ES2209891T3 - Dispositivo de posicionamiento para soportes de piezas de trabajo o para piezas de trabajo. - Google Patents
Dispositivo de posicionamiento para soportes de piezas de trabajo o para piezas de trabajo.Info
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Abstract
Procedimiento para el posicionamiento de soportes de piezas de trabajo (6) o de piezas de trabajo (8), que son sostenidos y guiados por un manipulador multiaxial (2), en el cual está previsto al menos un dispositivo de soporte (9), en el cual se apoya el soporte de pieza de trabajo (6) o la pieza de trabajo (8) en uno o más ejes (15) de forma que se pueda mover y que se pueda orientar en distintas posiciones.
Description
Dispositivo de posicionamiento para soportes de
piezas de trabajo o para piezas de trabajo.
La invención se refiere a un procedimiento de
posicionamiento y a un dispositivo de posicionamiento para soportes
de piezas de trabajo o para piezas de trabajo, que está sostenido y
guiado por un manipulador múltiaxial con las características
distintivas en la definición general de la reivindicación principal
de procedimiento y de dispositivo 1 o bien 3.
Es conocido en la práctica, que manipuladores
multiaxiales, en particular robots industriales multi-
axiles, sostienen y guían en voladizo soportes de piezas de trabajo o bien mecanismos de agarre con una o varias piezas de trabajo. La precisión del posicionamiento depende de la exactitud del recorrido y de la rigidez del robot.
axiles, sostienen y guían en voladizo soportes de piezas de trabajo o bien mecanismos de agarre con una o varias piezas de trabajo. La precisión del posicionamiento depende de la exactitud del recorrido y de la rigidez del robot.
De la práctica son conocidas además mesas
giratorias como dispositivos de posicionamiento para piezas de
trabajo. Las piezas de trabajo deben ser en este caso asidas y
posicionadas sobre la mesa giratoria. Entonces pueden ser
maquinadas por un dispositivo de maquinado. Tras la terminación del
proceso deben ser reposicionadas nuevamente las piezas de trabajo,
prosiguiendo con su transporte. En lugar de mesas giratorias se
emplean también tambores giratorios o posicionadores de volteo
rotatorios. Es inherente a estos aparatos por otra parte la
desventaja de que tampoco ofrecen ninguna posición y orientación de
proceso óptima a causa de su limitada cinemática.
De la
US-A-4.892.857 se conoce un
dispositivo de calibración para un robot. El mismo consiste en un
soporte de calibración dispuesto estacionariamente y una
herramienta de calibración dispuesta en el robot. En el soporte de
calibración están dispuestos uno sobre otro dos soportes de
centrado en forma de prisma, que actúan conjuntamente con dos
cabezales esféricos dispuestos en la herramienta de calibración. A
través del dispositivo de calibración son conducidos los ejes del
robot en una posición definida conocida de antemano, siendo
determinados y compensados por cálculo errores axiales que puedan
presentarse eventualmente.
Un dispositivo de calibración similar muestra
también la WO 96/30170. En este caso se emplean para el
posicionamiento exacto de los ejes del robot cabezales esféricos en
combinación con soportes prismáticos o pasadores cónicos en
combinación con soportes tubulares.
Otro dispositivo de calibración de este tipo es
conocido de la US-A-5.391.852, en
cuyo caso la calibración del robot se lleva a cabo por medio de una
tobera de soldadura guiada por la mano del robot.
Es un cometido de la presente invención, mostrar
una posibilidad para el posicionamiento mejorado y más preciso de
soportes de piezas de trabajo o de piezas de trabajo, que está
sostenido y guiado por un manipulador múltiaxial.
La invención logra este cometido mediante las
características distintivas en la reivindicación principal de
procedimiento y de dispositivo 1 o bien 3. El dispositivo de
posicionamiento de acuerdo con la invención ofrece una mejora
esencial de la exactitud de posicionamiento. El manipulador sostiene
al soporte para piezas de trabajo o a la pieza de trabajo por medio
de un dispositivo de soporte, permitiendo una sustentación móvil con
uno o más ejes de movimiento. De esta manera el manipulador puede
orientar al soporte para piezas de trabajo o a la pieza de trabajo
en diferentes posiciones, sin abandonar la sustentación del
dispositivo de posicionamiento. De tal modo puede ser llevada la
pieza de trabajo a distintas posiciones favorables para el
maquinado.
