ES2204058T3 - Estacion de montaje y metodo de gestion para la misma. - Google Patents
Estacion de montaje y metodo de gestion para la misma.Info
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Abstract
Una estación automatizada de montaje de piezas que incluye medios de posicionamiento (11) presenta superficies (15a, 16a) que definen la posición mutua deseada de las piezas a montar, y los medios de montaje (13) que conectan las piezas. En al menos algunas de dichas superficies (15a, 16a) existen medios de medición (18) para la distancia entre dichas superficies (al menos algunas) y las superficies opuestas de las piezas que se están montando. En tal estación, un procedimiento para la detección oportuna de tolerancias de montaje incluye las etapas de llevar a cabo, con los medios de posicionamiento, una ubicación permanente de las piezas que se están montando, la operación de los medios de montaje para la conexión de las piezas, la liberación de los medios de posicionamiento para llevarlos a una condición de ubicación no exacta de las piezas, la medición, con los medios de medición, de la distancia entre las partes montadas y dichas superficies (al menos algunas), la comparación de las distancias medidas con las máximas distancias admisibles, y la generación de una señal de aceptación o no aceptación, según que las distancias medidas sean mayores o menores que las correspondientes distancias máximas admisibles.
Description
Estación de montaje y método de gestión para la
misma.
La presente invención se refiere a una estación
de montaje automatizada para piezas mecánicas y a un método de
gestión para la misma.
Son bien conocidas en la técnica anterior las
estaciones de montaje de precisión automatizadas que comprenden una
estructura que sostiene varios elementos de inserción de fijación
para el posicionado mutuo de las piezas que deben ser montadas. Los
dispositivos de montaje, por ejemplo brazos de robot articulados,
sujetan entre sí de forma permanente las piezas posicionadas por
los elementos de inserción y a continuación el producto acabado se
retira de la estación.
El montaje puede llevarse a cabo por soldadura,
encolado, remachado, grapado, etcétera, dependiendo de los
requerimientos específicos. Son ejemplos de estaciones de montaje
las estaciones de soldadura en las líneas de montaje para vehículos
de motor o sus componentes.
Usualmente, cuando la línea de montaje de la cual
forma parte la estación de montaje se pone en funcionamiento, se
realiza una calibración precisa de la posición de los elementos de
inserción que representan idealmente puntos clave de referencia de
la estructura que se desea montar, esto equivale a decir que los
puntos por los cuales debe pasar la estructura deben definirse de
forma óptima. Para este propósito, a los elementos de inserción
insertados se les confiere la forma deseada con unas superficies de
agarre (usualmente consisten en una parte fija y una parte móvil
complementaria y encarada) que representan la configuración ideal
en aquellos puntos del objeto que debe montarse. A las superficies
de los elementos de inserción se les da generalmente la forma a
partir de la representación matemática de la superficie de la pieza
que se desea fijar y tomadas de los dibujos CAD que la
representan.
Sin embargo diversos factores concurren para que
la configuración del objeto real producido se aparte del ideal, el
cual estará sujeto a errores geométricos que causen sus
desviaciones de la configuración óptima. Los factores de degradación
pueden ser propios de la técnica de montaje utilizada debidos a
cambios geométricos que intervienen después de la calibración
inicial de la estación. Por ejemplo, en el caso montaje por
soldadura pueden tener lugar variaciones o derivas de los parámetros
de soldadura tales como las debidas a desgaste del electrodo,
variación de la corriente eléctrica o tiempo de soldadura, cambio
de posición en la secuencia de realización de los puntos de
soldadura, etcétera. Factores similares se pueden identificar
también en los otros métodos de montaje.
Las variaciones geométricas pueden ser causadas,
por ejemplo, por las operaciones de mantenimiento y/o ajustes de la
estación, desgaste de partes móviles o incluso variaciones en los
parámetros físicos de las piezas que se montan, como por ejemplo en
la composición, espesor, forma, etcétera de las piezas que se
montarán. Son habituales los cambios en el espesor de piezas
metálicas estampadas con cambios en el lote de producción.
