ES2785684T3 - Sistema de soporte flotante 3D y máquina de detección de geometría relacionada de artículos delgados - Google Patents

Abstract

Sistema de soporte de un artículo delgado en una máquina de detección de geometría del artículo delgado, que comprende una pluralidad de puntos de restriñido verticales (1) con los cuales está en contacto dicho artículo delgado, caracterizado porque dichos puntos de restriñido verticales (1) están acoplados en pares por brazos de interconexión (4) que a su vez comprenden una articulación de restriñido (3, 5) provista de un mecanismo de articulación universal el cual determina, para dichos brazos (4), dos grados de libertad de rotación (32, 34) a lo largo de dos ejes ortogonales que pasan en la proximidad del eje longitudinal del artículo, acoplándose por sí mismas de manera similar dichas articulaciones de restriñido (3, 5) en pares hasta que convergen, en una secuencia de múltiples capas, hacia un único punto de restriñido.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de soporte flotante 3D y máquina de detección de geometría relacionada de artículos delgados

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de equilibrio de soporte y tridimensional de artículos delgados, generalmente asimétricos, para su uso para la detección exacta de su forma geométrica. Campo tecnológico de la invención

Como es sabido, la industria de fabricación mecánica hace un enorme uso de productos delgados semiacabados, generalmente hechos de metal y otros materiales, para la fabricación de productos más complejos. En particular, para los procesos de cilindrado y moldeo, sin limitación a éstos, se utilizan ampliamente productos semiacabados delgados que presentan diferentes tipos de sección (redonda, cuadrada, hexagonal, etc.).

Las características de los productos delgados semiacabados están relacionadas con cuatro áreas principales: geometría del producto, composición química y física del material, acabado superficial y características químicas, físicas y mecánicas. En cada una de las áreas anteriormente mencionadas, las especificaciones establecidas son un compromiso entre los problemas de fabricación del producto, el coste para el logro de dichas características y las necesidades reales de los procesos posteriores, determinándose tanto por los procesos de mecanizado como por los requisitos de la aplicación final. Los productos semiacabados más comunes en la industria de la ingeniería, sin limitación a éstos, son productos en forma de barras destinadas a cilindrado y/o moldeo, que tienen generalmente una longitud de 3 metros, lo cual proporciona un buen compromiso entre el manejo del producto semiacabado y la cantidad de producto semiacabado que se ha de tratar para cada ciclo de procesamiento. También, es posible encontrar barras más largas, de hasta 4, 5 ó 6 metros, por encima de las cuales la gestión de existencias y su transporte se vuelven difíciles, o barras más cortas, para las cuales el tiempo empleado para cargar la barra que se ha de procesar no es ventajoso. Estos artículos se comercializan comúnmente en varios materiales, tanto metálicos (acero, latón, aluminio, titanio, etc.) y poliméricos (polietileno, polipropileno, PVC, Teflón, etc.) como no metálicos (cerámica, vidrio, materiales compuestos o sinterizados, etc.).

Para el alcance de esta invención, es necesario profundizar en el tema de la geometría del producto semiacabado. Las barras poseen una geometría cilíndrica delgada, es decir, las dimensiones de la base son "pequeñas" con respecto a la altura del cilindro. Las formas más comunes de la base son un círculo, un hexágono, un cuadrado y un rectángulo; pueden ser sólidas (barras) o huecas (tubos) y son necesarias para procesos donde el usuario aprovecha los ahorros debido a la ejecución de la forma de la sección. Por ejemplo, la sección redonda es usada para roscas, ejes, etc.; la sección hexagonal para tuercas, pernos, etc. Se da particular importancia a todo lo que respecta a las especificaciones dimensionales porque, si el fabricante garantiza tales características, el usuario podrá evitar realmente procesos para obtener el tamaño correcto para el artículo específico; por ejemplo, en el caso de barras de sección redonda, son fabricados y comercializados también con tolerancia h7, con muy bajos errores de circularidad, lo que permite realizar ejes finitos simplemente cortando y procesando el extremo de la pieza de trabajo.

Los principales procesamientos realizados en estos productos semiacabados son el mecanizado en torno. Las tecnologías de cilindrado evolucionan muy rápidamente y las prestaciones, en términos de velocidad de rotación y características de corte de las herramientas, están aumentando considerablemente. Durante el cilindrado, la barra es cargada en un eje de mecanizado en la parte posterior del torno y es puesta en consecuencia en rotación en toda su longitud, mientras la máquina realiza una operación de cilindrado. Las máquinas más modernas pueden realizar mecanizados con velocidades de rotación de 5.000, 8.000 o incluso 10.000 revoluciones por minuto, dependiendo de la maleabilidad del material. Estas velocidades de rotación son considerables y requieren que el producto semiacabado tenga una "rectitud" muy exacta, para minimizar los problemas de vibración y, en última instancia, de precisión del mecanizado.

