ES2364112A1 - Sistema de posicionamiento, manipulación y desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de posicionamiento, manipulación y desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas.Tiene especial aplicación en la fabricación de los revestimientos (1) de las alas de avión donde quedan situados larguerillos (3) de fibra de carbono que se unen durante la polimerización en autoclave.Los segmentos de útil (4) utilizados están definidos por angulares (5, 6) que copian la geometría del larguerillo (3) y el ala horizontal correspondiente de la sección en "T" del mismo. Los angulares (5, 6) incluyen superiormente una pareja de almenas (7) para asido por parte de las pinzas (9) de un cabezal (10) vinculado a un robot (11) tipo esférico de brazo articulado con seis ejes.Los angulares (5, 6) son de material INVAR-36 e incluyen en sus superficies de contacto con el revestimiento (1), sendos burletes de sellado (14), así como existiendo otro burlete (16) en sus superficies en contacto mutuo.
Description
Sistema de posicionamiento, manipulación y
desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas.
La presente invención, según lo expresa el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de
posicionamiento, manipulación y desmontaje de útiles para la
fabricación de piezas aeronáuticas realizadas en materiales
compuestos, el cual permite la preparación, incluyendo el
posicionamiento y extracción de los útiles utilizados en la
fabricación de piezas de la industria aeronáutica.
En las últimas décadas se ha producido un gran
impulso en la introducción de los materiales compuestos avanzados en
la industria aeronáutica, sustituyendo a las aleaciones de aluminio
en la fabricación de grandes estructuras primarias de aeronaves
comerciales: superficies sustentadoras (alas y estabilizadores) y
fuselaje.
Estas estructuras de material compuesto no
difieren demasiado de sus antecesoras metálicas: revestimientos o
pieles formados por paneles bidimensionales (conocidos habitualmente
como pieles) rigidizados mediante elementos tipo viga
(larguerillos), y soportados a su vez por elementos estructurales
que mantienen la geometría de estos paneles y dan rigidez global a
la estructura: cuadernas en el caso de los fuselajes, y largueros y
costillas en el caso de las superficies sustentadoras.
Esta introducción intensiva de los materiales
compuestos ha sido posible gracias al perfeccionamiento de las
técnicas y aparatos de apilado y corte automático de laminados
obtenidos a partir de cintas constituidas por fibras de refuerzo
preimpregnadas con resinas poliméricas, y en los últimos años de las
técnicas de conformado y posicionamiento automático de larguerillos.
Sin embargo, existe todavía un porcentaje muy elevado de operaciones
manuales, asociadas tanto al proceso de integración de los
larguerillos como a la colocación y retirada del utillaje asociado a
los mismos.
Existen diversos procesos de fabricación con
material compuesto para conseguir la integración de todas las partes
que forman un revestimiento rigidizado. Los más destacados son: el
cocurado, el coencolado (copegado) y el encolado secundario. El
proceso elegido influye sobre las características mecánicas, los
costes de fabricación y las características geométricas.
El cocurado se realiza con los dos componentes
frescos, de forma que ambos se curan juntos de manera efectiva
formando una única pieza. Presenta un comportamiento estructural muy
bueno y se lleva a cabo en un único ciclo de curado, pero se
necesita un utillaje muy complejo para poder realizarlo.
El coencolado emplea un adhesivo para unir el
componente curado y el componente fresco durante el ciclo de curado
del componente fresco. Presenta un comportamiento estructural muy
bueno y un utillaje menos complejo que en el caso del cocurado, pero
tiene la desventaja de que es necesaria la utilización de dos ciclos
de curado.
El encolado secundario también emplea un
adhesivo, pero en este caso para unir los dos componentes
previamente curados, presenta un buen comportamiento estructural y
las piezas fabricadas se pueden almacenar sin condiciones
especiales, pero también se necesitan dos ciclos de curado.
En este caso la solución propuesta se aplica en
un proceso coencolado ya que el utillaje en este caso es más
sencillo, pero la aplicabilidad de la invención depende del
utillaje, no del tipo de proceso.
