ES2651720B2 - Flexible mechanical fixing system reconfigurable for measuring displacements and forces - Google Patents
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Abstract
El sistema mecánico flexible reconfigurable para la medición de fuerzas, desplazamientos, velocidad o aceleración entre dos o más objetos, caracterizado por la utilización de unas bases de fijación regulables (1), unos elementos de unión elásticos (2), elementos de medición o transductores (9) y medios de fijación desmontables (4, 5). Este sistema, permite unir las bases de fijación regulables (1) a los objetos por separado para ser unidos posteriormente por los elementos unión elásticos (2) entre das bases de fijación regulables (1) montadas en distintos cuerpos por medio fijación desmontables (5). El cuerpo principal del elemento de unión elástico (6) se deforma bajo las fuerzas axiales captada por el transductor (9). Dichos sistemas mecánicos tendrán la geometría estructural con los grados de libertad, isostaticidad o hiperestaticidad idónea al propósito de la medición. Además las diferentes piezas se pueden reutilizar.The reconfigurable flexible mechanical system for measuring forces, displacements, speed or acceleration between two or more objects, characterized by the use of adjustable fixing bases (1), elastic joining elements (2), measuring elements or transducers (9) and removable fixing means (4, 5). This system makes it possible to join the adjustable fixing bases (1) to the objects separately to be subsequently joined by the elastic joint elements (2) between two adjustable fixing bases (1) mounted on different bodies by means of removable fixing (5) . The main body of the elastic joint element (6) deforms under the axial forces captured by the transducer (9). Said mechanical systems will have the structural geometry with the degrees of freedom, isostaticity or hyperstaticity suitable for the purpose of the measurement. In addition the different pieces can be reused.
Description
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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA DE FIJACIÓN MECÁNICO FLEXIBLE Y RECONFIGURABLE PARA LA MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS Y FUERZASFLEXIBLE AND RECONFIGURABLE MECHANICAL FIXING SYSTEM FOR THE MEASUREMENT OF DISPLACEMENTS AND FORCES
SECTOR DE LA TÉCNICASECTOR OF THE TECHNIQUE
La presente invención se refiere a un sistema mecánico flexible reconfigurable para la medición de movimientos y fuerzas entre diferentes cuerpos que permite medir parámetros como fuerzas o solicitudes, posicíonamiento relativos y absolutos, velocidad, aceleración entre diferentes cuerpos que deberían estar unidos entre sí. Asimismo en la industria y en la investigación muchos procesos precisan la medición de estos parámetros característicos para su estudio, monitorización, control y optimización tanto en su fase de modelado teórico, desarrollo, experimentación así como su control en la aplicación final.The present invention relates to a reconfigurable flexible mechanical system for measuring movements and forces between different bodies that allows measuring parameters such as forces or applications, relative and absolute positioning, speed, acceleration between different bodies that should be linked together. Also in the industry and in the investigation many processes require the measurement of these characteristic parameters for their study, monitoring, control and optimization both in their phase of theoretical modeling, development, experimentation as well as their control in the final application.
Mediante los diferentes componentes de la presente invención y su adecuada disposición geométrica espacial permitirá realizar una interfaz de unión entre los diferentes objetos o cuerpos, y realizar las lecturas de los diferentes movimientos entre sí así como las variables físicas a través de los transductores en cantidad y características tecnológicas idóneas que incorporan los elementos de unión flexibles.By means of the different components of the present invention and their suitable spatial geometric arrangement, it will allow to make a connection interface between the different objects or bodies, and to read the different movements between each other as well as the physical variables through the quantity and quantity transducers. technological features that incorporate flexible joining elements.
ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE TECHNIQUE
Actualmente existen multitud de sistemas para la medición de fuerzas, desplazamientos, velocidades, posicíonamientos, aceleración, etc, que pueden ser de tipo genérico o sistemas específicos más o menos complejos. Los sistemas de medición sencillos, como puede ser una galga electrométrica, suelen ser de bajo medio coste unitario (dependiendo de la tecnología empleada y parámetros físicos que pueden medir) pero que no representa un sistema adecuado para ser utilizado de forma directa en una aplicación sencilla y mucho menos compleja ya que no dispone de todos los elementos físicos, tratamiento de la señal y/o aplicaciones software adecuados para ello. Los sistemas complejos específicos, como puede ser una mesa de medición (EP1522384; WO2013073436; KR1020040016173) son sistemasCurrently there are many systems for measuring forces, displacements, velocities, positions, acceleration, etc., which can be of a generic type or more or less complex specific systems. Simple measurement systems, such as an electrometric gauge, are usually of low average unit cost (depending on the technology used and physical parameters that can be measured) but which does not represent a suitable system to be used directly in a simple application and much less complex since it does not have all the physical elements, signal processing and / or software applications suitable for it. Specific complex systems, such as a measuring table (EP1522384; WO2013073436; KR1020040016173) are systems
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completos, o modulares, que están dotados de todos los subsistemas físicos, tratamientos de la señal y de la información aptos para su uso directo, como es el caso de concreto de la medición de fuerzas en el mecanizado. Muchos de estos sistemas de tipo comercial o de uso en investigación, son en muchos casos, de alto coste de adquisición o alquiler, bien por ser inaccesibles por el propio uso en exclusividad por cuenta de sus inventores, bien por la complejidad del sistema que no puede ser reproducible, o por otras razones que no permita su acceso.complete, or modular, that are equipped with all physical subsystems, signal and information treatments suitable for direct use, such as the case of concrete machining force measurement. Many of these commercial or research use systems are, in many cases, of high acquisition or rental cost, either because they are inaccessible due to their own use exclusively by their inventors, or because of the complexity of the system that does not It can be reproducible, or for other reasons that do not allow access.
