BR112016028861B1 - aparelho de puncionamento, e, máquina de puncionamento para chapas metálicas - Google Patents

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Abstract

APARELHO DE FUNCIONAMENTO, E, MÁQUINA DE PUNCIONAMENTO PARA CHAPAS METÁLICAS Um aparelho de puncionamento compreende uma pluralidade de ferramentas de puncionamento (2) e uma pluralidade de atuadores (3) posicionada acima e alinhada com as respectivas ferramentas de puncionamento (2) para atuar estas ao longo de uma direção operacional (A) de maneira a interagir com uma peça a ser trabalhada, as ferramentas de puncionamento (2) e os atuadores (3) sendo arranjados lado a lado ao longo de pelo menos uma fileira (17); o aparelho de puncionamento (1) compreende pelo menos um sensor óptico de barreira (20), adequado para gerar um feixe de luz (L) que é posto lado a lado com a fileira (17) de ferramentas de puncionamento (2) e atuadores (3), e uma pluralidade de elementos de referência (8), cada um dos quais sendo associado a uma respectiva ferramenta de puncionamento (2) e/ou atuador (3) para interceptar o feixe de luz (L); o sensor óptico de barreira (20) é arranjado para detectar mudanças no feixe de luz (L) produzidas por um dos elementos de referência (8) movendo ao longo da direção operacional (A) de maneira a medir uma posição e/ou um curso e/ou uma velocidade de uma ferramenta de puncionamento (2) associada ao elemento de referência (8).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A invenção se refere a máquinas de puncionamento para trabalhar peças e/ou chapas metálicas. Particularmente, a invenção se refere a um assim chamado aparelho de puncionamento de múltiplas prensas associável com uma máquina de puncionamento e provido com uma pluralidade de ferramentas de puncionamento e sensores para detectar posição e curso de todas as ditas ferramentas de puncionamento.
[002] São conhecidas máquinas de puncionamento, que são providas com aparelhos ou cabeças de puncionamento de múltiplas prensas, isto é, compreendendo uma pluralidade de ferramentas ou punções arranjados adjacentes e lado a lado de maneira a formar uma estrutura com matrizes em fileiras paralelas e linearmente atuadas de maneira a interagir com a peça a ser trabalhada pelas respectivas prensas, tipicamente compostas de atuadores lineares hidráulicos (cilindros hidráulicos). Em tal máquina, o aparelho de puncionamento compreende todas as ferramentas necessárias para realizar as operações de processamento exigidas na peça sequencialmente. Desta maneira, não é necessário realizar operações de troca de ferramenta durante o ciclo de fabricação, isto permitindo eliminar tanto tempos de parada para troca da ferramenta (por meio disto aumentando a eficiência da máquina) quanto dos dispositivos automáticos para preparar e trocar as ferramentas (simplificando assim a estrutura da máquina).
[003] A fim de realizar adequadamente as operações de processamento na peça, é necessário controlar a posição e, particularmente, o curso operacional e a velocidade de cada ferramenta, uma vez que a posição, curso e velocidade dependem e são função da espessura e do material da peça a ser trabalhada e/ou do tipo de processamento a ser realizado.
[004] Entretanto, por causa das dimensões e custos gerais, não é possível prover um sensor de medição para cada ferramenta de puncionamento; portanto, soluções alternativas têm sido desenvolvidas e aplicadas nas máquinas de puncionamento conhecidas.
[005] Por exemplo, patente EP 1445042 do mesmo requerente descreve um dispositivo de medição que é aplicado a uma cabeça de puncionamento de múltiplas prensas, que compreende um transdutor de posição associado, por meio de uma conexão mecânica monodirecional, a uma pluralidade de cilindros hidráulicos, cada um dos quais sendo conectado e agindo em uma respectiva ferramenta de puncionamento. Mais precisamente, cada cilindro é conectado através dos respectivos pistões a um equipamento móvel do transdutor por meio de um braço. Desta maneira, o transdutor detecta o curso de qualquer dos pistões, consequentemente da respectiva ferramenta, enquanto o resto dos pistões (e ferramentas) permanece inativo.
