ES2283222B1 - Verificador automatico de roscas. - Google Patents
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Abstract
Verificador automático de roscas.
El verificador está provisto de una bancada (1)
sobre la que se establece un plato divisor (2) que gira sobre un eje
central (3) y que soporta una pluralidad de mordazas (4) dispuestas
en alineación circunferencial y equiangularmente distribuidas,
mordazas destinadas a recibir las piezas a verificar. Rodeando al
citado plato divisor (2), sobre la propia bancada, se establecen
una serie de estaciones de trabajo fijas, concretamente una estación
(7) de verificación de diámetros, una estación (8) de verificación
de roscas, opcionalmente una segunda estación (9) también de
verificación de roscas y un manipulador (10) de piezas. Las
piezas, convenientemente fijadas en las mordazas (4), se desplazan
intermitentemente de estación a estación, y a lo largo de las mismas
se realiza de forma totalmente automática la verificación de
diámetros, la verificación de roscas y la separación entre las
piezas válidas y las piezas defectuosas o no válidas.
Description
Verificador automático de roscas.
La presente invención se refiere a un
verificador de roscas, que permite efectuar el control de calidad
de una rosca de cualquier métrica, asegurando una homogeneidad del
producto foral fabricado, con un grado de precisión y estabilidad
muy alto y de forma totalmente automática.
Específicamente es objeto de la invención
conocer el par de verificación y del ángulo girado, con una
adecuada trazabilidad y en ausencia de incertidumbre,
consiguiéndose paralelamente una mejora en la productividad. El
objeto de la invención es el de tener un sistema de verificación de
roscas que, basándose en el control del par y dentro de un rango de
tolerancia establecidos, ejercido por un dispositivo de verificación
"pasa no pasa" de roscas, debidamente calibrado, y con el
control también del ángulo de giro de este dispositivo de
verificación, se obtenga de la combinación de estos dos aspectos,
par y ángulo de giro, la calidad de la rosca.
De forma más concreta el verificador que se
preconiza permite verificar roscas de modo totalmente automatizado,
controlando tanto el diámetro interior mínimo de las mismas como el
par necesario para hacer pasar un comprobador de "pasa" en
toda su longitud, así como el control del ángulo girado y de par
para el comprobador "no pasa" en el interior de la rosca.
Son conocidos en la actualidad procedimientos
para llevar a cabo la verificación de diámetros y roscas para
garantizar la calidad y homogeneidad de las piezas fabricadas.
Dichos procesos están basados en comprobaciones manuales, para lo
cual utilizan tampones "pasa-no pasa" de
diámetros, y tampones "pasa-no pasa" de rosca
convencionales.
Sin embargo, dado que la comprobación se realiza
de un modo manual, ésta se encuentra sujeta a la incertidumbre que
proporciona el factor humano, desde el punto de vista que el
esfuerzo necesario para hacer pasar un tampón
"pasa-no pasa" de diámetro o rosca puede ser
interpretado de modo muy distinto por una persona o por otra.
Evidentemente depende de la sensibilidad en los
dedos, muñeca, de la complexión física, es decir de toda una serie
de variables antropométricas, tanto estructurales como
funcionales.
El conjunto de controles que sobre un agujero
roscado, realiza el operario de modo completamente manual, se
detallan a continuación:
- -
- Verificación del diámetro interior de la rosca, con tampón "pasa" de diámetro adecuado.
- -
- Verificación del diámetro interior de la rosca, con tampón "no pasa" de diámetro adecuado.
- -
- Verificación de rosca con comprobador "pasa" de métrica adecuada.
- -
- Verificación de rosca con comprobador "no pasa" de métrica adecuada.
Esto trae consigo una problemática que se centra
fundamentalmente en los siguientes aspectos:
- -
- Falta de conocimiento exacto del par de apriete, ya que no existe ningún control sobre el par empleado para introducir la zona "pasa"o la zona "no pasa".
- -
- Falta de conocimiento exacto del ángulo girado por los comprobadores, ya que no existe ningún control por el ángulo girado por el comprobador tanto en la zona "pasa" como en la zona "no pasa".
- -
- Falta absoluta de trazabilidad dado que no existe ningún registro de los pares de apriete, ángulos, fechas y hora de la comprobación.
- -
- Alta incertidumbre, como en cualquier proceso manual, que vendrá dada por el propio calibre y su desgaste, y de modo más influyente por el factor humano, ya que las variables antropométricas que definen a cada persona la hacen diferente de las demás y por tanto la percepción de un esfuerzo también resultará diferente.
