ES2831093B2 - COUPLING DEVICE BETWEEN A ROBOT AND A HEAD - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO ENTRE UN ROBOT Y UN CABEZALCOUPLING DEVICE BETWEEN A ROBOT AND A HEAD
Sector de la técnicaTechnical sector
La presente invención está relacionada con los interfaces de acoplamiento entre un robot y un cabezal que va montando en el extremo del robot a través del acoplamiento, proponiendo la invención un dispositivo de acoplamiento que permite absorber posibles errores de alineación que se puedan producir entre el cabezal y la pieza sobre la que trabaja el cabezal. La invención es de aplicación preferente para establecer el acoplamiento entre el extremo de un robot y un cabezal de inspección de piezas mediante técnicas no destructivas (NDT).The present invention is related to the coupling interfaces between a robot and a head that is mounted at the end of the robot through the coupling, the invention proposing a coupling device that allows absorbing possible alignment errors that may occur between the head. and the piece on which the head works. The invention is of preferred application to establish the coupling between the end of a robot and a head for inspection of parts by non-destructive techniques (NDT).
Estado de la técnicaState of the art
Los robots son dispositivos ampliamente empleados en la industria. Generalmente en el extremo libre del robot va dispuesto un cabezal que comporta una herramienta para trabajar sobre una pieza, de manera que, en función del trabajo a realizar sobre la pieza, dicha herramienta puede ser de diferentes tipos, tal como por ejemplo una herramienta de inspección y medida, una herramienta de manipulación, una herramienta de mecanizado, o una herramienta de otro tipo.Robots are devices widely used in industry. Generally, at the free end of the robot there is a head that includes a tool to work on a part, so that, depending on the work to be done on the part, said tool can be of different types, such as, for example, a tool for inspection and measurement, a handling tool, a machining tool, or a tool of another type.
Los robots por su propia configuración presentan un cierto grado de imprecisión en sus movimientos, es decir, son capaces de desplazar su extremo libre de forma rápida hasta un punto determinado, pero llegado ese punto necesitan de medios adicionales para poder corregir su posicionamiento y mejorar así su precisión. De acuerdo con ello, uno de esos medios son los interfaces de acoplamiento que se disponen entre el extremo libre del robot y el cabezal, los cuales permiten absorber pequeños errores de alineación que se puedan dar entre el cabezal y la pieza sobre la que se trabaja. Estos acoplamientos son en esencia mecanismos flexibles que dotan de una precisión de posicionamiento adicional a la que el robot posee en sí mismo.Robots by their own configuration present a certain degree of imprecision in their movements, that is, they are capable of moving their free end quickly to a certain point, but at that point they need additional means to be able to correct their positioning and thus improve. its precision. Accordingly, one of these means is the coupling interfaces that are arranged between the free end of the robot and the head, which allow absorbing small alignment errors that may occur between the head and the part that is being worked on. . These couplings are essentially flexible mechanisms that provide additional positioning precision to that of the robot itself.
Existen algunas aplicaciones en las que el posicionamiento del cabezal sobre la pieza requiere una gran precisión, tal como por ejemplo las aplicaciones de medición de propiedades mecánicas de piezas mediante el uso de técnicas no destructivas NDT.There are some applications in which the positioning of the head on the workpiece requires great precision, such as for example measurement applications of mechanical properties of parts through the use of non-destructive techniques NDT.
Para dichas aplicaciones el cabezal comprende un sensor de ensayos no destructivos ("NDT”), que recopila información de las variables electromagnéticas de una pieza metálica a inspeccionar, y un yugo, que es una pieza de acero en forma de "U” invertida en la que se induce un campo magnético. Uno de los principales requerimientos para el buen funcionamiento del sensor NDT es el perfecto contacto del yugo con la pieza a medir, dicho contacto metal-metal debe ser puntual en los dos extremos inferiores del yugo. Para posicionar el cabezal sobre la pieza, el control del robot tiene información de la geometría en formato CAD de la pieza a medir, sin embargo, esta información no es suficiente para garantizar un contacto seguro y de calidad entre el cabezal y la pieza, por lo cual se requiere el empleo de un interfaz de acoplamiento entre el extremo libre del robot y el cabezal.For these applications, the head comprises a non-destructive testing ("NDT") sensor, which collects information from the electromagnetic variables of a metal part to be inspected, and a yoke, which is a piece of steel in the shape of a "U" inverted in which induces a magnetic field. One of the main requirements for the proper functioning of the NDT sensor is the perfect contact of the yoke with the piece to be measured, said metal-metal contact must be punctual at the two lower ends of the yoke. To position the head on the part, the robot control has information on the geometry in CAD format of the part to be measured, however, this information is not enough to guarantee a safe and quality contact between the head and the part, for which requires the use of a coupling interface between the free end of the robot and the head.
Por ejemplo, el documento US2008238418A1 hace referencia a un método y un aparato para estimar la dureza de una pieza de fundición (1) empleando el efecto Barkhausen. Dicho aparato comprende un brazo robótico (6) que soporta un cabezal sensor no destructivo (5) que comprende: un bobinado sensor (13); un electroimán (7) formado por un cuerpo ferromagnético en forma de U (9) y un bobinado (11) arrollado en dicho cuerpo (9); un marco formado por paredes (17) unido al brazo robótico (6); y al menos un muelle (15) interpuesto entre el electroimán (7) y las paredes (17).For example, document US2008238418A1 refers to a method and an apparatus for estimating the hardness of a casting (1) using the Barkhausen effect. Said apparatus comprises a robotic arm (6) that supports a non-destructive sensor head (5) comprising: a sensor winding (13); an electromagnet (7) formed by a U-shaped ferromagnetic body (9) and a winding (11) wound on said body (9); a frame formed by walls (17) attached to the robotic arm (6); and at least one spring (15) interposed between the electromagnet (7) and the walls (17).
