ES2214349T3 - Tensor de posicion controlada. - Google Patents

Abstract

Un aparato para controlar la tensión de una fibra que comprende al menos un montaje de tensor de fibra, en el que al menos un montaje de tensor de fibra comprende: un portacarrete para mantener de modo giratorio un carrete de fibra; una fuente de potencia para accionar el portacarrete; al menos una guía de redirección para redirigir y guiar la fibra dentro del aparato; un brazo oscilador que tiene un extremo fijo unido cooperativamente a un primer sensor angular para detectar una posición angular relativa del brazo oscilante y un extremo libre que tiene otra guía de redirección de fibra montada en el brazo oscilante para guiar las fibras y redirigir una trayectoria de la fibra; un cilindro neumático que puede ser precargado de bajo rozamiento conectable a un suministro neumático a presión, teniendo el cilindro neumático un primer extremo montado de podo giratorio en un punto preseleccionado a lo largo del brazo oscilante y un segundo extremo montado de modo giratorio en una estructura de soporte; un controlador del procedimiento que tiene circuitos para controlar la tensión de fibra controlando la fuente de potencia como un resultado de la información de la posición del brazo oscilante proporcionada por al menos el primer sensor.

Description

Tensor de posición controlada.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a la fabricación de estructuras de materiales compuestos. En particular, la presente invención se refiere a un aparato para la colocación de fibras controlado por ordenador usado para aplicar un haz de fibras a una superficie de deposición, usualmente alrededor de un mandril giratorio, para formar una pieza de trabajo. Más particularmente, la presente invención es especialmente adecuada para, pero no se limita a, proporcionar tensión óptima de los haces de fibras, controlando la velocidad de los haces de fibras, y vigilando con precisión el desplazamiento de las fibras a medida que el haz de fibras se desenrolla y aplica finalmente a una superficie de deposición.

Técnica anterior

Las máquinas de enrollamiento/colocación de haces de fibras típicamente colocan, o enrollan, una pluralidad de fibras, haces de fibras, o filamentos, que han sido impregnados con una resina termoendurecible en un modelo o dibujo preseleccionado, que está posicionado sobre una superficie de deposición montada sobre un mandril giratorio. La superficie de deposición o pieza de trabajo puede ser cilíndrica o, más probablemente, de una forma irregular. Independientemente de la geometría que la pieza de trabajo final haya de tener, es generalmente imperativo que las dimensiones, contornos y calidad estructural global de la pieza de trabajo satisfagan o superen exigencias de fabricación e integridad muy estrictas.

La mayoría de las máquinas de colocación/enrollamiento de haces de fibras tienen una pluralidad de carretes que contienen fibras o haces en los cuales la fibra es desenrollada para ser posicionada precisamente alrededor de la pieza de trabajo por una cabeza controlada por ordenador situada en un brazo robótico. Es importante que cada fibra, de las que puede haber 32 o más carretes individuales de fibra, a medida que es desenrollada y posicionada simultáneamente por la cabeza, sea enrollada alrededor de la pieza de trabajo con una tensión preseleccionada que sea óptima para las fibras particulares que se usan y la geometría de la superficie de deposición o pieza de trabajo particular que se construye. Tales tensiones pueden variar típicamente de 1,11 newtons a aproximadamente 4,45 newtons de fuerza. Por lo tanto, existe una necesidad desde hace mucho tiempo en la industria de fabricación de materiales compuestos de controlar con precisión la tensión de las fibras tanto como sea posible, o al menos de mantener la tensión de las fibras dentro de un margen aceptable, a medida que la fibra sea desenrollada de su carrete individual y posteriormente posicionada alrededor de la pieza de trabajo.

Adicionalmente, el sistema de tensado puede ser requerido para que mantenga la fibra en un modo de espera o estacionario ya que esa fibra particular no es necesaria en una porción dada de la pieza de trabajo. Los sistemas de tensado son requeridos también para que absorban cualquier flojedad en la fibra lentamente cuando se aplique tensión primero a la fibra mediante el sistema de tensado para no tensar indebidamente o romper la fibra. Además, los sistemas de tensado idealmente si detectan defectos en el suministro de fibra, los comunican a un ordenador o controlador principal, y si se considera apropiado, se elimina la tensión sobre la fibra. Preferiblemente, los sistemas de tensado de las fibras deben ser capaces de vigilar la utilización de la fibra y de detectar una condición de carrete casi vacío y comunicar esa información a un controlador principal, tras lo cual el operador puede sustituir el carrete casi vacío con un mínimo de perturbación. Por lo tanto, puede apreciarse que existe una necesidad dentro de la industria de un sistema de tensado de fibras que no solamente mantenga de modo correcto y preciso la tensión de una multitud de fibras dentro de un estrecho margen de fuerza de una manera económica sino que también realice, asimismo, de modo fiable una diversidad de tareas de vigilancia, información y detección de defectos.

Los sistemas de tensado de fibras incluyen aquellos usados en máquinas de colocación/enrollamiento de fibras computerizados, que usan a menudo una pluralidad de poleas, o rodillos de redirección, montados en una estructura de soporte que guía y soporta la fibra al ser esta desenrollada, o alimentada al desplazarse hacia la cabeza controlada por el ordenador a lo largo de una trayectoria preseleccionada. Típicamente, el carrete de fibra está montado en un portacarrete que es accionado por un motor eléctrico controlado por un procesador.

Un sistema de tensado de fibras incorporado dentro de una máquina de colocación se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.223.072, a Brockman y otros. La patente '072 de Brockman y otros representa una celda de carga que está montada en un rodillo redirector para detectar la tensión de la fibra, que en relación con un sistema de controlador CNC y un microprocesador local controla entonces el momento torsor que es impartido en el carrete por un motor de accionamiento. Además, el sistema de controlador CNC y procesador local usan una información de realimentación de la posición y la velocidad del motor de accionamiento e incorporan un bucle de velocidad así como un bucle de fuerza.