Uno de los procesos industriales más utilizados e importantes para la realización de piezas tanto sencillas como complejas, de forma directa o intermedia, es el mecanizado de materiales mediante el arranque de viruta o por deformación plástica que permite obtener productos con superficies complejas para su industrial como productos de consumo.One of the most used and important industrial processes for the realization of both simple and complex parts, directly or intermediately, is the machining of materials by chip removal or by plastic deformation that allows to obtain products with complex surfaces for your industrial as consumer products.
El mecanizado con arranque de viruta permite conformar materiales mediante una herramienta de corte con uno o múltiples filos cuando se le aplica una velocidad y profundidad de mecanizado entre el material a mecanizar y la propia herramienta. En el corte del material se genera una fuerza resultante de corte “R", que se descompone en dos fuerzas ortogonales, denominadas fuerza tangencial de corte en la dirección del movimiento “Ft" y la fuerza normal “Fn” de empuje ejercida por el filo de corte sobre el material.Machining with chip removal allows materials to be formed using a cutting tool with one or multiple edges when a machining speed and depth is applied between the material to be machined and the tool itself. In the cutting of the material, a resulting cutting force "R" is generated, which decomposes into two orthogonal forces, called the tangential cutting force in the direction of the "Ft" movement and the normal "Fn" pushing force exerted by the cutting edge. of cut on the material.
Aunque es posible obtener a través de la unidad de Control Numérico Computerizado (CNC) los datos de consumo de potencia velocidad y aceleración, de los diferentes husillos para el movimiento de la pieza con respecto a la herramienta, los valores de estos parámetros no son lo suficientemente precisos para realizar el cálculo de “R", “Ft" y “Fn”, debido a las inercias y rozamientos de los diferentes elementos electromecánicos y así como la introducción de ruido por dichos elementos. Por ello no resulta un método preciso para la determinación y monitorización de los valores de “R”, “Ft” y “Fn”.Although it is possible to obtain the speed and acceleration power consumption data from the different spindles for the movement of the piece with respect to the tool through the Computerized Numerical Control (CNC) unit, the values of these parameters are not what sufficiently accurate to perform the calculation of "R", "Ft" and "Fn", due to the inertia and friction of the different electromechanical elements and the introduction of noise by said elements. Therefore, it is not a precise method for determining and monitoring the values of "R", "Ft" and "Fn".
Por otro lado la conformación de materiales por deformación plástica del material es un proceso, que al igual que el anterior, resulta complejo la determinación precisa de las fuerzas que intervienen en la deformación del material. Los resultados de cálculo basados en diferentes modelos teóricos de deformación plástica, aplicados a tipos concreto de procesos de conformación por deformación plástica, son dispares con respecto a los ensayos experimentales o de producción, y es necesario ajustar losOn the other hand, the conformation of materials by plastic deformation of the material is a process, which, like the previous one, the precise determination of the forces involved in the deformation of the material is complex. The calculation results based on different theoretical models of plastic deformation, applied to specific types of plastic deformation forming processes, are disparate with respect to experimental or production tests, and it is necessary to adjust the
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datos para que los diferentes modelos teóricos de proceso tengan una buena aproximación a los resultados reales.data so that the different theoretical models of the process have a good approximation to the real results.
El valor de los diferentes parámetros que intervienen en los modelos de deformación, tales como velocidad, sentido de la deformación, temperatura, factores de forma, etc. y la heterogeneidad en general de los materiales metálicos, hace necesario su determinación mediante ensayos experimentales.The value of the different parameters involved in deformation models, such as speed, sense of deformation, temperature, form factors, etc. and the heterogeneity in general of the metallic materials, makes its determination necessary by experimental tests.
Por otro lado, procesos como la Deformación Puntual Simple Incremental (SPIF Simple Point Incrementa! Formin) o DSIF (Double Sided Incrementa! Forming) los modelos teóricos propuestos analíticos o por el empleo de simulación por análisis de elementos finitos o cualquier otro modelo matemáticos, al igual que el resto de los procesos de mecanizado, necesitan ser validados experimentalmente y/o ajustados a los resultados obtenidos en las mismas condiciones de la experimentación y simulación.On the other hand, processes such as the Simple Incremental Point Deformation (SPIF Simple Point Increase! Formin) or DSIF (Double Sided Increase! Forming) the theoretical analytical models proposed or by the use of simulation by finite element analysis or any other mathematical model, Like the rest of the machining processes, they need to be validated experimentally and / or adjusted to the results obtained under the same conditions of experimentation and simulation.
En ambos casos la medición de las fuerza resultante de mecanizado o deformación, como en otros casos no descritos en este documento, resulta necesario la medición mediante un dispositivo que se pueda adaptar a las diferentes necesidades de la medición concreta y suficientemente sensible con un rango adecuado al tipo de mecanizado, al tamaño, peso de la pieza, dimensiones y control (CNC, automático o manual) de la máquina.In both cases the measurement of the resulting force of machining or deformation, as in other cases not described in this document, it is necessary to measure by means of a device that can be adapted to the different needs of the concrete measurement and sufficiently sensitive with an adequate range to the type of machining, to the size, weight of the piece, dimensions and control (CNC, automatic or manual) of the machine.