De este modo para cada punto de referencia se
define un campo de tolerancia dentro del cual debe encontrarse el
objeto producido para aceptarlo al menos como una pieza
satisfactoria.
Habitualmente, las estaciones de medición
específicas dispuestas al final de la línea realizan mediciones por
muestreo de las piezas producidas y, si es necesario, emiten una
señal de no aceptabilidad que alerta de la necesidad de rechazar las
piezas en producción y buscar a lo largo de la línea la causa o las
causas que han producido el cambio no deseado. Es evidente la
dificultad para identificar la estación responsable entre las
diversas estaciones presentes en la línea.
Adicionalmente, puesto que la medición se realiza
con base a un muestreo se produce una cierta cantidad de piezas
defectuosas antes de que se detecte el defecto.
Debido a que las operaciones de montaje
secuenciales se realizan generalmente en varias estaciones antes de
obtener la pieza final que se mide con base a un muestreo, los
errores producidos en una estación anterior y que si hubieran
descubierto antes se hubieran podido corregir o limitar, se
convierten en irreparables y también implican a miembros montados
en las estaciones siguientes.
Todo esto da lugar a pérdidas de tiempo, dinero y
materiales.
El documento
GB-A-2 308 680 da a conocer un
método para medir y corregir distorsiones de piezas de trabajo
proporcionando una deflexión a la pieza de trabajo contraria a la
dirección de la distorsión original.
El propósito general de la presente invención
consiste en solucionar los inconvenientes mencionados,
proporcionando una estación de montaje innovadora y un método de
gestión que permite descubrir de forma precisa y oportuna las
desviaciones de la forma ideal. Otro propósito de la presente
invención consiste en señalar de forma puntual cambios en la
geometría de las referencias de la estación que resulten por ejemplo
de fallos en el mantenimiento o del desgaste. Adicionalmente, otro
propósito consiste en facilitar la recalibración de los componentes
de referencia de la estación después de las operaciones de
mantenimiento y/o de reemplazar piezas desgastadas.
A la vista de estos propósitos, según la presente
invención, se pretende proporcionar una estación de montaje
automatizado de piezas que comprende medios de posicionado que
dispongan de superficies que definan las posiciones mutuas deseadas
de las piezas que deben montarse y de los medios de montaje que
conectan las piezas entre sí, caracterizada porque en posición
opuesta a por lo menos algunas de dichas superficies están
previstos unos medios de medición de la distancia entre al menos
algunas de dichas superficies y las superficies encaradas de las
piezas montadas. En una estación de este tipo, un método para la
detección oportuna de las tolerancias de montaje comprende las
etapas de realización con los medios de posicionado lo cual
comporta posicionar permanentemente las piezas que deben montarse,
accionar los medios de montaje para la conectar las piezas, liberar
los medios de montaje para llevarlos a una condición de las piezas
de posicionado sin fijación, medir con los medios de medición la
distancia entre las piezas montadas y al menos algunas de dichas
superficies, comparar las distancias medidas con estación de montaje
distancias máximas admisibles, y generar una señal de aceptación o
no aceptación, dependiendo de si la distancias medidas son menores
o mayores que las distancias máximas admisibles relacionadas.
Para clarificar la explicación de los principios
innovadores de la presente invención y sus ventajas en comparación
con la técnica anterior se describe a continuación, con la ayuda de
los dibujos anexos, una posible forma de realización de la invención
por medio de unos ejemplos no limitativos que aplican dichos
principios. En los dibujos:
la figura 1 muestra una vista en diagrama en
perspectiva de una estación de montaje según la presente
invención,
la figura 2 muestra una vista en diagrama en
perspectiva de un elemento de inserción de posicionado situado en
la estación de la figura 1,
la figura 3 muestra una vista en diagrama
parcialmente en sección transversal de un detalle de un elemento de
inserción del tipo de la figura 2, y
la figura 4 es una vista en sección transversal
de la zona de contacto de un elemento de inserción.