[006] Esta solução permite, com um número controlado de sensores de medição, detectar a posição e curso de todas as ferramentas de cabeça de puncionamento. Entretanto, tal solução é complexa e cara na fabricação e estrutura da mesma.
[007] Um objetivo da presente invenção é melhorar os aparelhos de puncionamento de múltiplas prensas conhecidos, providos com uma pluralidade de ferramentas de puncionamento e associável a máquinas de puncionamento para trabalhar peças e/ou chapas metálicas.
[008] Um outro objetivo é obter um aparelho de puncionamento provido com sensores que permitem detectar e medir de uma maneira rápida, simples e precisa posição, curso e velocidade de todas as ferramentas de puncionamento durante a operação da mesma.
[009] Um objetivo adicional é obter um aparelho de puncionamento provido com sensores para medir posição, curso e velocidade de todas as ferramentas de puncionamento tendo uma construção simples e custos reduzidos.
[0010] Ainda um outro objetivo é obter uma máquina de puncionamento tendo um aparelho de puncionamento provido com sensores que permite detectar e medir de uma maneira rápida, fácil e precisa posição, curso e velocidade de cada ferramenta de puncionamento do dito aparelho de puncionamento.
[0011] Esses e outros objetivos são alcançados por um aparelho de puncionamento de acordo com a reivindicação 1.
[0012] O aparelho de puncionamento da invenção, graças aos sensores ópticos de barreira, tais como, em particular, sensores de feixe de laser direto, permite, de forma simples, mas precisa e confiável, detectar e medir em tempo real e dinamicamente durante a operação do mesmo, a posição, curso ou deslocamento e velocidade da ferramenta de puncionamento que é usada no momento durante o processamento. Portanto, é possível que uma unidade de controle do aparelho de puncionamento, ou da máquina de puncionamento na qual o aparelho de puncionamento é instalado, atuar e controlar precisamente o atuador que move a ferramenta de puncionamento ativada de forma que esta mova com um curso e uma velocidade que são apropriadas para o processamento a ser realizado e/ou o características mecânicas da peça a ser trabalhada (material, espessura, etc.).
[0013] A instalação dos sensores ópticos de barreira no aparelho de puncionamento é fácil, uma vez que não exige modificações mecânicas e/ou estruturais particulares desta. Além disso, é possível com apenas um sensor óptico de barreira medir os deslocamentos de uma pluralidade de atuadores e ferramentas de puncionamento relativas, isto permitindo limitar os custos e simplificar a montagem e ajuste do aparelho de puncionamento. A invenção ficará mais bem entendida e implementada com referência aos desenhos anexos, que ilustram uma modalidade não limitante exemplificativa da mesma, nos quais: a Figura 1 é uma vista parcial em perspectiva e parcialmente seccionada do aparelho de puncionamento da invenção; a Figura 2 é uma seção transversal do aparelho da Figura 1; a Figura 3 é uma vista lateral parcial, ampliada e parcialmente seccionada do aparelho da Figura 1; a Figura 4 é uma vista frontal de um sensor óptico de barreira do aparelho da Figura 1 associado com um elemento de referência.
[0014] Com referência às Figuras 1 a 3, é ilustrado um aparelho de puncionamento 1 que é associável com uma máquina de puncionamento, não mostrada, e é adequado para trabalhar peças e/ou chapas metálicas. O aparelho de puncionamento 1, do assim chamado tipo de múltiplas prensas, compreende uma pluralidade de ferramentas de puncionamento 2 e uma pluralidade de respectivos atuadores 3 posicionadas acima e alinhadas com as respectivas ferramentas de puncionamento 2 a fim de atuar estas ao longo de uma direção operacional A de forma que as ferramentas supramencionadas 2 interajam com uma peça a ser trabalhada. As ferramentas de puncionamento 2 e os respectivos atuadores 3 acima são arranjados lado a lado para formar uma ou mais fileiras adjacentes e paralelas 17, em particular de maneira a formar uma estrutura de matriz composta da pluralidade de fileiras 17 postas lado a lado. Mais precisamente, o aparelho de puncionamento 1 compreende uma cabeça de puncionamento de múltiplas prensas 11 que inclui a pluralidade de ferramentas 2 e a pluralidade de atuadores 3, e uma unidade de múltiplas matrizes 12 provida com uma pluralidade de matrizes ou contrapunções 13 adequada para cooperar com as respectivas ferramentas de puncionamento 2 para realizar operações de corte e/ou puncionamento na peça a ser trabalhada.