Otro sistema tensor de fibras se utiliza en la Patente de EE.UU. Nº 5.277,373, a Morton, que controla la tensión de la fibra detectando la posición de un brazo oscilante con un detector de posición angular magnético analógico.

Con respecto a la utilización de poleas, o de rodillos de redirección, para manipular la trayectoria de la fibra para mantener una tensión preseleccionada, un artículo publicado en el número de Agosto de 1997 de la revista PCIM que empieza en la página 90, describe un sistema de control de la tensión usado en la fabricación de sensores de fibra de nanotecnología para la industria de biotecnología. El sistema descrito incluye la utilización de un brazo oscilante que tiene un rodillo de redirección en un extremo libre del brazo y un cilindro de aire de bajo rozamiento fijado en un punto medio a lo largo del brazo. El sistema de realimentación de bucle cerrado, controlado por ordenador, permite que la tensión de la fibra sea mantenida efectuando ajustes automáticos en un regulador de presión eléctrico para aumentar o disminuir la presión que se suministra al cilindro para reposicionar el brazo, cambiando de este modo la tensión de la fibra durante el procedimiento de fabricación de los mismos.

Un objetivo de la presente invención incluye proporcionar un sistema de tensado de haces de fibras preciso, fiable y de bajo coste. Otro objetivo es
reducir, si no se pueden eliminar, las necesidades de calibraciones laboriosas y de proporcionar un sistema de tensado adecuado para ser usado no solamente en cualquier máquina de colocación de fibra sino para ser usado en cualquier máquina o procedimiento en el que se requiera la tensión y el control de un elemento fibroso. Un objetivo más es todavía proporcionar un sistema para tensar fibras que no requiera la medida de fuerzas, incluyendo fuerzas controladas eléctricamente, ni sensores analógicos y circuitos asociados que estén sometidos a desplazamiento. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema para tensar fibras que elimine la necesidad de controlar el momento torsor del portacarrete de fibra, permitiendo de ese modo la utilización de motores escalonados económicos para accionar el portacarrete de fibra. Otro objetivo es proporcionar un sistema para tensar fibras que detecta un haz roto u otro defecto e informa del mismo a un controlador principal y, se considera apropiado, interrumpe el tensado. Un objetivo adicional es proporcionar un sistema para tensar fibras que absorba la holgura de la fibra lentamente cuando se aplique tensión primero, detecte un carrete casi vacío, determine la utilización de la fibra, así como que vigile la velocidad de la fibra. Estos y otros objetivos y beneficios de la presente invención resultarán evidentes tras examinar la presente memoria en su totalidad.

Descripción de la invención

La presente invención proporciona un aparato según la reivindicación 1 y un método según la reivindicación 13 para controlar la tensión de uno o más haces de fibras y preferiblemente comprende un bastidor de soporte que tiene un portacarrete, un motor para accionar el portacarrete, un brazo oscilante que tiene un extremo libre con un rodillo redirigido montado en el mismo y un extremo fijo montado de modo giratorio que actúa conjuntamente con un sensor de posición angular, un cilindro neumático de bajo rozamiento montado en el brazo oscilante y el bastidor de soporte, un segundo rodillo redirigido montado para actuar conjuntamente con un segundo sensor de posición angular, un controlador y circuitos asociados para controlar el sistema tensor de posición controlada.

Preferiblemente, se proporciona un microcontrolador montado en una placa de circuito impreso (PCB) única que tiene un circuito separador de señales para controlar cuatro tensores individuales. La PCB preferiblemente se enchufa en un plano posterior de estilo STD que permite la comunicación entre varios microcontroladores, permitiendo de ese modo el control de al menos 32 sensores individuales. Asimismo se proporciona la comunicación entre una máquina de colocación de fibra principal, o maestra, el controlador y cada uno de los controladores de los tensores. Preferiblemente, los motores que accionan los portacarretes son motores escalonados activados mediante respectivos excitadores escalonados. El microcontrolador controla el motor escalonado para que alimente o no alimente fibra con objeto de mantener el brazo oscialnte en una posición preseleccionada, usualmente su posición central. El cilindro de aire montado para cada brazo oscilante está conectado a un regulador de presión neumática común de modo que todos los tensores con la misma orientación reciben la misma presión neumática. La tensión en cada fibra se controla por tanto vigilando la respectiva posición de su brazo oscilante, que es detectada por el sensor de posición angular situado conjuntamente con el brazo basculante en su punto de pivote, y activando consecuentemente el motor escalonado para lograr que la fibra permita que el brazo basculante retorne a su posición neutral. Adicionalmente, fuerzas debidas a la gravedad y al cilindro neumático que actúa sobre el brazo basculante y por consiguiente sobre el haz de fibras contribuyen a mantener asimismo la tensión de la fibra. El segundo sensor de posición angular que actúa conjuntamente con su respectivo rodillo redirigido proporciona información de velocidad de la fibra, permitiendo de ese modo mejor control de la posición del brazo basculante y la estimación del diámetro de carrete actual para seguir mejor la utilización de fibra y para detectar cualquier irregularidad o defecto de funcionamiento del desplazamiento de fibra.