En el caso de un proceso de soldadura puede ser
mantenida la pieza de trabajo, por ejemplo, al menos en gran parte
en una posición de pileta favorable para el baño de soldadura.
Además de ello resulta una mejor posibilidad de acceso para los
dispositivos de maquinado asociados, en particular para robots de
trabajo. Por medio del dispositivo de posicionamiento y la
sustentación adicional de la pieza de trabajo puede cargarse al
manipulador o al robot de posicionamiento en mayor grado y en
ciertas áreas también ser cargados deliberadamente y de forma
controlada hasta el límite de seguridad. Por otra parte es posible,
que pueda tener lugar en un sistema celular encadenado una entrega
de la pieza de trabajo o bien del soporte de la pieza de trabajo a
la célula siguiente. El dispositivo de posicionamiento de acuerdo
con la invención se puede emplear en combinación con distintos
procesos de maquinado de piezas de trabajo e instalaciones de
maquinado. En este caso resultan también ventajas para el
aseguramiento de la calidad.
De particular ventaja es una orientación
múltiaxial a través de un soporte de centrado configurado como
prisma o cono. Éste ofrece una posibilidad de orientación en tres
ejes variables. Por medio de ejes de desplazamiento de translación
adicionales puede también lograrse una orientación y posibilidad de
orientación en seis ejes. Esto ofrece ventajas especiales en el
caso del mantenimiento de la posición de componente constructivo
óptima incluso en el caso de recorridos curvos mediante
procedimiento sincrónico del manipulador y del robot de
trabajo.
Cuando la pieza de trabajo está afianzada en un
soporte de pieza de trabajo y se posiciona con éste, puede llevarse
a cabo también el transporte de la pieza de trabajo a través del
soporte de pieza de trabajo, eliminándose con ello tareas de
reposicionamiento. La flexibilidad de la automatización se
incrementa. Las tareas de mantenimiento en el soporte de piezas de
trabajo pueden llevarse a cabo "offline", con lo cual aumenta
la disponibilidad de las instalaciones. Además es posible un
desacoplamiento temporal del proceso de intercalado manual del
proceso de maquinado. En el caso de empleo de distintos soportes de
piezas de trabajo es además posible una mezcla de tipos sin mayor
costo. A tal efecto son acoplados o bien desacoplados los soportes
de piezas de trabajo a través de cambiadores de herramientas.
La invención hace posible asimismo reducir las
etapas de maquinado y con ello el número de la estaciones de
maquinado continuas. Mediante la mejor posibilidad de orientación
del manipulador y del robot de trabajo pueden llevarse a cabo un
mayor número de etapas de maquinado con la misma geometría de
herramienta. Esto se debe, entre otras razones, a la mejor
capacidad de acceso a la pieza de trabajo. Al efecto es
particularmente favorable, que el soporte de pieza de trabajo esté
agarrada y sostenida por el manipulador y por el dispositivo de
soporte en dos lugares situados lejos uno de otro y enfrentados
entre sí. La mejor capacidad de acceso y con ello la mayor
precisión de proceso asociada favorecen también a una mejor calidad
de mantenimiento dimensional de la pieza de trabajo. Finalmente se
puede lograr también un aseguramiento de calidad por medio de la
exploración del soporte de pieza de trabajo con la pieza de trabajo
amarrada en una posición de medición separada y por medio de una
exploración subsecuente de la pieza de trabajo después de la
apertura del soporte de pieza de trabajo o bien mediante una
exploración del soporte de pieza de trabajo sin pieza de
trabajo.
Otras configuraciones ventajosas resultan de las
reivindicaciones subordinadas.
La invención está representada en las figuras de
modo ilustrativo y esquemático.
En particular muestran:
Fig. 1: un manipulador con un soporte de pieza
de trabajo, una pieza de trabajo y un mecanismo de posicionamiento
en una vista de costado esquemática; y
Fig. 2: una vista en planta de una disposición de
acuerdo con la Fig. 1 en asociación con un dispositivo de
maquinado, en particular con un robot de trabajo.
