ES2297617T3 - Maquina tridimensional para medidas simultaneas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de medida tridimensional de las coordenadas (xli, yli, zli) de un conjunto de N puntos (Plij) predeterminados de la superficie de una pieza mecánica a medir respecto a un referencial (Ro) predeterminado y en el cual se conocen los cosenos directores (cxthij, cythij, czthij) de las normales teóricas (Nthij) en los puntos teóricos (Pthij) correspondientes a dichos N puntos predeterminados (Plij) y que comprende: - una fase preparatoria (1), en la que se miden las coordenadas (xoij, yoij, zoij) de N puntos (Poij), que corresponden a dichos N puntos predeterminados (Plij), de la superficie de una primera pieza mecánica tomada como pieza patrón, respecto al referencial (Ro), - una fase de inicialización (2), en la que se leen N medidas lineales de desplazamiento (loij) según dichas normales (Tthij), simultánea y respectivamente en dichos N puntos (Poij) de dicha pieza patrón, - una fase de medida (3), en la que se leen N medidas lineales de desplazamiento (llij), efectuadas simultánea y respectivamente en dichos N puntos de la pieza a medir (Plij) correspondientes a los N puntos de dicha pieza patrón (Poij), - una fase de cálculo (4), en la que se calculan las coordenadas tridimensionales (xlij, ylij,zlij) de los N puntos de la pieza a medir a partir de las coordenadas tridimensionales(xoij, yoij, zoij) de los N puntos de de la mencionada pieza patrón, de las medidas lineales (loij, llij) y de los cosenos directores de las N normales teóricas en estos puntos (cxthij, cythij, czthij).

Description

Máquina tridimensional para medidas simultáneas.

La presente invención se refiere a las máquinas de medir tridimensionales (MMT) utilizadas en metrología para medir las piezas mecánicas de precisión.

Estas máquinas contienen un sistema de control digital del tipo que equipan las máquinas herramientas de control digital (MOCN), para controlar digitalmente un brazo articulado. El brazo lleva un comparador y una sonda que es puesta en contacto con los puntos de la superficie a medir, así señalados en el sistema de coordenadas rectangulares del referencial teórico, o máquina. Se conocen máquinas multicota de medida de un álabe por el artículo "el control de los bordes pasa a la velocidad superior" Medidas Regulación Automatismo, CFE, PARIS, FR, nº 703, marzo 1998, (1998-03) páginas 87-90. Es igualmente conocida una máquina de medida tridimensional para generar una representación de un objeto por la solicitud de patente WO 97/21069.

Para efectuar la medida o el control de una pieza, se la retiene en la pletina de medida que equipa la MMT, esto de modo preciso con relación al referencial máquina o mecánica. Este referencial se materializa por un dispositivo de la platina, por ejemplo una superficie de referencia, esfera u otra, sobre la que se viene, durante una fase de inicialización de la máquina, a hacer coincidir el referencial máquina con el referencial de la pieza a medir antes de tomarle las medidas.

La sonda es, a continuación, automática y sucesivamente posicionada por la máquina en los puntos a medir y un operador anota simultánea y manualmente en el comparador las desviaciones correspondientes con relación a las coordenadas teóricas de estos puntos.

Este procedimiento va bien para los controles simples de piezas poco complejas, cuando hay pocos puntos a controlar o a medir y cuando el número de piezas a medir no es muy elevado.

Pero para las piezas complejas tales como los álabes de turbomáquinas, las medidas son largas y el número de piezas a medir importante. En este caso, el procedimiento se revela muy costoso.

Es con el fin de reducir estos costes por lo que la Solicitante ha realizado su invención.

Con este fin, la invención se refiere a, en primer lugar, un procedimiento de medida tridimensional de las coordenadas de un conjunto de N puntos predeterminados de la superficie de una pieza mecánica a medir respecto a un referencial determinado y en el cual se conocen los cosenos directores de las normales teóricas en los puntos teóricos correspondientes a dichos N puntos predeterminados y que consta de:

-

una fase preparatoria, en la que se miden las coordenadas de N puntos, correspondientes a los mencionados N puntos predeterminados, de la superficie de una primera pieza mecánica tomada como pieza patrón, respecto al referencial predeterminado,

-

una fase de inicialización, en la que se anotan N medidas lineales de desplazamiento según dichas normales, simultánea y respectivamente en dichos N puntos de la mencionada pieza patrón,

-

una fase de medida, en la que se anotan N medidas lineales de desplazamiento, efectuadas simultánea y respectivamente, en dichos N puntos de la pieza a medir correspondientes a los N puntos de la mencionada pieza patrón,

-

una fase de cálculo, en la que se calculan las coordenadas tridimensionales de los N puntos de la pieza a medir a partir de las coordenadas tridimensionales de los N puntos de la mencionada pieza patrón, de las medidas lineales y de los cosenos directores de las N normales teóricas en estos puntos.