Dicho muelle hace la función de interfaz de acoplamiento y permite corregir pequeñas desviaciones angulares que se dan entre el electroimán y la pieza cuya dureza se quiere medir, sin embargo, por su simplicidad el muelle no permite asegurar en todo momento un contacto puntual adecuado de los dos extremos inferiores del electroimán sobre la pieza, resultando por tanto necesario un interfaz de acoplamiento mejorado que permita asegurar dicho contacto.Said spring acts as a coupling interface and allows correcting small angular deviations that occur between the electromagnet and the part whose hardness is to be measured.However, due to its simplicity, the spring does not ensure adequate point contact of the elements at all times. two lower ends of the electromagnet on the part, therefore an improved coupling interface is necessary to ensure said contact.
Objeto de la invenciónObject of the invention
La invención se refiere a un dispositivo para permitir el acoplamiento del extremo libre de un robot a un cabezal que realiza operaciones sobre la superficie de trabajo de una pieza.The invention relates to a device to allow the coupling of the free end of a robot to a head that performs operations on the work surface of a piece.
La invención resulta especialmente adecuada para aplicaciones de inspección de piezas mediante técnicas magnéticas, en las cuales se requiere asegurar el contacto entre el cabezal y la superficie de la pieza a inspeccionar. Si bien dicha aplicación no es limitativa, pudiendo emplearse el dispositivo en otras aplicaciones en las que se requiera un mecanismo flexible que sea capaz de adaptar la posición del cabezal a la superficie de trabajo.The invention is especially suitable for applications for the inspection of parts using magnetic techniques, in which it is required to ensure the contact between the head and the surface of the part to be inspected. Although said application is not limiting, the device can be used in other applications in which a flexible mechanism is required that is capable of adapting the position of the head to the work surface.
El dispositivo de acoplamiento comprende:The coupling device comprises:
• un cuerpo que tiene una primera parte extrema para acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema para acoplamiento del cabezal, comprendiendo el cuerpo:• a body that has a first end part for coupling with a free end of the robot and a second end part for coupling the head, the body comprising:
o un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje "y” aproximadamente perpendicular a la superficie de trabajo, y or a vertical translation mechanism with horizontal plates to allow a degree of freedom of movement in the direction of a "y" axis approximately perpendicular to the work surface, and
o un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas para permitir un grado de libertad de rotación en torno a un eje "z” perpendicular al eje "y”, y or a rotation mechanism with oblique plates to allow a degree of freedom of rotation around a "z" axis perpendicular to the "y" axis, and
o en donde la primera parte extrema del cuerpo está asociada con la segunda parte extrema del cuerpo según una disposición en serie, primeramente a través de las pletinas horizontales y seguidamente a través de las pletinas oblicuas. or wherein the first end part of the body is associated with the second end part of the body in a series arrangement, first through the horizontal bars and then through the oblique bars.
El mecanismo de rotación del dispositivo de acoplamiento es capaz de adaptar la posición del cabezal a la superficie de trabajo corrigiendo posibles desalineaciones debidas a errores de posicionamiento del robot y/o de fabricación de la superficie de la pieza. Además, el mecanismo de traslación vertical permite absorber el impacto que se produce en el contacto del cabezal con la superficie de trabajo debido al empuje ejercido por el robot en el momento de aproximación del cabezal hacia la superficie de trabajo.The rotation mechanism of the coupling device is capable of adapting the position of the head to the work surface, correcting possible misalignments due to positioning errors of the robot and / or manufacturing errors of the part surface. In addition, the vertical translation mechanism allows to absorb the impact that occurs in the contact of the head with the work surface due to the push exerted by the robot when the head approaches the work surface.
Además, la disposición en serie permite que el primer mecanismo en actuar del dispositivo de acoplamiento sea el de rotación, asegurado primeramente un adecuado contacto entre el cabezal y la superficie de trabajo, y seguidamente el mecanismo de traslación vertical, absorbiendo el impacto del cabezal con la superficie de trabajo, de manera que dicha absorción se realiza una vez que el cabezal está correctamente posicionado sobre la superficie de trabajo, y por tanto no afecta al posicionamiento del cabezal sobre la superficie.In addition, the arrangement in series allows the first mechanism to act on the coupling device to be the rotation mechanism, first ensuring adequate contact between the head and the work surface, and then the vertical translation mechanism, absorbing the impact of the head with the work surface, so that said absorption is carried out once the head is correctly positioned on the work surface, and therefore does not affect the positioning of the head on the surface.
Según un ejemplo de realización preferente de la invención el dispositivo de acoplamiento tiene un tope físico para limitar el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y la rotación en torno al eje "z”, con lo que se reduce la tensión soportada por las pletinas impidiendo que se pueda producir su rotura.According to a preferred embodiment of the invention, the coupling device has a physical stop to limit the displacement in the direction of the "y" axis, and the rotation in around the "z" axis, thereby reducing the tension supported by the plates, preventing them from breaking.
De acuerdo con el ejemplo de realización preferente, la primera parte extrema consiste en una pieza en forma de "T” con una base superior a la cual es acoplable el extremo del robot y una prolongación central que proyecta verticalmente hacia abajo y a la cual están unidas las pletinas horizontales. La segunda parte extrema consiste en una pieza en forma de "U” invertida con una base superior y dos paredes extremas a cada una de las cuales está unida una de las pletinas oblicuas. En la base superior está definida una hendidura en la cual queda parcialmente ubicada la prolongación central de la primera parte extrema, definiendo así la hendidura el tope físico que limita el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y la rotación en torno al eje "z”.According to the preferred embodiment, the first end part consists of a "T" shaped piece with an upper base to which the end of the robot can be attached and a central extension that projects vertically downwards and to which they are attached. The horizontal plates The second end part consists of an inverted "U" shaped piece with an upper base and two end walls to each of which one of the oblique plates is attached. In the upper base a groove is defined in which the central extension of the first end part is partially located, thus defining the groove the physical stop that limits the displacement in the direction of the "y" axis, and the rotation around the axis. "z".
