BR102019027328A2

BR102019027328A2 - sistema para suportar peças de trabalho

Info

Publication number: BR102019027328A2
Application number: BR102019027328-3A
Authority: BR
Inventors: Antonio Rubio Mateos; Asun RIVERO RASTRERO; Arantxa Apaolaza Arroyo
Original assignee: Fundación Tecnalia Research & Innovation
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-07-07
Also published as: EP3670068C0; CA3065810A1; US20200198074A1; EP3670068A1; ES2950572T3; CN111347265A; EP3670068B1; US11267090B2

Abstract

Um sistema para suportar peças de trabalho compreende uma base e uma pluralidade de membros de suporte (1), cada membro de suporte (1) compreendendo uma placa (11) e meios para posicionar a placa (11) em relação à base. Em pelo menos alguns dos membros de suporte (1) . Os meios para posicionar a placa (11) compreendem pelo menos três membros extensíveis controláveis (13) dispostos para determinar a posição e a inclinação da placa (11) em relação à base, permitindo assim o posicionamento controlado da placa (11) em relação à base e a inclinação controlada da placa (11).

Description

SISTEMA PARA SUPORTAR PEÇAS DE TRABALHO

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um sistema para suportar peças de trabalho que está configurado para permitir a adaptação do sistema a diferentes tipos de peças de trabalho, especialmente peças de trabalho grandes com curvaturas diferentes.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] A usinagem de peças de trabalho envolve o suporte das peças de trabalho em relação a uma ou mais ferramentas, por exemplo, para evitar o movimento relativo indesejado entre a peça de trabalho e a ferramenta durante a usinagem. Desafios especiais são enfrentados quando, por exemplo, as peças de trabalho são grandes e apresentam formas curvas. Pode ser necessário fornecer o apoio da peça de trabalho em um grande número de posições ao longo e através da peça de trabalho ou continuamente em uma grande área da peça de trabalho, e esse suporte deve ser de modo a não causar danos à peça de trabalho, apesar de as forças geralmente grandes exercidas sobre a peça durante a usinagem. Exemplos de tais peças de trabalho são os componentes da fuselagem da aeronave, que geralmente são relativamente grandes e relativamente finos.

[0003] É conhecido na técnica o suporte destes tipos de peças de trabalho em uma matriz bidimensional de membros de suporte, às vezes através de algum tipo de tampa flexível que é suportada nos membros de suporte e na qual a peça de trabalho pode descansar, impedindo, assim, o contato direto com os membros de suporte individuais e distribuição da carga em uma área maior. A tampa flexível é geralmente algum tipo de placa ou similar e geralmente apresenta uma certa rigidez e, portanto, é frequentemente referida como "semiflexível" na técnica. Este tipo de sistemas de suporte é conhecido de, por exemplo, documentos ES-2258893-A1, ES-2354793-A1 e WO-2017/203067-A1. Por exemplo, o documento WO-2017/203067-A1 revela um sistema no qual a curvatura da tampa pode ser adaptada modificando a altura dos membros de suporte individuais e a inclinação de suas porções de extremidade, permitindo assim a adaptação da curvatura do suporte à curvatura da peça de trabalho, tal como a curva de uma porção de um componente da fuselagem da aeronave ou similar. No documento WO-A-2017/203067-A1, é explicado como a adaptação da posição dos membros de suporte pode ser realizada pela cabeça da máquina que é usada para usinar a peça de trabalho, fazendo uso eficiente do equipamento. Conforme revelado no documento WO-A-2017/203067-A1, isso requer que a tampa flexível seja removida antes da adaptação da posição e orientação dos membros de suporte.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0004] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um sistema para suportar peças de trabalho, o sistema compreendendo uma base e uma pluralidade de membros de suporte, cada membro de suporte compreendendo uma placa e meios para posicionar a placa em relação à base. Em pelo menos alguns dos membros de suporte, os meios para posicionar a placa compreendem pelo menos três membros extensíveis controláveis dispostos para determinar a posição e a inclinação da placa em relação à base, permitindo assim o posicionamento controlado da placa em relação à base e a inclinação controlada da placa.

[0005] O termo "membro extensível controlável" abrange qualquer membro que pode ser estendido e cuja extensão pode ser controlada para determinar a distância entre duas porções (como porções finais) do membro extensível, permitindo, assim, que a distância entre dois itens aos quais o membro extensível está conectado seja determinada. O uso de três membros extensíveis permite o controle da distância entre três pontos da placa em relação a três pontos na base. Assim, ao ancorar cada um dos membros extensíveis controláveis na base e na placa, a posição e a inclinação da placa no espaço podem ser determinadas pela extensão selecionada dos três membros extensíveis controláveis. Por exemplo, a inclinação da placa em todos os planos verticais pode ser determinada controlando a extensão dos membros extensíveis controláveis. Em algumas modalidades, apenas três membros extensíveis controláveis são usados, por exemplo, para simplificar o controle geral da operação e/ou minimizar os custos envolvidos na fabricação e manutenção do sistema. Às vezes, é preferencial minimizar o número de componentes ativos e/ou passivos usados. No entanto, em algumas modalidades, um número maior de membros extensíveis controláveis é usado, por exemplo, para maior rigidez e/ou para permitir que a placa adote uma extensão maior de posições e inclinações. Por exemplo, em algumas modalidades, uma configuração da plataforma de Gough-Stewart é usada.

[0006] Uma vantagem deste sistema é que, ao controlar a extensão dos membros extensíveis controláveis, é possível adaptar a posição da placa, como sua altura sobre a base e sua inclinação em planos diferentes. Isso não é apenas uma vantagem sobre sistemas como o do documento WO-2017/203067-A1, que aparentemente apenas permite a rotação das superficies de suporte de acordo com um eixo, mas também permite a adaptação da altura e inclinação sem a necessidade de remoção da tampa flexível que às vezes é usada para suportar a peça de trabalho: a extensão dos membros extensíveis controláveis pode ser implementada sem a necessidade de remover essa tampa flexível.

