs images de référence ou avec une ou plusieurs caractéristiques de buse de référence mémorisées et correspondant à une ou des images ou caractéristiques de buses non endommagées, de buses endommagées mais pouvant encore être utilisées, et de buses 5 endommagées et devant être remplacées. - avant et/ou pendant l'étape a), on éclaire au moins la région externe de la buse portant l'orifice de sortie. - on opère un remplacement automatique de buse ou on avertit l'opérateur que la buse doit être remplacée lorsqu'à l'étape c), on détermine que la buse est 10 détériorée et doit être remplacée. - on comptabilise le nombre de perçage réalisés au moyen de la buse laser et on débute un cycle de nettoyage de la buse, lorsque le nombre de perçages réalisés atteint ou dépasse un premier nombre-seuil de perçages donné. - on comptabilise le nombre de perçage réalisés au moyen de la buse laser et 15 on débute l'étape a), lorsque le nombre de perçages réalisés atteint ou dépasse un second nombre-seuil de perçages donné. - on opère un brossage automatique de tout ou partie de la buse ou on avertit l'opérateur de la nécessité de réaliser un brossage de tout ou partie de la buse : i) lorsque le nombre de perçages réalisés atteint ou dépasse le premier 2 0 nombre-seuil de perçages donné et/ou ii) lorsque le nombre de perçages réalisés n'atteint pas le premier nombre-seuil de perçages donné mais atteint ou dépasse le second nombre-seuil de perçages donné et qu'on déduit de la comparaison de l'étape c), une détérioration de l'état de surface de la buse susceptible de résulter d'un dépôt 2 5 de scories sur la surface de buse examinée. le cycle de nettoyage comprend une opération de brossage et/ou une opération de contrôle de présence de scories préalable. - le contrôle de présence de scories est réalisé par mesure de hauteur de la buse par rapport à une hauteur de référence. - à l'étape c), la ou les caractéristiques de buse de référence sont le diamètre de l'orifice de la buse, une tolérance de concentricité dudit orifice par rapport à l'axe de la buse, une tolérance de rontodité minimale et/ou maximale d'une partie d'un ou plusieurs périmètres externes de la buse, et/ou une surface de référence de l'anneau formé par deux périmètres externes de la buse. - il comporte une étape d'affichage d'au moins une image de la région de l'orifice de buse sur un écran de visualisation. En d'autres termes, afin d'éviter l'intrusion de l'opérateur dans la zone d'usinage et la mise en place de procédures fastidieuses par celui-ci dans le but de contrôler visuellement les buses potentiellement endommagées, le système proposé par l'invention comporte sur un appareillage de détection optique des défauts par acquisition de l'image de la buse montée sur la machine de coupage et en sa caractérisation par un algorithme d'analyse. Le schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention est illustré en Figure 1. Le système de l'invention se compose d'une source optique 3, de préférence à symétrie de révolution, permettant l'éclairage de la région inférieure de la buse 1 portant l'orifice 11 de sortie du faisceau laser et équipant la tête laser 10, d'une caméra 2 munie de filtres optiques adaptés, d'un support permettant la vision directe 2 0 de la buse 1, d'une carte d'acquisition vidéo 4 intégrée dans un ordinateur 5 ou directement dans la caméra 2, et d'une interface homme-machine déportée 6 permettant l'affichage du résultat du contrôle automatique, en particulier cette interface comprend un écran de visualisation 6, par exemple le moniteur de l'ordinateur 5. 2 5 Lors d'opérations d'usinage, la machine comptabilise de façon autonome, le nombre de perçages effectués au moyen d'une buse laser donnée. Comme détaillé ci-après, sur dépassement d'une valeur-seuil de nombre de perçages dépendant par exemple du couple matière/épaisseur en cours d'usinage, l'outil de coupe est déplacé vers le système de contrôle visuel 2 de buse 1 afin de déterminer si cette dernière peut 3 0 continuer à remplir pleinement sa fonction. The present invention therefore aims at providing an improved and automated laser machining method and installation, not having the above-mentioned problems and disadvantages and which make it possible to carry out an effective, safe, rapid and automated control of the surface state of the machine. laser nozzle equipping said installation and / or used in the implementation of said method. A solution is then a laser beam machining installation comprising a machining head comprising a nozzle provided with a central orifice for the passage of the machining laser beam, characterized in that it comprises a control system for the laser beam. surface state of the nozzle comprising: image acquisition means arranged so as to make it possible to acquire at least one image of the external region of the nozzle at the outlet orifice of said nozzle, and image processing and analysis means adapted and designed to process the image or images acquired by the acquisition means and to compare the processed image or images with one or more reference images and / or one or more characteristics. reference nozzle. Depending on the case, the installation of the invention may comprise one or more of the following features: the image acquisition means comprise a video camera, preferably a camera equipped with one or more optical filters; and / or mechanical shutter. - It comprises lighting means arranged to allow illumination of at least the portion of the nozzle carrying the orifice, for example any suitable lighting device, such as a lighting lamp. It further comprises storage means for storing reference image (s) and / or reference nozzle characteristic (s) corresponding to one or more images or characteristics of undamaged nozzles, of damaged nozzles, but can