De acuerdo con dicho ejemplo de realización preferente, el centro de rotación del mecanismo de rotación en el eje "z” está ubicado en la intersección de los planos imaginarios que definen cada una de las pletinas oblicuas, quedando el centro de rotación por debajo de la superficie de trabajo.According to said preferred embodiment, the center of rotation of the rotation mechanism in the "z" axis is located at the intersection of the imaginary planes that define each of the oblique plates, the center of rotation being below the work surface.
En función de la posición del centro de rotación en el eje "z” puede ser necesario dotar al dispositivo de un grado de libertad lateral. De acuerdo con ello, y según otro ejemplo de realización de la invención, el cuerpo adicionalmente comprende un mecanismo de traslación horizontal con unas pletinas verticales para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje "x” aproximadamente paralelo a la superficie de trabajo, y por tanto perpendicular a los ejes "z” e "y”, y en donde la primera parte extrema del cuerpo está asociada con la segunda parte extrema del cuerpo según una disposición en serie, primeramente a través de las pletinas verticales, seguidamente a través de las pletinas horizontales y seguidamente a través de las pletinas oblicuas.Depending on the position of the center of rotation in the "z" axis, it may be necessary to provide the device with a degree of lateral freedom. Accordingly, and according to another embodiment of the invention, the body additionally comprises a mechanism for horizontal translation with vertical plates to allow a degree of freedom of movement in the direction of an "x" axis approximately parallel to the work surface, and therefore perpendicular to the "z" and "y" axes, and where the The first end part of the body is associated with the second end part of the body in a series arrangement, first through the vertical bars, then through the horizontal bars and then through the oblique bars.
Preferentemente el cuerpo del dispositivo de acoplamiento es monolítico. Es decir, el cuerpo está fabricado en una única pieza, evitando una fabricación de diferentes partes que deban ser acopladas entre sí, y por tanto evitando que existan tolerancias entre las partes que limiten la precisión de posicionamiento del dispositivo.Preferably the body of the coupling device is monolithic. In other words, the body is manufactured in a single piece, avoiding the manufacture of different parts that must be coupled together, and therefore avoiding the existence of tolerances between the parts that limit the positioning precision of the device.
Para aplicaciones de inspección de piezas mediante técnicas magnéticas, en las que se emplea un cabezal con un sensor NDT que es altamente sensible a la presencia de materiales magnéticos, se ha previsto que el cuerpo esté fabricado en un material paramagnético, y preferentemente en una aleación de aluminio.For magnetic part inspection applications, where a head is used with an NDT sensor that is highly sensitive to the presence of magnetic materials, it has been envisaged that the body is made of a paramagnetic material, and preferably of an aluminum alloy.
Preferentemente el mecanismo de traslación vertical de ambos ejemplos de realización comprende dos conjuntos de al menos dos pletinas horizontales por cada conjunto, estando dispuestos los dos conjuntos en paralelo.Preferably, the vertical translation mechanism of both embodiments comprises two sets of at least two horizontal plates for each set, the two sets being arranged in parallel.
Aún más preferentemente, en ambos ejemplos de realización, el mecanismo de traslación vertical comprende dos conjuntos de tres pletinas horizontales, mientras que el mecanismo de rotación tiene dos pletinas oblicuas.Even more preferably, in both embodiments, the vertical translation mechanism comprises two sets of three horizontal bars, while the rotation mechanism has two oblique bars.
Con todo ello, el dispositivo objeto de la invención resulta de unas características muy ventajosas para la conexión del cabezal al extremo libre del robot, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de las soluciones convencionales.With all this, the device that is the object of the invention has very advantageous characteristics for connecting the head to the free end of the robot, acquiring a life of its own and a preferred character over conventional solutions.
Descripción de las figurasDescription of the figures
La figura 1 muestra un ejemplo de un cabezal de inspección mediante técnicas magnéticas no destructivas.Figure 1 shows an example of an inspection head using non-destructive magnetic techniques.
La figura 2 muestra un ejemplo de la aproximación de un robot que lleva un cabezal como el de la figura anterior hacia la superficie de trabajo de una pieza que se quiere inspeccionar con el cabezal.Figure 2 shows an example of the approach of a robot that carries a head like the one in the previous figure towards the work surface of a part that is to be inspected with the head.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de un primer ejemplo de realización del dispositivo de acoplamiento de la invención.Figure 3 shows a perspective view of a first embodiment of the coupling device of the invention.
La figura 4 muestra una vista frontal del dispositivo de la figura anterior.Figure 4 shows a front view of the device of the previous figure.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un segundo ejemplo de realización preferente del dispositivo de acoplamiento de la invención.Figure 5 shows a perspective view of a second preferred embodiment of the coupling device of the invention.
La figura 6 muestra una vista frontal del dispositivo de la figura anterior.Figure 6 shows a front view of the device of the previous figure.
La figura 7 muestra una vista esquemática simplificada de la adaptación a la superficie de trabajo de un dispositivo según el segundo ejemplo de realización preferente de la invención.Figure 7 shows a simplified schematic view of the adaptation to the surface of working of a device according to the second preferred embodiment of the invention.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
La presente invención se refiere a un dispositivo para el acoplamiento del extremo libre de un robot (no representado) a un cabezal (H, H’) que realiza operaciones sobre una superficie de trabajo (S).The present invention refers to a device for coupling the free end of a robot (not shown) to a head (H, H ') that performs operations on a work surface (S).