Existen otros procesos industriales y no industriales, no descritos en este documento, que también precisan la medición de fuerzas (p.e. repujado, extrusión, troquelado, etc.) o que no impliquen el cambio de su geometría (p.e. medición de presiones, torsiones, bancadas de medición para la medición de vibraciones de motores, etc).There are other industrial and non-industrial processes, not described in this document, that also require the measurement of forces (eg embossing, extrusion, punching, etc.) or that do not involve the change of their geometry (eg measurement of pressures, torsions, benches of measurement for the measurement of motor vibrations, etc).
La presente invención tiene como objetivo disponer de un sistema de medición de bajo coste y reconfigura ble, para realizar diferentes configuraciones con los mismos elementos, para su adaptación a diferentes procesos, aplicaciones, tipos diferentes de transductores, tipos de medidas a realizar y parámetros a medir, bien de forma temporal o permanente.The present invention aims to have a low cost and reconfigurable measurement system, to perform different configurations with the same elements, for adaptation to different processes, applications, different types of transducers, types of measurements to be performed and parameters to measure, either temporarily or permanently.
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DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un sistema fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de desplazamientos y fuerzas, caracterizado por comprender los siguientes elementos:The present invention relates to a flexible and reconfigurable mechanical fixing system for measuring displacements and forces, characterized by comprising the following elements:
- unos elementos de unión elásticos que consta de un cuerpo principal de perfil de revolución cilindrica, donde se alojan unos elementos de medición y/o transductores responsables de la medición, a su vez en cada uno de los extremos del cuerpo principal se montan unos elementos de unión pivotante alineados axialmente al cuerpo principal, que permite el pivotamiento de los extremos de los elementos de unión elásticos sobre el punto o eje de unión, eliminando o reduciendo significativamente las fuerzas cortantes, permitiendo transmitir los esfuerzos en la dirección axial del eje del cuerpo principal y deformándose el cuerpo principal en la misma dirección de su eje axial. La unión de los elementos pivotantes con el cuerpo principal dispone de regulación en longitud.- elastic joining elements consisting of a main body of cylindrical revolution profile, where measuring elements and / or transducers responsible for measurement are housed, in turn at each end of the main body some elements are mounted of pivotal joint aligned axially to the main body, which allows the pivoting of the ends of the elastic joint elements on the joint point or axis, eliminating or significantly reducing the shear forces, allowing to transmit the forces in the axial direction of the body axis main and deforming the main body in the same direction of its axial axis. The union of the pivoting elements with the main body has length adjustment.
- un conjunto de bases de fijación regulables que se fijan a los objetos que se desean unir y/o medir, a través de su cara inferior o superior mediante unos medios de fijación que se pasan a través de unos orificios entre las superficies inferior y superior; mientras que en sus caras laterales se unen los elementos de unión elásticos a través de unos orificios mediante unos medios de fijación desmontables.- a set of adjustable fixing bases that are fixed to the objects to be joined and / or measured, through their lower or upper face by means of fixing means that are passed through holes between the lower and upper surfaces ; while on their side faces the elastic connecting elements are joined through holes by means of removable fixing means.
La disposición y numero de las bases de fijación regulables y los elementos de unión elásticos dependerán de la geometría lineal, bidimensional o espacial adecuada al propósito de la medición y a los grados de libertad que debe disponer el sistema de unión, conformado un sistemas de unión con cero grados de libertad o con 1 ó más grados de libertad, adaptada al propósito de medición. Siendo la disposición o montaje preferente se caracteriza como mínimo por la utilización de al menos una base de fijación regulable (1) fijado en cada objeto diferente a medir, y unidos por al menos mediante un elemento de unión elástico (2).The arrangement and number of the adjustable fixing bases and the elastic joint elements will depend on the linear, two-dimensional or spatial geometry appropriate to the purpose of the measurement and the degrees of freedom that the joint system must have, forming a joint system with zero degrees of freedom or with 1 or more degrees of freedom, adapted to the purpose of measurement. Being the preferred arrangement or assembly, it is characterized at least by the use of at least one adjustable fixing base (1) fixed in each different object to be measured, and joined by at least by an elastic connecting element (2).
En otra realización preferente, en donde se unen dos objetos por sus bases planas y paralelas, el conjunto de bases de fijación regulables que están conectadas a través de uno o varios elementos de unión elásticos, pueden regular su distancia horizontal (D), la altura (C), el ángulo (A) y la longitud (H) del elemento de uniónIn another preferred embodiment, where two objects are joined by their flat and parallel bases, the set of adjustable fixing bases that are connected through one or more elastic joining elements, can regulate their horizontal distance (D), the height (C), angle (A) and length (H) of the connecting element
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elástico y sus dimensiones están ligadas con las relaciones trigonométricas y geométricas siguientes:elastic and its dimensions are linked to the following trigonometric and geometric relationships:
- sen(A) = (C)/H sin (A) = (C) / H
- 0) 0)
- cos(A) - D/H cos (A) - D / H
- 00 00
- tang (A) = (C)/D tang (A) = (C) / D
- (iii) (iii)
Si Hutin es la longitud mínima del elemento elástico entre los puntos de pivote o ejes de las uniones pivotantes cuando éstas se encuentran totalmente roscadas, tenemos que el valor de H es:If Hutin is the minimum length of the elastic element between the pivot points or axes of the pivot joints when they are fully threaded, we have that the value of H is:
H = Hmm + 2*t (iv)H = Hmm + 2 * t (iv)
Donde, t es el margen de longitud roscable regulable de ambas uniones pivotantes, E es la distancia entre el eje de la unión pivotante (3) y la base de fijación regulable (1), A es el ángulo entre el elemento de unión y el plano de la base de la fijación regulable, H es la longitud entre los ejes de fijación de las uniones pivotantes del elemento de unión elástico (2), D es la proyección horizontal de H al plano definido por la base de fijación regulable (1) y C es la proyección vertical H al plano de la fijación regulable.Where, t is the adjustable thread length range of both pivot joints, E is the distance between the axis of the pivot joint (3) and the adjustable fixing base (1), A is the angle between the joint element and the plane of the base of the adjustable fixing, H is the length between the fixing axes of the pivoting joints of the elastic joint element (2), D is the horizontal projection of H to the plane defined by the adjustable fixing base (1) and C is the vertical projection H to the plane of the adjustable fixing.