still be used and nozzles damaged and need to be replaced. The storage means may be any information storage device capable of storing data, such as the memory of a computer, memory cards, etc.... It comprises display means allowing a display of acquired images, before and / or after treatment, as well as the analysis result (s), for example the display means are a computer screen or a dedicated monitor. - The processing means, the comparison means and / or the storage means are incorporated in a computer. it comprises means for counting laser shots adapted to and designed to count the number of laser shots operated with a given nozzle and control means adapted to and designed to interact with at least the image acquisition means, when the means for counting shots determine that a threshold number of shots has been reached or exceeded. the image analysis means are designed for and capable of analyzing a defined and delimited zone or region situated around the central outlet orifice of the nozzle, in particular a zone or region of polygonal or circular shape centered on the outlet orifice of the nozzle. The invention also relates to a method for detecting a deterioration affecting all or part of a nozzle provided with a central orifice for the passage of a machining laser beam fitted to a machining head of an installation of laser beam machining, in particular an installation according to the invention, in which an optical control system of the surface condition of the nozzle adapted to and designed for a) acquiring at least one image of the outer region of the nozzle at the exit orifice of said nozzle, b) processing the image or images acquired in step a), and c) comparing the image or images processed in step b) with one or more reference images or with one or more reference nozzle characteristics to derive nozzle deterioration therefrom. Depending on the case, the method of the invention may comprise one or more of the following characteristics: in step c), the processed image or images are compared with one or more reference images or with one or more stored reference nozzle characteristics and corresponding to one or more images or features of undamaged nozzles, damaged but still usable nozzles, and damaged nozzles that need to be replaced. before and / or during step a), at least the external region of the nozzle carrying the outlet orifice is illuminated. an automatic nozzle replacement is effected or the operator is warned that the nozzle must be replaced when in step c), it is determined that the nozzle has deteriorated and must be replaced. the number of holes made by means of the laser nozzle is counted and a cleaning cycle of the nozzle is started, when the number of holes made reaches or exceeds a given first threshold number of bores. the number of holes made by means of the laser nozzle is counted and step a) is started, when the number of holes made reaches or exceeds a given second threshold number of bores. - Automatic brushing of all or part of the nozzle is carried out or the operator is warned of the need to brush all or part of the nozzle: i) when the number of holes made reaches or exceeds the first number given threshold of holes and / or ii) when the number of holes made does not reach the first given threshold number of holes but reaches or exceeds the second given threshold number of holes and which is deduced from the comparison of the step c), a deterioration of the surface condition of the nozzle likely to result from slag deposition on the nozzle surface examined. the cleaning cycle comprises a brushing operation and / or a pre-slag presence control operation. the slag presence control is carried out by measuring the height of the nozzle with respect to a reference height. in step c), the reference nozzle characteristic or characteristics are the diameter of the orifice of the nozzle, a tolerance of concentricity of said orifice with respect to the axis of the nozzle, a tolerance of minimum roughness and / or maximum of a portion of one or more outer perimeters of the nozzle, and / or a reference surface of the ring formed by two outer perimeters of the nozzle. it comprises a step of displaying at least one image of the region of the nozzle orifice on a display screen. In other words, in order to avoid the intrusion of the operator in the machining area and the implementation of tedious procedures by it in order to visually check the potentially damaged nozzles, the system proposed by the invention comprises, on an apparatus for optical detection of defects, by acquisition of the image of the nozzle mounted on the cutting machine and in its characterization by an analysis algorithm. The schematic diagram of an embodiment of the invention is illustrated in FIG. 1. The system of the invention consists of an optical source 3, preferably with symmetry of revolution, allowing the illumination of the lower region. of the nozzle 1 carrying the exit orifice 11 of the laser beam and equipping the laser head 10, a camera 2 provided with suitable optical filters, a support allowing the direct vision 20 of the nozzle 1, a video acquisition card 4 integrated in a computer 5 or directly into the camera 2, and a remote human-machine interface 6 for displaying the result of the automatic control, in particular this interface comprises a display screen 6, by For example, the monitor of the computer 5. During machining operations, the machine counts autonomously the number of holes made by means of a given laser nozzle. As detailed below, on exceeding a threshold value of number of holes depending for example on the material / thickness pair during machining, the cutting tool is moved to the visual control system 2 nozzle 1 so determine whether the latter can continue to perform its function fully.