[0007] O termo "placa" deve ser interpretado de maneira ampla como englobando qualquer tipo de membro que forneça uma superfície de suporte para, por exemplo, suportar a tampa por baixo, como por exemplo uma superfície de suporte bidimensional substancialmente plana. o termo "placa" não deve ser interpretado para implicar qualquer limitação em termos de espessura ou forma, embora seja frequentemente preferido que a placa tenha um comprimento e largura maiores no plano da superfície de suporte do que sua dimensão perpendicular à superfície de suporte.

[0008] Em muitas modalidades da invenção, a máquina está adaptada para usinar peças de trabalho grandes e finas, ou seja, peças de trabalho com uma área relativamente grande, como uma área maior que 0,1, 1, 2, 3 ou 4 m2, e com uma espessura relativamente pequena, como uma espessura média menor que 5, 3, 1 ou 0,5 cm. Em algumas modalidades, as peças de trabalho são peças de trabalho para componentes de fuselagem de aeronaves.

[0009] Os membros de suporte podem ser dispostos na base formando uma matriz de membros de suporte com linhas e colunas, por exemplo, uma matriz compreendendo 3, 4, 5 ou mais linhas de membros de suporte, cada linha compreendendo 3, 4, 5 ou mais membros de suporte.

[0010] Em algumas modalidades da invenção, o sistema compreende ainda uma tampa flexível suportada pelas placas, pelo que a forma da tampa é pelo menos em parte determinada pelas posições e orientações das placas. Qualquer tipo de tampa flexível pode ser usado, por exemplo, o tipo de tampa flexível (ou "semiflexível") sugerido em documentos da técnica anterior, como os documentos ES-2258893-A1, ES-2354793-A1 e WO-2017/203067-A1.

[0011] Em algumas modalidades da invenção, pelo menos alguns dos membros de suporte incluem, em correspondência com a placa, pelo menos um cilindro para fixação à tampa flexível, sendo o cilindro capaz de girar em torno de pelo menos um eixo. Em algumas modalidades da invenção, o cilindro é capaz de girar em torno de pelo menos dois eixos. Como não é necessário remover a tampa para modificar a configuração da tampa deslocando as placas flexíveis e girando-as de acordo com um ou mais eixos por mudança seletiva de extensão dos membros extensíveis controláveis, a tampa é, de preferência, fixada às placas, direta ou indiretamente, de uma maneira que permita um certo grau de movimento e, principalmente, a rotação, giro ou mudança no ângulo entre a tampa e a placa. Isto é, de preferência, implementado usando pelo menos um cilindro adaptado para ser fixo à tampa e capaz de um certo grau de rotação em relação à placa, de acordo com um, dois ou mais eixos.

[0012] Em algumas modalidades da invenção, o cilindro é capaz de girar em torno de pelo menos um eixo paralelo a uma superfície superior da placa e em torno de um eixo perpendicular à superfície superior da placa. Assim, a orientação da placa no espaço, incluindo sua inclinação em diferentes planos, pode ser adaptada enquanto permanece conectada à tampa, sem induzir tensões substanciais na tampa. Como explicado abaixo, a tampa, apesar de flexível, apresenta uma rigidez substancial - é por isso que o termo "semiflexível" é frequentemente usado na técnica - e a intervenção de um cilindro rotativo entre a placa e a tampa é útil para permitir a reorientação das placas e da tampa sem primeiro remover a tampa das placas.

[0013] Em algumas modalidades da invenção, o cilindro é configurado para fixação à tampa por meios magnéticos, adesivos, velcro ou vácuo. Estes ou quaisquer outros meios de fixação adequados podem ser usados. O velcro (ou velcro®) é uma opção simples, mas em muitas modalidades, outras opções são preferidas, pois podem reduzir a quantidade de trabalho manual necessária para a remoção e substituição da tampa, por exemplo, como parte das operações de instalação ou manutenção.

[0014] Em algumas modalidades da invenção, pelo menos alguns dos membros de suporte incluem meios para bloquear a rotação do cilindro. Estes meios servem para congelar ou congelar substancialmente a orientação da tampa em relação à placa, isto é, basicamente, para reduzir a mobilidade da tampa, uma vez que ela tenha adotado uma posição selecionada determinada pela posição e orientação das placas. Esses meios para bloquear a rotação podem compreender, por exemplo, membros operados eletricamente, magneticamente, pneumaticamente e/ou hidraulicamente, por exemplo, um membro expansível que faz contato contra uma porção de um cilindro, tal como contra uma porção do cilindro que apresenta uma seção transversal não circular ou plana impedindo, assim, a rotação do cilindro.

[0015] Em algumas modalidades da invenção, o cilindro tem uma forma substancialmente esférica ou cilíndrica. A referência a uma forma cilíndrica se aplica a pelo menos parte do cilindro e não exclui que outras partes do cilindro possam ter formas diferentes. Em outras modalidades, o cilindro pode ter outras formas, como uma forma esférica.

[0016] Em algumas modalidades da invenção, pelo menos alguns dos membros extensíveis controláveis compreendem atuadores. Ou seja, a extensão do membro extensível controlável de ensino é determinada pela operação do atuador de modo a aumentar e diminuir seletivamente o comprimento dos membros extensíveis controláveis. Os atuadores podem ser, por exemplo, atuadores operados eletricamente, pneumaticamente ou hidraulicamente, e sua operação pode ser controlada a partir de uma unidade de controle que faz parte do sistema. Ou seja, os membros extensíveis controláveis podem ser considerados como três pernas que suportam a placa no espaço e cujo comprimento é controlado ativamente pela operação do respectivo atuador.