Con el fin de un método para unificar la evaluación de la "rectitud", los reguladores han convenido durante varios años algunas definiciones que se mencionarán a continuación, y que han sido recogidas en la norma europea EN 12164. Esta norma define (para productos semiacabados en barras que poseen un diámetro de 10 mm a 50 mm y una longitud mayor de 1000 mm) que la desviación de la rectitud es la curvatura (profundidad del arco) con respecto a una línea teórica dada cuando el producto semiacabado se encuentra en un plano horizontal; esta norma indica también los valores límite, los cuales no debe sobrepasarse, en mm/m: en la jerga común, una fracción de la "DIN" (como referencia a la norma EN12164DIN, es decir, la transposición alemana de la norma europea) representa de manera simplista un nivel de calidad, con respecto a la rectitud, del mismo artículo (1/3 DIN es una mejor calidad de 1/2 DIN, y así sucesivamente).

Después de varios años de estudios de ingeniería sobre cuestiones tecnológicas relacionadas con la rectitud de los artículos, la solicitante concluyó que la norma mencionada anteriormente no puede considerarse adecuada hoy en día para exponer valores significativos de "rectitud" para los niveles de producción tecnológica actuales. La norma establece que la detección del arco debe realizarse cuando el producto semiacabado se encuentra sobre una superficie plana sin tener en cuenta que las curvaturas máximas establecidas, - que los procesos de fabricación modernos incluso tienden a descartar. - casi son cancelados por el efecto de reposar en el plano de referencia debido a la fricción transversal: las desviaciones reales son, por lo tanto, casi indetectables. La relación entre la densidad y el módulo de Young, especialmente de aleaciones metálicas, es tal que la deformación debida a su propio peso es mucho mayor que las curvaturas examinadas con fines cualitativos.

Básicamente, si un producto descansa sobre una superficie plana, este producto tiende a presentar una conformación plana a pesar de su curvatura, haciendo que sea imposible determinarlo de este modo, tal y como se expone en la norma. De modo similar, en el plano horizontal, la fricción se vuelve predominante con respecto a la posibilidad del retorno elástico impuesto por las pequeñas curvaturas que se han de examinar.

La cuestión de la rectitud fue explorada tecnológicamente en muchos campos, especialmente cuando la delgadez de los productos hace que la relación de densidad con el módulo de Young y/o la densidad con la fricción del rodamiento sea desfavorable. Esta cuestión siempre ha sido un tema importante de ingeniería y desarrollo para soluciones técnicas de medición y análisis de productos, tanto para control de calidad como para control de procesos.

En la técnica anterior, existen varias realizaciones interesantes destinadas a medir la rectitud, tanto en términos de planitud como en términos de rectitud. Encontramos soluciones y aplicaciones centradas en métodos de aplicación de sensores de detección más o menos originales, como por ejemplo en las patentes EP 2527785, CN 102221354, EP 0352247, EP 1447645, WO2006138220, WO9634251 o JP 61283804, donde, no obstante, no se considera el modo de soportar el producto durante la medición; obviamente, estos métodos son convenientes en aplicaciones donde la relación entre la densidad y el módulo de Young o entre la densidad y la fricción es favorable (por ejemplo, en artículos realizados a partir de material compuesto de fibra de carbono), lo cual a menudo no ocurre en el caso de artículos metálicos delgados.

Se han propuesto otras soluciones centradas en cómo es soportado el producto con disposiciones diseñadas para controlar la acción accionada por los soportes verticales en términos de fuerza y desplazamiento en el producto semiacabado que se va a medir. Existen varias metodologías, con enfoques mecatrónicos de células de carga como en el caso de las patentes EP 2057438 o EP 1974179; con enfoques físicos tales como la flotación física en un fluido de la misma densidad que en el caso de las patentes EP 1915323 o JP 063331339; o con enfoque fluídico como en el caso de la patente JP S5934109, donde el cuerpo delgado es soportado sobre un "lecho" de accionadores fluídicos isobaros. Toda la técnica anterior mencionada anteriormente, no obstante, proporciona soluciones orientadas principalmente a la precisión, como en el caso de la aplicación de los sensores, o donde el objetivo es obtener una medida exacta a través de la suspensión del artículo, en cualquier caso, centrándose en el intento único de equilibrar los efectos negativos de la gravedad en la medición del artículo.