Con referencia a las figuras, la figura 1 muestra
una estación de montaje de piezas automatizada, designada en su
conjunto con el número de referencia 10 que comprende medios de
posicionado y referencia 11 que definen la posición mutua deseada de
las piezas 12 que se deben montar y medios de montaje 13 que
conectan las piezas posicionadas mediante los medios de referencia.
Las piezas que deben montarse pueden tratarse, por ejemplo, de
componentes de la carrocería del vehículo automóvil.
Los medios de montaje pueden emplear cualquier
sistema de montaje de piezas conocido, tales como remachado,
soldadura, pegado, etcétera. En las figuras se muestran unos
ejemplos de brazos robotizados para soldar con electrodos de
soldadura 14.
Tal como puede apreciarse en la figura 2, los
medios de posicionado comprenden unos elementos de inserción 15, 16
que definen las superficies de posicionado 15a, 16a con la forma de
la representación matemática de las piezas que deben producirse.
Estas superficies definen los puntos a través de
los cuales la estructura que se está montando debe pasar
exactamente para ser descrita como óptima.
Los elementos de inserción están compuestos por
un miembro fijo 15 y un miembro móvil encarado 16. El miembro móvil
puede accionarse para situarlo cerca del miembro fijo mediante un
actuador 17 para cerrarse sobre una pieza que debe montarse.
Durante la operación de la estación, las piezas
que deben montarse se mantienen juntas y presionadas contra las
superficies de posicionado que consisten en los elementos de
inserción fijos 15 por la carga aplicada por los elementos de
inserción móviles o miembros de fijación 16. Si después del proceso
de montaje la pieza montada se adhiere perfectamente a la
superficie de posicionado del miembro fijo 15, incluso después de
abrir el miembro de fijación 16 de la pieza montada está dentro de
las tolerancias deseadas.
Tal como puede apreciarse en forma de diagrama en
la figura 3 según la presente invención, en por lo menos algunas de
las superficies de posicionado y soporte existen medios de medición
18 para medir la distancia entre estas superficies y las
superficies encaradas de las piezas que se están montando. En
particular, los medios de medición están contenidos en el miembro
fijo 15, sobresalen de su superficie y comprenden unos sensores de
detección de la desviación lineal 18 dispuestos virtualmente de modo
perpendicular a la superficie.
Tal como puede apreciarse en la figura 4, en una
forma de realización preferida los sensores 18 son detectores de
desviación equipados con una varilla de medición 19 que funciona al
accionarla mediante aire comprimido 21 alimentado desde la
superficie del miembro fijo y descansa con una bola palpadora 20 en
la superficie encarada. La figura 4 muestra el caso de una
superficie de posicionado con una forma compleja y equipada con dos
sensores, mientras que en la figura 3 las dos superficies de
posicionado están separadas una de la otra y cada una está equipada
con su propio sensor.
Naturalmente el número de sensores y su
disposición exacta dependerá de la configuración de la superficie de
soporte y de los errores de posicionado que se desea detectar.
Al utilizar la estación se logra, en primer
lugar, una posición estable de las piezas que deben montarse
mediante los medios de referencia 11. A continuación se operan los
medios de montaje para la conexión de las piezas (por ejemplo,
mediante soldadura). Seguidamente los medios de posicionado se
liberan y se llevan a una condición de posicionado sin sujeción de
las piezas, es decir con las piezas descansando en las superficies
de referencia de los elementos de inserción fijos pero libre de las
restricciones impuestas por los elementos de inserción móviles. El
montaje completo puede así tomar su propia configuración libre. En
este punto los medios de medición se operan para medir la distancia
entre las superficies de referencia y las superficies encaradas de
las piezas montadas. Para la definición de las superficies de
referencia, si las piezas montadas estuvieran en contacto con todas
las superficies de referencia del producto obtenido, estaría
perfectamente en el centro de las tolerancias y las distancias
medidas serían todas ellas cero.
Las distancias medidas se comparan con un
dispositivo de comparación 22 con una distancia máxima admisible
memorizada en una memoria 23. El dispositivo de comparación 22
genera una señal 24 de aceptación o no aceptación dependiendo de si
las distancias medidas son menores o mayores que las distancias
máximas admisibles.