[0017] Em algumas modalidades da invenção, pelo menos alguns dos membros de suporte compreendem membros extensíveis controláveis, e os membros de suporte com membros extensíveis controláveis passivos compreendem adicionalmente um membro de acionamento para afastar a placa da base, pelo que os membros extensíveis controláveis são configurados a cada extensão enquanto a placa está sendo afastada da base, até alcançar uma extensão pré-selecionada, pelo que a extensão adicional do membro extensível controlável é impedida quando sua extensão pré-selecionada é alcançada. Ou seja, o membro de acionamento, por exemplo, um membro de acionamento acionado eletricamente, pneumaticamente ou hidraulicamente, afasta a placa da base, e a posição e a inclinação finais da placa no espaço são determinadas pela extensão pré-selecionada de cada membro extensível controlável. Ou seja, os membros extensíveis controláveis podem ser considerados como três pernas que suportam a placa no espaço e cujo comprimento é aumentado - ou diminuído, ao operar na direção reversa -, acionando a placa com o membro de acionamento. Em algumas modalidades da invenção, o membro de acionamento compreende pelo menos um elemento inflável. Qualquer tipo de membro inflável pode ser usado, por exemplo, um membro inflável compreendendo uma ou mais partes para deslocar a placa e uma ou mais partes para bloquear o cilindro.

[0018] Em algumas modalidades da invenção, os membros extensíveis controláveis são fixados à respectiva placa por juntas esféricas. As juntas esféricas permitem a rotação livre dos membros extensíveis controláveis em relação à base e à placa, pelo que a mera adaptação da extensão de cada membro extensível controlável determina a posição e a orientação exatas da placa no espaço acima da base.

[0019] Em algumas modalidades da invenção, pelo menos duas das juntas esféricas estão dispostas para permitir um movimento de translação (como linear) das mesmas, ou seja, de toda a junta esférica ou, pelo menos, da esfera da mesma, em relação à placa, de modo que a distância entre as juntas esféricas ou, pelo menos, entre as respectivas esferas das juntas esféricas pode mudar como uma consequência da extensão e retração dos membros extensíveis controláveis. À medida que um ou mais dos membros extensíveis controláveis podem estender mais de um ou mais dos outros membros extensíveis controláveis, pode ser necessário permitir uma adaptação correspondente da posição das respectivas juntas esféricas ou esferas em relação à placa, como partir da distância da junta esférica até o centro da placa ou para outro ponto de referência na placa. Isso pode ser conseguido, por exemplo, permitindo um movimento de translação (como um linear) da esfera da junta esférica ou de toda a junta esférica, por exemplo, movimento de acordo com uma ou mais trilhas sobre ou na placa. Em algumas modalidades, pelo menos uma das juntas esféricas é fornecida com um grau de liberdade angular adicional, por exemplo, permitindo que a pista gire, por exemplo, em um plano paralelo à superfície da placa. Em outras modalidades, uma plataforma de Gough-Stewart ou outra configuração pode ser preferida para permitir que a placa adote várias posições verticais e angulares. Por exemplo, o layout de Gough-Stewart sempre mantém o centro da placa posicionado simetricamente em relação aos pontos de suporte, fornecendo, assim, alta rigidez. No entanto, muitas vezes é preferencial minimizar os custos de fabricação e manutenção e, portanto, pode ser preferencial usar um número limitado de membros extensíveis controláveis, como apenas três membros extensíveis controláveis.

[0020] Em algumas modalidades da invenção, a tampa compreende uma camada de um material elastomérico, e a tampa compreende adicionalmente uma pluralidade de membros rigidificantes de um material com uma rigidez mais alta que o material da camada. Os membros rigidificantes são dispostos de modo a serem axialmente deslocáveis em relação à camada. O uso de um material elastomérico flexível torna possível adaptar a forma da camada também a geometrias relativamente complexas, sem qualquer criação de dobras ou rugas, etc., ou pelo menos sem a criação excessiva de rugas ou dobras indesejadas. Esse tipo de materiais também permite estabelecer zonas com condições de vácuo que ajudam a manter a peça de trabalho fixa em sua posição, ou seja, travada pelo vácuo estabelecido em correspondência com partes da tampa. Além disso, o material elastomérico flexível absorve as vibrações produzidas durante a usinagem da peça. Agora, às vezes, a flexibilidade necessária para permitir que a tampa se adapte a diferentes configurações está em conflito com a necessidade de, por exemplo, uma certa distância entre as placas dos membros de suporte e com outros aspectos da máquina que exigem um determinado mínimo de rigidez da tampa. Isso pode, pelo menos em parte, ser superado pela adição de elementos como filamentos, hastes, cordas ou tiras que apresentam maior rigidez e que se estendem nos canais dentro da camada de material flexível. Estes filamentos são móveis axialmente em relação à camada de material elastomérico. Desse modo, as mudanças na curvatura da tampa não requerem alongamento axial dos membros rigidificantes. Em muitas modalidades, o material dos membros rigidificantes tem um limite elástico que é inferior ao limite elástico do material elastomérico da camada, mas alto o suficiente para evitar a deformação plástica quando a curvatura da tampa muda. Os membros rigidificantes podem se estender em qualquer direção, como, por exemplo, em um ângulo com o outro, formando uma estrutura semelhante a uma malha. O uso deste tipo de membros rigidificantes torna possível o uso de uma ampla gama de materiais para a camada de material elastomérico, ainda atingindo rigidez geral suficiente.