[0015] O aparelho de puncionamento 1 compreende pelo menos um sensor óptico de barreira 20 capaz de gerar um feixe de luz L substancialmente plano e linear, adjacente e posto lado a lado, em particular praticamente paralelo, com a fileira 17 das ferramentas de puncionamento 2 e os atuadores 3.
[0016] O aparelho também compreende uma pluralidade de elementos de referências 8, cada um dos quais sendo associado a uma respectiva ferramenta de puncionamento 2 ou um respectivo atuador 3, e arranjada para interceptar ou interromper o feixe de luz L.
[0017] De fato, o sensor de feixe de laser direto 20 é capaz de detectar mudanças no feixe de luz L causadas por um dos elementos de referência 8 em movimento, de maneira a permitir detectar e medir uma posição, um curso e uma velocidade de uma ferramenta de puncionamento 2 associada ao dito elemento de referência 8, como mais bem explicado na descrição aqui a seguir.
[0018] Na modalidade ilustrada nas figuras, os elementos de referência 8 são associados com os atuadores 3 que movem as respectivas ferramentas de puncionamento 2. Pela detecção da posição e curso dos atuadores 3, é possível calcular a posição e curso das ferramentas de puncionamento 2.
[0019] Alternativamente, os elementos de referência 8 podem ser diretamente fixados nas ferramentas de puncionamento 2. O feixe de luz L tem uma altura ou largura tais a serem sempre interceptadas ou parcialmente interrompidas pelos elementos de referência 8, qualquer que seja a posição assumida pelas ferramentas de puncionamento 2 e os respectivos atuadores 3. Desta maneira, como mais bem explicado na descrição seguinte, o feixe de luz L é interceptado pelos elementos de referência 8 por todo o curso das ferramentas de puncionamento 2.
[0020] O sensor óptico de barreira 20 compreende, em particular, um sensor de feixe de laser direto, de um tipo conhecido e comercialmente disponível, que gera um feixe de luz laser ou feixe de laser L. O feixe de laser L forma uma barreira substancialmente bidimensional retilínea e plana, que é paralela à fileira 17 de ferramentas de puncionamento 2 e atuadores 3, e paralela à direção operacional A. Mais precisamente, o feixe de laser F fica em um plano que é paralelo à fileira 17 de ferramentas de puncionamento 2 e atuadores 3, e paralelo à direção operacional A; na modalidade ilustrada, tal plano é adicionalmente substancialmente vertical e ortogonal à peça a ser trabalhada.
[0021] Com referência à Figura 4, o sensor de feixe de laser direto 20 compreende um emissor 21 capaz de emitir o feixe de laser L em uma forma plana e linear e um receptor 22 capaz de receber tal feixe de laser L e detectar mudanças neste que são produzidas por um membro de barreira 8 movendo através do dito feixe de laser L. De fato, o receptor 22 compreende um sensor de imagem linear de CCD (Dispositivo de Carga Acoplado) ou L-CCD (Dispositivo de Carga Acoplado Linearizado), também referido como arranjo de sensor linear de CCD ou L-CCD, que é iluminado pelo feixe de laser L gerado pelo emissor 21, e é capaz de detectar a largura e distribuição do feixe de laser L frontal. Como ilustrado na Figura 4, quando o feixe de laser L intercepta um elemento de referência 8, a frente do dito feixe de laser L que ilumina o receptor 22 tem uma zona escurecida ou zona sombreada H que indica a posição do elemento de referência 8 ao longo da direção operacional A ortogonal ao dito feixe de laser L. O receptor 22 é capaz de detectar a posição e largura de tal zona sombreada H, isto é, a posição e dimensão do elemento de referência 8. O receptor 22 é também capaz de detectar mudanças com o tempo na posição de H, isto é, de detectar deslocamentos ou cursos da dita zona sombreada, consequentemente do elemento de referência 8.