Une fois l'outil de coupe 10 placé en vis-à-vis du système de contrôle, la source optique 2 éclaire la face inférieure avec l'orifice 11 de la buse 1 de découpe afin de permettre l'acquisition vidéo de l'état de surface de la buse, c'est-à-dire la prise d'une ou plusieurs images de cette région de la buse 1, comme illustré en gros plan sur les Figure 2a à 2d. Les images obtenues sont alors traitées et analysées afin d'isoler les caractéristiques géométriques, tel que cercles, anneaux ou centre, par échantillonnage de pixels et calculs de barycentres ou toute autre méthode adéquate. Ainsi, comme illustré en Figures 2a à 2d, les deux contours 15 et 16 ou périmètres externes de buse 1 constitutifs de la surface externe de buse 1, c'est-à-dire la partie de buse 1 faisant face à la tôle à usiner, sont comparés à des cercles parfaits de mêmes diamètres correspondant à une buse intacte (Fig. 2a) afin d'en déduire si le pourcentage de rontodité est inclus dans un intervalle de tolérance préréglé. Une ovalisation (Fig. 2d) ou une détérioration (Fig. 2c) ayant pour effet de briser la symétrie de révolution est ainsi facilement détectée. De même, une fois l'intégrité géométrique vérifiée, un calcul de surface de l'anneau de fond de buse peut être opéré et comparé à une surface de référence (Fig. 2a) donnée garantissant le bon fonctionnement du système d'asservissement de hauteur par sonde capacitive, l'anneau de fond 9 de buse de découpe jouant le rôle de 2 0 sonde capacitive. De plus, un calcul de barycentre des deux contours ou périmètres externes de buse 15, 16 susmentionnés de la surface inférieure de buse 1 peut, en outre, mené à une détection de concentricité (Fig. 2a) ou de non concentricité (Fig. 2b) pouvant être à l'origine d'un décentrage du faisceau laser au travers de l'orifice de la buse de 2 5 découpe et donc à l'origine d'une anisotropie de la qualité de coupe selon la trajectoire de coupe dans le plan d'interpolation. Ainsi, on peut noter que la buse 1 de la Figure 2c comporte, en outre, des traces de chocs 17 sur sa surface externe qui n'altèrent pas a priori son bon fonctionnement et donc qui ne seront pas considérés comme des défauts mais 3 0 comporte également des chocs 18 observables sur la couronne bordant l'orifice de la buse 1 qui eux sont susceptibles de nuire à un fonctionnement correct de la buse et qui seront dès lors signalés à l'opérateur grâce au système de l'invention. Bien entendu, les dimensions des cercles parfaits et les autres grandeurs nécessaires au bon fonctionnement de la détection selon le procédé de l'invention sont choisies au cas par cas car dépendent des dimensions de la buse considérée. De tels choix sont à la portée de l'homme du métier et peuvent se faire empiriquement en utilisant, d'une part, une buse en bon état et, d'autre part, une ou des buses détériorées à partir desquelles les dimensions et tolérances souhaitées peuvent être aisément déterminées. Once the cutting tool 10 is placed opposite the control system, the optical source 2 illuminates the lower face with the orifice 11 of the cutting nozzle 1 in order to allow the video acquisition of the state. surface of the nozzle, that is to say the taking of one or more images of this region of the nozzle 1, as shown in close-up on Figure 2a to 2d. The resulting images are then processed and analyzed to isolate geometric features, such as circles, rings or centers, by pixel sampling and centroid calculations or any other suitable method. Thus, as illustrated in FIGS. 2a to 2d, the two outlines 15 and 16 or external nozzle perimeters 1 constituting the outer nozzle surface 1, that is to say the nozzle portion 1 facing the sheet to be machined , are compared to perfect circles of the same diameter corresponding to an intact nozzle (Fig. 2a) in order to deduce whether the percentage of rontodity is included in a preset tolerance range. An ovalization (Fig. 2d) or a deterioration (Fig. 2c) having the effect of breaking the symmetry of revolution is thus easily detected. Likewise, once the geometric integrity has been verified, a surface calculation of the nozzle bottom ring can be made and compared to a given reference surface (FIG 2a) guaranteeing the correct operation of the height control system. by capacitive probe, the bottom ring 9 of the cutting nozzle acting as a capacitive probe. In addition, a center of gravity calculation of the two aforementioned external nozzle contours or perimeters 15, 16 of the lower nozzle surface 1 can further lead to a detection of concentricity (Fig. 2a) or non-concentricity (Fig. 2b). ) which can be at the origin of a decentering of the laser beam through the orifice of the cutting nozzle and thus at the origin of anisotropy of the quality of cut along the cutting path in the plane interpolation. Thus, it may be noted that the nozzle 1 of FIG. 2c furthermore has traces of impacts 17 on its external surface which do not alter its proper functioning a priori and therefore will not be considered defects but also includes shocks 18 observable on the crown bordering the orifice of the nozzle 1 which they are likely to interfere with proper operation of the nozzle and which will therefore be reported to the operator through the system of the invention. Of course, the dimensions of the perfect circles and the other quantities necessary for the proper functioning of the detection according to the method of the invention are chosen on a case by case basis because they depend on the dimensions of the nozzle in question. Such choices are within the abilities of those skilled in the art and can be done empirically using, on the one hand, a nozzle in good condition and, on the other hand, one or more damaged nozzles from which the dimensions and tolerances desired can be easily determined.