[0021] Em algumas modalidades da invenção, pelo menos alguns dos membros rigidificantes compreendem um núcleo de um material com maior rigidez que o material elastomérico, o núcleo sendo circundado por pelo menos uma camada de um material com uma rigidez menor que o material do núcleo, mas com uma rigidez maior que o material elastomérico. Foi garantido que isso pode servir para prevenir ou reduzir o risco de deformações indesejadas devido à diferença entre a rigidez do núcleo e a rigidez do material elastomérico.

[0022] Em algumas modalidades da invenção, a tampa compreende furos passantes. Verificou-se que os furos passantes podem ajudar a impedir a ocorrência de dobras ou rugas quando a curvatura é adaptada. A perda de rigidez geral produzida pelos furos passantes pode ser compensada, total ou parcialmente, pela presença dos membros rigidificantes.

[0023] Em algumas modalidades da invenção, o material elastomérico é escolhido para atender a um ou mais dos seguintes requisitos:

- uma resistência à deformação para deformação por 10 % maior que 0,005 N/mm2
- uma dureza maior que 25 Shore A
- um fator de perda (amortecimento mecânico) maior que 0,01 (DIN 53513)
- Módulo de Young maior que 0,1 MPa
- Resistência máxima à tração maior que 0,001 MPa

[0024] Além disso, em algumas modalidades, o material apresenta, de preferência, baixa porosidade para facilitar a aderência da tampa à peça de trabalho por vácuo, ou seja, por sucção/subpressão.

[0025] O sistema pode incluir uma unidade de controle central para controlar o deslocamento e a reorientação das placas por extensão/retração controlada dos membros extensíveis controláveis, bloqueio e liberação dos cilindros, etc. Em algumas modalidades, o sistema inclui um subsistema para visão eletrônica configurado para, por exemplo, verificar a configuração da tampa e/ou as posições dos membros extensíveis controláveis e/ou das placas, e para adaptar a posição das placas até que uma configuração desejada seja alcançada, por exemplo, em termos de curvatura real ou curvaturas apresentadas pela tampa flexível.

[0026] O sistema pode ser usado para qualquer tipo apropriado de operações de usinagem, incluindo fresagem, chanfragem, mandrilagem, perfuração, etc. Em algumas modalidades, o sistema também pode ser usado para medir peças de trabalho, por exemplo, substituindo os cilindros nas placas por dispositivos para medição de espessura, como sensores DCUT. Nesse tipo de configuração, o sistema pode não incluir a tampa flexível, de modo que a peça de trabalho ou objeto no qual as medições devem ser executadas possa ser colocada diretamente nos cilindros de um ou mais sensores DCUT ou similares, para medir as características do objeto tal como sua espessura.

[0027] Outros sensores também podem obviamente ser incorporados na estrutura, por exemplo, com o objetivo de verificar o estado do sistema, da peça de trabalho e/ou do processo. O feedback dos sensores pode ser usado para influenciar a operação do sistema, incluindo o posicionamento das placas e a operação das ferramentas de usinagem. Por exemplo, os sensores de pressão podem ser incorporados na tampa para verificar se o contato com a peça de trabalho é adequado e/ou para detectar a presença de fragmentos ou outros objetos entre a peça de trabalho e a tampa, etc.

[0028] Um aspecto adicional da invenção se refere a um método para modificar a forma tridimensional da tampa de um sistema como descrito acima, compreendendo as etapas de:

- modificar a posição e a inclinação de uma pluralidade de placas por extensão e/ou retração seletiva dos três membros extensíveis controláveis, enquanto permite que os cilindros girem;
- depois, obstruir os cilindros para impedir que eles girem.

[0029] Por exemplo, a modificação ou adaptação da posição e inclinação das placas pode ocorrer sequencialmente, deslocando e reorientando uma placa após a outra até que toda a matriz ou similar de placas tenha adotado sua nova configuração, enquanto permite que os cilindros girem de acordo com seus graus de liberdade, por exemplo, girando no plano das placas e/ou em torno de seus eixos, ou de qualquer outra maneira. Uma vez que todas as placas tenham atingido sua posição final, a rotação pode ser impedida através do bloqueio dos cilindros, aumentando, assim, a rigidez do sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0030] Para concluir a descrição e para fornecer um melhor entendimento da invenção, um conjunto de desenhos está disponível. Os ditos desenhos formam uma parte integral da descrição e ilustram modalidades da invenção, que não devem ser interpretadas como restrições do escopo da invenção, mas somente como exemplos de como a invenção pode ser executada. Os desenhos compreendem as seguintes figuras:

[0031] As Figuras 1A-1C são vistas em perspectiva esquemática de uma matriz de membros de suporte de acordo com uma modalidade da invenção.

[0032] A Figura 2 é uma vista em perspectiva esquemática de um membro de suporte de acordo com a modalidade da invenção.

[0033] A Figura 3 é uma vista em perspectiva esquemática de um membro de suporte de acordo com uma modalidade da invenção, usando membros extensíveis controláveis.

[0034] As Figuras 4A-4C ilustram esquematicamente um processo de mudança de orientação e posição da placa de um membro de suporte com membros extensíveis controláveis.

[0035] As Figuras 5A e 5B ilustram esquematicamente como os cilindros de um membro de suporte podem ser dispostos para serem rotativos em torno de dois eixos diferentes, de acordo com uma modalidade da invenção.

[0036] As Figuras 6A e 6B ilustram esquematicamente o conceito de elevação da placa seguido pelo bloqueio do cilindro de um membro de suporte, de acordo com uma modalidade da invenção.

[0037] A Figura 7 é uma vista em perspectiva esquemática da placa e do cilindro de acordo com outra modalidade da invenção.

[0038] A Figura 8 ilustra esquematicamente um cilindro de um membro de suporte de acordo com uma modalidade possível da invenção.