- -
- Baja productividad ya que, debido a la actual geometría de los comprobadores de rosca convencionales, la verificación resultara una tarea muy lenta. En la actualidad los comprobadores manuales son comprobadores de rosca independientes, es decir, un comprobador de rosca se compone de dos cabezas, una "pasa"y otra "no pasa", por lo que al realizar la verificación es necesario desenroscar completamente el "pasa" para poder introducir el "no pasa".
- -
- El alto coste del proceso que va unido a la baja productividad.
- -
- Alto absentismo por problemas de salud relacionados con la comprobación a mano de las roscas, como por ejemplo, calambres en las muñecas, esguinces, etc., así como un alto nivel de rotación de personal por tratarse de una tarea monótona.
El verificador automático que la invención
propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática
anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes
aspectos comentados.
Para ello y de forma más concreta el verificador
que se preconiza está constituido a partir de una bancada sobre la
que se establecen una serie de estaciones fijas, concretamente una
estación de verificación de diámetros interiores, una estación de
verificación de roscas, un descargador automático y manipulador de
piezas, a los que son susceptibles de enfrentarse secuencialmente
una serie de utillajes o mordazas portadoras de las piezas a
verificar, mordazas montadas sobre un plato divisor de movimiento
circular, pero que igualmente podrían estar montadas con un
desplazamiento lineal y accionado por medios eléctricos,
hidráulicos, neumáticos o de otro tipo.
Un operario coloca de modo manual las piezas
sobre las mordazas o utillajes, tras lo que el sistema detecta una
primera pieza y el plato divisor avanza una estación.
Los actuadores neumáticos comienzan a bajar
realizándose primeramente una comprobación con el comprobador de
diámetros "pasa"y a continuación con el comprobador de
diámetros "no pasa", llegando el actuador a la posición final
y de manera que al ser detectada tal posición los actuadores
neumáticos comienzan a subir recuperando la posición primitiva y
enviando la oportuna información a un microprocesador.
Seguidamente el plato divisor avanza una nueva
estación y el segundo verificador comienza la verificación de rosca
mediante un giro controlado, suministrándose también la oportuna
información al microprocesador tras lo que se produce el
desatornillado o giro inverso de la atornilladora y la elevación de
la estación pasando nuevamente a la situación inicial.
A continuación el plato divisor avanza
nuevamente una estación con lo que la mordaza queda enfrentada al
descargador de piezas donde el manipulador neumático desciende en
el eje "Z", se cierra la pinza sobre la pieza, el manipulador
avanza sobre el eje "X", se abre la pinza y suelta la pieza,
ascendiendo nuevamente el manipulador en el eje "Z" para
recuperar la posición primitiva.
El plato divisor avanza nuevamente una estación
con lo que el verificador puede iniciar de nuevo el ciclo de
trabajo.
Un detector magnético colocado en la rampa de
salida detecta las piezas no admitidas como válidas impidiendo su
paso hacia la cinta de salida de las piezas válidas.
De acuerdo con esta estructuración, se consiguen
las siguientes ventajas frente al sistema clásico y manual.
- -
- La automatización del control de la rosca, proporciona un valor exacto del par de apriete necesario para hacer pasar tanto el comprobador "pasa" como el "no pasa". De éste modo, se verifican todas las roscas con un mismo criterio y manteniendo en el tiempo.
- -
- El control de par se realiza desde el primer grado girado por el comprobador hasta el último, y resulta posible obtener gráficas de la evolución del mismo a lo largo del proceso de verificación, así como superponer distintas gráficas, para poder compararlas de un modo sencillo.
- -
- Tanto o más importante resulta el conocimiento del ángulo girado por el comprobador, como el par realizado. El sistema de automatización permite conocer de modo exacto los ángulos girados en cada etapa o zona de la verificación. Dichos valores resultarán críticos para determinar si una rosca puede ser considerada correcta o defectuosa.
- -
- Gracias al control en tiempo real de los pares de apriete y ángulo empleados por el sistema para verificar una rosca, además de otros datos complementarios que se traducen en una trazabilidad total de cada pieza verificada.
El sistema puede registrar automáticamente los
siguientes datos:
- -
- N° de canal de verificación.
- -
- La aplicación utilizada para cada canal de verificación, en caso de verificación múltiple y simultánea.
- -
- Programa de verificación utilizado.
- -
- N° de operación.
- -
- Resultado en par y ángulo de la verificación realizada.