De manière générale, dans l'hypothèse où, après traitement d'images, les caractéristiques isolées ne correspondraient pas à celles de base, c'est à dire aux caractéristiques d'une buse de référence intacte, la buse 1 de découpe est alors considérée comme étant détériorée et déclarée inapte selon le processus décrit ci-après en détail. In general, assuming, after image processing, the isolated characteristics do not correspond to those of the base, ie to the characteristics of an intact reference nozzle, the cutting nozzle 1 is then considered as being deteriorated and declared unfit according to the process described below in detail.

Le cycle d'usinage est alors interrompu et l'opérateur averti du défaut pour lui permettre de valider ce diagnostic et de procéder au changement manuel ou automatique de la buse ou, à l'inverse, de l'infirmer s'il juge que la buse peut encore être utilisée car les défauts qui l'affectent ne nuisent pas à son utilisation. Outre le fait que le système de l'invention soit automatisé et rapide, il présente 2 0 l'avantage de ne nécessiter un démontage de la buse que lorsqu'elle est jugée détériorée et que l'opérateur a validé ce diagnostic après examen de l'écran de visualisation lui affichant la ou les images de la buse et les autres informations utiles ou nécessaires à sa prise de décision. On comprendra mieux le procédé de l'invention au vu de la Figure 3 qui est un 2 5 schéma illustratif d'un cycle de coupage par laser intégrant le procédé de contrôle et de détection automatisé de l'invention destiné à repérer et signaler à l'opérateur les détériorations affectant tout ou partie de la buse 1 laser de l'installation de coupage. Tout d'abord, on débute 100 le cycle d'usinage, en particulier de coupage, par faisceau laser et on totalise 101 le nombre de perçage, c'est-à-dire de tirs, effectués 3 0 par la buse laser équipant la tête laser de la machine. The machining cycle is then interrupted and the operator warned of the fault to enable him to validate this diagnosis and to proceed to the manual or automatic change of the nozzle or, conversely, to reverse it if he judges that the nozzle can still be used because the defects that affect it do not affect its use. In addition to the fact that the system of the invention is automated and fast, it has the advantage of not requiring disassembly of the nozzle until it is judged to be deteriorated and that the operator has validated this diagnosis after examination of the display screen displaying the nozzle image (s) and other information useful or necessary for its decision-making. The method of the invention will be better understood in view of FIG. 3 which is an illustrative diagram of a laser cutting cycle incorporating the automated control and detection method of the invention for locating and signaling to the user. operator damage affecting all or part of the laser nozzle 1 of the cutting plant. First of all, the machining cycle, in particular cutting, is started with a laser beam and the number of piercings, that is to say shots, made by the laser nozzle equipping the laser head of the machine.