[0039] A Figura 9 é uma seção transversal esquemática da tampa flexível de acordo com uma modalidade da invenção.

[0040] As Figuras 10A e 10B são vistas em perspectiva esquemáticas de parte de uma tampa de acordo com uma modalidade da invenção.

[0041] As Figuras 11A e 11B ilustram esquematicamente um detalhe de uma seção transversal da tampa de acordo com duas modalidades alternativas da invenção.

[0042] As Figuras 12A-12C ilustram esquematicamente a disposição de três juntas esféricas em relação à placa, de acordo com uma modalidade possível da invenção.

[0043] As Figuras 13A-13C ilustram esquematicamente o movimento das juntas esféricas da modalidade das figuras 12A-12C, após uma possível modificação da extensão dos membros extensíveis controláveis correspondentes durante a operação do sistema.

DESCRIÇÃO DE UM MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0044] As Figuras 1A-1C ilustram esquematicamente uma matriz de membros de suporte de um sistema de acordo com uma modalidade da invenção. Nestas figuras esquemáticas, apenas as placas 11, os cilindros 12 e a base 1000 são mostrados. Na figura 1A, as placas 11 são dispostas coplanares com a base 1000. Na figura 1B, as placas 11 em duas das três fileiras de placas são inclinadas e elevadas em relação à base, a altura sobre a base e a inclinação em relação à base sendo maior na última linha do que na linha intermediária. Na figura 1C, uma configuração diferente das placas 11 foi estabelecida, com a placa em um canto da matriz 3x3 ilustrada sendo inclinada, voltada para o centro da matriz. Como facilmente compreendido, a tampa flexível (não mostrada nas figuras 1A-1C) suportada pelas placas adotará diferentes configurações e curvaturas, dependendo das alturas e orientações das placas. Por exemplo, as posições e as orientações das placas 11 na figura 1A fornecerão uma configuração plana da tampa, enquanto a configuração mostrada na figura 1B fornecerá o que pode ser considerado como uma simples curvatura da tampa. A configuração mostrada na figura 1C pode fornecer o que pode ser considerado como uma curvatura dupla da tampa suportada pelas placas. A tampa é fixa aos cilindros 12 e, como pode ser facilmente entendido nas figuras 1A-1C, a rotação dos cilindros 12 em torno de seus eixos longitudinais e a rotação dos cilindros em relação a um eixo perpendicular à placa (consulte a alteração da posição dos cilindros entre as figuras 1B e 1C) permite que essa reconfiguração da tampa ocorra sem a necessidade de remover a tampa das placas.

[0045] A Figura 2 ilustra esquematicamente um membro de suporte 1 de acordo com uma modalidade da invenção. O membro de suporte compreende três membros extensíveis controláveis 13 que suportam uma placa 11 fornecida com um cilindro 12. Os membros extensíveis controláveis podem ser membros ativos (como atuadores acionados eletricamente, pneumaticamente ou hidraulicamente) ou membro passivo (como amortecedores ou freios pneumáticos que podem ser bloqueados ao atingir uma determinada posição, detectada por um sensor correspondente). Quando os membros extensíveis controláveis são passivos, um meio de acionamento adicional é necessário para conduzir a placa na posição desejada. Os membros extensíveis controláveis são fixos à base 1000 e à placa 11. A fixação à placa é estabelecida por, por exemplo, juntas esféricas ou outras juntas que permitem uma mudança de ângulo entre a placa 11 e o respectivo membro extensível controlável 11. Assim, dependendo do grau de extensão dos três membros extensíveis controláveis, a placa pode atingir qualquer altura e adotar qualquer inclinação dentro dos limites de operação dos membros extensíveis controláveis, o que é restringido pela amplitude de movimento de cada membro extensível controlável individual e adicionalmente pelo fato de os três membros extensíveis controláveis estarem ligados à placa. Especialmente, a placa pode ser inclinada em várias direções, permitindo, por exemplo, curvaturas duplas, como sugerido por exemplo na figura 1C.

[0046] Na modalidade ilustrada, o cilindro 12 compreende uma porção cilíndrica central e duas porções não cilíndricas 12b que podem ser usadas para bloquear a rotação do cilindro uma vez que uma nova configuração do sistema foi estabelecida, como discutido adicionalmente a seguir. Além disso, uma corda de velcro 12c fornecida para conectar o cilindro à tampa flexível é esquematicamente ilustrada na figura 2.

[0047] A Figura 3 ilustra esquematicamente um membro de suporte 1 incluindo uma placa 10 que está posicionada em relação a uma base 1000 por três membros extensíveis controláveis 13; nesse caso, molas a gás bloqueáveis, por exemplo, do tipo "Gas Top", obtidas junto à VAPSINT®. As molas a gás 13 são fixadas à placa por juntas esféricas esquematicamente ilustradas 13a. Cada membro extensível controlável está associado a um sensor 13b que detecta a extensão do membro extensível controlável (mola a gás) 13 e que desencadeia o bloqueio do membro extensível controlável 13 quando ele atinge uma extensão predeterminada. Em algumas modalidades, outros meios de detecção como, por exemplo, um sistema de visão eletrônico, podem ser usados em vez de (ou além de) esse tipo de sensores.