Puesto que cada microcontrolador controla preferiblemente cuatro tensores, cada microcontrolador es informado directamente por ambos tensores vecinos adyacentes con respecto al otro par de tensores que están bajo su control directo. Además, las PCBs y el plano posterior están diseñados para permitir que las velocidades de las fibras de los tensores vecinos sean fácilmente obtenibles por el controlador de la máquina de colocación de fibra principal si se produjese la detección de una fibra de haz rota en cualquiera de los tensores. Adicionalmente, la lógica de control detecta si una fibra deja de desenrollarse e inmediatamente desactiva el respectivo motor escalonado y vigila después de ello el desplazamiento de la fibra. Después de lo cual, la lógica de control originará entonces que el motor escalonado reinicie lentamente el tensado si el problema detectado aparenta haber sido resuelto. Puede ser proporcionado un embrague opcional que se aplica automáticamente tras haber sido activado el motor escalonado y que se desacopla automáticamente cuando el motor escalonado está desactivado. Por tanto, el embrague opcional proporciona un mecanismo con el que selectivamente se acopla y desacopla el portacarrete desde el tren de accionamiento del motor escalonado y ayuda a reducir más la tensión de la fibra tras detectar el controlador un problema de desenrollamiento.

Breve descripción de los dibujos

Aunque la memoria concluye con reivindicaciones que indican particularmente y reivindican claramente la presente invención, la presente invención puede ser comprendida más fácilmente viendo primero los dibujos en combinación con la descripción detallada siguiente de la invención.

La figura 1 es una ilustración de una máquina de colocación de fibra típica, particularmente adecuada para que sea usada la presente invención es;

la figura 2 es una vista isométrica de la realización preferida del montaje tensor de posición controlada para ser usada en relación con un carrete de fibra situado en el lado izquierdo superior de la fileta y que si se hace girar horizontalmente tras sustituir un pequeño componente, sería útil para ser usada en relación con un carrete de fibra situado en el lado derecho inferior de la fileta;

la figura 3 es una vista isométrica de la realización preferida del montaje tensor de posición controlada invertido para ser usado en relación con un carrete de fibra situado en el lado izquierdo inferior de la fileta y que, si se hace girar horizontalmente y tras sustituir un pequeño componente, será adecuado para ser
usado con un carrete de fibra situado en el lado derecho superior de la fileta;

la figura 4 es una vista en sección transversal del montaje tensor de posición controlada tomada a lo largo de la línea 4-4 de la figura 2;

la figura 5 es una vista en sección transversal del montaje tensor de posición controlada tomada a lo largo de la línea 5-5 de la figura 4;

la figura 6 es una vista frontal del brazo oscilante y la porción de cilindro neumático del montaje de tensor de posición controlada, que corresponde a la vista tomada a lo largo de la línea 6-6 de la figura 5;

la figura 7 es una vista isométrica del montaje de embrague opcional de la presente invención;

la figura 8 es una vista delantera del montaje de embrague opcional mostrado en la figura 7; y

la figura 9 es una vista en sección transversal del montaje de embrague opcional tomada a lo largo de la línea 9-9 de la figura 7.

Mejor modo de poner en práctica la invención

Haciendo referencia a la figura 1 de los dibujos, en ellos se muestra una ilustración de una máquina de colocación/enrollamiento de fibra robótica típica, o sistema 2 que tiene una pluralidad de haces 4 de fibra que pueden alinear hasta al menos 32 haces individuales que son simultáneamente desenrollados de carretes 6 de fibra posicionados superiormente y de carretes 8 de fibra posicionados inferiormente. La máquina 2 de colocación/enrollamiento se proporciona con una fileta 7 que tiene un lado 7L izquierdo y un lado 7R derecho. Cada lado de la fileta 7 soporta y acciona respectivamente una fila superior de carretes de fibra y una fila inferior de carretes de fibra. Particularmente, aunque no es visible en la figura 1, la fila de carretes de fibra situada sobre el lado izquierdo superior de la fileta 7 es designada como 7UL, la fila de carretes de fibra situada en el lado izquierdo inferior de la fileta 7 es designada como 7LL y está dispuesta de modo que es una imagen de espejo de la fila de carretes de fibra situada en el lado derecho superior de la fileta 7, designada como 7UR, y la fila de carretes de fibra situada en el lado derecho inferior de la fileta 7, designada como 7LR en la figura 1. Los haces 4 de fibras individuales, que son desenrollados de los carretes respectivos posicionados en las diversas filas de la fileta 7 y son usualmente preimpregnados con un material resinoso termoendurecible, guiados individualmente a través de una cabeza 10 de colocación de haces de fibra controlada por ordenador que finalmente coloca las fibras preseleccionadas sobre la superficie de la pieza 12 de trabajo. Típicamente, La pieza 12 de trabajo es de una forma irregular y está montada en un mandril 14 giratorio alimentado de potencia que sirve para facilitar el enrollamiento, o la distribución, de fibra para obtener la configuración final de la pieza 12 de trabajo. Generalmente, la cabeza 10 de colocación está montada en un brazo robótico 16 controlado por un controlador 18 principal que no solamente manipula el brazo robótico 16 sino que también controla la salida de cada uno de los treinta y dos o más haces 4 de fibra así como la velocidad de giro del mandril 14 de modo que los respectivos haces 4 de fibras individuales son colocados sobre la pieza 12 de trabajo y tensados como se ha concertado tanto como es posible.