La Fig. 1 muestra de forma esquemática una
estación de maquinado (17), por ejemplo una célula de maquinado,
que puede ser parte constituyente de una disposición de varias
estaciones o células. En la estación o célula (17) se encuentra por
lo menos un manipulador (2), que sostiene y guía un soporte de
pieza de trabajo (6) con una pieza de trabajo (8) sujetada en
posición exacta. Además la estación o célula (17) incluye un
mecanismo de posicionamiento (1), en la cual el manipulador (2)
sostiene el soporte de pieza de trabajo (6) durante el proceso de
maquinado. Además pueden encontrarse en la estación o célula uno o
más dispositivos de maquinado (5), por ejemplo, robots de trabajo
múltiaxiales, que maquinan la pieza de trabajo (8) sostenida y
guiada de cualquier manera conveniente con una o más herramientas
(16).
En el ejemplo de realización mostrado está
configurado el manipulador múltiaxial (2) como robot posicionador
de carga pesada con seis o más ejes. El manipulador o robot de
posicionamiento (2) tiene una mano (3) en un dispositivo de cambio
embridado (4), por medio del cual aquél sostiene al soporte de pieza
de trabajo (6) de forma desmontable. El soporte de pieza de trabajo
(6) posee por lo menos una conexión (7) para la unión con el
dispositivo de cambio (4) o bien el manipulador o robot de
posicionamiento (2). La conexión (7) está preferentemente dispuesta
del lado de la periferia en el soporte de pieza de trabajo (6). Al
efecto el soporte de pieza de trabajo (6) es sostenido y guiado
esencialmente en voladizo por el manipulador o robot de
posicionamiento (2).
El mecanismo de posicionamiento (1) consiste en
al menos un dispositivo de soporte (9), en el cual el manipulador
(2) puede sostener al soporte de pieza de trabajo (6) de forma
móvil en uno o más ejes (15). En la Fig. 1 se disponen, por
ejemplo, dos dispositivos de soporte (9) en distintas posiciones y
orientaciones. Su número puede ser incluso mayor. De la misma
manera pueden variar también su orientación.
Los dispositivos de soporte individuales (9)
poseen en cada caso al menos un soporte de centrado (11), que hace
posible la sustentación móvil en uno o más ejes. En la forma de
realización mostrada los soportes de centrado (11) están
configurados como prismas o como cono.
Los dispositivos de soporte individuales (9)
poseen además un bastidor (10), en el cual a su vez están
dispuestos uno o más soportes de centrado (11). Los bastidores (10)
están dispuestos en la realización mostrada en forma fija y
vinculada al suelo. También pueden ser alternativamente móviles y
desplazables en uno o más ejes de translación. Los soportes de
centrado (11) están preferentemente fijados en forma rígida a los
bastidores (10). Los mismos pueden también a su vez estar
posicionados en forma móvil en uno o más ejes en los bastidores
(10).
En el soporte de pieza de trabajo (6) están
dispuestos a través de una o más salientes (14) adecuadas uno o más
elementos de apoyo (13), que preferentemente están configurados en
forma de esferas (13) o porciones esféricas. Los mismos actúan
conjuntamente con los soportes de centrado (11) y permiten un apoyo
dotado de una capacidad de posicionamiento o capacidad de
orientación en uno o más ejes. Las esferas (13) están configuradas
en el ejemplo de realización mostrado como cabezales esféricos, que
son más grandes que una semiesfera. Alternativamente los mismos
pueden también estar configurados como casquetes semiesféricos o
incluso como secciones esféricas más pequeñas. En otra variante
puede tratarse asimismo de otras partes bombeadas o redondeadas de
distinto carácter, por ejemplo, también de cuerpos ovales. Una
disposición múltiple de esferas (13) hace posible la sustentación
del soporte de pieza de trabajo (6) en distintas posiciones y en
distintos dispositivos de soporte (9).
En los soportes de centrado (11) pueden estar
dispuestos uno o más sensores (12), que al hacer contacto entre la
esfera (13) y el soporte de centrado (11) reciben las fuerzas y / o
recorridos u otras magnitudes físicas. Los sensores (12) se
configuran para estos fines de cualquier manera adecuada y se
disponen en lugares apropiados, por ejemplo, dentro de la zona de
contacto del soporte de centrado (11) o en el lugar de unión entre
el soporte de centrado (11) y el bastidor (10).