La patente EP 2803942 también divulga un complejo sistema de soporte de artículos delgados, el cual simplemente aborda la necesidad de manejar una pluralidad de artículos. Las patentes DE 4009144 A1 y GB 2259764 A divulgan máquinas de detección de geometría para detectar la forma de objetos largos, en donde los objetos largos están en reposo en equilibrio sobre un soporte. En la patente DE 4009144 A1, el soporte está formado por una pluralidad de sujeciones verticalmente extensibles situadas a lo largo de una línea recta.

Resumen de la invención

El propósito de la presente invención es superar las limitaciones de la técnica anterior proporcionando un sistema de soporte para artículos delgados que permita que los mismos asuman libremente su forma geométrica, independientemente de las restricciones externas, para poder medir la geometría real de las piezas.

Este objetivo es logrado con un sistema tal y como se describe en sus características esenciales en la reivindicación principal adjunta. Otros aspectos preferentes son descritos en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de las figuras

Otras características y ventajas de la invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de una realización preferente, dada a modo de simple ejemplo no limitativo e ilustrada en los dibujos adjuntos, en donde:

las figuras 1A y 1B son figuras esquemáticas las cuales representan un ejemplo de un cuerpo delgado, con sección transversal circular y poligonal, respectivamente;

las figuras 2A y 2B son vistas esquemáticas, respectivamente una vista en perspectiva y una en explosión, de un sistema de soporte de acuerdo con una realización de la invención; las figuras 3A, 3B, 3C son vistas en alzado lateral esquemáticas de las diversas realizaciones del sistema de soporte de acuerdo con la invención;

la figura 4 es una vista parcialmente ampliada de la figura 2A, en la cual son marcados los ejes de rotación instantánea;

la figura 5 es una vista en alzado lateral esquemática de un modo de soporte del sistema diferente de acuerdo con la invención;

las figuras 6-7 son vistas laterales esquemáticas en alzado de diversas configuraciones para una máquina de detección de geometría que utiliza el sistema de acuerdo con la invención. Descripción de las realizaciones actualmente preferentes

La extensa investigación llevada a cabo para encontrar una solución viable que cumpla el propósito de realizar mediciones precisas, exactas e industrialmente ventajosas ha llevado a la Solicitante a concebir una solución particular que supere las limitaciones de la técnica conocida. Para conocer mejor los detalles de la solución, es necesario hacer una pequeña digresión en precisión y exactitud. La precisión de una medición es definida por la dispersión estadística de los valores detectados en comparación con el valor promedio de las mediciones; una medición más precisa de otra medición tendrá valores menos distantes respecto del valor promedio de los mismos valores, con respecto a una medición menos precisa que tendrá valores más dispersos, es decir, con una mayor desviación standard. En la técnica general, la precisión está vinculada a la calidad del sensor utilizado con respecto a las resoluciones esperadas para la determinación de la cantidad física que se ha de examinar: por ejemplo, un sensor de triangulación láser es más preciso que un sensor mecánico con detección de posición (por ejemplo, del tipo resistivo). Por otra parte, la exactitud se refiere a otro aspecto de la medición, es decir, la distancia del valor detectado, individual o promedio, en comparación con el valor real. El último concepto es un punto esencial para el sistema que se muestra aquí, ya que el objetivo de la solicitud es proporcionar un dispositivo capaz de obtener un valor, que sea lo más cercano posible al valor real, ya que sólo este valor puede usarse tanto para el análisis de control de calidad como para actividades de control de procesos.

La primera consideración que debe hacerse es que en un artículo delgado que no cumple con las condiciones de rectitud, el sitio de los centros de las secciones que componen el artículo constituye una curva asimétrica, es decir, un sitio geométrico cuyos planos de oscilación se encuentran en varios niveles. Los procesos de producción de los artículos son tales que los planos de oscilación tienden a ser ligeramente divergentes, pero la experiencia experimental ha demostrado que incluso las modificaciones menores de estos planos tienden a degradar la exactitud de la medición.

En geometría diferencial, es conocido un teorema (teorema fundamental de la teoría de curvas en el espacio) que establece que si existe una curva parametrizada con respecto a la longitud del arco con curvatura y torsión, dicha curva es única, excepto por movimientos rígidos en el espacio. Este teorema nos hace comprender la importancia de considerar los cuerpos delgados y asimétricos como el desarrollo de una curvatura, más que como simples representaciones Cartesianas; este concepto matemático ha llevado a la Solicitante a considerar que, suspendiendo un artículo delgado y asimétrico en el espacio con un dispositivo capaz de acomodar las curvaturas del artículo a lo largo de su abscisa curvilínea, minimizando los efectos de flexión a lo largo de la tríada de Frenet opuesta a la acomodación de las curvas reales del producto, es posible actualizar el objeto de dejar que el artículo delgado asegure una forma de acuerdo con su forma única, independientemente del ángulo de torsión o de su actitud en el espacio inercial.