Haciendo referencia a la figura 2 de los dibujos, el montaje 22 de tensor de posición de la presente invención está diseñado concretamente para ser usado en relación con carretes de fibra posicionados superiormente tales como los carretes de fibra no visibles posicionados en la fila 7UL, como se representa en 1a figura 1, los cuales estarían situados en el lado posterior, o lado izquierdo 7L, y son una imagen de espejo de los carretes 8 de fibra inferiores, instalados y visibles en el lado derecho 7R del carrete 7 de la figura 1. Volviendo a la figura 2, el montaje 22 tensor de posición incluye un módulo 24 de soporte que tiene una placa 26 delantera, una placa 28 lateral, y una placa 30 de soporte de redirección/oscilante. El módulo 24 de soporte se fabrica preferiblemente de aleación de aluminio, pero puede ser usado cualquier material que tenga resistencia estructural adecuada. Un carrete de haz 32 de fibras está montado en un árbol 36 del carrete que pasa a través de la placa delantera 26 y que está, a su vez, soportado por el bloque 34 de soporte montado en la placa delantera 26. Para accionar el árbol 36 de carrete, el árbol 36 de carrete tiene una polea 38 de carrete montada en el mismo para acomodar una correa 40 de accionamiento fijada a una polea 44 de motor que está conectada a un motor escalonado 42. El motor escalonado 42 puede obtenerse comercialmente de Pacific Scientific, siendo el modelo M2INRXB-LNN-NS-00 particularmente adecuado. No obstante, motores escalonados de cualquier fabricante que tengan las condiciones de funcionamiento y las características físicas deseadas funcionarán bien con la presente invención. Un montaje 46 de motor escalonado ajustable proporciona un método simple y conveniente de ajustar la tensión de la correa 40 de accionamiento. Aunque se prefiere una disposición de correa de accionamiento por su simplicidad, facilidad de selección de una relación de reducción del accionamiento, y facilidad de mantenimiento, pueden usarse también mecanismos de accionamiento alternativos tales como accionamientos de engranajes reductores. El conectador eléctrico 48 conecta los conductores de potencia y conduce la señal a codificadores 56 y 66, que se describirán más adelante. El motor escalonado 42 es preferiblemente activado eléctricamente mediante un excitador de motor escalonado individual (no mostrado en los dibujos) pues tales excitadores son bien conocidos y usados en la técnica.

Un extremo del brazo 50 oscilante de tensión de fibra, que puede ser denominado como un extremo fijo, está conectado a pivotamiento para redirigir/hacer oscilar la placa 26 de soporte mientras el otro extremo del brazo, el extremo libre, tiene un rodillo de redirección del haz de fibras montado en el mismo. El extremo conectado a pivotamiento del brazo oscilante 50 está montado en combinación con un codificador 56 giratorio por medio de una ménsula 54 de codificador de brazo basculante. Por tanto cualquier movimiento del brazo basculante dentro del margen de movimiento es detectado por medio del codificador óptico giratorio 56. Un codificador óptico particularmente adecuado que tiene el modelo Nº RS16D-P1-1024-1/4-5-CA18-LD-0-M1 puede obtenerse comercialmente de Renco Encoders, Inc. No obstante codificadores alternativos pueden obtenerse de otras fuentes. Un cilindro neumático de rozamiento extraordinariamente bajo está fijado en un punto preseleccionado a lo largo de un vano del brazo basculante 50 que permitirá la adecuada carrera de accionamiento del cilindro 58 con respecto al margen deseado de movimiento del brazo basculante 50. Un cilindro neumático, a modo de ejemplo, particularmente adecuado para el presente montaje de tensor de posición es el denominado como un cilindro Airpel que puede obtenerse de la Airpot Coorporation. El cilindro Airpel, modelo E9D2.OU, ha demostrado ser particularmente adecuado. El cilindro neumático 58 está anclado para redirigir/hacer oscilar la placa 30 de soporte mediante la ménsula 60 de montaje.

Una ménsula basculante 62 que tiene un rodillo 64 de redirección montado en la misma está fijada al extremo remoto de la placa 30 de soporte de redirección/basculamiento para permitir que el haz de fibras sea desenrollado del carrete 32, para ser guiado a través de la posición del montaje 22 tensor por medio de los rodillos 64 y 52 de redirección del haz de fibras, y que sea desenrollado por el rodillo 68 de redirección montado en el punto más bajo y sobre el lado trasero de la placa 30 como se ve en la figura 2, o como se ve mejor en la figura 4, en la que se proporciona una vista del lado opuesto del montaje 22 tensor y se representa la ruta de la fibra 106. Volviendo a la figura 2 y a modo de ejemplo, un brazo basculante con una longitud global de aproximadamente 15,24 cm y que tiene una distancia de centro a centro de 13,34 cm entre el punto de montaje del extremo fijo del brazo basculante y el punto de fijación del rodillo de redirección en el extremo libre opuesto y que tiene el cilindro 58 montado de modo giratorio a 3,81 cm del centro del extremo fijo giratorio del brazo basculante demostró ofrecer la geometría correcta. Adicionalmente, el brazo basculante del ejemplo tenía un margen de movimiento que se extendía aproximadamente 45º de arco por encima y por debajo de la horizontal, totalizando de ese modo aproximadamente 90º a partir de la posición más alta hasta la posición más baja del margen del brazo oscilante de movimiento permitido representado como á en las figuras 2 y 4. Este margen de movimiento puede, por supuesto ser modificado, así como la longitud del brazo basculante, el punto de montaje del cilindro 58, y el diámetro de las poleas de redirección, o guías de fibra equivalentes funcionalmente, para satisfacer las demandas de aplicaciones particulares en las que la presente invención es adecuada.

El rodillo 68 de redirección de la alimentación está montado en conexión con un codificador óptico 66 giratorio adicional, disponible de Renco Encoders, Inc. siendo también preferido el modelo nº RS16D-P1-1024-1/4-5-CA18-LD-0-M1-S como con el codificador 56, para detectar la velocidad giratoria del rodillo 68 de redirección a medida que se alimenta fibra a la cabeza 10 de colocación de haces de fibras de la máquina 2 de colocación de fibra. Alternativamente, pueden ser obtenidos comercialmente otros codificadores ópticos de otras fuentes y usados en lugar del codificador de Renco preferido. La unión 70 de tipo mamparo facilita la fijación de una tubería de suministro de aire al cilindro neumático 58.