[0048] Além disso, um membro de acionamento pneumático 14 é fornecido para pressionar a placa 11 para cima, longe da base 1000, até que a mesma atinja uma posição final determinada pela extensão alcançada pelos três membros extensíveis controláveis 13. Como os membros extensíveis controláveis 13 podem alcançar extensões diferentes, a placa 11 pode terminar com uma inclinação selecionada. As molas de propensão 14a são fornecidas para puxar a placa de volta para sua posição inicial quando o membro de acionamento pneumático 14 esvazia. Um cilindro 12 é esquematicamente ilustrado em correspondência com a superfície superior da placa 11. Qualquer tipo de membro extensível controlável pode ser usado, embora a seleção do membro extensível controlável deva levar em conta aspectos como a necessidade de suportar as forças exercidas sobre os membros extensíveis controláveis, não apenas pela peça de trabalho colocada na tampa, mas também pelas forças exercidas sobre a peça de trabalho durante a usinagem, como mandrilagem, fresagem, etc. Embora a tampa flexível colocada entre as placas e a peça de trabalho possa absorver parte de tais forças e vibrações, forças substanciais serão, no entanto, frequentemente aplicadas às placas 11.

[0049] As Figuras 4A-4C ilustram esquematicamente como uma placa 11 de um membro de suporte é movida de uma posição baixa na qual é coplanar com a base 1000 (figura 4A) para uma posição mais alta na qual é inclinada em relação à base 1000, por expansão de um membro de acionamento pneumático ou hidráulico 14. A extensão do membro extensível controlável 13 à direita é bloqueada antes da extensão do membro extensível controlável 13 à esquerda, deixando assim a placa inclinada para a direita. Nas figuras 4A-4C, a tampa flexível ilustrada esquematicamente 2, na qual a peça de trabalho (não ilustrada) se destina a descansar (direta ou indiretamente), é anexada à placa 11 através de um cilindro 12. Pode ser entendido que a rotação do cilindro 12 em torno de seu eixo permite a reorientação da tampa em relação à placa à medida que a placa é elevada e inclinada, sem causar tensões excessivas na tampa, permitindo que a tampa retenha uma curvatura pura. Deste modo, toda a reconfiguração da superfície de suporte representada pelas placas e pela tampa suportada nas placas pode ser alcançada sem a necessidade de remover ou liberar a tampa das placas. Uma vez que todos os membros de suporte 1 do sistema tenham atingido sua posição final, os cilindros podem ser bloqueados para aumentar a rigidez do suporte fornecido à peça de trabalho pela tampa 2 e pelos membros de suporte 1 que suportam a tampa 2.

[0050] As Figuras 5A e 5B ilustram esquematicamente como o cilindro é rotativo em torno de dois eixos, ou seja, um eixo Y perpendicular à superfície da placa 11 (figura 5A) e um eixo X que é paralelo à superfície da placa e corresponde ao eixo longitudinal do cilindro. Por exemplo, o cilindro pode ser disposto em um recesso 11a na placa (ilustrado esquematicamente na figura 5A) e compreende um eixo que passa através das porções cilíndricas e não cilíndricas do cilindro, sendo este eixo disposto em uma ranhura ou canal 11b (esquematicamente ilustrado na figura 5B) de modo que ele possa girar, pelo menos até certo ponto, no plano da placa. Alternativamente, por exemplo, o cilindro pode ser disposto com seu eixo rotativo em uma plataforma 12d esquematicamente ilustrada na figura 2, que pode ser guiada rotativamente na ranhura 11b na placa. Qualquer outra configuração adequada pode ser usada. A tampa flexível 2 (esquematicamente ilustrada na figura 5B) é fixa ao cilindro, e o grau de liberdade de dois eixos do cilindro 12 em relação à placa 11 permite, assim, a variação na inclinação da placa em diferentes direções, sem induzir tensões excessivas na tampa, de modo que a tampa possa adotar uma curvatura suave também onde está a mesma está conectada às placas, ao mudar de uma configuração do sistema para outra, adaptando a configuração incluindo as curvaturas da tampa.

[0051] As Figuras 6A e 6B mostram como um membro de acionamento 14 pode ser usado para acionar primeiro a placa 11 para cima a partir da base 1000 e depois para bloquear o cilindro 12 aplicando, por exemplo, pressão sobre uma porção não cilíndrica do cilindro. Por exemplo, na modalidade ilustrada, o membro de acionamento 14 se encosta contra um elemento 12e que impede o contato entre o membro de acionamento e o cilindro durante uma fase inicial de expansão do membro de acionamento (ver figura 6A). No entanto, quando os membros extensíveis controláveis 13 atingem sua extensão final, a expansão contínua do membro de acionamento pode fazer com que parte do mesmo, ou um de membro expansível separado, entre em contato com o cilindro, por exemplo, em correspondência com suas extremidades axiais, onde o mesmo forma uma seção transversal não cilíndrica. No entanto, qualquer outro meio adequado para bloquear o cilindro pode ser fornecido. Ao usar elementos expansíveis controláveis ativos 13, nenhum membro de acionamento separado pode ser necessário para deslocar a placa e podem ser necessários meios separados para bloquear o cilindro.

[0052] Em vez de um cilindro cilíndrico, em outras modalidades da invenção, outros tipos de cilindros podem ser usados, como um cilindro esférico 12, conforme esquematicamente ilustrado na figura 7, capaz de girar em todas as direções.

[0053] Na modalidade da figura 2, uma corda de velcro 12c é usada para fixar a tampa flexível ao cilindro. No entanto, de acordo com outras modalidades, qualquer outro meio de conexão adequado pode ser usado. Por exemplo, meios magnéticos podem ser usados para fixar uma tampa que compreende elementos ferromagnéticos ao cilindro. Em outras modalidades, um adesivo pode ser usado. Outra das muitas opções disponíveis é usar meios de vácuo para atrair a tampa para o cilindro. Por exemplo, um cilindro com perfurações, conforme esquematicamente ilustrado na figura 8, pode ser usado.