A través de los sensores (12) puede ser medida,
por ejemplo, la fuerza aplicada o el recorrido. En el caso de una
disposición múltiple adecuada de sensores (12) o de un sensor de
fuerza o de recorrido tridimensional se puede comprobar, si la
esfera (13) está posicionada exactamente en el soporte de centrado
(11). De este modo puede ser también verificada la fuerza de
presión y la precisión de posicionamiento del manipulador (2) y
reajustada en correspondencia. Si la fuerza axial aplicada es, por
ejemplo, demasiado grande, se desplaza hacia atrás el manipulador
(2) tanto como sea necesario hasta que la fuerzas estén
equilibradas o bien alcancen su valor teórico. A la inversa, en el
caso de una fuerza demasiado pequeña el manipulador (2) debe seguir
al soporte de centrado (11) y presionar con más fuerza contra el
soporte de centrado (11). A través de esta medición de fuerza puede
además comprobarse, si el manipulador (2) está eventualmente
sobrecargado. Además se puede verificar mediante una adecuada
disposición de sensores (12), si la dirección de apriete del
manipulador (2) es correcta. A través de la disposición de sensores
(12) es posible asimismo determinar o bien corregir una o más veces
con una regulación adecuada y un programa apropiado el
Tool-Center-Point (TCP) de la
posición de las esferas en el proceso.
Mediante los dispositivos de soporte (9) móviles
en varios ejes puede el manipulador (2) orientar al soporte de
pieza de trabajo (6) en distintas posiciones y dirigirlo de manera
adecuada respecto del dispositivo de maquinado (5). A tal efecto
puede también tener lugar una reorientación fundamental mediante
cambio del dispositivo de soporte (9).
Las conexiones (7) y las esferas (13) se
encuentran dispuestas preferentemente en los bordes del soporte de
pieza de trabajo (6) y en lugares alejados unos de otros. En la
forma de realización de la Figura 1 y 2 se encuentran
preferentemente en lugares enfrentados uno respecto de otro. En este
caso la pieza de trabajo (8) es de libre acceso para el
dispositivo de maquinado (5) y las herramientas (16). La Figura 2
muestra esto.
Durante el proceso de maquinado el manipulador
(2) mueve al soporte de pieza de trabajo y a la pieza de trabajo
(8) en distintas posiciones y orientaciones dependientes de la
aplicación y favorables al proceso. A este respecto puede la pieza
de trabajo (8), por ejemplo, durante el soldado ser guiada de modo
tal que el baño de soldadura se encuentre al menos en gran parte en
una posición de pileta. Además el manipulador (2) y el dispositivo
de maquinado (5) pueden moverse sincronizadamente, a fin de
conservar la posición óptima de proceso incluso en el caso de
recorridos de maquinado curvos. Para este fin se dispone de un mando
de células o bien de robots adecuado (no representado).
Los procesos de maquinado y los dispositivos de
maquinado (5) pueden ser en las distintas estaciones o células (17)
de cualquier tipo y configuración distintas. Se trata por ejemplo
de un proceso de soldadura, de pegado o de recubrimiento. Además
puede estar configurado el dispositivo de maquinado (5) como
dispositivo de medición mecánico u óptico, que explora en una
estación de medición al soporte de pieza de trabajo (6) con la pieza
de trabajo (8) amarrada mediante una herramienta de medición (16).
Asimismo es medida luego otra vez la pieza de trabajo (8) después
de la apertura de los lugares de amarre del soporte de pieza de
trabajo (6). En una tercera etapa el soporte de pieza de trabajo (6)
sin pieza de trabajo (8) puede ser medido luego una vez más.
Mediante la comparación de los resultados de medición pueden
comprobarse deformaciones u otras alteraciones geométricas y
supervisarse la calidad de maquinado y de proceso así como la
calidad del componente.
El manipulador (2) puede trasladar al soporte de
pieza de trabajo (6) a la siguiente estación o célula a través del
dispositivo de cambio (4). Allí un manipulador respectivo se acopla
en una segunda conexión (7), toma el soporte de pieza de trabajo (6)
y lo conduce a un proceso de maquinado ulterior, donde entra en
acción nuevamente un mecanismo de posicionamiento (1).
Son posibles modificaciones de las formas de
realización mostradas de distintas maneras. Por una parte puede
suprimirse el soporte de pieza de trabajo (6). En este caso tiene
la pieza de trabajo misma conexiones (7) y esferas (13) apropiadas.
La manipulación sigue siendo la misma que en el caso del soporte de
pieza de trabajo (6).