La solución ideada consiste en un sistema de soportes (restriñidores verticales) para la barra, diseñado adecuadamente para cumplir con lo indicado anteriormente a nivel teórico. Este sistema, que permite acomodar las curvaturas en dos planos ortogonales simultáneamente y con la misma técnica para crear los equilibrios, permite que la elasticidad del artículo delgado se exprese libremente, para que el propio artículo, normalmente una barra, pueda adoptar su forma real, neutralizando todas las tensiones internas. Por esta razón, el sistema de acuerdo con la invención también es denominado sistema flotante (o Sistema Flotante 3D), para enfatizar su capacidad de equilibrar los efectos gravitacionales y dejar la libertad curvilínea multiplanar del artículo.

Mas precisamente, es necesario realizar un soporte externo interconectado para que sea posible realizar un conjunto de equilibrios específicos. El dispositivo está compuesto por un conjunto de soportes físicos hechos para minimizar la superficie de contacto, dando también la posibilidad (a veces indispensable) de no restringir la rotación del artículo en el punto de soporte (torsión). De hecho, en muchos casos, un aspecto que ha de ser examinado es el "giro", es decir, la velocidad de torsión de la sección a lo largo del sitio de los centros del artículo; en este caso, la ausencia o minimización del restriñido de torsión asegura una elevada exactitud para la detección del giro.

Los puntos de soporte están conectados mecánicamente entre sí a través de brazos mecánicos de longitud variable, los cuales poseen la característica de ser variables en modo manual o automático, siendo esencial este último aspecto para el equilibrio perfecto del sistema. Estos brazos, referidos a continuación como "primarios", poseen a su vez un punto particular, normalmente a mitad de camino pero que puede cambiarse si es necesario, en el que se inserta un mecanismo de articulación universal, dejando al brazo primario dos grados de libertad de rotación a lo largo de dos ejes ortogonales que pasan lo más cerca posible del centro del artículo.

De este modo, los puntos de soporte están conectados en pares a través de dichos brazos de conexión. Estos brazos primarios son soportados a su vez por brazos secundarios que tienen, en sus respectivos extremos, conexiones a las articulaciones universales mencionadas anteriormente de los brazos primarios; preferentemente en posición central, pero posiblemente también desplazadas, teniendo también cada brazo secundario una articulación universal adicional con dos ejes ortogonales que pasan lo más cerca posible del eje de la barra o artículo. Dicha articulación universal sirve como elemento de conexión del nivel del brazo secundario.

La disposición resultante es sustancialmente una pluralidad de capas/niveles de brazo que se dividen, con un patrón fractal, los soportes; en cada soporte hay una suspensión cardánica (articulación universal) con ejes de rotación centrados tanto como sea posible en la barra o artículo que se ha de soportar, dejando al brazo soportado solamente dos grados de libertad de rotación.

La articulación universal es esencial para permitir que toda la disposición de soporte acomode la tendencia curvilínea multiplanar del artículo, sin oponerse a ninguna reacción en dos planos ortogonales. Las capas pueden ser varias y, en consecuencia, pueden conducir a un número de soportes finales para el artículo igual a 2An; para evitar dejar un grado residual de libertad de rotación, el soporte terrestre final (es decir, en el plano de referencia fijo de la máquina) del sistema 3D flotante se puede hacer convenientemente en dos puntos. Entonces, tendremos 4 soportes en el caso de dos capas/niveles, 8 soportes en el caso de tres capas, 16 soportes en el caso de cuatro capas, y así sucesivamente.

El número de capas es determinanado en función del grado de fraccionamiento deseado del soporte del artículo. No se descarta que en algunas aplicaciones pueda bastar con tener solamente una capa de brazos.

De este modo, el esquema de soporte se desarrolla simétricamente con respecto a la línea central de la barra o artículo que se ha de ser soportado.

Un elevado fraccionamiento es positivo para minimizar el tamaño del tramo libre, pero es negativo para el aumento en la masa de grupos de soporte, brazos y articulaciones universales. Preferiblemente, el compromiso correcto proporciona un número óptimo de tres capas para barras de metal con un tamaño de sección de 5 mm a 30 mm y una longitud de 3 a 6 metros, sin que la masa reduzca demasiado la frecuencia natural del sistema.

Debe enfatizarse la importancia de la arquitectura de suspensión universal, lo cual permite minimizar el efecto de resistencia a la colocación libre en el espacio del artículo porque, en comparación con otras técnicas conocidas, la reacción de soporte del artículo es transferido al punto de rotación a través de un brazo que causa fricción y resistencias mecánicas inevitables que tienen un efecto mínimo sobre la libertad de distensión de flexión del artículo. Este es un aspecto que distingue particularmente la solución de la invención, ya que tal fricción es responsable de los errores de exactitud inevitablemente presentes en las otras soluciones de la técnica conocida. La aplicación de las articulaciones universales como medios de articulación de los brazos de soporte proporciona una composición de planos ortogonales para sostener y acomodar las curvaturas naturales del artículo haciendo, entre otras cosas, que el artículo se pueda colocar virtualmente en el espacio en cualquier posición sin que los efectos de inercia afecten la curvatura del mismo.