Despejando C en (i) y sustituyendo H por (iv) tenemos:Clearing C in (i) and substituting H for (iv) we have:
C = (Hmin + 2*t).sen(A) + 2.E (v)C = (Hmin + 2 * t) .sen (A) + 2.E (v)
C = Hmin.sen (A) + 2.E + 2*t.sen(A) (vi)C = Hmin.sen (A) + 2.E + 2 * t.sen (A) (vi)
Igualmente con el parámetro D se tiene que:Similarly with parameter D you have to:
D - Hmin.cos(A) + 2*t.cos(A) (vii)D - Hmin.cos (A) + 2 * t.cos (A) (vii)
Donde el sumando de (vi) 2*t.sen(A) es la regulación máxima de la distancia vertical entre las superficies superior e inferior y (vii) 2*t.cos(A) es la distancia horizontal entre ejes de las bases de fijación regulables (1).Where the sum of (vi) 2 * t.sen (A) is the maximum regulation of the vertical distance between the upper and lower surfaces and (vii) 2 * t.cos (A) is the horizontal distance between axes of the bases adjustable fasteners (1).
En otra realización preferente, el elemento de medición ubicado en el cuerpo del elemento elástico de unión dependerá del parámetro físico a medir que podrán estar relacionados con la deformación, velocidad, aceleración, posición o una combinación de ellos, preferentemente mediante un transductor que se seleccionan entre galgas extensiométricas, piezoelectrónicos, e inductivos.In another preferred embodiment, the measuring element located in the body of the elastic joint element will depend on the physical parameter to be measured that may be related to deformation, velocity, acceleration, position or a combination thereof, preferably by means of a transducer that is selected. between strain gauges, piezoelectronics, and inductive.
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En otras realizaciones preferidas, el sistema de unión pivotante utilizado en los extremos de ¡os elementos de unión elásticos se puede realizar de múltiples formas, cuyas realizaciones preferidas son:In other preferred embodiments, the pivotal joint system used at the ends of the elastic joint members can be realized in multiple ways, the preferred embodiments of which are:
• Mediante conjunto estándar formado por rótulas con esfera u otros tipos;• By standard set consisting of ball joints with sphere or other types;
• Utilizando un extremo en forma de esfera con vástago roscado y encajarse este en una cazoleta con hueco esférico y atornillada al conjunto de bases de fijación regulables.• Using a ball-shaped end with threaded rod and fit this into a bowl with a spherical hole and screwed to the set of adjustable fixing bases.
• Realizar un hueco esférico en el propio conjunto de bases de fijación regulables, de tal forma que se elimina el roscado de la misma.• Make a spherical hole in the set of adjustable fixing bases, so that the thread is eliminated.
• Disponer de casquillos con hueco esférico insertables en taladros sobre el conjunto de bases de fijación regulables.• Have bushes with spherical bore inserted in holes on the set of adjustable fixing bases.
• Combinaciones de bisagras u otros elementos que permitan el pivote de los extremos en los tres ejes, pero que impida su desplazamiento lineal en ellos.• Combinations of hinges or other elements that allow the pivot of the ends in the three axes, but that prevent their linear displacement in them.
En otra realización preferente, las bases de fijación se caracterizan por ser piezas prismáticas, de base cuadrada o bien con una base de polígono regular de lados ¡guales. Las caras o superficies adyacentes de las bases, comprende por tener todas la misma inclinación, o tener diferentes inclinaciones con respecto a ella o entre sí. Además, las bases de fijación regulables comprenden por ser un material metálico no deformable o poco deformable y resistente en comparación con las solicitaciones que debe soportar, pudiéndose realizar en otro tipo de materiales no metálico.In another preferred embodiment, the fixing bases are characterized by being prismatic pieces, with a square base or with a regular polygon base with equal sides. The adjacent faces or surfaces of the bases, comprises having all the same inclination, or having different inclinations with respect to it or with each other. In addition, the adjustable fixing bases comprise being a non-deformable or slightly deformable and resistant metallic material compared to the stresses it must withstand, being able to be made in other types of non-metallic materials.
En otra realización preferente, los orificios presentes las caras superior e inferior y sus caras laterales de las bases de fijación caracterizado por ser ciegos (de longitud inferior al espesor de la pieza en la dirección del orificio) o pasante, con mecanizado de rosca, liso o con alguna forma poligonal, o ranura con extremos redondeados, avellanado o abocardado por uno o dos lados, o cualquier otra forma que permiten el amarre a los diferentes objetos. Además el número, forma, diámetro, métrica y posición matricial de dichos orificios en las bases de fijación regulables dependerá de los objetos a medir o elementos estructurales que se unen o de las cargas aplicadas.In another preferred embodiment, the holes present the upper and lower faces and their lateral faces of the fixing bases characterized by being blind (of length less than the thickness of the piece in the direction of the hole) or through, with thread machining, smooth or with some polygonal shape, or groove with rounded ends, countersunk or flared on one or two sides, or any other shape that allows the mooring of different objects. Furthermore, the number, shape, diameter, metric and matrix position of said holes in the adjustable fixing bases will depend on the objects to be measured or structural elements that are attached or on the applied loads.