- -
- Máximo, mínimo par establecido.
- -
- Máximo, mínimo ángulo establecido.
- -
- Fecha dd/mm/aa y hora hh:mm:ss, de la verificación.
- -
- N° de serie.
- -
- Tipo de pieza.
- -
- Etapa de la verificación.
A estos datos se pueden añadir otros muchos,
según las necesidades de trazabilidad requeridas.
El verificador permite también realizar
distintos cálculos estadísticos partiendo de los datos recogidos en
el mismo, tales como:
- -
- Media.
- -
- Desviación típica.
- -
- Mínimo.
- -
- Máximo.
- -
- Tolerancias inferior y superior.
- -
- Valor 3 Sigma.
- -
- Cp, Cpk...
Todos los datos pueden ser analizados con
posterioridad para la toma de decisiones.
El proceso automático presenta una incertidumbre
mucho menor que el proceso manual, aunque se ve afectada por
variables propias del comprobador y del sistema de
accionamiento.
Gracias al desarrollo realizado se ha logrado un
comprobador "pasa-no pasa" continuo, es decir
en el mismo eje y manteniendo la misma hélice se ha desarrollado un
comprobador de rosca. De este modo, la verificación se compone de
una etapa de giro en un mismo sentido y luego una etapa de giro en
sentido contrario.
Dadas las características de velocidad a las
cuales se puede llevar a cabo la verificación, la productividad es
alta, siendo un proceso plenamente industrializable.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra, según una vista general
en perspectiva, un verificador automático de rosca realizado de
acuerdo con el objeto de presente invención.
La figura 2.- Muestra un detalle ampliado en
perspectiva de uno de los útiles o mordazas de fijación de las
piezas con su correspondiente disco giratorio.
La figura 3.- Muestra un detalle ampliado de un
alzado lateral de la estación de verificación de diámetros.
La figura 4.- Muestra un detalle en perspectiva
y ampliado del comprobador "pasa-no pasa" de
rosca.
La figura 5.- Muestra un detalle en alzado
lateral de la estación de verificación de rosca.
La figura 6.- Muestra un perfil del manipulador
de piezas.
A la vista de las figuras reseñadas, y en
especial de la figura 1, puede observarse como el verificador que
se preconiza está constituido a partir de la bancada (1), sobre la
que se establece un plato divisor (2), convenientemente motorizado
para girar sobre un eje central (3) destinado a soportar a una
pluralidad de mordazas (4), dispuestas en alineación
circunferencial, y equiangularmente distribuidas y destinadas a
recibir las piezas a verificar. Cada mordaza (4) puede además girar
sobre sí misma, a cuyo efecto las mordazas (4) están montadas sobre
el plato divisor (2) a través de discos giratorios (5), que giran
sobre el plato divisor (2) a través de ejes centrales (6)
existentes en cada uno de ellos.
De ésta manera en el avance giratorio e
intermitente del plato divisor (2), cada mordaza (4), y
consecuentemente cada pieza a verificar, va quedando
convenientemente enfrentada a una serie de estaciones de trabajo,
concretamente a una estación (7) de verificación de diámetros, a una
estación (8) de verificación de roscas, a una segunda estación (9)
de verificación de roscas y a un manipulador de piezas (10), todos
ellos montados sobre la bancada (1), como se observa en al figura
1.
La estación (7) tiene como objetivo la
verificación con un tampón "pasa-no pasa" el
diámetro del interior del agujero roscado. La medida del
"pasa" y el diámetro del "no pasa" dependerán de la
métrica a verificar.
El sistema se apoya en la transformación de una
medida lineal en una medida de diámetro.
Se dispondrá de los sistemas independientes e
idénticos necesarios, colocados en estaciones consecutivas, de modo
que en un mismo paso se verifiquen todos aquellos agujeros roscados
que presente la pieza.
Dicho comprobador deberá estar unido de un modo
no rígido, con cierta holgura, al extremo del vástago del elemento
de medida. Dicho elemento estará soportado en una estructura. Todos
los comprobadores "pasa-no pasa" serán
completamente independientes, de modo que el movimiento de uno no
pueda afectar al otro y viceversa.
Los elementos que proporcionan el desplazamiento
lineal serán cilindros neumáticos, ejes eléctricos o similar
provistos de dispositivos para la lectura de la carrera. La
precisión de los mismos será centesimal.
Las zonas de comprobación "pasa- no pasa"
quedarán definidas en función de la geometría exacta de los
comprobadores y como es lógico para cada una de dichas zonas se
establecerá un intervalo de desplazamiento, cada intervalo define
la validez o no de la verificación.