El dispositivo de acuerdo con la invención tiene características peculiares, que son: 1) la compensación de los efectos de inercia en la flexión es independiente de la posición del artículo en el espacio, que es independiente de la posición del sistema de soporte y del giro de la curva asimétrica del sitio de los centros con respecto al propio sistema de soporte; 2) una correlación entre los ángulos de los diversos brazos que conectan las articulaciones universales con los valores de interpolación de las curvaturas a lo largo del artículo; 3) una minimización de los efectos mecánicos de fricción en las articulaciones universales con respecto a las flexiones del artículo; 4) la capacidad de operar de forma directa con articulaciones universales libres y de manera indirecta con articulaciones universales bloqueadas: en este último caso, el par de bloqueo es una función de los momentos de flexión dentro del artículo cuando se mantiene en la posición dictada por los ángulos impuestos sobre las articulaciones universales.

De acuerdo con una variante de la invención, las articulaciones universales son, por lo tanto, de tipo bloqueable, en concreto, los ejes de rotación pueden bloquearse mecánicamente con una actitud fija. En este caso, se proporcionan preferiblemente sensores de tensión/deformación (tales como células de carga o similares), que pueden detectar las tensiones existentes alrededor de los ejes de las articulaciones universales.

Todos los aspectos anteriores nos permiten comprender cómo funciona el sistema y cómo esto permite realizar mediciones extremadamente exactas de la forma geométrica del artículo en los siguientes dos casos: con articulaciones universales libres o con articulaciones universales bloqueadas.

En el caso de articulaciones universales libres, el artículo puede expresar su curvatura geométrica que conduce al equilibrio neutral de sus tensiones internas, dado que el sistema de suspensión de articulación universal permite dejar libre la flexión del artículo en sus planos de curvatura, reaccionando al peso en los puntos de intersección de los soportes y equilibrando los dos componentes ortogonales. Aplicando este sistema a una máquina de detección geométrica, la detección se puede realizar a través de diferentes métodos técnicos. Por ejemplo, leyendo en varias posiciones a lo largo del artículo con láser común puntual o sensores de lectura de perfil; a través de sensores inductivos, capacitivos o corriente de Foucault; los sistemas sin contacto mecánico son preferibles con respecto a los sistemas de lectura de contacto, porque estos últimos conllevan una aplicación inevitable de fuerzas que alteran la forma, comprometiendo la exactitud extrema del sistema.

Una segunda posibilidad es leer la posición angular de cada rotación en las articulaciones universales, a través de sensores de lectura de ángulo tales como codificadores, lectores resistivos, lectores inductivos u otros lectores comúnmente disponibles en la técnica, como los de efecto Hall o los de corriente de Foucault.

Los dos enfoques tienen ventajas y desventajas que se pueden evaluar de la siguiente manera: lectura a través de sistemas láser externos al sistema flotante, especialmente si las guías de rectitud extrema movibles limitadas a cadenas principales de granito y/o asociadas con interferómetros para la corrección precisa e instantánea de la posición relativa de medición permiten una reconstrucción muy detallada de la deformación con resoluciones longitudinales, incluso milimétricas o submilimétricas, introduciendo, sin embargo, la necesidad de sistemas integrados adicionales; la medición a través de la lectura de las rotaciones de articulaciones universales permite mantener una complejidad extremadamente baja de la arquitectura de la máquina en su conjunto, proporcionando el valor de curvatura y mediando los valores intermedios entre los puntos de soporte. Se ha descubierto experimentalmente que este último caso es más que suficiente para todas las actividades de control de calidad y control de procesos.

En el caso de articulaciones universales bloqueadas, el Sistema Flotante 3D tiene todos los 2An soportes perfectamente alineados. En este punto, haciendo que el artículo descanse en el sistema, esto ejercerá fuerzas sobre los soportes a través de su peso y las tensiones producidas como resultado de la tensión elástica generada por la diferencia entre la curvatura natural y la perfecta rectitud impuesta; su propio peso será contrarrestado por la flexión simétrica del brazo y no desarrollará un par en la articulación universal. La reacción de restricción del bloqueo de la articulación universal será entonces representativa del estado de flexión como proporcional a la curvatura natural. Dicha información de torsión puede ser obtenida integrando sensores de torsión en el sistema de bloqueo de articulación universal, de los cuales la técnica ofrece muchas posibilidades tanto como sensores de galgas extensométricas y como sensores piezoeléctricos; de este modo, es posible determinar la deformación de una manera muy exacta a través de un "proceso posterior" de la información de tensión aplicando un modelo elástico del material (conociendo el módulo de Young y la inercia de la sección). Cabe destacar que, también en el caso de configuración de articulación universal libre, es posible, a partir de la geometría, determinar el estado de la deformación a la tracción en función del módulo de Young y de la inercia de la sección.