[0054] Como pode ser facilmente entendido, por exemplo, nas figuras 1A-1C, a adaptação da configuração do sistema, incluindo a forma adotada pela tampa, pode ser conseguida modificando a posição das placas 11, por exemplo, uma após a outra, até que todas das placas atingiram sua nova posição. Como as placas são interconectadas pela tampa conectada aos seus cilindros, o movimento de uma placa influencia ou pode influenciar a posição dos cilindros nas placas adjacentes, que podem girar de acordo com seus graus de liberdade, por exemplo, girando em torno dos eixos como discutido em relação às figuras 5A e 5B. Quando todas as placas atingirem sua posição final, os cilindros 12 de uma ou mais placas, como os cilindros 12 de todas as placas, podem ser bloqueados para impedir a rotação adicional, aumentando assim a rigidez do sistema. Em algumas modalidades, os cilindros podem ser bloqueados em sequência, um após o outro.

[0055] Qualquer tampa adequada pode ser usada, desde que seja suficientemente flexível para adaptar sua forma a diferentes posições e inclinações das placas, permitindo a adaptação da superfície de suporte da peça de trabalho. Em algumas modalidades, são fornecidos furos passantes ou aberturas na tampa para facilitar sua adaptação a curvaturas mais ou menos complexas, evitando a formação de dobras ou rugas na tampa. Agora, para manter uma rigidez adequada, a tampa pode incluir membros rigidificantes adicionais, como tiras ou hastes de um material com rigidez mais alta do que o material usado para a maior parte da tampa.

[0056] A Figura 9 ilustra esquematicamente uma modalidade deste tipo de tampa 2, compreendendo uma camada 21 de um material elastomérico fixado a um cilindro 12 de um membro de suporte. Uma peça de trabalho esquematicamente ilustrada 2000 é colocada na camada 21, que é fornecida com os canais 23 para reter a peça de trabalho por vácuo produzido pelo equipamento de vácuo não mostrado na figura 9. Além disso, as tiras rigidificantes 22 são fornecidas nos canais 24 na superfície inferior da camada 21. Essas tiras servem para melhorar a rigidez geral da tampa, permitindo flexibilidade e elasticidade suficientes para que a tampa possa adotar diferentes formas curvas determinadas pelas posições e orientações das placas dos membros de suporte, garantindo rigidez suficiente para, por exemplo, permitir um espaçamento substancial entre os membros de suporte. Em algumas modalidades, a distância entre as placas de suporte adjacentes 11 pode ser maior que 1 cm, tal como maior que 20 cm.

[0057] As figuras 10A e 10B ilustram esquematicamente uma tampa de acordo com uma modalidade da invenção, ou parte da mesma. Uma camada de material elastomérico 21 é rigidificada pela presença de uma pluralidade de hastes rigidificantes 22, caracterizando uma rigidez mais alta que o material da camada 21. A camada 21 inclui uma pluralidade de furos de passagem ou aberturas 25 que facilitam a adaptação da forma curva da camada 21 sem nenhuma geração de dobras ou rugas indesejadas substanciais na camada 21.

[0058] A Figura 11A ilustra esquematicamente uma seção transversal da tampa de acordo com uma modalidade da invenção, na qual a haste rigidificante 22 é composta de um único material que apresenta alta rigidez. Onde a tampa é curva, a grande diferença na rigidez entre o membro rigidificante 22 e o material elastomérico da camada 21 pode dar origem a uma deformação indesejável da camada 21, como esquematicamente ilustrado na figura 11A. A Figura 11B mostra uma modalidade alternativa na qual o membro rigidificante 22 compreende um núcleo 22a de um material com uma alta rigidez, uma primeira camada 22b circundando o núcleo e sendo de um material com uma rigidez menor que o material do núcleo e uma segunda a camada 22c em torno da primeira camada 22b e sendo de um material que apresenta uma rigidez menor que o material da primeira camada 22b, mas uma rigidez maior que o material elastomérico da camada 21 da tampa.

[0059] As Figuras 12A-12C ilustram esquematicamente como as três juntas esféricas 13 podem ser dispostas em relação à placa, para permitir que a placa seja corretamente orientada não apenas no que diz respeito à sua posição vertical, mas também no que diz respeito à sua inclinação, mantendo os membros extensíveis controláveis orientados verticalmente. Isso pode ser conseguido de várias maneiras, mas uma configuração simples e econômica, baseada no uso de apenas três membros controláveis, é baseada no uso de uma esfera 13a' (figura 12A) que é fixa em relação à placa (por exemplo, em um elemento 13c' preso à placa ou que faz parte da placa), enquanto as outras duas esferas 13a'' (figura 12B) e 13a''' (figura 12C) estão dispostas sobre ou em algum tipo de pista ou semelhantes que permitem que a esfera se mova translacionalmente, como linearmente, em relação à placa, por exemplo, em um guia 13c'' (figura 12B) e 13c''' (figura 12C) nas quais a esfera da respectiva junta de esfera está localizada. No caso da terceira esfera 13a''', um grau adicional de liberdade é fornecido pela possibilidade de rotação ou giro da pista ou guia 13c''', como esquematicamente ilustrado na figura 12C.