Le compteur de perçages est alors incrémenté de 1 (en 103) après chaque initialisation d'opération de perçage 102. Lorsque le nombre de perçages comptabilisés atteint ou dépasse une valeur-seuil de brossage (en 104), alors on déclenche un cycle de nettoyage/brossage de la 5 buse comme expliqué ci-près. Dans le cas contraire et si le nombre de perçages atteint ou dépasse une valeur-seuil de contrôle de défauts de buse (en 105), alors on déclenche un cycle de contrôle de l'état de la buse selon le procédé de la présente invention, comme détaillé ci-après. 10 La valeur-seuil de brossage et/ou la valeur-seuil de contrôle de défauts de buse sont des valeurs qui peuvent être fixées par l'opérateur en début de processus ou des valeurs préfixées, notamment mémorisées dans l'installation, correspondant chacune un type de buse donnée ou à un type, une nuance et/ou une épaisseur de tôle à couper. 15 Lorsque aucun de ces seuils n'est atteint, alors on opère un perçage de la tôle proprement dit (en 106) puis sa découpe subséquente (en 107) selon une trajectoire désirée choisie par l'opérateur et/ou préprogrammée et ce, jusqu'à obtenir la pièce découpée désirée. On répète ensuite les opérations de perçage/coupage et contrôle ci-dessus 2 0 jusqu'à la fin du cycle de découpage par laser (en 108). Lorsqu'en 104, la valeur-seuil de brossage est atteinte ou dépassée, on déclenche le cycle de nettoyage/brossage de la buse (en 120). Pour ce faire, on positionne 121 la tête de coupage laser et une brosse de nettoyage en regard l'une de l'autre. 2 5 On réalise ensuite (en 122) une mesure de hauteur par une mise en position automatique de la tête de coupe suivant l'axe (Z) vertical en vis-à-vis d'un plot de référence à l'aide d'un système de mesure capacitive de hauteur et par lecture de la position moteur. Plus précisément, le contrôle de présence de scories est réalisé par mesure de 3 0 hauteur de la buse par rapport à une hauteur de référence, de préférence la hauteur de référence est une hauteur-témoin fixe matérialisée par un plot de référence placé sur la zone de réglage de l'installation de coupage laser. Si ce contrôle est positif (en 123), c'est-à-dire si on détecte la présence de scories sur la surface de buse, alors on opère le nettoyage/brossage de la buse (en 124) de manière à éliminer les scories qui y ont fixées, puis après une durée t donnée, on arrête le nettoyage de la buse (en 125). Dans le cas contraire, l'étape de nettoyage/brossage 124 est bipassée, on ne procède à aucun brossage et le cycle de nettoyage de la buse est stoppé (en 125). Après le cycle de nettoyage de la buse (en 125) et/ou après l'étape 104 de vérification de la valeur-seuil de brossage, on compare (en 105) le nombre de perçage (103) avec une valeur-seuil de contrôle de défauts de buse (en 105) correspondant à un nombre de perçages donné. Si celui-ci dépasse la valeur-seuil de contrôle de défauts de buse, alors on déclenche un cycle de contrôle de l'état de la buse (en 130). The hole counter is then incremented by 1 (in 103) after each drilling operation initialization 102. When the number of recorded holes reaches or exceeds a brushing threshold value (in 104), then a cleaning cycle is initiated. / brushing the nozzle as explained below. In the opposite case and if the number of bores reaches or exceeds a nozzle defect control threshold value (in 105), then a nozzle state control cycle is started according to the method of the present invention, as detailed below. The brush threshold value and / or the nozzle fault check threshold value are values that can be set by the operator at the beginning of the process or prefixed values, in particular stored in the installation, each corresponding to one nozzle type given or to a type, a grade and / or a thickness of sheet to be cut. When none of these thresholds is reached, then the actual sheet is pierced (at 106) and subsequently cut (at 107) according to a desired trajectory chosen by the operator and / or preprogrammed and up to 'to obtain the desired cut piece. The above drilling / cutting and control operations are then repeated until the end of the laser cutting cycle (at 108). When in 104, the brush threshold value is reached or exceeded, the cleaning / brushing cycle of the nozzle (at 120) is started. To do this, the laser cutting head and a cleaning brush are positioned opposite one another. Then, (at 122), a measurement of height is carried out by placing the cutting head in automatic position along the vertical axis (Z) facing a reference pad with the aid of FIG. a capacitive height measuring system and by reading the motor position. More specifically, the slag presence control is carried out by measuring the height of the nozzle relative to a reference height, preferably the reference height is a fixed control height materialized by a reference pad placed on the zone. setting of the laser cutting system. If this control is positive (at 123), that is to say if the presence of slag on the nozzle surface is detected, then the cleaning / brushing of the nozzle (at 124) is carried out so as to eliminate slag which have fixed thereto, then after a given duration t, the cleaning of the nozzle (at 125) is stopped. In the opposite case, the cleaning / brushing step 124 is bypassed, no brushing is carried out and the cleaning cycle of the nozzle is stopped (at 125). After the cleaning cycle of the nozzle (at 125) and / or after step 104 of checking the threshold value of brushing, comparing (in 105) the number of holes (103) with a control threshold value of nozzle defects (in 105) corresponding to a given number of holes. If this exceeds the nozzle error check threshold value, then a nozzle state check cycle (at 130) is initiated.