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Además, el arreglo matrícial de los orificios se caracteriza por ser polar, cuadrado o rectangular, y disponerse dentro de las matrices de forma regular o al tresbolillo, con o sin inclinación.In addition, the matrix arrangement of the holes is characterized by being polar, square or rectangular, and arranged within the matrices on a regular or three-sided basis, with or without inclination.
En otra realización preferente, los medios de fijación desmontables empleados para unir los elementos de unión elásticos a las bases de fijación regulables se caracterizan por ser uniones desmontables que se seleccionan entre tomillos o pernos o bien uniones fijas tales como remaches, roblones, sistemas rápidos de fijación manuales, eléctricos, hidráulicos u otros tipos.In another preferred embodiment, the removable fixing means used to join the elastic joining elements to the adjustable fixing bases are characterized by being removable joints that are selected between thymes or bolts or fixed joints such as rivets, rivets, rapid systems of manual, electrical, hydraulic or other types of fixing.
En otra realización preferente, los medios de fijación empleados para la unión de las bases de fijación a los objetos a medir o unir, se caracterizan por ser sistemas de unión desmontables (como los mostrados antes) o bien permanentes como la soldadura (tig, mig, láser, oxiacetilénica, plasma, eléctrica,..) o por la utilización de adhesivos.In another preferred embodiment, the fixing means used for joining the fixing bases to the objects to be measured or joined are characterized by being removable joining systems (such as those shown above) or permanent such as welding (tig, mig , laser, oxyacetylene, plasma, electrical, ..) or by the use of adhesives.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES
Para una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, se acompañan de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa un caso práctico de realización:For a better understanding of the features of the invention, it is accompanied as an integral part of said description, accompanied by a set of drawings in which, with an illustrative and non-limiting nature, a practical case of embodiment is represented:
Figura 1: Vista isométrica del conjunto de un sistema fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de desplazamientos y fuerzas formado por dos bases de fijación y dos elementos de unión elásticos.Figure 1: Isometric view of the set of a flexible and reconfigurable mechanical fixation system for measuring displacements and forces formed by two fixing bases and two elastic joint elements.
Figura 2: Vista en alzado, lateral derecha, planta y vista isométrica de la base de fijación regulableFigure 2: Elevation view, right side, plan and isometric view of the adjustable fixing base
Figura 3: Vista trimétrica del explosionado de los componentes del elemento de unión elásticoFigure 3: Trimetric view of the explosion of the components of the elastic joint element
Figura 4: Vista alzado y planta del elemento unión elástico, dimensiones parametrizadas y sección.Figure 4: Elevated and plan view of the elastic joint element, parameterized dimensions and section.
Figura 5. Acotación en vista de alzado de la posición geométrica y dimensional de los diferentes elementos del sistema fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de desplazamientos y fuerzas.Figure 5. Dimensioning in elevation view of the geometric and dimensional position of the different elements of the flexible and reconfigurable mechanical fixing system for the measurement of displacements and forces.
Figura 6: Acotación en vista de planta de la posición geométrica y dimensional de los diferentes elementos del sistema fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de desplazamientos y fuerzas.Figure 6: Dimension in plan view of the geometric and dimensional position of the different elements of the flexible and reconfigurable mechanical fixing system for the measurement of displacements and forces.
Figura 7: Vista en ¡sométrica de una realización preferente de un conjunto del sistema 5 fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de desplazamientos y fuerzas formado por una base de fijación regulable y dos bases de fijación regulable superiores unidas a por dos elementos de unión elásticos.Figure 7: Symmetrical view of a preferred embodiment of an assembly of the flexible and reconfigurable mechanical fixing system 5 for the measurement of displacements and forces formed by an adjustable fixing base and two upper adjustable fixing bases joined to by two joining elements elastic
Figura 8: Acotación en vista de alzado de la realización preferente del sistema del mecanismo de la figura 7, con su posición geométrica y dimensional de los diferentes 10 elementos del sistema fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de desplazamientos y fuerzas.Figure 8: Dimensioning in elevation view of the preferred embodiment of the mechanism system of Figure 7, with its geometric and dimensional position of the different elements of the flexible and reconfigurable mechanical fixing system for the measurement of displacements and forces.
Figura 9: Acotación en vista de planta de la realización preferente del sistema del mecanismo de la figura 7 de la posición geométrica y dimensional de los diferentes elementos del sistema fijación mecánico flexible y reconfigurable para la medición de 15 desplazamientos y fuerzas.Figure 9: Dimensioning in plan view of the preferred embodiment of the mechanism system of Figure 7 of the geometric and dimensional position of the different elements of the flexible and reconfigurable mechanical fixing system for measuring 15 displacements and forces.
Figura 10: Vista isométrica de una realización preferente de una mesa de medición con base rectangular recta de medición de fuerzas de mecanizado mediante la lectura de la deformación de los elementos elásticos del sistema de fijación.Figure 10: Isometric view of a preferred embodiment of a measuring table with a straight rectangular base measuring machining forces by reading the deformation of the elastic elements of the fixing system.