[0060] As figuras 13A-13C ilustram esquematicamente a relação entre a extensão dos membros extensíveis controláveis e os graus de liberdade das juntas esféricas, em um sistema como previsto nas figuras 12A-12C. A figura 13A ilustra uma posição de partida inicial na qual todos os membros extensíveis controláveis 13' , 13' ' e 13''' têm o mesmo comprimento. A figura 13B ilustra esquematicamente os movimentos que ocorrem quando o membro extensível controlável 13''' é estendido duas vezes o seu comprimento original, enquanto o membro extensível controlável 13'' é estendido para 1, 5 vezes seu comprimento original, enquanto o membro extensível controlável 13' permanece inalterado. Isto dá origem a uma inclinação substancial da placa 11, e isso é permitido por um movimento deslizante das esferas 13a' ' e 13a' ' ' ao longo de suas pistas 13c' ' e 13c' ' ' , respectivamente, e pela rotação da pista 13c''' de uma dessas esferas 13a''', até chegar à posição final ilustrada esquematicamente na figura 13C. Dessa forma, e devido aos graus adicionais de liberdade fornecidos pelas disposições mostradas na figura 12B (além dos três graus de liberdade inerentes à junta esférica, um outro grau de liberdade foi adicionado pelo movimento linear da esfera ao longo da pista) e 12C (aqui, dois graus de liberdade adicionais foram adicionados: o correspondente ao movimento linear ao longo da pista, e o correspondente à rotação da pista), um grande número de posições e inclinações diferentes pode ser alcançado simplesmente estendendo e/ou retraindo os membros extensíveis controláveis, permitindo que as esferas ou as juntas esféricas inteiras se movam em relação à placa 11, como sugerido. Obviamente, muitas outras implementações são possíveis. Por exemplo, para acomodar grandes diferenças na extensão entre os membros extensíveis controláveis, pode ser preferido adicionar mais graus de liberdade, por exemplo, usando um número maior de membros extensíveis controláveis, por exemplo, seis membros extensíveis controláveis adotando uma configuração da plataforma de Gough-Stewart. No entanto, muitas vezes é preferencial usar um número limitado de membros extensíveis controláveis, para minimizar os custos de fabricação e/ou manutenção.

[0061] Nesse texto, o termo "compreende" e suas derivações (como "compreendendo", etc.) não devem ser entendidos em um sentido excludente, ou seja, esses termos não devem ser interpretados como excludentes da possibilidade de que o que está sendo descrito e definido pode incluir elementos, etapas adicionais, etc.

[0062] Salvo indicação em contrário, quaisquer faixas indicadas incluem os pontos finais recitados.

[0063] A invenção obviamente não se limita às modalidades específicas descritas aqui, mas também abrange todas as variações que podem ser consideradas por qualquer pessoa versada na técnica (por exemplo, no que diz respeito à escolha de materiais, dimensões, componentes, configuração, número elementos, etc.), dentro do escopo geral da invenção, conforme definido nas reivindicações.

Claims

Sistema para suportar peças de trabalho, em que o sistema compreende uma base e uma pluralidade de membros de suporte (1) , cada membro de suporte (1) compreendendo uma placa (11) e meios para posicionar a placa (11) em relação à base,
caracterizado pelo fato de que
em pelo menos alguns dos membros de suporte (1) , os meios para posicionar a placa (11) compreendem pelo menos três membros extensíveis controláveis (13) dispostos para determinar a posição e a inclinação da placa (11) em relação à base, permitindo assim o posicionamento controlado da placa (11) em relação à base e a inclinação controlada da placa (11).
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma tampa flexível (2) suportada pelas placas (11), em que o formato da tampa é pelo menos em parte determinado pelas posições e orientações das placas (11).
Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos membros de suporte (1) incluem, em correspondência com a placa (11), pelo menos um cilindro (12) para fixação à tampa flexível (2), sendo o cilindro (12) capaz de girar em torno de pelo menos um eixo.
Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o cilindro (12) é capaz de girar em torno de pelo menos dois eixos (X, Y).
Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o cilindro (12) é capaz de girar em torno de pelo menos um eixo (X) paralelo a uma superfície superior da placa (11) , e em torno de um eixo (Y) perpendicular à superfície superior da placa (11).
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o cilindro (12) é configurado para fixação à tampa por meios magnéticos, por adesivo, por velcro (12c) ou por vácuo.
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos membros de suporte incluem meios (14) para bloquear a rotação do cilindro (12).
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que o cilindro (12) tem uma forma substancialmente esférica ou cilíndrica.
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos membros extensíveis controláveis (13) compreendem atuadores.
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos membros de suporte compreendem membros extensíveis controláveis passíveis (13), e em que os membros de suporte com membros extensíveis controláveis passíveis compreendem adicionalmente um membro de acionamento (14) para acionar a placa (11) na direção contrária da base, em que os membros extensíveis controláveis (13) são configurados para cada extensão enquanto a placa está sendo acionada na direção contrária da base, até atingir uma extensão pré-selecionada, de modo que a extensão adicional do membro extensível controlável é impedida quando sua extensão pré-selecionada é atingida, em que o membro de acionamento compreende opcionalmente pelo menos um elemento inflável (14).
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os membros extensíveis controláveis (13) são fixados à respectiva placa (11) por juntas esféricas (13a).
Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas das juntas esféricas (13a) estão dispostas para permitir um movimento de translação do mesmo em relação à placa, de modo que a distância entre as juntas esféricas pode mudar como uma consequência da extensão e retração dos membros extensíveis controláveis.
Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a tampa (2) compreende uma camada (21) de um material elastomérico, e em que a tampa compreende adicionalmente uma pluralidade de membros rigidificantes (22) de um material com uma rigidez maior que o material da camada (21), em que os membros rigidif icantes (22) são dispostos de modo a serem axialmente deslocáveis em relação à camada (21) .
Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que:
- - pelo menos alguns dos membros rigidificantes (22) compreendem um núcleo (22a) de um material com rigidez maior que o material elastomérico, sendo o núcleo envolvido por pelo menos uma camada (22b, 22c) de um material com rigidez menor que o material do núcleo (22a) , mas com uma rigidez maior que o material elastomérico, e/ou em que a tampa compreende furos passantes (25).
Método de modificação da forma tridimensional da tampa de um sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 8 caracterizado por compreender as etapas de:
- - modificar a posição e a inclinação de uma pluralidade de placas (11) por extensão e/ou retração seletiva dos três membros extensíveis controláveis (13) , enquanto permite que os cilindros (12) girem;
- - depois disso, bloquear os cilindros (12) para impedir que eles girem.