Pour ce faire, on positionne 131 d'abord, de préférence automatiquement, la buse en regard d'un dispositif ou système de contrôle de défauts afin de déterminer si la buse peut continuer à remplir pleinement sa fonction. Ce positionnement se fait notamment par contrôle 132 de la position selon l'axe Z et selon l'axe focal du laser. Le système de contrôle de défauts comprend des moyens d'acquisition 2 0 d'images, notamment une caméra vidéo ou similaire, agencés de manière à acquérir et enregistrer (en 133) une ou des images de la région externe de la buse 1 située au niveau de l'orifice 11 de sortie de ladite buse 1. Afin d'améliorer la qualité des prises de vues et donc leur analyse et traitement subséquents, il est recommandé d'opérer (en 134) un éclairage de la buse par des 2 5 moyens d'éclairage appropriés, telles des lampes ou analogue. Après enregistrement des images désirées, l'enregistrement est stoppé (en 135) et débute alors un traitement et une analyse (en 136, 137, 138) de ces images qui consiste à comparer la ou les images traitées avec une ou plusieurs images de référence et/ou une ou plusieurs caractéristiques de buse de référence qui sont 3 0 mémorisées dans l'installation. To do this, the nozzle is first positioned, preferably automatically, against a defect control device or system to determine whether the nozzle can continue to perform its function fully. This positioning is done in particular by controlling the position 132 along the Z axis and along the focal axis of the laser. The defect control system comprises image acquisition means, in particular a video camera or the like, arranged to acquire and record (in 133) one or more images of the outer region of the nozzle 1 located at level of the outlet orifice 11 of said nozzle 1. In order to improve the quality of the shots and therefore their subsequent analysis and treatment, it is recommended to operate (at 134) a lighting of the nozzle by means of a nozzle. suitable lighting means, such as lamps or the like. After recording the desired images, the recording is stopped (at 135) and then begins processing and analysis (at 136, 137, 138) of these images which consists in comparing the processed image (s) with one or more reference images. and / or one or more reference nozzle characteristics that are stored in the installation.

Plus précisément, les images de référence sont des images de buses non endommagées, de buses endommagées mais encore aptes à fonctionner ou de buses détériorées et inaptes à assurer un usinage de qualité. Par ailleurs, les caractéristiques de buse de référence sont des caractéristiques de l'état mécanique de la buse, en particulier le diamètre de l'orifice de la buse ou une tolérance de concentricité dudit orifice par rapport à l'axe de la buse, notamment des diamètres extérieur et intérieur de la buse et de l'orifice, ou une tolérance de rontodité minimale et maximale. Durant l'analyse d'images, on isole de manière connue en soi dans le domaine de l'analyse d'images, les caractéristiques géométriques de la buse, tel que cercles, anneaux ou centre, par échantillonnage de pixels et calculs de barycentres, et on joue également sur les contrastes et les échantillonnages de points, et on compare toutes les données acquises avec les données de références pour en déduire un état de fonctionnement ou non de la buse considérée. More precisely, the reference images are images of undamaged nozzles, nozzles that are damaged but still able to function, or nozzles that are deteriorated and incapable of ensuring quality machining. Furthermore, the reference nozzle characteristics are characteristics of the mechanical state of the nozzle, in particular the diameter of the orifice of the nozzle or a tolerance of concentricity of said orifice with respect to the axis of the nozzle, in particular outer and inner diameters of the nozzle and orifice, or a minimum and maximum tolerance of rontodity. During the analysis of images, the geometrical characteristics of the nozzle, such as circles, rings or center, by pixel sampling and calculations of barycentres, are isolated in a manner known per se in the field of image analysis. and we also play on the contrasts and samplings of points, and we compare all the data acquired with the reference data to deduce a state of operation or not the nozzle considered.