De esta forma, las unidades montadas que no
cumplen con las especificaciones pueden ser detectadas
inmediatamente y rechazadas. Adicionalmente, la estación en la que
se encuentra el defecto se detecta inmediatamente.
Con la estación según la presente invención
también es posible detectar defectos en piezas antes del montaje,
además de verificar la geometría del objeto ensamblado.
En la utilización de la estación también es
posible, antes de operar los medios de montaje, llevar a cabo el
posicionado sin sujeción de las piezas que deben montarse con
relación a los medios de posicionado. Es decir, es posible colocar
las piezas en las superficies sin cerrar los elementos de inserción
de fijación 16 y medir con los medios de medición la distancia
entre las piezas posicionadas y las superficies de posicionado. Las
distancias medidas se comparan seguidamente con el dispositivo 22
que tiene memorizadas las distancias máximas admisibles en la
memoria 23 y se genera una señal 24 de aceptación o no aceptación,
dependiendo de si las distancias medidas son menores o mayores que
las distancias máximas admisibles relacionadas.
El cierre de los elementos de inserción para el
posicionado permanente de las piezas y la operación de los medios
de montaje se llevan a cabo únicamente en el caso de
aceptación.
De este modo, se evita una operación de montaje
que comportaría un resultado inaceptable. Además en el caso que el
defecto en la geometría sea causado únicamente por algunas de las
piezas, es posible recuperar el resto de las piezas.
Otra ventaja de una estación según la presente
invención consiste en que permite detectar defectos en los medios
de posicionado de la estación. Para asegurar esto durante el uso de
la estación, es posible medir con los medios de medición la
distancia existente entre las partes posicionadas y las superficies
de posicionamiento correspondientes durante el posicionamiento
permanente de las piezas y comparar las distancias medidas con una
distancia máxima admisible que está memorizada en la memoria 23.
Entonces, el dispositivo 22 genera una señal 24 de aceptación o de
no aceptación para la estación, dependiendo de si las distancias
medidas son mayores o menores que las distancias máximas admisibles
relacionadas.
También es posible realizar otra verificación
oportuna de la correcta situación de los medios de posicionado, y
si las superficies fija y móvil están encaradas realizar con los
medios de medición una medición, antes de que las piezas que deben
montarse lleguen a la estación, de la distancia entre las
superficies fijas y las superficies móviles para la fijación, y
comparar las distancias medidas con las distancias memorizadas
previamente en la memoria 23 y definidas como distancias óptimas
que corresponden a una estación perfectamente eficiente. El
dispositivo 22 emite una señal de no conformidad 24 para la
estación si el resultado de la comparación indica que la desviación
entre la distancia medida y la distancia memorizada es mayor que
una tolerancia que ha sido definida con anterioridad como
aceptable.
De esta forma se identifica más rápidamente la
calibración incorrecta de la parte móvil en relación a la parte
fija ocasionada, por ejemplo, por un mantenimiento insuficiente o
por el juego producido por el uso.
En el caso de mantenimiento que incluya las
partes móviles de los elementos de inserción también es posible
utilizar la señal 24 para repetir el ajuste de las partes móviles
con relación a las partes fijas. Esto conlleva que el mantenimiento
de las partes móviles de la estación sea más rápido y fácil.
Para asegurar las distancias que se tienen que
memorizar en la memoria 23 para fines de comparación, es posible
utilizar los mismos medios previstos para la medición de la
estación. Para ello es suficiente ajustar la posición de los medios
de posicionado de modo que sus superficies definan una posición
óptima de las piezas de muestra que deben montarse. Este
procedimiento se lleva a cabo habitualmente durante la instalación y
calibración inicial de una estación. A continuación, la estación se
acciona para desplazar cada miembro móvil a su posición de bloqueo.
Los medios de medición se accionan a continuación para medir la
distancia entre la superficie del miembro fijo y la superficie
encarada del miembro móvil. Puesto que la medición se efectúa en
una estación que se determina que es eficiente, estas distancias
medidas se memorizan en la memoria 23 como distancias óptimas.