Las etapas generales del proceso de fabricación
de un componente de material compuesto son: la preparación del
utillaje, el montaje de telas, el corte, el moldeo en caliente, la
preparación de la bolsa de vacío, la polimerización en autoclave, el
desmoldeo, el recanteado y la inspección.
Hasta ahora el proceso de posicionamiento,
montaje y desmontaje de los útiles se hace de una forma manual ya
que su automatización era bastante compleja por la configuración y
forma de los útiles utilizados en la fabricación de las piezas de
fibra de carbono. Los útiles utilizados aquí así como el sistema
planteado, permiten que se puedan automatizar estas operaciones
además de asegurar la correcta fabricación de la pieza.
El sistema evita que se produzcan delaminaciones
al quitar el útil, coloca (o quita según corresponda) adecuadamente
el útil gracias al sistema de posicionamiento óptico y asegura la
correcta colocación de un útil respecto al segmento de útil
anexo.
En líneas generales, El sistema de
posicionamiento, manipulación y desmontaje de útiles para la
fabricación de piezas aeronáuticas, que constituye el objeto de la
invención, surge de la necesidad de reducir el tiempo y los recursos
humanos empleados en la fabricación de piezas aeronáuticas de fibra
de carbono, más concretamente en las operaciones manuales de
preparación, posicionamiento y desmontaje de los útiles utilizados
para la fabricación de los revestimientos que lo convierten en un
proceso de elevado coste.
El sistema se compone de un Robot tipo Esférico
de brazo articulado con seis ejes, provisto de un cabezal especial
para la manipulación de los útiles, un eje externo que permite
moverse al robot, unos contenedores para el almacenamiento de los
útiles extraídos y un sistema óptico que permite posicionarse al
robot.
Los útiles de los larguerillos son tramos de
angulares en forma de "L" de material INVAR-36.
Los angulares copian la geometría de la pieza sobre la que se apoyan
(revestimiento) y la toda la superficie externa de los larguerillos.
Estos útiles disponen de unas "almenas" en la parte superior
del alma para facilitar su manipulación y extracción. De esta forma
se consigue una interface entre angular y robot integrada en el
propio angular con ahorro de material INVAR, asegurando el cierre de
las parejas de angulares y facilitando la adaptación de la bolsa de
vacío en esa zona. Su suavidad de formas no daña dicha bolsa de
vacío.
En la parte superior de las "almenas" se
dispone de unas pequeñas ranuras, o pequeños nervios sobresalientes,
los cuales evitan que el útil se caiga cuando se encuentra sujeto
por el cabezal en posición vertical al tener este unos medios de
anclaje complementarios.
Los pasos que se siguen para posicionar los
angulares son los siguientes:
1.- Automáticamente el robot coge, con el
cabezal especial que posee, el segmento de útil (angular de INVAR)
que corresponde. El sistema sabe en todo momento si tiene un útil
cogido con las pinzas o no gracias a que el cabezal tiene un sensor
de presencia.
2.- Gracias a un sistema óptico de control,
sitúa el útil en la posición correspondiente.
3.- Una vez colocado el angular, el robot coge
el siguiente segmento de útil y lo coloca a continuación o donde
corresponda. Así sucesivamente hasta que se posicionan todos los
tramos de angular correspondientes a una de las caras de un
larguerillo. Posteriormente se introducirá el larguerillo entre los
angulares y se sitúan los angulares de la otra cara. El conjunto se
posicionará sobre el revestimiento y se introducirá a curar en
autoclave.
Cuando el revestimiento ha salido curado del
autoclave y es posicionado de nuevo en la zona del robot, se procede
a la extracción de los segmentos de útiles colocados en las fases
anteriores mediante las siguientes operaciones:
4.- Para realizar esta operación, el robot
dispondrá de un cabezal que se ajuste a las almenas de los
angulares. Este cabezal tendrá dos pinzas (una por cada almena) que,
una vez posicionado correctamente el cabezal, cogerán el angular por
las almenas. Aunque la longitud de los útiles no es la misma, la
distancia entre las almenas sí lo es para permitir así que el
cabezal del robot no tenga que cambiar la distancia entre las
pinzas. A continuación realizará un giro para lograr que el angular
se separe del larguerillo y el resto de angulares. Cada pinza tendrá
una prolongación en una de las caras para evitar la deformación del
angular al realizar ese movimiento de giro.