Figura 11: Vista en alzado y planta de una mesa de medición con base rectangular 20 recta de medición de fuerzas de mecanizado.Figure 11: Elevation and plan view of a measuring table with rectangular base 20 straight measuring machining forces.
Figura 12: Vista isométrica de una realización preferente de una mesa de medición con forma cilindrica recta de base circular de medición de fuerzas.Figure 12: Isometric view of a preferred embodiment of a measuring table with a straight cylindrical shape with a circular base for measuring forces.
Figura 13: Vista en alzado y planta una mesa de medición con forma cilindrica recta de base circular de medición de fuerzas.Figure 13: Elevation and plan view of a straight cylindrical measuring table with a circular base for measuring forces
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada se muestra una realización preferente de la presente invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle aIn view of the aforementioned figures, and in accordance with the numbering adopted, a preferred embodiment of the present invention is shown, which comprises the parts and elements indicated and described in detail in
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continuación.continuation.
Así, tal y como se indica en las figuras 1 a 3, se muestra una realización de unión preferente sencilla de la invención, que comprende los siguientes elementos:Thus, as indicated in Figures 1 to 3, a simple preferred embodiment of the invention is shown, comprising the following elements:
- unas bases de fijación regulables (1) [Figura 1] permiten su fijación sobre los objetos que se desean unir mediante sistemas de unión desmontables (4) [Figura 1] a través de unos taladros pasantes (13) [Figura 2], fijándose por las caras inferior (16) o superior (16A) al objeto [Figura 2]. Las bases de fijación regulables disponen en sus caras laterales (15) [Figura 2] taladros roscados (14) [Figura 2] para la unión de los elementos de unión elásticos (2) [Figura 1] mediante uniones desmontables (5) [Figura 1]- dos elementos de unión elásticos (2) [Figura 1] formados por un cuerpo principal (6) [Figura 3] que montan en cada uno de sus extremos unos elementos pivotantes en este caso unas rotulas (3) con vástago roscado (17) [Figura 3], alineados axialmente al cuerpo principal (6) [Figura 3], que se fijan mediante el vástago roscado de las rotulas (17) en el taladro roscado interior (18) del casquillo de acoplamiento (7) [Figura 3], Este casquillo roscado dispone una rosca exterior (19) para su unión roscada en los taladros roscados (20, 21) que se disponen en los extremos del cuerpo principal (6); que estos casquillos de acoplamiento (7) [Figura 3] junto con las rosca interior (18) y vástago roscado (17) permite una regulación en longitud de la longitud total entre los ejes de las rotulas. Estas rotulas (3) permiten el pivote del eje de los elementos de unión elásticos y eliminan o reducen significativamente ¡as fuerzas cortantes, permitiendo transmitir los esfuerzos axiales al cuerpo principal (6) [Figura 3] deformándolo, y que en dicho cuerpo se alojan los elementos de medición o transductores (9) [Figura 3] que miden dicha deformación. El elemento de unión elástico se fija a través de las rotulas (3) pasando a su través medios de fijación desmontables (5) y atornillándose en los taladros roscados (14) dispuesta en las caras laterales (15).- Adjustable fixing bases (1) [Figure 1] allow their fixation on the objects to be joined by removable joining systems (4) [Figure 1] through through holes (13) [Figure 2], being fixed on the lower (16) or upper (16A) faces of the object [Figure 2]. The adjustable fixing bases have on their side faces (15) [Figure 2] threaded holes (14) [Figure 2] for joining the elastic joint elements (2) [Figure 1] by removable joints (5) [Figure 1] - two elastic connecting elements (2) [Figure 1] formed by a main body (6) [Figure 3] that mount on each of its ends pivoting elements in this case some ball joints (3) with threaded rod ( 17) [Figure 3], axially aligned to the main body (6) [Figure 3], which are fixed by the threaded rod of the ball joints (17) in the inner threaded bore (18) of the coupling sleeve (7) [Figure 3], This threaded bushing has an external thread (19) for its threaded connection in the threaded holes (20, 21) that are arranged at the ends of the main body (6); that these coupling bushings (7) [Figure 3] together with the internal threads (18) and threaded rod (17) allows a regulation in length of the total length between the axes of the markers. These markers (3) allow the pivot of the axis of the elastic joining elements and eliminate or significantly reduce the shear forces, allowing the axial forces to be transmitted to the main body (6) [Figure 3] deforming it, and that in said body they are housed the measuring elements or transducers (9) [Figure 3] that measure said deformation. The elastic joint element is fixed through the ball joints (3) by passing through removable fixing means (5) and screwed into the threaded holes (14) arranged on the side faces (15).
Las bases de fijación regulables (1) se fijan a la superficie de cada objeto poniendo en contacto las superficies (16) u (16A) mediante sistemas de unión desmontable (4).The adjustable fixing bases (1) are fixed to the surface of each object by contacting the surfaces (16) or (16A) by means of removable joining systems (4).
Entre cada dos bases de fijación regulable (1) [Figura 1], montadas en objetos diferentes, se unen al menos por un elemento de unión elástico, pudiendo montar sobre cada base de fijación regulable (1) más de un elemento de unión elástico (2) [Figura 7].Between each two adjustable fixing bases (1) [Figure 1], mounted on different objects, they are joined by at least one elastic joint element, and more than one elastic joint element (1) can be mounted on each adjustable fixing base (1). 2) [Figure 7].