En cada punto, la medida es efectuada linealmente según la normal teórica a la superficie por un sensor individual relativo al punto, que se inicializa previa y separadamente de los otros sensores, pero simultáneamente con ellos, por medio de una pieza patrón en la que las medidas ya han sido efectuadas, por el medio conocido de la técnica anterior, indicado más arriba.

Los N puntos a medir lo son simultánea y automáticamente.

Una máquina tridimensional de medidas simultáneas para la puesta en práctica del procedimiento antes mencionado, que consta de un módulo de cálculo, un módulo de control y una platina de medida, contiene al menos una matriz de sensores de desplazamiento dispuestos para, en una posición abierta, permitir el montaje de una pieza en la platina y, en una posición cerrada, poner todos los sensores en contacto operacional de medida de la pieza.

Ventajosamente, los sensores de desplazamiento son sensores inductivos, que son sensores robustos bien adaptados al medio industrial.

Ventajosamente de nuevo, el módulo de cálculo está dispuesto para calcular las características geométricas globales de la superficie de la pieza, por ejemplo los espesores, la torsión, la deformación, el retraso o la desviación de ejes.

La invención se comprenderá mejor con la ayuda de la descripción siguiente de la máquina tridimensional de medidas simultáneas y del procedimiento de toma de medidas simultáneas de la invención, con referencia al dibujo adjunto, en el que:

- la figura 1 representa una vista en perspectiva de la máquina según la invención, en posición abierta o de montaje.

- la figura 2 representa un esquema que explica el principio de doble medida efectuada por medio de un sensor de desplazamiento y de una pieza patrón,

- la figura 3 representa una vista en perspectiva de la máquina según la invención, en posición cerrada o de medida,

- la figura 4 representa un esquema que muestra la respuesta característica de un sensor inductivo,

- las figuras 5 muestran los esquemas que explican algunas características geométricas globales calculadas por el módulo de cálculo de la invención,

- la figura 6 representa un sinóptico de funcionamiento del módulo de cálculo y

- la figura 7 muestra un ejemplo de resultados de cálculos suministrados por el módulo de cálculo del sistema de la invención.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 3, la máquina tridimensional 10 de medidas simultáneas consta principalmente de, montados en un bancada 23, un sistema electrónico 11 equipado de un módulo de cálculo 12 explicado a continuación, de un módulo de control digital 13, de una platina de medida 14 para recibir una pieza mecánica 15 y de medios de medida 16, 17, 17', explicados después.

La pieza 15, ya sea una primera pieza mecánica tomada como pieza patrón, denominada pieza patrón, ya sea una pieza mecánica a medir, es retenida, por las abrazaderas 24, 24', en las cuñas 22, 22' a un lado y otro de la platina de medida 14.

Los medios de medida anteriores se presentan bajo el aspecto de matrices (i, j) siendo i = 1, ..., n y j = 1, ..., m, de sensores Cij de desplazamientos relativos soportados por las mordazas, aquí en el ejemplo del dibujo, una mordaza inferior 16 fijada a la bancada 23 y dos mordazas superiores 17 y 17' que pueden pivotar alrededor de un eje solidario 18 de la bancada 23. Los sensores Cij son alineados según las líneas Lj de las matrices 16, 17, 17' correspondiente a los perfiles de secciones j de la pieza 15.

El módulo de control digital 13 puede mandar, por medio de una consola 130 del módulo 13, los gatos 19 dispuestos para posicionar las mordazas superiores 17 y 17' sea en una posición abierta o de montaje, como en la figura 1 y permitir el montaje previo de la pieza 15 en la platina de medida 14, sea en una posición cerrada o de medida y hacer que estas mordazas 17, 17' apoyen en los topes 21, 21' regulables, como muestra la figura 3.

La forma de las matrices 16, 17, 17', la posición de los sensores Cij en las matrices y la altura de los topes 21, 21' son dimensionadas para, en posición de medida, poner todas las sondas PCij de los sensores Cij de desplazamientos relativos en contacto operacional explicado a continuación en las caras, una inferior y otra superior, de la pieza 15 montada en la platina 14.

Las dos caras de una pieza 15 tal como un álabe de turbomáquina, que se designan con los nombres de intradós y extradós, pueden así ser medidas simultáneamente y dar lugar a medidas globales, como será explicado más adelante.