En cualquier caso, la disposición modular dividida y la cinemática de acoplamiento de articulación universal son los elementos que permiten realizar las mediciones, gracias a lo cual se puede decir que la exactitud del sistema es una característica intrínseca del mismo. La precisión es entonces una función de las tecnologías de detección de posición o de tracción integradas al Sistema Flotante 3D o externas al mismo, y se elegirá de acuerdo con las expectativas de la aplicación final.

La opción de usar el sistema en forma libre o restringida, convirtiéndolo en un sistema "reversible", es una característica importante y distintiva del sistema, ya que puede usarse en combinación con sistemas láser externos particularmente precisos y detallados, con sistemas internos integrados de posición de rotación o incluso sistemas de medición de par, como hacer que el Sistema Flotante 3D también sea completamente autónomo en las mediciones.

En términos de rendimiento, se destaca que la configuración de articulación universal bloqueada permite realizar mediciones sin partes móviles y sin instrumentos de medición externos. Este hecho permite realizar detecciones casi instantáneas, ya que es posible leer las reacciones métricas de par inmediatamente después de que la barra haya sido colocada. Cuando los movimientos de masa acoplados elásticamente no están presentes, como en el caso de articulaciones universales libres, no es necesario esperar la posible amortiguación de las oscilaciones del artículo antes de realizar las mediciones; además, no es necesario esperar a que se complete una etapa de adquisición móvil, debido a la ausencia de una etapa de detección por sistemas móviles.

Otra característica ventajosa del sistema es tener los puntos de soporte del artículo en los brazos de soporte tal y como se ha descrito anteriormente, mientras se mantiene un grado de libertad de traslación a lo largo del propio brazo.

Sustancialmente, en cada punto de soporte del sistema flotante, el artículo es libre de deslizarse hacia delante y hacia atrás a lo largo de su eje longitudinal.

Esta es una posibilidad significativa porque permite mantener este movimiento restringido a través de la propia barra y/o a través de un manguito adecuado restringido al suelo y movible longitudinalmente. El manguito permite de este modo, con su movilidad adecuada controlada de forma automática, variar las configuraciones de longitud de los brazos. De este modo, el sistema también se puede volver a configurar fácilmente en caso de cambio de longitud del artículo que se ha de medir.

Es decir, se puede proporcionar que cada soporte del sistema se pueda deslizar verticalmente dentro de un manguito de guía integral a la referencia fija del sistema. Sin embargo, el soporte se puede mover verticalmente de manera consistente con el brazo de interconexión subyacente. El manguito puede ser trasladado a lo largo de la extensión del brazo, posiblemente con medios de motorización, variando la posición de aplicación del soporte a lo largo de la longitud del brazo de interconexión correspondiente.

La distribución de los soportes a lo largo del eje longitudinal del sistema se establece preferiblemente en función del modelo elástico calculado del artículo, para obtener el equilibrio perfecto. Esta operación puede ser asistida por un sistema automático programado o preestablecido adecuadamente durante la etapa de producción del sistema (si está destinado a una longitud fija y predeterminada de artículos).

Los experimentos en el sistema de suspensión de articulación universal confirmaron la expectativa de exactitud esperada a partir de consideraciones teóricas y conceptuales. A partir de las pruebas, se descubrió que al medir las barras (por ejemplo, de diámetro de sección redonda de 10 ó 12 mm de latón, acero o aluminio, con una válvula de contrapeso de 1,5 mm a lo largo de unos 3 metros de longitud total), estos han mostrado variaciones de unas pocas decenas de micras con la variación de su posición de rotación (es decir, la torsión en la nomenclatura de Frenet), lo que demuestra el hecho de que en la medición no influye la desviación gravitacional ni la cinemática de las suspensiones de articulaciones universales; de este modo, los dos planos ortogonales de soporte permitieron que la barra expresara sus curvaturas en los planos naturales osculadores, haciéndolos rotar rígidamente con la rotación de la barra exactamente como lo establece el teorema fundamental de la curva en la teoría del espacio.