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Como se comentó en el apartado de explicación de la invención, el sistema mecánico flexible de medición entre los cuerpos puede estar compuesto por varios conjuntos de base de fijación y elemento de unión para conseguir sistema isostático ó hlperestático, en el caso de que se midan los esfuerzos en los tres ejes y dependiendo de la configuración que se desee realizar para un mismo propósito.As mentioned in the explanation section of the invention, the flexible mechanical measuring system between the bodies can be composed of several sets of fixing base and connecting element to achieve an isostatic or hydrostatic system, in the event that the efforts on all three axes and depending on the configuration that you want to perform for the same purpose.
También podría completarse, otra realización preferente que el sistema de fijación puede disponer de 0 grados de libertad, o por ejemplo en caso de sistemas autoestables como puede ser un sistema pendular, de más grados de libertad, ello dependerá del tipo de movimiento que se desee disponer o restringir para el propósito de la medición o montaje.It could also be completed, another preferred embodiment that the fixing system can have 0 degrees of freedom, or for example in case of self-stable systems such as a pendular system, with more degrees of freedom, this will depend on the type of movement desired arrange or restrict for the purpose of measurement or assembly.
En esta realización preferente, el conjunto de bases de fijación regulables que están conectadas a través de uno o varios elementos de unión elásticos tal y como se muestra en figura 1 o figura 7, se puede regular su distancia horizontal (D) [Figura 5 y 8], la altura (C), el ángulo (A) y la longitud (H) del elemento de unión elástico y sus dimensiones están ligadas con las relaciones trigonométricas y geométricas siguiendo las fórmulas;In this preferred embodiment, the set of adjustable fixing bases that are connected through one or more elastic joining elements as shown in Figure 1 or Figure 7, their horizontal distance (D) can be regulated [Figure 5 and 8], the height (C), the angle (A) and the length (H) of the elastic joint element and its dimensions are linked to the trigonometric and geometric relationships following the formulas;
sen(A) = (C)/H (i)
sin (A) = (C) / H (i)
cos(A) = D/H (¡i)
cos (A) = D / H (¡i)
tang (A) = (C)/D (iii)
tang (A) = (C) / D (iii)
Si Hmin es la longitud mínima del elemento elástico entre los puntos de pivote o ejes de las uniones pivotantes cuando éstas se encuentran totalmente roscadas, tenemos que el valor de H es:If Hmin is the minimum length of the elastic element between the pivot points or axes of the pivot joints when they are fully threaded, we have that the value of H is:
H = Hmin + 2*t (iv)
H = Hmin + 2 * t (iv)
Donde, í es el margen de longitud roscable regulable de ambas uniones pivotantes, E es la distancia entre el eje de la unión pivotante (3) y la base de fijación regulable (1), A es el ángulo entre el elemento de unión y el plano de la base de la fijación regulable, H es la longitud entre los ejes de fijación de las uniones pivotantes del elemento de unión elástico (2), D es la proyección horizontal de H al plano definido por la base de fijación regulable (1) y C es la proyección vertical H al plano de la fijación regulable.Where, í is the adjustable thread length range of both pivot joints, E is the distance between the axis of the pivot joint (3) and the adjustable fixing base (1), A is the angle between the joint element and the plane of the base of the adjustable fixing, H is the length between the fixing axes of the pivoting joints of the elastic joint element (2), D is the horizontal projection of H to the plane defined by the adjustable fixing base (1) and C is the vertical projection H to the plane of the adjustable fixing.
Despejando C en (i) y sustituyendo H por (iv) tenemos:Clearing C in (i) and substituting H for (iv) we have:
C = (Hm,n + 2*t).sen(A) + 2.E (v)C = (Hm, n + 2 * t) .sen (A) + 2.E (v)
C = Hmin.sen (A) + 2.E + 2*t.sen(A) (vi)C = Hmin.sen (A) + 2.E + 2 * t.sen (A) (vi)
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Igualmente con el parámetro D se tiene que:Similarly with parameter D you have to:
D = Hmin.COS(A) + 2*t.cos(A) (vii)D = Hmin.COS (A) + 2 * t.cos (A) (vii)
Donde el sumando de (vi) 2*t.sen(A) es la regulación máxima de la distancia vertical entre las superficies superior e inferior y (vii) 2*t.cos(A) es la distancia horizontal entre ejes de las bases de fijación regulables (1).Where the sum of (vi) 2 * t.sen (A) is the maximum regulation of the vertical distance between the upper and lower surfaces and (vii) 2 * t.cos (A) is the horizontal distance between axes of the bases adjustable fasteners (1).
Las distancias F y G [Figuras 6 y 9], se establecen según el valor de D, según se deduce de la relación trigonométrica (ii):The distances F and G [Figures 6 and 9] are established according to the value of D, as follows from the trigonometric relationship (ii):
- G = D + J G = D + J
- (viii) (viii)
- G = H.cos (A) + J G = H.cos (A) + J
- (ix) (ix)
- F ~ H.sen(A)+2*E F ~ H.sen (A) + 2 * E
- (x) (x)
Donde J es el ancho de la base de fijación regulable y F es la distancia proyectada entre bases de fijación en planta.Where J is the width of the adjustable fixing base and F is the projected distance between fixing bases in plan.