Los sensores de desplazamiento Cij, con referencia a las figuras 2 y 4, son aquí dos captadores inductivos que constan, cada uno, de un sensor PCij. En respuesta a una posición Poi o Pli de la sonda de la línea Loj o Llj correspondiente a una línea Lj de una matriz 16, 17 o 17', entregan señales eléctricas Sij de medida para cada cara de la pieza 15, en este caso las corrientes eléctricas analógicas inducidas por un núcleo imantado en una bobina conductora, que son transmitidas al módulo de cálculo 12 por las uniones flexibles 26, 26', 27, 27' tras las matrices 16, 17 y 17'.

Por contacto operacional, con referencia a la figura 4, hay que entender que la posición P de la sonda del sensor, que es solidaria de su núcleo, debe estar comprendida entre dos posiciones extremas O y Pm por fuera de las cuales la respuesta en forma de corriente inducida ya no es lineal.

Hay que entender, también, que el eje de la sonda PCij debe estar sensiblemente ortogonal a la superficie medida cuando esté en contacto con ella, a fin de evitar los agarrotamientos, o los desgastes prematuros y simplificar los cálculos de interpretación de la medida.

Para esto, se recurre a la definición teórica de la superficie, resultado de la concepción asistida por ordenador (CAO) como es conocida en la técnica anterior y disponible aquí en forma de ficheros informáticos en formato CATIA (acatado por el software de CAO distribuido por la sociedad EMD). Estos ficheros pueden ser leídos en disco CD (disco compacto) por un lector-grabador CD 120 del módulo de cálculo 12.

Gracias al módulo 12 y a los ficheros CAO de la pieza 15, el módulo de cálculo 12 calcula las secciones teóricas portadoras de las líneas Lj deseadas en las matrices 16, 17, 17', los puntos teóricos Pthij de estas líneas donde se desean las medidas y los cosenos directores cxthij, cythij, czthij de las normales Nthij a la superficie teórica en estos puntos Pthij. Guarda estos datos teóricos DT en memoria o se escribe un fichero CD mediante el lector grabador 120.

Los datos teóricos DT, son necesarios para realizar las matrices 16, 17, 17' porque permiten localizar la posición de los sensores Cij y la inclinación en que los sensores Cij deben encontrarse para efectuar las medidas, disponiéndose, por tanto, correctamente las matrices para permitir que todas las sondas Pcij respectivas de los sensores de desplazamiento Cij estén en contacto operacional en posición de medida. Por muy complicados que sean, todos estos cálculos y la realización de las matrices 16, 17, 17' necesitan un conocimiento no perteneciente, sin embargo, a la técnica anterior.

Para efectuar una lectura precisa de una superficie de una pieza compleja tal como un álabe de turbomáquina, la máquina anterior debe ser utilizada según un procedimiento particular de doble medida tridimensional múltiple utilizando una primera pieza mecánica tomada como patrón que va a ser descrita ahora con referencia a la figura 6.

Durante una fase preparatoria 1, se miden las coordenadas xoij, yoij, zoij de N = m.n puntos Poij en las líneas Loj correspondientes a las líneas Lj y a las posiciones de los sensores Cij en estas líneas, de la superficie de la primera pieza mecánica tomada como pieza patrón respecto a un referencial predeterminado Ro, utilizando por ejemplo una máquina TMM según el procedimiento de la técnica anterior explicado al principio del documento.

Los cosenos directores cxthij, cythij, czthij de las normales teóricas Nthij a dicha superficie en los puntos teóricos Pthij resultado de los datos DT y correspondientes a los puntos Poij son memorizados en el módulo de cálculo 12. Estas normales definen N referenciales teóricos lineales (Pthij, Nthij), de origen Pthij y de vector unitario Nthij, unidos respectivamente a los N puntos Pthij, teniendo en cuenta que, en Pthij, los sensores Cij dan una señal Soij constante pero no conocida.

Durante una fase 2 de inicialización del proceso, se posiciona la pieza patrón en la platina de medida 14 de la máquina 10, se manda el cierre de las matrices 17 y 17' mediante el control de cierre accesible en la consola 130 y se leen N medidas lineales loij de los sensores Cij, efectuadas simultánea y respectivamente en dichos N puntos de la pieza patrón Poij en cada uno de los N referenciales teóricos lineales y se memorizan estas N coordenadas loij en el módulo de cálculo 12.

Ha de hacer notar que para dos sensores diferentes Cij, las magnitudes Soij son diferentes. Como la medida absoluta loij es tal que:

loij = Soij + dloij,

se ve que las medidas loij de la pieza no son efectuadas respecto a los orígenes idénticos de un sensor al otro y no pueden, así pues, servir para una reconstrucción del perfil Lj de la superficie de la pieza.

Durante una fase 3 de medida siguiente, se reemplaza la pieza patrón por la pieza a medir en la máquina 10 utilizando la consola 130 y el control de apertura y de cierre de las matrices 17 y 17' y se leen N medidas lineales llij de los mismos sensores Cij, efectuadas simultánea y respectivamente en dichos N puntos Plij de la pieza a medir en cada uno de los N referenciales teóricos lineales y se memorizan estas N coordenadas llij en el módulo de cálculo 12.