Aunque el tensor 22 de posición como se muestra en la figura 2 es particularmente adecuada para mantener y tensar carretes de fibra montados en la fila 7UL situada en el lado izquierdo superior de la fileta 7, puede usarse el mismo posicionador para mantener y tensar carretes de fibra montados en la fila 7LR en el lado derecho inferior de la fileta 7 haciendo girar horizontalmente el montaje 22 tensor de posición 180 grados de modo que el árbol 36 de carrete que mantiene un carrete de haces 32 de fibras se extienda hacia fuera, fuera de la fileta 7, y la placa 30 de soporte de redirección/oscilación se extienda hacia abajo cuando esté posicionada en la fila 7LR. Además, será necesario sustituir la ménsula oscilante 62, en la que está montado un rodillo 64 de redirección, con una ménsula 82 oscilante ponderada que tiene un contrapeso 84, descrito mejor más adelante, que sirve para mantener la ménsula 82 y el rodillo 64 de redirección orientados correctamente hacia arriba para acomodar fibra que es desenrollada del carrete 32 cuando el tensor 22 se coloca con una orientación invertida.

Haciendo referencia ahora a la figura 3 de los dibujos, en ella se muestra un montaje 72 de tensor de posición invertido. El montaje 72 de tensor de posición invertido (denominado también "tensor 72") difiere del montaje 22 mostrado en la figura 2 porque el módulo 74 de soporte ha sido reorientado para ser instalado en una máquina 2 de colocación de fibra para acomodar, guiar y tensar carretes de haces de fibras situados en la fila izquierda inferior 7LL situada en el lado izquierdo 7L o trasero no visible de la fileta 7 como se muestra en la figura 1 que es una imagen con simetría especular de los carretes 8 de fibra inferiores mostrados en la posición inferior en el lado derecho 7R de la fileta 7. Volviendo a la figura 3, la cara plana 76 es esencialmente la misma que la cara plana 26 que ha sido girada horizontalmente 180 grados y que tiene componentes esencialmente similares, sino idénticos, fijados de modo correspondiente, o proporcionados de otra manera, para posicionar el bloque 34 de apoyo del portacarretes en posición relativamente más baja. Es decir, la placa delantera 26, antes de tener los otros componentes instalados sobre la misma es girada horizontalmente para que llegue a ser en esencia, la placa delantera 76 y entonces los otros componentes son añadidos a la misma para proporcionar así un tensor 72 emsamblado correctamente. Como la placa delantera 76, la placa 80 redirigida/oscilante es girada horizontalmente 180 grados antes de ser fijada a la placa delantera 76 por medio de un refuerzo vertical 78 para reorientar el rodillo 68 de redirección de la salida y el codificador 66 por encima del carrete 32 de fibra, la placa 80 de redirección/oscilante, y redirigir la ménsula 82 oscilante de rodillo en una posición más baja o invertida como se muestra. Para neutralizar los efectos de la gravedad, un contrapeso 84 está montado en un lugar bajo sobre la ménsula oscilante 82 para mantener la ménsula 80 correctamente erecta cuando el tensor 72 esté instalado en la fila TLL de la fileta 7 de la máquina 2 de colocación/enrollamiento de fibra representada en la figura 1.

Como con el tensor 22 ensamblado mostrado en la figura 2, el tensor invertido ensamblado 72 mostrado en la figura 3, en el que el montaje ha sido girado horizontalmente 180 grados, y la ménsula oscilante 82 equilibrada que tiene el rodillo 64 de redirección y que tiene también el contrapeso 84 montado en la misma es sustituida con una ménsula 62 basculante no equilibrada que tiene un rodillo 64 de redirección montado en la misma, y que puede ser usada para soportar y tensar carretes de fibra posicionados en la fila 7UR situada en el lado derecho 7R de la fileta 7 como se muestra en la figura 1. Para resumir: el tensor 22 como se muestra en la figura 2 está listo para ser instalado en la fila superior izquierda 7UL, del lado izquierdo 7L de la fileta 7 como se designa en la figura 1; tras ser hecho girar horizontalmente un tensor 22 ensamblado y ser substituida la ménsula oscilante 62 con una ménsula oscilante 82 equilibrada está listo para ser instalado en la fila derecha inferior 7LR del lado derecho 7R de la fileta 7 como se muestra en la figura 1; el tensor 72 como se muestra en la figura 3 está listo para la instalación en le fila izquierda inferior 7LL del lado izquierdo 7L de la fileta 7 como se designa en la figura 1; y tras ser hecho girar horizontalmente un tensor 72 ensamblado y de ser sustituida la ménsula 82 basculante equilibrada con una ménsula 62 basculante no equilibrada, ese tensor 72 girado está preparado para ser instalado en la fila derecha superior 7UR del lado derecho 7R de la fileta 7 como se muestra en la figura 1. Por tanto, los tensores 22 y 72 como se muestra en las figuras 2 y 3 están preparados para servir respectivamente en dos del total de 4 montajes de tensor orientados de modo diferente requeridos para proporcionar la fileta 7 con un total de cuatro filas de carretes de fibra soportados y orientados correctamente. Tras hacer girar los montajes 22 y 72 de tensor terminados, y hacer las sustituciones de basculamiento apropiadas, los montajes 22 y 72 de tensor girados están adaptados para servir respectivamente en los dos restantes del total de 4 montajes de tensor orientados de modo diferente requeridos para proporcionar la fileta 7 con el total de cuatro filas de carretes de fibra correctamente soportados y orientados. Esta disposición de cuatro filas permite la fácil sustitución de carretes de fibra por el operador de la máquina 2 de colocación/enrollamiento de fibra a medida que los carretes en cada una de las cuatro filas 7UL, 7LL, 7UR y 7LR, se agotan cuando la fibra de cada carrete se extiende sobre la pieza 12 de trabajo.