En las figuras 3 y 4 se muestra un primer ejemplo de realización del dispositivo para el acoplamiento del cabezal (H) al extremo libre del robot que presenta tres grados de libertad, un primer grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje “x”, un segundo grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje “y”, y un tercer grado de libertad de rotación en torno a un eje “z”.Figures 3 and 4 show a first embodiment of the device for coupling the head (H) to the free end of the robot that has three degrees of freedom, a first degree of freedom of movement in the direction of an "x axis ", A second degree of freedom of movement in the direction of a" y "axis, and a third degree of freedom of rotation about a" z "axis.
En las figuras 5, 6 y 7 se muestra un segundo ejemplo de realización preferente del dispositivo para el acoplamiento del cabezal (H’) al extremo libre del robot que presenta dos grados de libertad, un primer grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje “y”, y un segundo grado de libertad de rotación (a) en torno al eje “z”.Figures 5, 6 and 7 show a second preferred embodiment of the device for coupling the head (H ') to the free end of the robot that has two degrees of freedom, a first degree of freedom of movement in the direction of the "y" axis, and a second degree of freedom of rotation (a) around the "z" axis.
El dispositivo de acoplamiento es de aplicación preferente en la inspección de piezas mediante técnicas no destructivas, y especialmente en la inspección de piezas mediante técnicas electromagnéticas empleando el efecto “Barkhausen”.The coupling device is of preferential application in the inspection of parts by non-destructive techniques, and especially in the inspection of parts by electromagnetic techniques using the "Barkhausen" effect.
En la figura 1 se muestra un cabezal (H,H’) de inspección mediante técnicas magnéticas no destructivas que puede ser acoplado al dispositivo de la invención. El cabezal (H,H’) tiene dos partes fundamentales que son un sensor NDT (“Non destructiva testing”) y un yugo (Y) en el que va montado el sensor NDT, generalmente según una disposición ligeramente flotante del sensor NDT en el yugo (Y). El yugo (Y) se emplea para inducir un campo magnético en la superficie (S) de una pieza metálica a inspeccionar y el sensor NDT se emplea para recopilar información de variables electromagnéticas de la pieza.Figure 1 shows a head (H, H ') for inspection by non-destructive magnetic techniques that can be coupled to the device of the invention. The head (H, H ') has two fundamental parts that are an NDT sensor ( “Non destructive testing”) and a yoke (Y) in which the NDT sensor is mounted, generally according to a slightly floating arrangement of the NDT sensor in the yoke (Y). The yoke (Y) is used to induce a magnetic field on the surface (S) of a metal part to be inspected and the NDT sensor is used to collect information on electromagnetic variables from the part.
El yugo (Y) es una pieza metálica, generalmente de una aleación de acero, que tiene una forma en “U” invertida con dos extremos inferiores (M). Uno de los principales requerimientos para el buen funcionamiento del sensor NDT es el perfecto contacto de los extremos (M) del yugo con la superficie (S) de la pieza a medir. El contacto metal-metal entre ambos (Y,S) deberá ser puntual en los dos extremos inferiores (M) del yugo (Y).The yoke (Y) is a metallic piece, generally made of a steel alloy, that has an inverted “U” shape with two lower ends (M). One of the main requirements for the proper functioning of the NDT sensor is the perfect contact of the ends (M) of the yoke with the surface (S) of the piece to be measured. The metal-metal contact between both (Y, S) must be punctual at the two lower ends (M) of the yoke (Y).
Para llevar a cabo la inspección de la pieza el robot traslada el cabezal (H,H’) en un movimiento de aproximación del conjunto yugo-sensor en una dirección cercana a la perpendicular de la superficie (S) de la pieza. Debido a posibles errores de posicionamiento del robot y/o de fabricación de la pieza, la superficie de contacto entre el yugo (Y) y la superficie (S) de la pieza presentará una desalineación respecto a su normal teórica.To carry out the inspection of the part, the robot moves the head (H, H ') in an approximation movement of the yoke-sensor assembly in a direction close to the perpendicular of the surface (S) of the part. Due to possible errors in the positioning of the robot and / or the manufacturing of the part, the contact surface between the yoke (Y) and the surface (S) of the part will present a misalignment with respect to its theoretical normal.
Dicha desalineación puede ser compensada por el dispositivo de la invención con un giro (a) respecto al eje "z” que es perpendicular al plano formado por los ejes "x” e "y”. Tal y como se muestra en la figura 2, dicho giro (a) para la acomodación del yugo (Y) a la superficie (S) de la pieza tiene lugar al apoyar uno de los extremos (M) del yugo (Y) que actúa como pivote. Así, el centro de rotación (RZ) del yugo (Y) se desplaza desde una posición inicial (O) a una posición final (O’), experimentando un cierto desplazamiento lateral (AX), siendo necesario la incorporación de un grado de libertad que proporcione flexibilidad en la dirección del eje "x”.Said misalignment can be compensated by the device of the invention with a rotation (a) with respect to the "z" axis that is perpendicular to the plane formed by the "x" and "y" axes. As shown in figure 2, said rotation (a) for the accommodation of the yoke (Y) to the surface (S) of the piece takes place when supporting one of the ends (M) of the yoke (Y) that acts as a pivot. Thus, the center of rotation ( RZ) of the yoke (Y) moves from an initial position (O) to a final position (O '), experiencing a certain lateral displacement (AX), being necessary the incorporation of a degree of freedom that provides flexibility in the direction of the X axis".