Para limitar el esfuerzo que puede realizar el
elemento de desplazamiento lineal, se dispondrá de reguladores de
precisión, manómetro con escala de 0-4 bar, de modo
que se limite el esfuerzo máximo que pudiera hacer el cilindro
durante su desplazamiento por el interior de la rosca, con el
objetivo de no dañar las crestas de la rosca y de no ejercer una
presión tan alta que pudiera hacer la verificación no válida.
De este modo, uniendo ambos aspectos, posición y
esfuerzo, podremos conocer para cada pieza si el diámetro interior
de la rosca está o no dentro de la tolerancia fijada.
En la figura 3 se observa como la citada
estación (7) de verificación de diámetros interiores incorpora una
placa base (11) a través de la que dicha estación se fija a la
bancada (1), placa de la emerge un pie soporte (12) provisto
lateral y superiormente de una placa de amarre (13) sobre la que
está montado un sistema de desplazamiento vertical (14) para una
placa soporte (15) sobre la que se monta el comprobador propiamente
dicho (16), asistido por un compensador radial (17) y por un sistema
con lectura de carrera (18).
En cuanto a la estación verificadora de roscas
(8), la mostrada en detalle en la figura 5, presenta una
estructuración similar a la de la estación de verificación de
diámetro (6), con la única salvedad de que en lugar del comprobador
de diámetros (16) incorpora un comprobador de rosca (19), el
representado a mucha mayor escala en la figura 4.
Esta estación utiliza un sistema de
accionamiento giratorio equipado con transductores de par y ángulo.
Concretamente en el ejemplo de realización práctica elegido, se han
integrado atornilladoras electrónicas con transductor de par y
ángulo incorporado.
Cada atornilladora verificará una única posición
roscada, de modo que si las comprobaciones fueran múltiples, éstas
podrán estar colocadas en estaciones independientes y consecutivas
o en estaciones múltiples y simultáneas.
El comprobador de roscas (19), tal como se
observa perfectamente en la figura 4, presenta una zona de ataque y
guiado (20) de configuración cónica, una zona cilíndrica (21) de
transición, una zona (22) de rosca "pasa", con el primer hilo
de rosca rebajado para facilitar la búsqueda del filete de rosca de
la pieza, otra zona de transición (23) y una zona de rosca "no
pasa" (24) también con el primer hilo de rosca rebajado.
La estación (8) de verificación de roscas cuenta
además con una mesa (25) de alineamiento y compensación radial en
alineación de los ejes "X-Y" cuyo objetivo es
posicionar perfectamente centrado el eje de la atornilladora y el
eje del agujero roscado, para evitar que cualquier desviación en la
concentricidad de los ejes que pudiera provocar un aumento de par,
por motivos del giro excéntrico.
El sistema de compensación radial se basa en los
movimientos combinados de dos placas, la primera de ellas dispone
de un grado de libertad en el eje "X", mientras que la segunda
de ellas, solidaria a la primera, dispone de un grado de libertad
en el eje "Y". En esta segunda placa se amarra la
atornilladora, que por lo tanto dispone de ambos grados de
libertad.
Después de cada verificación el sistema debe
volver por sí mismo al centro teórico, de modo que los puntos de
origen vuelvan a coincidir. Esta vuelta a origen se consigue
mediante un sistema interno de muelles de carga muy baja y
perfectamente compensados en ambas direcciones.
Puede existir un segundo verificador de roscas
(9), como en el ejemplo de realización práctica de la figura 1, o
bien puede existir un verificador de roscas (8) con dos
comprobadores de rosca situados uno junto al otro y accionados por
respectivos mecanismos.
Finalmente el verificador se complementa con el
manipulador de piezas (10) mostrado en las figuras 1 y 6, para
descarga automática de las piezas, manipulador que deberá disponer
de los grados de libertad necesarios para manipular las piezas de
un modo adecuado y seguro, concretamente de un módulo de
desplazamiento horizontal, un módulo de desplazamiento vertical,
una pinza de dedos paralela y un tope intermedio.
El desplazamiento del manipulador será de tope a
tope en la carrera horizontal, siempre y cuando la pieza sea
válida, para las piezas no válidas el manipulador se desplazará
hasta la parada intermedia, punto en el cual descargará la pieza
rechazada.
Las piezas válidas se descargan sobre una cinta
transportadora de anchura y longitud apropiadas, mientras que las
piezas detectadas como no válidas se descargarán en un contenedor
especial, cerrado para evitar el acceso no autorizado.