El proceso de extracción debe realizarse
siguiendo un orden ya que los angulares tienen zonas de unión de uno
con otro.
5.- Una vez separado el segmento de útil, éste
es posicionado de nuevo en la zona de almacenamiento que
corresponda.
6.- Estas operaciones se repiten hasta que el
revestimiento esté completamente desmoldeado.
Los contenedores de los útiles también se
encuentran en el área de influencia del robot.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de esta
memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas
figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado
lo siguiente:
Figura 1.- Es una vista parcial, en perspectiva,
de un revestimiento y larguerillos, de un ala de avión; a construir
con el sistema objeto de la invención.
Figura 2.- Es una vista en perspectiva de un
segmento de útil, definido por dos angulares entre los que se
ubicará el larguerillo a integrar en el revestimien-
to.
to.
Figura 3.- Es una vista similar a la figura 1,
mostrando uno solo de los angulares del útil.
Figura 4.- Es una vista en alzado seccionado del
mismo útil de la figura 2 incluyendo el larguerillo y dispuesto el
conjunto sobre un revestimiento.
Figura 5.- Es una vista esquemática en dos
posiciones a) y b), de la actuación de un robot cogiendo con las
pinzas de su cabezal uno de los angulares del útil.
Figura 6.- Es una vista en perspectiva de un
robot con el cabezal conectado a un segmento del útil para su
desmontaje tras la cura en autoclave.
Figura 7.- Es una vista esquemática, en cuatro
posiciones a), b), c) y d), que muestran respectivamente las fases
de posicionamiento del cabezal, cogida del angular, giro del cabezal
y extracción del angular.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras, podemos ver cómo el sistema de posicionamiento,
manipulación y desmontaje de útiles para la fabricación de piezas
aeronáuticas, que la invención propone, consigue los objetivos
preconizados para la fabricación de este tipo de piezas sumamente
delicado, tal como lo es el revestimiento (1) de un ala de avión (2)
(ver figura 1) donde la superficie inferior del revestimiento 1
lleva una pluralidad de larguerillos (3) con sección en "T"
fijados por el travesa-
ño.
ño.
En la figura 2, vemos la geometría de un
segmento de útil (4) utilizado acorde con la invención y formado por
dos angulares (5) y (6), una de cuyas alas (la horizontal de la
pareja) apoya en el revestimiento (1) adaptándose perfectamente a su
superficie y quedando las otras alas enfrentadas y paralelas a la
distancia correspondiente al espesor del alma del larguerillo (3)
(ver figura 4).
Los angulares (5) y (6) incluyen superiormente
una pareja de almenas (7) dotadas en este ejemplo de realización, de
un pequeño nervio longitudinal (8) de asido por parte de las pinzas
(9) del cabezal (10) del robot (11) (ver figura 6) para manipulación
segura de los angulares (5) y (6), como veremos en las figuras 5 y
7.
Las almenas (7) de uno cualquiera de los
angulares (5) ó (6) que componen un segmento de útil (4), tienen una
parte en voladizo que cubre el grosor del angular enfrentado o
parejo y se retiene en él como se ve en las figuras 3 y 4. Las
almenas (7) además contactan linealmente entre sí, al igual que lo
hacen los diferentes segmentos de útil (4) que se van enlazando unos
con otros hasta cubrir totalmente el larguerillo (3) (ver figura 6).
Los diferentes tramos de angulares (5) y (6) se unen linealmente
entre sí con las piezas de empalme (12), y en los extremos del
larguerillo se sitúan también unas tapas (13) de cierre que se
aplican a testa contra los respectivos segmentos de útil (4) de los
extremos (ver figura 6).
Volviendo a la figura 4, los angulares (5) y (6)
de INVAR se aplican contra el revestimiento 1 por intermedio de
burletes de cierre (14) encajados en sus escotaduras longitudinales
(15). También existe un burlete de cierre (16) en el cajeado lateral
(17) de uno de los angulares (5) (posición d de la figura 7) para
aislar al larguerillo (3) del vacío que reinará después en la bolsa
que cubrirá el conjunto para inmovilidad del mismo.