Además de los grados de libertad de desplazamiento en el eje "x” y de rotación en el eje "z”, con el fin de absorber el impacto que genera el contacto metal-metal entre el yugo (Y) y la superficie (S) de la pieza, se precisa que el dispositivo de acoplamiento tenga otro grado de libertad en la dirección de aproximación del conjunto yugo-sensor en el eje "y”.In addition to the degrees of freedom of movement in the "x" axis and of rotation in the "z" axis, in order to absorb the impact generated by the metal-metal contact between the yoke (Y) and the surface (S) of the piece, it is required that the coupling device have another degree of freedom in the direction of approach of the yoke-sensor assembly on the "y" axis.
De acuerdo con el primer ejemplo de realización mostrado en las figuras 3 y 4, el dispositivo de acoplamiento comprende un cuerpo (10) con unas pletinas (13,14,15) que tiene una primera parte extrema (11) para acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema (12) para acoplamiento del cabezal (H). Para mejorar su comportamiento dinámico el cuerpo (10) preferentemente es bilateralmente simétrico.According to the first embodiment shown in Figures 3 and 4, the coupling device comprises a body (10) with plates (13,14,15) having a first end part (11) for coupling with an end free of the robot and a second end part (12) for coupling the head (H). To improve its dynamic behavior, the body (10) is preferably bilaterally symmetrical.
El cuerpo (10) comprende un mecanismo de traslación horizontal con unas pletinas verticales (13) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "x”, que es aproximadamente paralelo a la superficie (S), un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales (14) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "y”, que es aproximadamente perpendicular a la superficie (S) y perpendicular al eje "x”, y un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas (15) para permitir un grado de libertad de rotación en torno al eje "z”, que es perpendicular al plano formado por los ejes "x” e "y”.The body (10) comprises a horizontal translation mechanism with vertical plates (13) to allow a degree of freedom of movement in the direction of the "x" axis, which is approximately parallel to the surface (S), a translation mechanism vertical with horizontal plates (14) to allow a degree of freedom of movement in the direction of the "y" axis, which is approximately perpendicular to the surface (S) and perpendicular to the "x" axis, and a rotation mechanism with plates oblique (15) to allow a degree of freedom of rotation around the "z" axis, which is perpendicular to the plane formed by the "x" and "y" axes.
El cuerpo (10) adicionalmente comprende una primera parte intermedia (16) para conexión de las pletinas verticales (13) con las pletinas horizontales (14) y una segunda parte intermedia (17) para conexión de las pletinas horizontales (14) con las pletinas oblicuas (15).The body (10) additionally comprises a first intermediate part (16) for connecting the vertical bars (13) with the horizontal bars (14) and a second intermediate part (17) for connecting the horizontal bars (14) with the bars. oblique (15).
La primera parte extrema (11) del cuerpo (10) está asociada con la segunda parte extrema (12) del cuerpo (10) según una disposición en serie.The first end part (11) of the body (10) is associated with the second end part (12) of the body (10) in a series arrangement.
Es decir, la disposición en serie es tal que, la primera parte extrema (11) está conectada con la segunda parte extrema (12) por medio de las partes intermedias (16,17). Concretamente la primera parte extrema (11) está conectada con la primera parte intermedia (16) a través de las pletinas verticales (13), la primera parte intermedia (16) está conectada con la segunda parte intermedia (17) a través de las pletinas horizontales (14), y la segunda parte intermedia (17) está conectada con la segunda parte extrema (12) a través de las pletinas oblicuas (15).That is, the arrangement in series is such that the first end part (11) is connected to the second end part (12) by means of the intermediate parts (16,17). Specifically, the first end part (11) is connected to the first intermediate part (16) through the vertical bars (13), the first intermediate part (16) is connected to the second intermediate part (17) through the bars horizontal (14), and the second intermediate part (17) is connected with the second end part (12) through the oblique plates (15).
De acuerdo con ello, los tres grados de libertad están dispuestos en serie desde la segunda parte extrema (12) hasta la primera parte extrema (11) según el siguiente orden: pletinas oblicuas (15), pletinas horizontales (14) y pletinas verticales (13).Accordingly, the three degrees of freedom are arranged in series from the second end part (12) to the first end part (11) according to the following order: oblique bars (15), horizontal bars (14) and vertical bars ( 13).
El orden de unión en serie de pletinas permite mejorar el comportamiento del dispositivo de acoplamiento. Una vez el cabezal (H) se ha alineado con la superficie (S) de la pieza a medir, el robot puede continuar su movimiento descendente en el eje "y”, al deformarse las pletinas horizontales (14) por flexión, sin que el contacto entre el cabezal (H) y la superficie (S) de la pieza se vea afectado.The order of connection in series of plates allows to improve the behavior of the coupling device. Once the head (H) has been aligned with the surface (S) of the piece to be measured, the robot can continue its downward movement in the "y" axis, as the horizontal bars (14) deform by bending, without the contact between the head (H) and the surface (S) of the part is affected.
Como se observa en detalle en la figura 4, la primera parte extrema (11) consiste en una pieza en forma de "U” invertida con una base superior (111) a la cual es acoplable el extremo del robot y dos brazos laterales (112) que proyectan verticalmente hacia abajo y a los cuales se conectan un extremo de las pletinas verticales (13), estando el otro extremo conectado a la primera parte intermedia (16). As can be seen in detail in Figure 4, the first end part (11) consists of an inverted "U" shaped piece with an upper base (111) to which the end of the robot is attachable and two side arms (112 ) that project vertically downwards and to which one end of the vertical bars (13) is connected, the other end being connected to the first intermediate part (16).