En otra variante puede configurarse el
dispositivo de soporte (9) con el bastidor (10) y el dispositivo de
centrado (11) de otra forma. Por ejemplo puede existir un único
soporte tubular, que permite solamente un movimiento de rotación
alrededor del eje longitudinal. En este caso se reemplaza la esfera
(13) por un cono o un pasador cilíndrico. En este caso pueden
hacerse girar el soporte de pieza de trabajo (6) o la pieza de
trabajo (6) solo alrededor de un eje de movimiento (15). Además son
posibles también otras variantes de la configuración y
posibilidades de orientación.
El manipulador (2) está configurado en la forma
de realización mostrada como robot de carga pesada. Puede también
consistir de otra manera adecuada en una o más unidades de
movimiento.
- 1
- Mecanismo de posicionamiento
- 2
- Manipulador, robot de posicionamiento
- 3
- Mano
- 4
- Dispositivo de cambio
- 5
- Dispositivo de maquinado, robot de trabajo
- 6
- Soporte de pieza de trabajo
- 7
- Conexión
- 8
- Pieza de trabajo
- 9
- Dispositivo de soporte
- 10
- Bastidor
- 11
- Soporte de centrado, prisma, cono
- 12
- Disposición de sensores
- 13
- Esfera, porción de esfera
- 14
- Saliente
- 15
- Eje de movimiento
- 16
- Herramienta
- 17
- Estación de maquinado, célula
Claims (14)
1. Procedimiento para el posicionamiento de
soportes de piezas de trabajo (6) o de piezas de trabajo (8), que
son sostenidos y guiados por un manipulador múltiaxial (2), en el
cual está previsto al menos un dispositivo de soporte (9), en el
cual se apoya el soporte de pieza de trabajo (6) o la pieza de
trabajo (8) en uno o más ejes (15) de forma que se pueda mover y
que se pueda orientar en distintas posiciones.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque el manipulador (2) sostiene al
soporte de pieza de trabajo (6) o a la pieza de trabajo (8) en un
sitio, que está alejado del sitio de apoyo en el dispositivo de
soporte (9), estando los dos lugares preferentemente enfrentados
entre sí.
3. Dispositivo de posicionamiento para piezas de
trabajo (8), que es sostenido y guiado por un manipulador
múltiaxial (2), con al menos un dispositivo de soporte (9),
caracterizado porque el dispositivo de posicionamiento (1)
posee un soporte de pieza de trabajo (6) vinculable con el
manipulador (2) para una o varias piezas de trabajo (8) o una pieza
de trabajo directamente vinculable con el manipulador (2), y porque
el soporte de pieza de trabajo (6) o la pieza de trabajo (8) puede
apoyar en el dispositivo de soporte (9) de modo que se pueda mover
en uno o más ejes y que se pueda orientar en distintas
posiciones.
4. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
la reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo de
soporte (9) posee al menos un soporte de centrado (11).
5. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
la reivindicación 4, caracterizado porque el soporte de
centrado (11) está configurado como prisma o como cono.
6. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
la reivindicación 3, 4 ó 5 caracterizado porque el
dispositivo de soporte (9) posee un bastidor fijo o movible (10),
en el cual está dispuesto el soporte de centrado (11).
7. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque en
el soporte de pieza de trabajo (6) o en la pieza de trabajo (8)
está dispuesto al menos un elemento de apoyo que concuerda con el
soporte de centrado (11), preferentemente una esfera (13) o una
porción de esfera.
8. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque el
soporte de pieza de trabajo (6) o la pieza de trabajo (8) posee al
menos una conexión (7) para la vinculación con el manipulador
(2).
9. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque la
conexión (7) está dispuesta de lado de la periferia respecto de la
suspensión en voladizo en el manipulador (2).
10. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el elemento de
apoyo en el soporte de pieza de trabajo (6) o en la pieza de
trabajo (8) está dispuesto en forma alejada de y preferentemente
enfrentada a la conexión (7).
11. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el
manipulador (2) posee un dispositivo de cambio (4) para la
vinculación desmontable con la conexión (7).
12. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizado porque el
dispositivo de soporte (9) posee al menos una disposición de
sensores (12).
13. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
la reivindicación 12, caracterizado porque la disposición de
sensores (12) está dispuesta en el soporte de centrado (11), en
particular entre el soporte de centrado (11) y el bastidor (10).
14. Dispositivo de posicionamiento de acuerdo con
la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque la
disposición de sensores (12) posee uno o varios sensores que miden
fuerza y / o recorrido.
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