La observación hecha anteriormente sobre loij se aplica, aquí también, a llij.

Por último, durante una siguiente fase 4 de cálculo de las coordenadas, el módulo de cálculo 12 calcula las coordenadas tridimensionales xlij, ylij, zlij de la pieza a medir a partir de las coordenadas tridimensionales xoij, yoij, zoij de la pieza patrón, de las medidas loij y llij y de los cosenos directores cxthij, cythij, czthij utilizando la relación que se deduce de la figura 2:

xlij = xoij - cxthij * dlij

siendo dlij = (dllij + Soij) - (dloij + Soij) = llij - loij.

De igual modo son obtenidas las otras coordenadas:

ylij = yoij - cythij * dlij

zlij = zoij - czthij * dlij

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Para estos cálculos, la reconstrucción del perfil de las secciones de la pieza a medir es hecha posible y suficientemente precisa, al menos para la aplicación del procedimiento a los álabes de turbomáquinas, puesto que se alcanzan precisiones de la reconstrucción de perfil del orden de centésimas de milímetro en la referencia Ro.

Para medir otra pieza, es vano ejecutar de nuevo la fase de inicialización: sus resultados quedan disponibles en el módulo de cálculo para toda una serie de piezas a medir, en tanto sea necesario.

Se reemplaza solamente la pieza que acaba de ser medida por una nueva pieza y se relanzan por el enlace 5 las fases de medida 3 y de cálculo 4 para obtener las coordenadas xlij, ylij, zlij de esta nueva pieza.

Cuando todas las piezas a medir han sido tratadas, se pueden efectuar los cálculos complementarios de características geométricas durante una fase 7 de cálculos globales, pero estos cálculos pueden también tener lugar durante la fase 4 de cálculos de las coordenadas, en la medida en que no se efectúan, en ella, estadísticas en el conjunto de las piezas así medidas.

Con referencia a las figuras 5A, 5B, 5C y 7, durante esta fase, el módulo de cálculo 12 puede calcular las características geométricas globales de las secciones o de los perfiles j de la superficie de la pieza, por ejemplo los espesores mostrados en la figura 5A, la deformación mostrada en la figura 5B, la torsión, el retraso, la desviación de ejes, mostrados en la figura 5C.

Todos estos resultados de cálculo del módulo 12 pueden ser presentados en una pantalla 121 o impresos por medio de una impresora no representada.

Se muestra en la figura 7 un ejemplo de salida de los resultados de torsión por la impresora.

Claims (5)

1. Procedimiento de medida tridimensional de las coordenadas (xli, yli, zli) de un conjunto de N puntos (Plij) predeterminados de la superficie de una pieza mecánica a medir respecto a un referencial (Ro) predeterminado y en el cual se conocen los cosenos directores (cxthij, cythij, czthij) de las normales teóricas (Nthij) en los puntos teóricos (Pthij) correspondientes a dichos N puntos predeterminados (Plij) y que comprende:

- una fase preparatoria (1), en la que se miden las coordenadas (xoij, yoij, zoij) de N puntos (Poij), que corresponden a dichos N puntos predeterminados (Plij), de la superficie de una primera pieza mecánica tomada como pieza patrón, respecto al referencial (Ro),

- una fase de inicialización (2), en la que se leen N medidas lineales de desplazamiento (loij) según dichas normales (Tthij), simultánea y respectivamente en dichos N puntos (Poij) de dicha pieza patrón,

- una fase de medida (3), en la que se leen N medidas lineales de desplazamiento (llij), efectuadas simultánea y respectivamente en dichos N puntos de la pieza a medir (Plij) correspondientes a los N puntos de dicha pieza patrón (Poij),

- una fase de cálculo (4), en la que se calculan las coordenadas tridimensionales (xlij, ylij,zlij) de los N puntos de la pieza a medir a partir de las coordenadas tridimensionales(xoij, yoij, zoij) de los N puntos de de la mencionada pieza patrón, de las medidas lineales (loij, llij) y de los cosenos directores de las N normales teóricas en estos puntos (cxthij, cythij, czthij).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, en cada punto, la medida es efectuada linealmente según la normal teórica por un sensor individual (Cij) de desplazamiento relativo al punto.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que, cada medida del sensor (Cij) es previamente inicializada, por separado, de otros sensores, pero simultáneamente con ellos.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que, los sensores (Cij) son sensores inductivos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las coordenadas tridimensionales (xoij, yoij, zoij) de los N puntos de la pieza patrón son medidos por medio de una MMT.