La segunda parte intermedia (17) consiste en una pieza en forma de doble T con una prolongación central (171) que proyecta verticalmente hacia arriba y que termina en dos salientes laterales (172) y una base inferior (173) con dos salientes inferiores (174) que proyectan de forma oblicua hacia abajo. Las pletinas horizontales (14) están conectadas entre la prolongación central (171) de la segunda parte intermedia (17) y la primera parte intermedia (16).The second intermediate part (17) consists of a double T-shaped piece with a central extension (171) that projects vertically upwards and ends in two lateral projections (172) and a lower base (173) with two lower projections ( 174) that project obliquely downward. The horizontal bars (14) are connected between the central extension (171) of the second intermediate part (17) and the first intermediate part (16).
La segunda parte extrema (12) consiste en una pieza en forma de "T” invertida con una prolongación central (121) que proyecta verticalmente hacia arriba y dos paredes extremas (122) que proyectan verticalmente hacia abajo y entre las cuales se dispone el cabezal (H). Las pletinas oblicuas (15) están conectadas entre las paredes extremas (122) de la segunda parte extrema (12) y la base inferior (173) de la segunda parte intermedia (17).The second end part (12) consists of an inverted "T" shaped piece with a central extension (121) that projects vertically upwards and two end walls (122) that project vertically downwards and between which the head is arranged. (H) The oblique bars (15) are connected between the end walls (122) of the second end part (12) and the lower base (173) of the second intermediate part (17).
En la base superior (111) de la primera parte extrema (11) está definida una hendidura (113) en la que están alojados los salientes laterales (172) de la prolongación central (171) de la segunda parte intermedia (17), mientras que entre los dos salientes inferiores (174) de la segunda parte intermedia (17) se define una hendidura (175) en la que está alojada el extremo de la prolongación central (121) de la segunda parte extrema (12).In the upper base (111) of the first end part (11) a groove (113) is defined in which the lateral projections (172) of the central extension (171) of the second intermediate part (17) are housed, while that between the two lower projections (174) of the second intermediate part (17) a slit (175) is defined in which the end of the central extension (121) of the second end part (12) is housed.
Así, la hendidura (113) de la primera parte extrema (11) hace de tope físico con una doble función, por un lado, el extremo de la prolongación central (171) limita el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y por otro lado, los salientes laterales (172) limitan el desplazamiento en la dirección del eje "x”. La distancia entre la primera parte intermedia (16) y los brazos laterales (112) de la primera parte extrema (11) también limitan el desplazamiento en la dirección del eje "x”,Thus, the slit (113) of the first end part (11) acts as a physical stop with a double function, on the one hand, the end of the central extension (171) limits the displacement in the direction of the "y" axis, and on the other hand, the lateral projections (172) limit the displacement in the direction of the "x" axis. The distance between the first intermediate part (16) and the lateral arms (112) of the first end part (11) also limit the displacement in the direction of the "x" axis,
Por otro lado, la hendidura (175) también hace de tope físico limitando la rotación en el eje "z” por el contacto entre los salientes inferiores (174) de la segunda parte intermedia (17) y el extremo de la prolongación central (121) de la segunda parte extrema (12).On the other hand, the groove (175) also acts as a physical stop limiting the rotation in the "z" axis due to the contact between the lower projections (174) of the second intermediate part (17) and the end of the central extension (121 ) of the second end part (12).
Por motivos de peso, maniobrabilidad, aspectos dinámicos, y económicos, es preferible que el dispositivo sea lo más pequeño posible. Así, el dispositivo del segundo ejemplo de realización preferente tiene unas dimensiones reducidas y una configuración simplificada con respecto al primer ejemplo de realización, el cual permite obtener las mismas prestaciones que el dispositivo del primer ejemplo, pero eliminando la necesidad de tener un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "x”. Variando la posición del centro de rotación (RZ) en el eje "z” se puede llegar a minimizar el desplazamiento lateral (AX), lo que permite prescindir del grado de libertad en el eje "x”, ya que con dicha variación del centro de rotación (RZ) dicho desplazamiento lateral (AX) es muy pequeño en comparación los otros dos: desplazamiento en el eje "y”, y rotación en el eje "z”.For reasons of weight, maneuverability, dynamic aspects, and economics, it is preferable that the device is as small as possible. Thus, the device of the second preferred embodiment has reduced dimensions and a simplified configuration with respect to the first embodiment, which makes it possible to obtain the same performance as the device of the first example, but eliminating the need to have a degree of freedom of displacement in the direction of the "x" axis. By varying the position of the center of rotation (RZ) on the "z" axis, lateral displacement (AX) can be minimized, which makes it possible to dispense with the degree of freedom in the "x" axis, since with said variation of the center of rotation (RZ), said lateral displacement (AX) is very small compared to the other two: displacement in the "y" axis, and rotation in the "z" axis. .
En el primer ejemplo de realización el centro de rotación (RZ) en el eje "z” queda por encima superficie (S) mientras que en el segundo ejemplo de realización el centro de rotación (RZ) en el eje "z” queda por debajo de la superficie (S), permitiendo así prescindir del grado de libertad en el eje "x”.In the first embodiment, the center of rotation (RZ) in the "z" axis is above the surface (S), while in the second embodiment, the center of rotation (RZ) in the "z" axis is below. of the surface (S), thus allowing to dispense with the degree of freedom in the "x" axis.
El dispositivo del segundo ejemplo de realización preferente mostrado en las figuras 5, 6 y 7 comprende un cuerpo (10’) con unas pletinas (14’,15’) que tiene una primera parte extrema (11’) para el acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema (12’) para el acoplamiento del cabezal (H’). Para mejorar su comportamiento dinámico el cuerpo (10’) preferentemente es bilateralmente simétrico.The device of the second preferred embodiment shown in Figures 5, 6 and 7 comprises a body (10 ') with plates (14', 15 ') having a first end part (11') for coupling with an end free of the robot and a second end part (12 ') for coupling the head (H'). To improve its dynamic behavior, the body (10 ') is preferably bilaterally symmetrical.