En función de la masa, geometría y de la
velocidad necesaria, se dispondrá un tipo de manipulador u otro,
pudiendo ser neumático, eléctrico, con motor paso a paso o incluso
si la aplicación lo requiere servocontrolado.
Con objeto de garantizar que toda pieza
detectada como no válida por los sistemas de verificación, es
retirada del proceso productivo, se deberá construir e instalar un
cestón cerrado, en el cual obligatoriamente el manipulador deba
depositar aquella pieza que el sistema rechaza como no válida.
El cestón deberá ser cerrado y se debe impedir
su apertura a personal no autorizado, con un candado o elemento
similar. El cestón deberá ser de color rojo y estará identificado
con la leyenda "Piezas de rechazo".
Para detectar que las piezas rechazadas por el
sistema son introducidas en el cestón, se colocará un detector
magnético tipo anillo o fibra óptica, de modo que el sistema debe
esperar la señal de dicho detector, antes de iniciar un nuevo
ciclo, es decir, la marcha queda inhibida hasta que la pieza no
válida haya sido detectada en el interior del cestón o en la rampa
cerrada de acceso.
Claims (8)
1. Verificador automático de roscas, que estando
destinado a efectuar el control de calidad de una rosca de
cualquier métrica establecida sobre diferentes piezas, se
caracteriza por estar constituido a partir de una bancada
(1) sobre la que se establecen una pluralidad de estaciones fijas,
concretamente una estación (7) de verificación de diámetros, una
estación (8) de verificación de roscas y una estación (10) de
manipulación de piezas, con respecto a la que es desplazable
intermitentemente una pluralidad de utillajes o mordazas (4)
portadoras de las piezas a verificar y dotados de medios de
fijación para dichas pieza, habiéndose previsto que las mordazas
estén montadas sobre un soporte móvil, de avance intermitente y
desplazamiento coincidente con el distanciamiento entre estaciones,
estando dicho, soporte así como las estaciones de verificación de
diámetros y roscas y de manipulación de piezas, controlados por un
microprocesador.
2. Verificador automático de roscas, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque el soporte para las
mordazas (4) se materializa en un plato divisor (2),
convenientemente motorizado sobre un eje central (3) y en cuya
periferia se establecen las citadas mordazas (4) en alineación
circunferencial y equiangularmente distribuidas, estableciéndose
entre cada mordaza (4) y el plato divisor (2) un disco giratorio
(5) que permite orientar debidamente dichas mordazas con respecto a
las estaciones de trabajo
(7-9-10).
3. Verificador automático de roscas, según
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
estación (7) de verificación de diámetros incorpora una placa base
(11) a través de la que se fija la bancada (1), placa de la que
emerge un pie soporte (12) provisto lateral y superiormente de una
placa de amarre (13) sobre la que está montado un sistema de
desplazamiento vertical (14) para una placa soporte (15) sobre la
que se monta el comprobador propiamente dicho (16), asistido por un
compensador radial (17) y por un sistema con lectura de carrera
(18).
4. Verificador automático de roscas, según
reivindicaciones 1ª y 3ª, caracterizado porque incorpora dos
estaciones (7-8) de verificación de diámetros,
distanciadas entre sí al igual que el resto de las estaciones.
5. Verificador automático de roscas, según
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
estación (8) verificadora de roscas presenta una estructuración
similar a la de la estación de verificación de diámetros (6),
incorporando en sustitución del comprobador de diámetros (16) un
comprobador de rosca (19).
6. Verificador automático de roscas, según
reivindicación 5ª, caracterizado porque el comprobador de
roscas (19) propiamente dicho presenta una zona de ataque y guiado
(20) de configuración cónica, una zona cilíndrica de transición
(21), una zona (22) de rosca "pasa", otra zona de transición
(23) y una zona de rosca "no pasa" (24).
7. Verificador automático de roscas, según
reivindicaciones 5ª y 6, caracterizado porque la estación
(8) de verificación de rosca cuenta además con una mesa (25) de
alineamiento y compensación radial en alineación de los ejes
"X-Y" para posicionar perfectamente centrados
el eje de la atornilladora y el eje del agujero roscado y para
evitar cualquier desviación en la concentricidad de los ejes.
8. Verificador automático de roscas, según
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
estación (10) dispone de un módulo de desplazamiento horizontal, un
modulo de desplazamiento vertical, una pinza de dedos paralela y un
tope intermedio.
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