Volviendo ahora a la figura 4, mostrada en una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 4-4 como se representa en la figura 2. La figura 4 muestra el lado posterior del módulo 24 de soporte que incluye la placa 30 de soporte de redirección/oscilante y la trayectoria de un haz 106 de fibras individual a medida que el haz de fibras es desenrollado y guiado a través del montaje 22 tensor por el rodillo 64 de redirección, rodillo 52 de brazo basculante, rodillo 96 de redirección de lado trasero, y, finalmente rodillo 68 de redirección de salida sobre la cabeza 10 de colocación de fibra. El margen de movimiento del brazo oscilante 50, que tiene la polea 52 de redirección montada en el mismo, representado como á en la figura 2, y, como puede verse, el margen más elevado está limitado por la forma de la placa 30 y el margen más bajo está limitado por el pasador 98 de posicionamiento al girar el brazo oscilante alrededor de su punto de fijación, no visible en la figura 4. Un portacarrete 100 está configurado y dimensionado para recibir fácilmente y mantener firmemente un carrete de haz 32 de fibras a medida que el haz de fibras es suministrado. Tales portacarretes pueden ser fabricados u obtenidos fácilmente de fuentes comerciales.

Volviendo ahora a la figura 5, en ella se muestra en una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 5-5 representada en la figura 4. La figura 5 proporciona una vista de un portacarrete 100 montado sobre un árbol 36 de carrete. Adicionalmente, se usa el espaciador 102 para separar la polea 38 a una distancia apropiada del bloque 34 de soporte para que esté alineada con la polea motriz. El espaciador 104 se usa para posicionar correctamente el árbol 36 del carrete con respecto al bloque 34 de soporte. En esta vista pueden verse el posicionamiento del codificador 56 de brazo oscilante con el rodillo 52 de redirección fijado y el codificador 66 de salida con el rodillo 68 de redirección fijado.

Haciendo referencia ahora a la figura 6, en ella se muestra una vista de la porción superior de la placa 30 que muestra el brazo oscilante 50 y el cilindro neumático 58 Airpel preferido tomada a lo largo de la línea 6-6 de la figura 5. Preferiblemente el extremo de barra del cilindro neumático 58 está fijado al brazo oscilante 50 mediante un cojinete 86 extremo de barra y un sujetador apropiado. Una horquilla 88 asegura el extremo opuesto del cilindro neumático 58 a la ménsula 60 de montaje de cilindro mediante un sujetador apropiado. Se proporciona un par de válvulas 90 de medición ajustables en el cilindro 58 para controlar el caudal de aire que entra y que sale del cilindro con objeto de sintonizar con precisión el movimiento del brazo oscilante 50 y proporcionar el cilindro con una precarga neumática para posicionar el montaje 22 de tensor que se pone en servicio. Preferiblemente, una pinza 92 de codificador ajustable se instala en conexión con la ménsula 54 de codificador de brazo oscilante para el conveniente ajuste del mismo.

Haciendo referencia en general a las figuras 1 a 6, con respecto al motor 42 escalonado de control, un excitador de motor escalonado está preferiblemente conectado a un microcontrolador montado en una placa de circuito impreso (PCB) única con circuitos de separación de señales para controlar preferiblemente cuatro montajes 22 y 72 de tensores de posición vecinos situados en el mismo lado de la máquina 2 de colocación de fibra y que son directamente adyacentes entre sí. Las respectivas PCBs están conectadas en un plano posterior único de estilo STD, que permite la comunicación entre todos los microcontroladores necesarios para controlar todos los montajes de los tensores de posición. Preferiblemente, se proporciona un bus serie RS485 que permite la comunicación entre el controlador 18 de la máquina de colocación de fibra principal y cada controlador de tensor (no se muestran en los dibujos). Los microcontroladores controlan los respectivos motores 42 escalonados para devolver reactivamente el brazo oscilante 50 a su centro, o posición horizontal. Todos los cilindros neumáticos 58 orientados de modo similar, es decir, todos aquellos que están verticales hacia arriba en contraste con aquellos que están invertidos, reciben la misma presión de aire por medio de un regulador de la presión común para cada orientación. En otras palabras, hay un primer regulador de la presión común para los montajes de tensor montados en una posición erecta, es decir, aquellos instalados en las filas 7UL y 7UR, y un segundo regulador de la presión común para los montajes de tensor montados en una posición invertida, es decir, aquellos instalados en las filas 7LL y 7LR, para acomodar presiones de funcionamiento ligeramente diferentes de los montajes orientados respectivamente. Las presiones de funcionamiento neumáticas típicas son del orden de 103,4 KPa con una adicional de 34,5 a 68,9 KPa que se suministra a los conjuntos invertidos. Los diversos rodillos de redirección están posicionados y el brazo oscilante está diseñado geométricamente de modo que pequeñas variaciones en la posición del brazo oscilante originan cambios despreciables en la tensión de la fibra. Es decir, la tensión de la fibra es influenciada por el peso del brazo oscilante, que incluye el rodillo de redirección fijado al extremo libre del mismo, por consiguiente diferentes reguladores de la presión común y de las respectivas ajustes para los montajes de tensor erectos e invertidos, así como por fuerzas atribuibles al cilindro neumático que reaccionan con la presión de aire suministrada. La tensión es generalmente gobernada con el microcontrolador que vigila la posición del brazo oscilante por medio de la entrada del codificador de brazo oscilante y la velocidad de la fibra por medio del codificador de redirección de alimentación para originar que el motor escalonado aumente o disminuya las r.p.m. como sea apropiado para hacer volver el brazo oscilante a su posición central u horizontal. Hablando en general, a medida que le rodillo 52 de redirección del brazo oscilante oscila hacia arriba más allá de la posición central de control separada del carrete 32 de fibra, para la orientación erecta representada en la figura 4, el haz de fibras experimentará un incremento en la tensión con respecto a la normal y tras oscilar el rodillo 52 por debajo de la posición central neutral hacia el carrete 32 de fibra, el haz 106 de fibras experimentará una disminución en la tensión con respecto a la normal. Lo mismo ocurre para la orientación invertida del montaje tensor de la posición de fibra con respecto al movimiento relativo del rodillo 51 con respecto al carrete 32, pero las referencias a "hacia arriba" y "hacia abajo" deberán invertirse.