A chaque étape d'analyse d'images 136, 137, 138 successives, on détermine si la buse présente un défaut (en 140) ou non. Si elle ne présente successivement aucun défaut, alors le cycle de détection de défauts est stoppé (en 146) et commence alors le perçage 106. Par contre, si par analyse par contraste et échantillonnage de points (en 136), 2 0 on détermine (en 136) que la buse présente un problème de surface inférieure (anneau non détecté, présence de scories, orifice bouché...) , alors si elle n'a pas subi de cycle de nettoyage au préalable, on lui fait subir un tel cycle 120, alors que si elle a déjà été nettoyée, alors on affiche sur un écran de visualisation (en 141) le défaut de surface ayant été détecté sur la buse pour en informer l'opérateur et lui permettre d'intervenir 2 5 (en 144) manuellement et de valider ou non un remplacement de buse (en 145) endommagée. Après analyse en 136, les images subissent une seconde étape d'analyse (en 137) de circularité intérieure et extérieure et une inspection de diamètre d'orifice de sortie. Là encore, en cas de défaut détecté (en 140), on affiche une vue grossie de l'extrémité de la buse (en 142) et/ou un message d'erreur pour permettre à l'opérateur de prendre les décisions qui s'imposent (144, 145). Dans le cas contraire, les images subissent une analyse de concentricité par calcul de barycentres par exemple, qui se solde, comme précédemment, par un affichage (en 143) des éventuels défauts pour permettre à l'opérateur d'intervenir. L'invention présente un avantage très important, à savoir que l'opérateur de l'installation d'usinage laser n'a pas besoin d'intervenir manuellement pour opérer le contrôle de l'état de surface de la partie inférieure des buses d'usinage puisque ce contrôle se fait automatiquement par acquisition et traitement d'images. Le rôle de l'opérateur ne se borne qu'à vérifier visuellement sur un écran de contrôle que la buse est bien détériorée et à ensuite, si besoin est, opérer son remplacement manuellement ou automatiquement.15 At each step of image analysis 136, 137, 138 successive, it is determined whether the nozzle has a defect (at 140) or not. If it does not successively present any defect, then the fault detection cycle is stopped (at 146) and then begins drilling 106. On the other hand, if by contrast analysis and sampling of points (at 136), it is determined ( in 136) that the nozzle has a lower surface problem (ring not detected, presence of slag, plugged orifice ...), so if it has not undergone a cleaning cycle beforehand, it is subjected to such a cycle 120, whereas if it has already been cleaned, then it is displayed on a display screen (in 141) the surface fault having been detected on the nozzle to inform the operator and allow him to intervene 2 5 (in 144 ) manually and validate or not a damaged nozzle replacement (in 145). After analysis at 136, the images undergo a second internal and external circularity analysis step (137) and an exit port diameter inspection. Again, in the event of a fault detected (at 140), an enlarged view of the end of the nozzle (at 142) and / or an error message is displayed to allow the operator to take the decisions that are required. impose (144, 145). In the opposite case, the images undergo a concentricity analysis by calculation of barycentres for example, which results, as previously, by a display (in 143) of possible defects to allow the operator to intervene. The invention has a very important advantage, namely that the operator of the laser machining installation does not need to intervene manually to control the surface condition of the lower part of the nozzles. machining since this control is done automatically by acquisition and image processing. The role of the operator is limited only to visually check on a control screen that the nozzle is well deteriorated and then, if necessary, operate its replacement manually or automatically.