[0022] De acordo com a sensibilidade do sensor de imagem linear CCD do receptor 22, é possível detectar a posição e curso do elemento de referência 8 com uma precisão e exatidão mais ou menos altas.
[0023] Os atuadores 3 compreendem respectivos elementos de batida 5 linearmente móveis ao longo da direção operacional A, tipicamente vertical, e agindo nas respectivas ferramentas de puncionamento 2. Os elementos de referência 8 compreendem pinos de referência fixos nas respectivas paredes laterais externas dos elementos de batida 5. Os pinos de referência 8 são fixos nos elementos de batida 5 quase ortogonalmente à direção operacional A.
[0024] Os atuadores 3 compreendem, por exemplo, cilindros hidráulicos e os elementos de batida 5 compreendem pistões dos ditos cilindros hidráulicos. Em particular, a cabeça de puncionamento 11 compreende um bloco superior 7 no qual câmaras 6 dos cilindros hidráulicos são obtidas dentro das quais os respectivos pistões 5 deslizam.
[0025] As ferramentas de puncionamento 2 são alojadas de forma deslizante e suportadas por uma placa de suporte 9 da cabeça de puncionamento 11 conectadas no bloco superior 7.
[0026] Na modalidade ilustrada, o aparelho de puncionamento 1 compreende uma pluralidade de ferramentas de puncionamento 2 e respectivos atuadores 3 arranjados ao longo de uma pluralidade de fileiras adjacentes e paralelas 17 e uma pluralidade de sensores de feixe de laser direto 20, cada um dos quais é arranjado de forma a gerar um respectivo feixe de laser L que é interposto e que passa através de duas fileiras 17 de atuadores adjacentes 3. Desta maneira, o sensor de feixe de laser direto 20 é capaz de detectar e medir a posição e curso de cada dos atuadores 3 (consequentemente, da ferramenta de puncionamento 2 atuada pelo dito atuador 3) presente nas duas fileiras adjacentes e confrontantes 17 (Figura 3).
[0027] Os sensores de feixe de laser direto 20 são conectados a uma unidade de controle, não ilustrada, do aparelho de puncionamento 1 ou da máquina de puncionamento, na qual eles transmitem sinais relacionados com uma posição e/ou um curso ou um deslocamento das ferramentas de puncionamento 2 em uma etapa operacional do aparelho 1. Desta maneira, a unidade de controle pode controlar na realimentação e em tempo real os atuadores 3 que atuam as ferramentas de puncionamento 2 a fim de ajustar a posição, velocidade e aceleração das mesmas, e geralmente uma lei de movimento.
[0028] A operação do aparelho de puncionamento 1 da invenção provê usar individualmente uma ferramenta de puncionamento 2 para realizar o processamento exigido na peça. Entretanto, é considerado que uma pluralidade de ferramentas de puncionamento 2, pertencente a diferentes fileiras 17 que são associadas com sensores de feixe de laser direto separados 20, possam ser simultaneamente atuadas para realizar as respectivas operações de processamento na peça na mesma etapa.
[0029] Em uma configuração inativa do aparelho 1, todos os atuadores 3 são desengatados das respectivas ferramentas de puncionamento 2 e os elementos de batida 5 são parcialmente retraídos no bloco superior 7.
[0030] Para realizar o processamento exigido, o atuador 3 correspondente à ferramenta de puncionamento 2 necessária para o dito processamento é atuada. O elemento de batida 5 do atuador 3 é movimentado ao longo da direção operacional A até martelar e mover a ferramenta de puncionamento 2. Esta desliza dentro de uma respectiva sede 15 suportada na placa de suporte 9 da cabeça de puncionamento 11 até colidir na peça a ser trabalhada (não mostrada) com uma extremidade operacional 2a.