Aún más, debido a la información que proporciona el codificador 66 de salida al microprocesador como r.p.m. del rodillo de redirección de desenrollamiento, la velocidad del haz de fibras puede ser determinada mediante conocidos algoritmos, y el seguimiento de la cantidad total de fibra desenrollada de un carrete dado y la cantidad de fibra remanente en el carrete puede ser determinadas mediante conocidos algoritmos y datos previamente introducidos. Por tanto, la presente invención permite que la tensión de la fibra sea controlada sin necesidad de controlar el momento torsor del motor del carrete de fibra que acciona el portacarrete y elimina de ese modo la necesidad de sensores analógicos y circuitos asociados que son propensos a producir dificultades de desplazamiento y calibración. Además, el codificador de la salida de fibra de la presente invención elimina la necesidad de que el controlador principal de la máquina de colocación de fibra proporcione información de velocidad de fibra al microcontrolador, permitiendo de ese modo una detección de errores más precisa y rápida. Además, el tensor de fibra incluye un codificador de la salida de fibra de acuerdo con la presente invención que puede ser usado en máquinas de colocación/emrollamiento no equipadas de otra manera para suministrar información sobre la velocidad de suministro de fibra.

Puesto que, preferiblemente, se usa un microcontrolador para cuatro montajes de tensor de posición que físicamente son vecinos entre sí, el microcontrolador es informado directamente de la velocidad de fibra de los otros montajes adyacentes sobre un montaje posicionador cualquiera dentro de su grupo de control en virtud de que el microcontrolador está montado en una PCB única que tiene circuitos de separación de señales para controlar cada uno de los cuatro montajes en el grupo. En adición, la PCB de cada microcontrolador de otros grupos de montajes tensores está en comunicación con el plano posterior de modo que la información está disponible para otros microcontroladores para detectar si un haz de fibras de un grupo dado se ha roto o si un haz de fibras no ha sido añadido después de haber sido ordenada su adición. En tales casos, puede ser enviada una señal al controlador principal de la máquina de colocación de fibra permitiendo que esta se detenga momentáneamente para que un operador determine y remedie el problema.

El controlador de tensor de la presente invención puede opcionalmente estar provisto de lógica programada capaz de detectar si un haz de fibras dado deja de desenrollarse, lo cual puede ser un problema ocasional con fibra enrollada que es completamente pegajosa de vez en cuando. Si un haz de fibras deja de desenrollarse, la lógica programada puede desconectar momentáneamente el motor escalonado respectivo y el desplazamiento de fibra puede ser comprobado. Si la fibra aparenta estar desplazándose adecuadamente, el microcontrolador reiniciará gradualmente la tensión para no romper la fibra y vigilar además el haz de fibras para problemas. Para facilitar la corrección de tales problemas de desenrollamiento, puede proporcionarse un embrague opcional para reducir el valor de la tensión requerida para superar la resistencia trasera inherente, o resistencia, del motor escalonado y del accionamiento de reducción. Por tanto, el embrague opcional incrementa la probabilidad de que sea posible desenrollar el haz de fibras problemático automáticamente antes de enviar una señal al controlador principal para momentáneamente desconectar la máquina de colocación de fibra para permitir que un operador resuelva el problema. Un embrague opcional a modo de ejemplo para lograr lo anterior se muestra en las figuras 7 a 9.

Una vista isométrica del montaje 210 de embrague opciona se muestra en la figura 7. El montaje 210 de embrague está montado en un árbol 216 de portacarrete que está asegurado con el bloque 212 de soporte, designado anteriormente con el número 34 en los dibujos. La polea 214 está asegurada al árbol 216 con un anillo 220 retenedor y el alojamiento 224 de embrague tiene impedido el giro por la pinza retenedor 218 y puede ser mejor visto en la figura 8 y la vista del montaje de embrague mostrada en la figura 9.

En funcionamiento, un solenoide dentro del embrague arrastra el elemento 226 de rozamiento en contacto con la montura 228 de árbol para acoplar eficazmente la polea 214 al árbol 216. Un alojamiento y la porción de solenoide particularmente adecuados del embrague puede ser obtenidos de PIC Design que tienen la pieza nº RW4-355. Después de lo cual, el funcionamiento es el mismo que se ha descrito anteriormente porque la polea 2114 está conectada a la polea 4446 de motor por la correa 40 de accionamiento y el árbol 216 gira tras el motor escalonado 42 que es activado por su excitador respectivo según instrucciones recibidas por el microcontrolador asociado. Tras detectar el microcontrolador un problema de alimentación de fibra como se ha expuesto anteriormente, el solenoide del embrague es desactivado y el elemento 226 de rozamiento deja de estar aplicado eficazmente a la placa 28 de refuerzo, permitiendo que el árbol 216 del portacarrete gire más libremente y de ese modo reduzca la tensión de la corriente en el haz de fibra del problema para corregir este. Tras transcurrir un periodo de tiempo preseleccionado, el microcontrolador puede aumentar gradualmente la tensión en el haz de fibras del problema por medio de comandos apropiados al excitador del motor escalonado y después reactivar el solenoide para reaplicar el embrague si el haz de fibras del problema aparenta haberse corregido por sí mismo. Si el problema del haz de fibras no
parece haber sido corregido por sí mismo para el microprocesador, el microprocesador puede enviar señales apropiadas al controlador principal para que presente una advertencia y/o desconecte la máquina de colocación de fibra para que sea investigada por un operador.