Claims

claims

1. A laser beam machining installation comprising a machining head (10) comprising a nozzle (1) provided with a central orifice (11) allowing the machining laser beam to pass, characterized in that it comprises a nozzle surface condition monitoring system (1) comprising: image acquisition means arranged to acquire at least one image of the outer region of the nozzle (1) at the level of the outlet orifice (11) of said nozzle (1), and - processing and image analysis means adapted and designed to process the image or images acquired by the acquisition means and to compare the or images processed with one or more reference images and / or one or more reference nozzle characteristics.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the image acquisition means comprise a video camera (2), preferably a camera (2) equipped with one or more optical filters and / or mechanical shutter. 2 0

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises lighting means arranged to allow illumination of at least the portion of the nozzle (1) carrying the orifice (11).

4. Installation according to claims 1 to 3, characterized in that it further comprises storage means for storing one or more reference images and / or one or more reference nozzle characteristics corresponding to a reference image. or images or features of undamaged nozzles, damaged but still usable nozzles and damaged nozzles that need to be replaced. 30

5. Installation according to claims 1 to 4, characterized in that it comprises display means for displaying or acquired images, before and / or after treatment, and the analysis or results.

6. Installation according to claims 1 to 5, characterized in that the processing means, the comparison means and / or the storage means are incorporated in a computer.

7. Installation according to claims 1 to 6, characterized in that it comprises means for counting laser shots adapted to and designed to count the number of laser shots operated with a nozzle (1) given and control means adapted to and designed to interact with at least the image acquisition means, when the shot counting means determines that a threshold number of shots has been reached or exceeded.

8. Installation according to claims 1 to 7, characterized in that the image analysis means are designed for and capable of analyzing a defined and delimited zone or region located around the central outlet orifice (11) of the nozzle (1), in particular a region or region of polygonal or circular shape centered on the outlet orifice of the nozzle (1).

9. A method of detecting deterioration affecting all or part of a nozzle (1) provided with a central orifice (11) for the passage of a machining laser beam fitted to a machining head (10). a laser beam machining installation, in particular an installation according to one of claims 1 to 8, in which an optical control system of the surface condition of the nozzle (1) capable of to and designed for: d) acquiring at least one image of the outer region of the nozzle (1) at the level e) of the outlet orifice (11) of said nozzle (1), treating the acquired image (s) in step a), f) comparing the image or images processed in step b) with one or more reference images or with one or more reference nozzle characteristics to deduce nozzle deterioration therefrom.

The method according to claim 9, characterized in that in step c), comparing the processed image (s) with one or more reference images or with one or more stored reference nozzle characteristics and corresponding to one or more images or features of undamaged nozzles, damaged but still usable nozzles, and nozzles that are damaged and need to be replaced.

11. Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that before and / or during step a), illuminates at least the outer region of the nozzle (1) carrying the orifice (11) of exit.

12. Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that it performs an automatic nozzle replacement (1) or the operator is warned that the nozzle (1) must be replaced when in step c ), it is determined that the nozzle is deteriorated and needs to be replaced.

13. Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the number of holes made by means of the laser nozzle is counted and a cleaning cycle of the nozzle is started, when the number of holes achieved reaches or exceeds a given first threshold number of bores.

14. Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the number of holes made by means of the laser nozzle is counted and step a) is started, when the number of holes made reaches or exceeds a second threshold number of holes given. 20 25

15. Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that it operates an automatic brushing of all or part of the nozzle (1) or the operator is warned of the need to brush all or part of of the nozzle (1): i) when the number of holes made reaches or exceeds the given first threshold number of holes and / or ii) when the number of holes made does not reach the first given threshold number of holes but reaches or exceeds the second given threshold number of bores and that is deduced from the comparison of step c), a deterioration of the surface condition of the nozzle may result from a slag deposit on the surface of nozzle examined.

16. The method of claim 13, characterized in that the cleaning cycle comprises a brushing operation and / or a pre-slag presence control operation.

17. The method of claim 16, characterized in that the control of slag presence is achieved by measuring the height of the nozzle relative to a reference height. 2 0

18. Method according to one of claims 9 to 17, characterized in that in step c), the reference nozzle characteristic or characteristics are the diameter of the orifice of the nozzle (1), a tolerance of concentricity of said orifice with respect to the axis of the nozzle (1), a minimum and / or maximum tolerance of rontodity of a portion of one or more outer perimeters (15, 16) of the nozzle (1), and / or a reference surface of the ring (9) formed by two outer perimeters (15, 16) of the nozzle (1).

19. Method according to one of claims 9 to 18, characterized in that it comprises a step of displaying at least one image of the region of the nozzle orifice on a display screen.