En este punto resulta evidente que los propósitos
establecidos anteriormente se han alcanzado al poner a disposición
una estación y un método de gestión que permite la detección en
tiempo real de los defectos de montaje y al obtener no solamente
componentes ensamblados que cumplan con especificaciones
dimensionales precisas sino detectar defectos en la propia estación
de montaje y también proporcionar asistencia en la reparación y
mantenimiento de la estación.
Naturalmente, la descripción anterior de una
forma de realización que aplica los principios innovadores de la
presente invención se proporciona únicamente a modo de ejemplo no
limitativo de dichos principios dentro del alcance del derecho
exclusivo aquí reivindicado.
Por ejemplo, tanto la forma como la disposición
de los medios de posicionado y de los medios de montaje y la
secuencia de operaciones de la estación pueden variar, dependiendo
de los requerimientos específicos. Adicionalmente, los sensores para
medir la distancia pueden ser de cualquier tipo adecuado,
incluyendo sensores ópticos, inductivos, capacitivos, etcétera.
Para calibrar la estación también se pueden prever cuñas específicas
que se pueden situar entre las partes fijas y móviles de los
elementos de inserción para identificar una superficie de
referencia encarada y posiblemente en contacto con la superficie
del elemento de inserción de bloqueo en la que está situado el
sensor.
Con una estación según la presente invención es
posible verificar la eficiencia de la estación propiamente dicha
situando simplemente en la misma una pieza de muestra y a
continuación verificando si las señales de desviación producidas por
los sensores de la estación son las mismas que detectaría una
estación eficiente en las piezas de muestra, a menos que se trate
de una desviación considerada aceptable.
Además de verificar la eficiencia de la estación,
la pieza de muestra puede utilizarse también para la calibración
tanto inicial como de mantenimiento.
La pieza de muestra puede ser tanto una pieza que
ha sido establecida como una pieza precisa, es decir una pieza con
tolerancias determinadas de antemano como aceptables con relación a
la pieza ideal, o a una pieza que aunque no sea aceptable cuente con
desviaciones conocidas respecto a una pieza ideal. En otras
palabras, la muestra puede consistir o bien en una pieza
certificada como aceptable tal como la denominada "pieza
dorada" o patrón, o bien en una pieza que se ha medido en una
estación de medición conocida y con unas desviaciones conocidas
respecto a la pieza ideal o patrón. El segundo caso ha mostrado ser
especialmente ventajoso porque permite utilizar una pieza no
especialmente valiosa y que incluso podría ser una pieza rechazada
por estar fuera de tolerancia.
Claims (11)
1. Estación para el montaje automatizado de
piezas que comprende medios de posicionado (11) que presentan unas
superficies (15, 16) que definen la posición mutua deseada de las
piezas que deben montarse y de los medios de montaje (13) que
conectan las piezas, caracterizada porque en por lo menos
algunas de dichas superficies (15a, 16a) existen medios de medición
(18) para medir la distancia entre por lo menos algunas de dichas
superficies y las superficies encaradas de las piezas que se están
montando.
2. Estación según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de posicionado comprenden
unos elementos de inserción de referencia, cada uno de ellos
compuesto de un miembro fijo (15) y un miembro móvil encarado (16),
siendo capaz el miembro móvil, al accionarlo, de acercarse al
miembro fijo para cerrarse sobre una pieza que debe montarse.
3. Estación según la reivindicación 2,
caracterizada porque los medios de medición (18) están
contenidos en el miembro fijo (15), y sobresalen de su
superficie.
4. Estación según la reivindicación 1,
caracterizada porque los medios de medición son sensores de
detección de la desviación lineal (18) virtualmente perpendiculares
a la superficie de los medios de posicionado.
5. Estación según la reivindicación 4,
caracterizada porque los detectores de desviación disponen
de una varilla de medición (19) que se desliza al accionarla hacia
el exterior de la superficie para desplazarse desde una posición no
operativa a una posición operativa o de medición.