Se ha de entender y apreciar que la presente invención tal como se define mediante las reivindicaciones siguientes no está limitada a los detalles particulares establecidos en la descripción detallada anterior pues son posibles muchas variaciones de la misma, en vez de así, el alcance de la presente invención es definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (19)

1. Un aparato para controlar la tensión de una fibra que comprende al menos un montaje de tensor de fibra, en el que al menos un montaje de tensor de fibra comprende:

un portacarrete para mantener de modo giratorio un carrete de fibra;

una fuente de potencia para accionar el portacarrete;

al menos una guía de redirección para redirigir y guiar la fibra dentro del aparato;

un brazo oscilador que tiene un extremo fijo unido cooperativamente a un primer sensor angular para detectar una posición angular relativa del brazo oscilante y un extremo libre que tiene otra guía de redirección de fibra montada en el brazo oscilante para guiar las fibras y redirigir una trayectoria de la fibra;

un cilindro neumático que puede ser precargado de bajo rozamiento conectable a un suministro neumático a presión, teniendo el cilindro neumático un primer extremo montado de podo giratorio en un punto preseleccionado a lo largo del brazo oscilante y un segundo extremo montado de modo giratorio en una estructura de soporte;

un controlador del procedimiento que tiene circuitos para controlar la tensión de fibra controlando la fuente de potencia como un resultado de la información de la posición del brazo oscilante proporcionada por al menos el primer sensor.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que al menos un montaje de tensor de fibra comprende una pluralidad de montajes de tensores de fibra en un aparato de colocación de fibra, y comprende además un sistema de control de procedimiento que tiene un controlador de procedimiento principal para controlar la tensión de una pluralidad de fibras dentro de la pluralidad de montajes de tensor.

3. El aparato de la reivindicación 2, en el que un montaje de tensor de fibra de la pluralidad de montajes de tensores de fibras comprende además:

al menos una placa de circuito impreso del al menos un montaje de tensor para controlar al menos otro montaje de tensor de fibra, estando además el controlador del procedimiento conectado a un único plano posterior que permite la comunicación entre el controlador de procedimiento del al menos otro montaje de tensor.

4. El aparato de la reivindicación 2, en el que el controlador de procedimiento del al menos un montaje de tensor de fibra está en comunicación eléctrica con el controlador de procedimiento principal.

5. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la fuente de potencia del al menos un montaje de tensor de fibra comprende un motor escalonado eléctrico en comunicación con un excitador escalonado.

6. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que al menos una de las guías de redireccionamiento de fibras es un rodillo.

7. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que al menos una de las guías de redireccionamiento para redireccionar y guiar la fibra dentro del aparato es un rodillo de redireccionamiento de fibras montado de modo oscilante.

8. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que al menos uno de los sensores angulares primero y segundo es un codificador óptico giratorio.

9. El aparato de la reivindicación 8, en el que el segundo sensor vigila al menos una de las guías de redireccionamiento para redirigir y guiar la fibra dentro del aparato y proporciona información de velocidad de la fibra al controlador del procedimiento y además en el que cada uno de los sensores angulares primero y segundo son codificadores ópticos tóricos.

10. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que se proporciona un embrague parta desacoplar automáticamente el portador de fibras de carrete de la fuente de potencia una vez que el controlador del procesador detecta un problema de alimentación de fibras.

11. El aparato según la reivindicación 10, en el que el embrague comprende además un mecanismo de solenoide eléctrico que puede ser activado selectivamente por el controlador del procesador, estando posicionado el mecanismo de solenoide próximo al portacarrete, y a una polea accionada por la fuente de potencia.

12. El aparato de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la precarga del cilindro neumático de bajo rozamiento es un regulador de la presión neumática y además en el que el cilindro neumático de bajo rozamiento está provisto de al menos una válvula de medición.

13. Un método para controlar la tensión de una pluralidad de fibras enrolladas en un aparato de colocación de fibra que tiene un controlador de procedimiento principal y una pluralidad de montajes de tensores de fibras, que comprende:

hacer girar un carrete de fibras de al menos un montaje de tensor de fibra de la pluralidad con un motor escalonado para dispensar fibra;

guiar la fibra sobre una guía de redireccionamiento montada en un extremo libre de un brazo oscilante montado giratorio;

impartir una carga predeterminada en el brazo oscilante con un cilindro neumático fijado de modo giratorio al mismo, para crear así una tensión deseada de fibra;

detectar y retransmitir una posición angular relativa del brazo oscilante a un controlador de procedimiento de montaje de tensor; y

activar o desactivar el motor escalonado con el controlador de procedimiento de montaje de tensor para variar la velocidad del motor escalonado en respuesta a la posición angular relativa del brazo oscilante, para mantener así una tensión sustancialmente constante en la fibra.

14. El método de la reivindicación 13, que comprende además controlar de 1 a 4 montajes de tensor de fibras de la pluralidad con un controlador de procedimiento de montaje de tensor único.

15. El método de la reivindicación 13, que comprende además proporcionar una pluralidad controladores de procedimiento de montaje de tensor, controlando cada uno al menos un montaje de tensor de fibra de la pluralidad, y vigilar la pluralidad de controladores de procedimiento de montaje de tensor con el controlador de procedimiento principal mediante la comunicación a través de un panel posterior común.

16. El método de la reivindicación 13, que comprende además detectar y retransmitir información de velocidad de las fibras al controlador de procedimiento de montaje de tensores.

17. El método de la reivindicación 16, que comprende además preprogramar el controlador del procedimiento de montaje de tensores para momentáneamente desactivar el motor escalonado en respuesta a recibir información de que la velocidad de fibra del mismo es esencialmente estacionaria, y tras ser hallado un parámetro preseleccionado, reactivar el motor escalonado para gradualmente reiniciar el tensado de la fibra.

18. El método de la reivindicación 17, comprende además acoplar o desacoplar el motor escalonado de la fibra enrollada controlada por el controlador del procedimiento de montaje del tensor.

19. El método de la reivindicación 17, que comprende además activar el embrague usando un mecanismo de solenoide eléctrico que puede ser activado selectivamente por el controlador del procesador de montaje del tensor.