[0031] O deslocamento do elemento de batida 5, consequentemente da ferramenta de puncionamento atuada 2, é detectado pelo sensor de feixe de laser direto 20. O feixe de laser L deste é, na configuração inativa do aparelho 1 e na modalidade ilustrada, interceptado ou interrompido por todos os elementos de referência 8 dos atuadores 3 mutuamente alinhados.
[0032] Entretanto, o elemento de referência 8 associado com o atuador móvel causa uma variação no feixe de laser L que é detectada pelo receptor 22 do sensor de feixe de laser direto 20. Mais precisamente, o sensor de imagem linear de CCD do receptor 22 detecta o aumento nas dimensões e/ou o deslocamento da zona sombreada H da frente do dito feixe de laser L causado pelo movimento do elemento de referência 8. Portanto, o sensor de feixe de laser direto 20 detecta e mede o deslocamento do elemento de referência 8, isto é, o deslocamento e o curso da ferramenta de puncionamento relativa 2 ao longo da direção operacional A. O sensor de feixe de laser direto 20 adicionalmente transmite um sinal relacionado a tal deslocamento para a unidade de controle, que é assim capaz de ajustar e controlar a operação do atuador 3 que movimentou a ferramenta de puncionamento ativada 2.
[0033] Alternativamente, os elementos de referência 8 e o sensor de feixe de laser direto 20 podem ser posicionados de forma que, na configuração inativa do aparelho 1, o feixe de laser L não seja interceptado ou interrompido pelos elementos de referência 8. Neste caso, o movimento de um dos elementos de referência 8 determina a variação do feixe de laser L, particularmente a formação e deslocamento de uma zona sombreada H da frente do dito feixe de laser L que clareia o receptor 22.
[0034] O aparelho de puncionamento 1 da invenção graça aos sensores ópticos de barreira 20 e, em particular, sensores de feixe de laser direto, permitem de uma maneira simples, mas precisa e confiável, detectar e medir em tempo real e dinamicamente durante a operação da máquina de puncionamento a posição, curso e velocidade da ferramenta de puncionamento 2 que é usada no momento durante o processamento. Portanto, é possível que a unidade de controle do aparelho ou da máquina de puncionamento atue e controle precisamente o atuador 3 da ferramenta de puncionamento ativada 2, de forma que esta mova com curso e velocidade ideais, que são apropriadas para o processamento a ser realizado e/ou as características mecânicas e físicas da peça a ser trabalhada (material, espessura, etc.).
[0035] Deve-se notar que a instalação dos sensores ópticos de barreira 20 é muito fácil, uma vez que não exige mudanças mecânicas e/ou estruturais particulares, em particular da cabeça de puncionamento 11. Além disso, com apenas um sensor óptico de barreira 20 é possível medir os deslocamentos de uma pluralidade de atuadores 3 e respectivas ferramentas de puncionamento 2 (as ferramentas arranjadas em duas fileiras 17 colocadas lado a lado), isto permitindo reduzir o custo e simplificar a montagem e ajuste do aparelho de puncionamento 1.