El sistema de soporte también puede ser equipado con un sistema automático para medir la longitud de la barra y de la posición con respecto al eje de simetría del sistema flotante, permitiendo de este modo procesar a través del modelo elástico (conociendo el módulo de Young y la inercia de la sección) de los factores de corrección de la medición para la extrapolación de la forma de equilibrio real. Los tipos de detección de posición longitudinal pueden ser sistemas ópticos láser o de luz discreta, así como sistemas de sensores, dependiendo de las elecciones técnicas deseadas.

La parte mecánica del sistema debe ser combinado con una parte electrónica para la gestión y la lectura de los sensores, para el procesamiento y almacenamiento de datos y el posible intercambio con sistemas de línea de terceros. Por lo tanto, los datos también pueden ser representados en forma gráfica o almacenados en dispositivos de almacenamiento masivo, almacenados datos en bruto y datos de sumario, tal como, por ejemplo, el desplazamiento en cualquier longitud, y más comúnmente en forma de mm/m según lo sugerido por la norma mencionada anteriormente. Los datos también pueden ser representados gráficamente por secciones sucesivas en forma tridimensional, forma bidimensional, o con valores escalares de síntesis numérica para representar mejor la información para el control de calidad y las actividades de control de procesos. El sistema puede ser completado mediante sistemas de gestión automática para la cooperación y descarga de barras desde y hacia líneas de producción o almacenes.

El sistema puede ser equipado con rodillos en los puntos de contacto con el artículo delgado, por ejemplo, del tipo longitudinal con el fin de permitir el deslizamiento libre a lo largo del eje longitudinal del artículo. Esto promueve el uso continuo de la máquina para barras en movimiento longitudinal o para productos sin soldadura. La restricción de contacto con los soportes también puede ser de dos lados.

Lo siguiente proporcionará una divulgación más detallada con referencia puntual a las figuras adjuntas.

Las figuras 1A y 1B muestran el ejemplo de dos barras 18 que están genéricamente curvadas, en donde se destaca lo siguiente: la desviación 22, la línea de base 23, el eje curvilíneo 26 de la barra y las secciones terminales 24 y 25 de un tipo redondo, cuadrado y hexagonal. En esta representación, el artículo es visto con una perspectiva tal para aparecer representado en una forma compacta; en la práctica, las dimensiones normales son del orden de metros para las referencias 23 y 26, decenas de milímetros para las referencias 24 y 25 y milímetros para la referencia 23.

La figura 2A muestra una realización del sistema, la cual ayuda a comprender el concepto esencial de la invención. La barra 18 descansa sobre un sistema con ocho soportes 1 y tres capas 8 / 4 / 2 con articulaciones 3; las articulaciones y los soportes son suspensiones de articulaciones universales conectadas por brazos 4. El punto 5 es el punto de restriñido del último brazo al suelo (es decir, al plano de referencia fijo del sistema). El eje de simetría 19 del sistema también es visible.

La figura 2A muestra más visiblemente la lógica de montaje de las partes que constituyen las suspensiones de articulación universal proporcionadas en los puntos de soporte 1 del artículo, en las articulaciones de conexión 3 entre los brazos 4 y en el restriñido al suelo 5.

Las figuras 3 muestran un diagrama del soporte del artículo 18 en dos casos: con ocho soportes en las figuras 3A y 3B, y con dieciséis soportes en la figura 3C, respectivamente. En este último caso, la parte izquierda simétrica al eje central 19 no se muestra. El esquema de soporte proporciona una estructura de tipo árbol en la cual los soportes 1 en la primera capa se convierten en cuatro articulaciones 3 en los casos de las figuras 3A y 3B y ocho en el caso de la figura 3C, convirtiéndose luego en dos articulaciones 3 en las figuras 3A y 3B, restriñiendose luego al suelo a través de los soportes 5. En el caso de la figura 3C hay una capa adicional de cuatro articulaciones, antes de pasar a la última capa con las restriñidos del suelo 5. En estas representaciones, es posible observar los elementos de interconexión 4 entre los puntos de soporte 1 y entre los puntos de articulación 3. El esquema de simetría con respecto a la línea central 19 de la barra es importante.

En estas figuras, cabe destacar la interconexión entre las articulaciones del tipo mecánico, en donde debe haber bisagras en el soporte 1 y los puntos de articulación 3, permitiendo las rotaciones libres de los elementos de interconexión 4 (es decir, los brazos). La simetría del sistema con respecto a la línea central 19 es importante; la posición de los puntos de soporte 1 puede no ser uniforme y las longitudes de los elementos de interconexión 4 pueden ser variables y controlarse a través de sistemas de gestión automáticos.

La figura 4 muestra los ejes de rotación de las suspensiones de articulaciones universales, en donde se muestran los dos ejes ortogonales 32 y 34 y el eje de torsión 33.