6. Estación según la reivindicación 4,
caracterizada porque los medios de montaje son brazos de
soldadura robotizados (13).
7. Método para la detección puntual de las
tolerancias de montaje en una estación automatizada para el montaje
de piezas que comprende medios de posicionado (11) que disponen de
superficies (15a, 16a) que definen la posición deseada mutua de las
piezas que deben montarse y medios de montaje (13) que conectan las
piezas con los medios de medición (18) de algunas de las
superficies para la medición de la distancia entre al menos algunas
de dichas superficies y las superficies encaradas de las piezas que
se están montando, comprendiendo dicho método las siguientes
etapas:
- -
- realizar el posicionado permanente de las piezas que deben montarse con los medios de posicionado,
- -
- operar los medios de montaje para conectar las piezas,
- -
- liberar los medios de posicionado para situarlos en una condición de posicionado sin fijación de las piezas.
- -
- medir con los medios de medición la distancia entre las piezas montadas y al menos algunas de dichas superficies,
- -
- comparar las distancias medidas con las máximas distancias admisibles, y
- -
- generar una señal de aceptación o no aceptación, dependiendo de si las distancias medidas son menores o mayores que las distancias máximas admisibles relacionadas.
8. Método según la reivindicación 7, que
comprende las etapas adicionales siguientes:
- -
- realizar, antes de dicha operación de los medios de montaje, un posicionado sin fijación de las piezas que deben montarse con respecto a los medios de posicionado,
- -
- medir con los medios de medición la distancia entre las piezas posicionadas sin fijación y al menos algunas de dichas superficies,
- -
- comparar las distancias medidas con las distancias máximas admisibles,
- -
- generar una señal de aceptación o no aceptación, dependiendo de si las distancias medidas son menores o mayores que las distancias máximas admisibles relacionadas, y
- -
- permitir la operación de los medios de montaje sólo en el caso de que se genere la señal de aceptación.
9. Método según la reivindicación 7, que
comprende las etapas adicionales siguientes:
- -
- medir con los medios de medición la distancia entre las piezas posicionadas y al menos algunas de dichas superficies durante el posicionado permanente de las piezas,
- -
- comparar las distancias medidas con las distancias máximas admisibles,
- -
- generar una señal de conformidad o de no conformidad para la estación, dependiendo de si las distancias medidas son menores o mayores que las distancias máximas admisibles relacionadas, y
- -
- permitir la operación de los medios de montaje sólo en el caso de que se genere la señal de conformidad.
10. Método según la reivindicación 7, en el que
los medios de posicionado comprenden los elementos de inserción de
referencia cada uno de ellos compuestos de un miembro fijo y un
miembro móvil encarado, siendo el miembro móvil capaz, al
accionarlo, de acercarse al miembro fijo para cerrarse sobre una
piezas que deben montarse, comprendiendo dicho método las siguientes
etapas adicionales:
- -
- medir con los medios de medición, antes de que las piezas que deben montarse lleguen a la estación, la distancia entre al menos algunas de dichas superficies y las superficies móviles encaradas de fijación con las que están equipados los medios de posicionado,
- -
- comparar las distancias medidas con las distancias memorizadas previamente, siendo definidas dichas distancias previamente memorizadas como "distancias óptimas",
- -
- calcular las desviaciones entre dichas distancias medidas y las "distancias óptimas", y
- -
- generar una señal de conformidad o no conformidad para la estación, dependiendo de si las desviaciones calculadas son menores o mayores que una tolerancia previamente definida como aceptable.
11. Método según la reivindicación 10, que
comprende las siguientes etapas adicionales:
- -
- ajustar la posición de los medios de posicionado para que sus superficies definan una "posición óptima" de las piezas de muestra que deben montarse,
- -
- desplazar cada miembro móvil a su posición de cierre,
- -
- medir con los medios de medición la distancia entre la superficie de los miembros fijos y las superficies encaradas de los miembros móviles, y
- -
- memorizar las distancias medidas como "distancias óptimas".
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