Claims (15)

1. Aparelho de puncionamento compreendendo uma pluralidade de ferramentas de puncionamento (2) e uma pluralidade de atuadores (3) posicionadas acima e alinhadas com as respectivas ferramentas de puncionamento (2) para atuar estas ao longo de uma direção operacional (A) de maneira a interagir com uma peça a ser trabalhada, as ferramentas de puncionamento (2) e os atuadores (3) sendo arranjados lado a lado ao longo de pelo menos uma fileira (17), o aparelho de puncionamento (1) sendo caracterizadopelo fato de que compreende pelo menos um sensor óptico de barreira (20), adequado para gerar um feixe de luz (L) que é posto lado a lado com a fileira (17) de ferramentas de puncionamento (2) e atuadores (3), e uma pluralidade de elementos de referência (8) cada um dos quais sendo associado a uma respectiva ferramenta de puncionamento (2) e/ou atuador (3) para interceptar o feixe de luz (L), o sensor óptico de barreira (20) sendo arranjado para detectar mudanças no feixe de luz (L) produzidas por um dos elementos de referência (8) movendo ao longo da direção operacional (A) de maneira a medir uma posição e/ou um curso e/ou uma velocidade de uma ferramenta de puncionamento (2) associada ao elemento de referência (8).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor óptico de barreira (20) compreende um sensor de feixe de laser direto que gera um feixe de luz laser (L).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o feixe de luz (L) é em uma forma plana e linear e fica em um plano praticamente paralelo à fileira (17) de ferramentas de puncionamento (2) e atuadores (3) e à direção operacional (A).
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que o feixe de luz (L) tem uma largura tal a interceptar os elementos de referência (8) durante todo um curso da respectiva ferramenta de puncionamento (2).
5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o sensor óptico de barreira (20) compreende um emissor (21) adequado para gerar o feixe de luz (L) e um receptor (22) adequado para receber o feixe de luz (L) e detectar mudanças neste que são produzidas por um elemento de referência (8) que move.
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o receptor (22) compreende um sensor de imagem linear CCD ou L-CCD iluminado pelo dito feixe de luz laser (L).
7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os atuadores (3) compreendem respectivos elementos de batida (5) que são linearmente móveis ao longo da direção operacional (A) e operam nas respectivas ferramentas de puncionamento (2), os elementos de referência (8) compreendendo pinos de referência fixados nas paredes laterais externas dos respectivos elementos de batida (5).
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os atuadores (3) compreendem cilindros hidráulicos e os elementos de batida (5) compreendem pistões dos cilindros hidráulicos.
9. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de ferramentas de puncionamento (2) e a pluralidade dos respectivos atuadores (3) são arranjadas ao longo de pelo menos duas fileiras adjacentes e paralelas (17), o sensor óptico de barreira (20) sendo arranjado para gerar o feixe de luz (L) interposto entre e passando através de duas fileiras adjacentes (17) de ferramentas de puncionamento (2) e respectivos atuadores (3).
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de sensores ópticos de barreira (20), cada um dos quais sendo arranjado para gerar um respectivo feixe de luz (L) e interposto entre e passando através de duas fileiras adjacentes (17) de ferramentas de puncionamento (2) e respectivos atuadores (3).
11. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende uma cabeça de puncionamento de múltiplas prensas (11) que inclui a pluralidade de ferramentas de puncionamento (2) e a pluralidade de atuadores (3) e uma unidade de múltiplas matrizes (12) provida com uma pluralidade de matrizes (13) cooperando com as respectivas ferramentas de puncionamento (2) para realizar operações de processamento na peça.
12. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de controle conectada no sensor óptico de barreira (20) e arranjada para receber sinais relacionados com uma posição e um curso da ferramenta de puncionamento (2) e controlar em realimentação e em tempo real o atuador (3) que aciona a ferramenta de puncionamento (2), em particular controlar e ajustar pelo menos uma entre posição, velocidade e aceleração do atuador (3).
13. Máquina de puncionamento para chapas metálicas, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um aparelho de puncionamento (1), que inclui uma pluralidade de ferramentas de puncionamento (2) e uma pluralidade de respectivos atuadores (3), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.
14. Máquina de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que compreende uma unidade de controle conectada a um sensor óptico de barreira (20) do aparelho de puncionamento (1) a fim de receber sinais relacionados com uma posição e/ou um curso das ferramentas de puncionamento (2) em uma etapa operacional da máquina de puncionamento e controlar em realimentação e em tempo real os atuadores (3) que agem nas ferramentas de puncionamento (2).
15. Máquina de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle é arranjada para controlar e ajustar pelo menos uma entre posição, velocidade e aceleração dos atuadores (3).
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