El cuerpo (10’) comprende un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales (14’) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "y”, que es aproximadamente perpendicular a la superficie (S), y un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas (15’) para permitir un grado de libertad de rotación en torno al eje "z”, que es perpendicular al eje "y”.The body (10 ') comprises a vertical translation mechanism with horizontal plates (14') to allow a degree of freedom of movement in the direction of the "y" axis, which is approximately perpendicular to the surface (S), and a rotation mechanism with oblique plates (15 ') to allow a degree of freedom of rotation around the "z" axis, which is perpendicular to the "y" axis.
El cuerpo (10’) adicionalmente comprende una parte intermedia (16’) para conexión de las pletinas horizontales (14’) con las pletinas oblicuas (15’).The body (10 ') additionally comprises an intermediate part (16') for connection of the horizontal bars (14 ') with the oblique bars (15').
La primera parte extrema (11') del cuerpo (10’) está asociada con la segunda parte extrema (12’) del cuerpo (10’) según una disposición en serie.The first end part (11 ') of the body (10') is associated with the second end part (12 ') of the body (10') according to a series arrangement.
Es decir, la disposición en serie es tal que, la primera parte extrema (11’) está conectada con la segunda parte extrema (12’) por medio de la parte intermedia (16’). Concretamente la primera parte extrema (11’) está conectada con la parte intermedia (16’) a través de las pletinas horizontales (14’), y la parte intermedia (16’) está conectada con la segunda parte extrema (12’) a través de las pletinas oblicuas (15’). That is, the arrangement in series is such that the first end part (11 ') is connected with the second end part (12') by means of the intermediate part (16 '). Specifically, the first end part (11 ') is connected with the intermediate part (16') through the horizontal bars (14 '), and the intermediate part (16') is connected with the second end part (12 ') through through the oblique bars (15 ').
De acuerdo con ello los dos grados de libertad están dispuestos en serie desde la segunda parte extrema (12’) hasta la primera parte extrema (11’) según el siguiente orden: pletinas oblicuas (15’) y pletinas horizontales (14’).Accordingly, the two degrees of freedom are arranged in series from the second end part (12 ') to the first end part (11') according to the following order: oblique bars (15 ') and horizontal bars (14').
Al igual que en el primer ejemplo de realización, el orden de unión en serie de las pletinas permite mejorar el comportamiento del dispositivo de acoplamiento. Una vez el cabezal (H’) se ha alineado con la superficie (S) de la pieza a medir, el robot puede continuar su movimiento descendente en el eje "y”, al deformarse las pletinas horizontales (14’) por flexión, sin que el contacto entre el cabezal (H’) y la superficie (S) de la pieza se vea afectado.As in the first exemplary embodiment, the order of serial connection of the plates makes it possible to improve the performance of the coupling device. Once the head (H ') has been aligned with the surface (S) of the piece to be measured, the robot can continue its downward movement in the "y" axis, as the horizontal plates (14') deform by bending, without that the contact between the head (H ') and the surface (S) of the part is affected.
Como se observa en detalle en la figura 6, la primera parte extrema (11’) consiste en una pieza en forma de “T” con una base superior (111’) a la cual es acoplable el extremo del robot y una prolongación central (112’) que proyecta verticalmente hacia abajo y a la cual están unidas las pletinas horizontales (14’).As can be seen in detail in figure 6, the first end part (11 ') consists of a “T” -shaped piece with an upper base (111') to which the end of the robot can be attached and a central extension ( 112 ') that projects vertically downwards and to which the horizontal bars (14') are attached.
La segunda parte extrema (12’) consiste en una pieza en forma de “U” invertida con una base superior (121’) y dos paredes extremas (122’) a cada una de las cuales está unida una de las pletinas oblicuas (15’). En la base superior (121’) está definida una hendidura (123’) en la cual queda parcialmente ubicada la prolongación central (112’) de la primera parte extrema (11’), de manera que dicha hendidura (123’) hace de tope físico con una doble función, por un lado, limita el desplazamiento en la dirección del eje “y”, y por otro lado la rotación en torno al eje “z”.The second end part (12 ') consists of an inverted "U" shaped piece with an upper base (121') and two end walls (122 ') to each of which one of the oblique plates (15 '). In the upper base (121 ') a slit (123') is defined in which the central extension (112 ') of the first end part (11') is partially located, so that said slit (123 ') acts as a Physical stop with a double function, on the one hand, it limits the displacement in the direction of the "y" axis, and on the other hand, the rotation around the "z" axis.
Entre las dos paredes extremas (122’) de la segunda parte extrema (12’) se dispone el cabezal (H’). De acuerdo con la aplicación preferente de la invención para la inspección de piezas mediante técnicas no destructivas dicho cabezal comprende el conjunto yugo-sensor NDT.Between the two end walls (122 ') of the second end part (12') the head (H ') is arranged. According to the preferred application of the invention for the inspection of parts by non-destructive techniques, said head comprises the yoke-sensor NDT assembly.
Teniendo en cuenta la precisión que requiere el dispositivo para la aplicación preferente en la inspección de piezas mediante técnicas no destructivas, y con el fin de evitar errores e inexactitudes en el montaje del dispositivo, se ha previsto que el cuerpo (10, 10’) sea monolítico, es decir que esté fabricado en una única pieza sin uniones entre diferentes partes. Taking into account the precision required by the device for the preferred application in the inspection of parts using non-destructive techniques, and in order to avoid errors and inaccuracies in the assembly of the device, it has been foreseen that the body (10, 10 ') It is monolithic, that is, it is manufactured in a single piece without joints between different parts.