En otra posible realización preferente, tal y como se describe en las figuras 10 y 11, se muestra el sistema mecánico flexible reconfigurable para la medición de las fuerzas hiperestático, con cero grados de libertad, en los cuales el objeto a unir o medir se trata de dos bases prismáticas con base rectangular metálicas (7) y (8) con longitud “L”, “W” espesores “e1” y “e2” con una distancia de separación entre placas “I", en este caso el sistema de mecánico flexible de medición, comprende los siguiente elementos:In another possible preferred embodiment, as described in Figures 10 and 11, the reconfigurable flexible mechanical system for measuring hyperstatic forces is shown, with zero degrees of freedom, in which the object to be joined or measured is treated. of two prismatic bases with rectangular metal base (7) and (8) with length "L", "W" thicknesses "e1" and "e2" with a separation distance between plates "I", in this case the mechanical system Flexible measurement, includes the following elements:
• En la base rectangular inferior (7) a unir se disponen un total de 4 bases de fijación regulables (1) en las esquinas, utilizando 4 uniones desmontables (4) que se introducen por los orificios (10) de ¡as bases de fijación regulables roscándolas a los taladros roscados (11) realizados en la base rectangular inferior (7).• In the lower rectangular base (7) to be joined, a total of 4 adjustable fixing bases (1) are arranged in the corners, using 4 removable joints (4) that are introduced through the holes (10) of the fixing bases adjustable by threading them to the threaded holes (11) made in the lower rectangular base (7).
• Mientras que en la base rectangular superior a unir (8) se disponen un total de 8 unidades de bases de fijación regulables (1 A) desplazadas una distancia (D) con respecto a las bases de fijación regulables (1) de la base (7), uniendo de la misma forma las bases de fijación regulables (1 A) utilizando 4 uniones desmontables (4) que se introducen por los orificios (10) de las bases de fijación regulables (1 A) roscándolas a los taladros roscados (11) realizados en la base rectangular superior (8).• While a total of 8 units of adjustable fixing bases (1 A) displaced a distance (D) with respect to the adjustable fixing bases (1) of the base (8) are arranged in the upper rectangular base to be joined (8). 7), joining in the same way the adjustable fixing bases (1 A) using 4 removable joints (4) that are introduced through the holes (10) of the adjustable fixing bases (1 A) by threading them to the threaded holes (11 ) made in the upper rectangular base (8).
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• La unión de las dos bases rectangulares inferior (7) y superior (8), se realiza por medio de las bases de fijación regulables (1,1 A) fijadas mediante 8 elementos de unión elásticos (2). Los elementos de unión elásticos (2) se unen mediante uniones desmontables (5) que se introducen a través de las cabezas de las rotulas (3) como elemento de unión pivotante montadas en los extremos del cuerpo principal de los elementos de unión elásticos (2).• The union of the two rectangular bases inferior (7) and superior (8), is realized by means of the adjustable fixation bases (1,1 A) fixed by 8 elastic union elements (2). The elastic joint elements (2) are joined by removable joints (5) that are introduced through the heads of the ball joints (3) as a pivotal joint element mounted at the ends of the main body of the elastic joint elements (2) ).
Otra posible realización preferente de la invención, es el que se muestra en las figuras 12 y 13 que se trata de sistema mecánico flexible reconfigurable para la medición de las fuerzas isostáticas con cero grados de libertad, en el que los objetos a unir y medir se trata de dos bases formadas por dos cilindros metálicos una inferior (7) y otra superior (8) de radio “W” y “L” respectivamente de y espesor “E”, con una distancia de separación entre placas “I”, en este caso el sistema comprende los siguientes elementos:Another possible preferred embodiment of the invention is that shown in Figures 12 and 13, which is a reconfigurable flexible mechanical system for measuring isostatic forces with zero degrees of freedom, in which the objects to be joined and measured are It consists of two bases formed by two metal cylinders, one lower (7) and another upper (8) of radius "W" and "L" respectively of thickness "E", with a separation distance between plates "I", in this In this case, the system includes the following elements:
• en la cara superior de la base cilindrica inferior (7) se fijan 3 bases de fijación regulables (1), mientras que en la superficie inferior de la base cilindrica superior (8) se fijan 6 bases de fijación regulables (1 A).• 3 adjustable fixing bases (1) are fixed on the upper face of the lower cylindrical base (7), while 6 adjustable fixing bases (1 A) are fixed on the lower surface of the upper cylindrical base (8).
• Las bases de fijación regulables se fijan mediante uniones desmontables (5) a las caras de las bases cilindricas a unir (7,8). Las uniones desmontables (5) se roscan a los taladros roscados (10) que disponen las bases (7,8).• The adjustable fixing bases are fixed by removable joints (5) to the faces of the cylindrical bases to be joined (7,8). The removable joints (5) are threaded to the threaded holes (10) that have the bases (7,8).
• La unión de las dos bases cilindricas (7,8) se realiza por medio de las bases de fijación regulables (1,1 A) fijadas mediante 6 elementos de unión elásticos (2). Los elementos de unión elásticos (2) se unen mediante uniones desmontables (5) que se introducen a través de las cabezas de las rotulas (3) como elemento de unión pivotante montadas en los extremos del cuerpo principal de los elementos de unión elástico (2).• The connection of the two cylindrical bases (7,8) is carried out by means of the adjustable fixing bases (1,1 A) fixed by means of 6 elastic joining elements (2). The elastic joint elements (2) are joined by removable joints (5) that are introduced through the heads of the ball joints (3) as a pivotal joint element mounted at the ends of the main body of the elastic joint elements (2) ).
Claims (10)
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| ES201600628A ES2651720B2 (en) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | Flexible mechanical fixing system reconfigurable for measuring displacements and forces |
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| ES201600628A ES2651720B2 (en) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | Flexible mechanical fixing system reconfigurable for measuring displacements and forces |
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| US8978480B2 (en) * | 2011-08-02 | 2015-03-17 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Recursive hexapod system and method for multiaxial mechanical testing |
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