La figura 5 muestra una realización diferente de la invención, en donde el sistema de soporte está en una configuración operativa, girada 180 grados con respecto al eje de la barra 18. En este caso, los restreñimientos verticales funcionan bajo tensión y no bajo compresión; es decir, los restreñimientos verticales cuelgan el artículo desde la parte superior y luego están sujetas a acción de tensión.

La figura 6 muestra un ejemplo del sistema aplicado a una máquina de detección geométrica con una disposición de ocho soportes 1 en donde la lógica de trabajo de los elementos de interconexión 4 que se equilibra a través de las rotaciones en las articulaciones 3 como resultado de las fuerzas de reacción de restreñimiento en el artículo es evidente. La figura muestra el eje de precisión 27 y el sensor láser capaz de adquirir las mediciones a lo largo de la línea de base o la abscisa curvilínea. El sensor 28 también tiene la función de detectar la longitud y la posición del artículo con respecto a la simetría del sistema de soporte, dado que dicha información puede ser útil para procesar coeficientes de corrección curvilínea para compensar las longitudes y la asimetría en el posicionamiento. También es posible adoptar sensores láser laterales para la detección en el plano horizontal del artículo en forma de barra, especialmente si está asociado con la aplicación de los sistemas libres laterales 21. La figura 7 representa una máquina, la cual es una alternativa a la de la figura 6, en donde los sensores fijos de diferentes tipos (inductivo, capacitivo, corriente de Foucault) son proporcionados en el plano horizontal, en el plano vertical y/o para el posicionamiento axial del artículo en forma de barra. En configuraciones especiales, es posible desequilibrar artificialmente los brazos de equilibrio, para reequilibrar los artículos que no tienen longitudes compatibles con respecto a las configuraciones preestablecidas. Dicho desequilibrio debe entenderse como la aplicación de fuerzas elásticas o constantes que han de ser implementadas en las articulaciones para reequilibrar las discrepancias entre las posiciones reales de las restricciones y las posiciones ideales. Con esta lógica, es posible instalar dispositivos externos al sistema de equilibrio para la aplicación de fuerzas al artículo, para compensar con lógicas especiales las discontinuidades en los extremos y los efectos de borde.

Tal y como se puede entender a partir de la divulgación anterior, gracias a la configuración de la invención, es posible tener un sistema de soporte de un cuerpo delgado que proporcione una amplia libertad de adaptación, para no afectar la geometría natural durante las operaciones de detección de la forma geométrica real.

Se entiende, sin embargo, que la invención no debe considerarse limitada por las disposiciones particulares anteriormente expuestas, las cuales representan únicamente ejemplos de realización de la misma, pero son posibles diferentes variantes, todas al alcance de un experto en la materia, sin alejarse del alcance de la propia invención, tal y como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de soporte de un artículo delgado en una máquina de detección de geometría del artículo delgado, que comprende una pluralidad de puntos de restriñido verticales (1) con los cuales está en contacto dicho artículo delgado, caracterizado porque dichos puntos de restriñido verticales (1) están acoplados en pares por brazos de interconexión (4) que a su vez comprenden una articulación de restriñido (3, 5) provista de un mecanismo de articulación universal el cual determina, para dichos brazos (4), dos grados de libertad de rotación (32, 34) a lo largo de dos ejes ortogonales que pasan en la proximidad del eje longitudinal del artículo, acoplándose por sí mismas de manera similar dichas articulaciones de restriñido (3, 5) en pares hasta que convergen, en una secuencia de múltiples capas, hacia un único punto de restriñido.

2. Sistema según la reivindicación 1, en donde dichos brazos de interconexión (4) presentan una longitud variable entre dichos puntos de acoplamiento de los puntos de restriñido verticales (1).

3. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, en donde dichos puntos de restriñido verticales (1) dejan al menos un grado de libertad de torsión (33) a dicho artículo delgado.

4. Sistema según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en donde dichos puntos de restriñido verticales (1) dejan al menos un grado de libertad transversal a dicho artículo delgado.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos puntos de restriñido verticales (1) dejan al menos un grado de libertad de traslación longitudinal a dicho artículo delgado.

6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde además se proporcionan unos medios de bloqueo para inhibir dichos grados de libertad de rotación (32, 34) de dicho mecanismo de articulación universal, y

unos medios de sensor para detectar las tensiones de rotación en dichos mecanismos de articulación universal en correspondencia con los ejes de rotación de dichos grados de libertad de rotación (32, 34).

7. Máquina de detección de geometría de un artículo delgado, que comprende un marco que presenta un sistema de soporte del artículo delgado y un dispositivo de detección de geometría adaptado para detectar la forma geométrica del artículo delgado restriñido en dicho sistema de soporte, caracterizada porque dicho sistema de soporte es según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.