En la figura 5 se observa la cogida de un
angular (5) con las pinzas (9) para su traslado al emplazamiento
correcto sobre el revestimiento (1). Las pinzas (9) abiertas
(posición a) se cierran con seguridad debajo de los pequeños nervios
(8) (posición b).
Por último, en la figura 7 vemos cuatro
posiciones secuenciales para el desmontaje de los segmentos de útil
(4), partiendo de la posición de la figura 6, una vez que ha salido
el conjunto del autoclave y hay que desprender el útil (posición de
partida de la figura 6). En la posición a) de esta figura 7, las dos
pinzas (9) del cabezal (10), abiertas, confrontan con las almenas
(7) del angular (5) y se cierran (posición b) cogiendo el angular
(5). En la posición c) se produce el giro del cabezal (10) para
separar (despegar) uno de los angulares del útil, concretamente el
angular (5). A continuación se puede extraer fácilmente este angular
(5) (posición d). Se hace esta misma operación en todos los
angulares (5) de ese lado y después se extraen los del lado
opuesto.
Para no cambiar la posición de las pinzas (9)
del cabezal (10) del robot (11), dependiendo de las distintas
longitudes que pudieran tener los segmentos de útil (4), se ha
previsto que la distancia entre dichas pinzas (9) sea fija y se
corresponda con la existente entre las almenas (7) de cualquier
angular (5) ó (6). Para facilitar el despegue al inclinar el angular
(5) (por giro del cabezal 9), una de las mordazas (18) que componen
la pinza (9) es de mayor longitud para determinar un apoyo óptimo
para este angular (5).
En el área de influencia del robot (11) se
sitúan unos contenedores adecuados para colocar los segmentos de
útil (4) (angulares 5 y 6).
Claims (4)
1. Sistema de posicionamiento, manipulación y
desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas, en
especial las alas de un avión, definidas básicamente por estructuras
de largueros y diversas costillas de rigidización, con revestimiento
y larguerillos correspondientes de fibra de carbono, donde los
larguerillos se unen al revestimiento por coencolado, situando unos
útiles de posicionado y una bolsa de vacío que fija el conjunto
durante la polimerización en autoclave, caracterizado porque
incluye un robot (11) tipo esférico con un brazo articulado con seis
ejes y un cabezal (10) adaptado a los útiles para su manipulación,
un eje externo de desplazamiento del robot y unos contenedores para
almacenamiento de los útiles extraídos, estando determinados dichos
útiles de los larguerillos (3), por tramos de angulares (5, 6) o
perfiles en "L" de material INVAR-36 que copian
la geometría del larguerillo (3) al situarlos por parejas a uno y
otro costado de ellos, encadenados entre sí y situados sobre el
revestimiento (1) en los lugares específicos, contando dichos
segmentos de útil (4) con unas almenas (7) en la parte superior de
cada uno de ellos para conexión del cabezal (10) del robot (11) en
las operaciones de montaje y desmontaje.
2. Sistema de posicionamiento, manipulación y
desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas,
según reivindicación 1, caracterizado porque el ala
horizontal de los angulares (5, 6) o perfiles en "L" cuenta con
un cajeado o canal (15) en su superficie de aplicación sobre el
revestimiento (1), para ubicación de un burlete de sellado (14).
3. Sistema de posicionamiento, manipulación y
desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas,
según reivindicación 1, caracterizado porque el cabezal (10)
del robot (11) dispone de dos pinzas (9) que sujetan a la vez las
dos almenas (7) de un mismo tramo angular (5, 6) del segmento de
útil (4), teniendo una de las mordazas (18) parejas de cada pinza
(9), una prolongación descendente sobre la que apoyará el angular
(5, 6) en su desprendimiento por giro para estabilización del mismo,
durante el desmoldeo.
4. Sistema de posicionamiento, manipulación y
desmontaje de útiles para la fabricación de piezas aeronáuticas,
según reivindicación 1, caracterizado porque las almenas (7)
de los segmentos de útil (4) disponen de unos pequeños nervios
longitudinales (8) como medios de seguridad en el amarre de la pinza
(9) por parte del cabezal (10).
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