También de acuerdo con dicha aplicación preferente, y debido a la naturaleza de la medición y a la alta sensibilidad que tiene el sensor NDT a la presencia de materiales magnéticos en el entorno, el material del cuerpo (10, 10’) debe tener muy baja permeabilidad magnética, es decir, debe ser un material paramagnético.Also according to said preferred application, and due to the nature of the measurement and the high sensitivity of the NDT sensor to the presence of magnetic materials in the environment, the body material (10, 10 ') must have very low permeability magnetic, that is, it must be a paramagnetic material.
Debido al propósito de corregir posibles errores de posicionamiento, desalineaciones angulares e imperfecciones en la geometría de la pieza, se opta por un material de alta elasticidad y alta tensión de fluencia, con el fin de garantizar una actuación óptima y alta resistencia a fatiga. En base a estas especificaciones, se escoge como material base para formar el dispositivo una aleación de aluminio (por ejemplo, Al 7075 T6) con tratamiento térmico. Su permeabilidad magnética relativa es muy cercana a la del aire.Due to the purpose of correcting possible positioning errors, angular misalignments and imperfections in the geometry of the part, a material with high elasticity and high yield stress is chosen, in order to guarantee optimal performance and high resistance to fatigue. Based on these specifications, an aluminum alloy (eg Al 7075 T6) with heat treatment is chosen as the base material to form the device. Its relative magnetic permeability is very close to that of air.
En ambas realizaciones se han empleado dos tipos de uniones flexibles, todas ellas derivadas de las pletinas.In both embodiments, two types of flexible joints have been used, all of them derived from flat bars.
En el caso de la flexibilidad en las direcciones de los ejes "x” e "y”, se ha optado por el uso de pletinas (13,14,14’) empotradas en paralelo con el fin de permitir deformaciones únicamente por flexión, resultando en una unión con alta flexibilidad en la dirección de flexión y alta rigidez en cualquier otra dirección.In the case of flexibility in the directions of the "x" and "y" axes, it has been chosen to use plates (13,14,14 ') embedded in parallel in order to allow deformations only by bending, resulting in a joint with high flexibility in the bending direction and high stiffness in any other direction.
Por otro lado, para dotar al dispositivo del giro (a) respecto al eje "z”, se ha optado por una construcción RCR (Remote Centre of Rotation), formada por dos pletinas (15, 15’) que se unen virtualmente en un solo punto. La intersección de los planos imaginarios que definen cada una de las dos pletinas (15,15’) definen a su vez el centro de rotación (RZ) respecto al eje "z” del mecanismo de rotación.On the other hand, to provide the device with rotation (a) with respect to the "z" axis, a RCR (Remote Center of Rotation) construction has been chosen, consisting of two plates (15, 15 ') that are joined virtually in a single point The intersection of the imaginary planes that define each of the two plates (15,15 ') in turn define the center of rotation (RZ) with respect to the "z" axis of the rotation mechanism.
En ambas realizaciones el mecanismo de traslación vertical comprende dos conjuntos de tres pletinas horizontales (14,14’), estando dispuestos los dos conjuntos en paralelo, no obstante, un comportamiento cinemático similar se puede obtener con dos conjuntos de al menos dos pletinas horizontales (14,14’).In both embodiments, the vertical translation mechanism comprises two sets of three horizontal plates (14,14 '), the two sets being arranged in parallel, however, a similar kinematic behavior can be obtained with two sets of at least two horizontal plates ( 14.14 ').
El número de pletinas seleccionado, así como su longitud, espesor, ángulo y otras variables de diseño son el resultado de un proceso iterativo de optimización cuyo objetivo son los desplazamientos máximos en giro (a) y en dirección vertical "y”; atendiendo a restricciones tales como tensiones máximas, limitaciones de fabricación, tamaño, peso y rigidez relativa entre distintas partes del dispositivo de acoplamiento.The number of bars selected, as well as their length, thickness, angle and other design variables are the result of an iterative optimization process whose objective is the maximum displacements in rotation (a) and in the vertical direction "y"; according to restrictions such as maximum stresses, manufacturing limitations, size, weight, and relative stiffness between different parts of the coupling device.
El objetivo de conseguir desplazamientos máximos, unido con la restricción de tensión límite del material, se traduce en la obtención de rigideces pequeñas. Al tratarse de pletinas empotradas, la rigidez a flexión disminuye al reducir el espesor de las pletinas y al aumentar la longitud de las mismas. En menor medida, también disminuye al reducir el ancho. Por otro lado, para una misma deformación, la tensión crece linealmente con el espesor y decrece drásticamente al aumentar la longitud. Todo ello se traduce en una disminución del espesor (hasta un mínimo fabricable) y un aumento de la longitud para lograr una deformación máxima y tensión mínima.The objective of achieving maximum displacements, together with the limit stress restriction of the material, translates into obtaining small stiffnesses. As these are recessed bars, the bending stiffness decreases as the thickness of the bars is reduced and their length increases. To a lesser extent, it also decreases when reducing the width. On the other hand, for the same deformation, the stress increases linearly with the thickness and decreases dramatically with increasing length. All this translates into a reduction in thickness (to a minimum manufacturable) and an increase in length to achieve maximum deformation and minimum stress.
Se ha previsto que las pletinas verticales (13) tengan un espesor entre 0.15mm - 0.35mm, y preferentemente 0,15mm, que las pletinas horizontales (14,14’) tengan un espesor entre 0,2mm-0,3mm, y preferentemente 0,25mm, y que las pletinas oblicuas (15,15’) tengan un espesor entre 0,2mm-0,25mm, y preferentemente 0,2mm.It is foreseen that the vertical plates (13) have a thickness between 0.15mm - 0.35mm, and preferably 0.15mm, that the horizontal plates (14.14 ') have a thickness between 0.2mm-0.3mm, and preferably 0.25mm, and that the oblique strips (15.15 ') have a thickness between 0.2mm-0.25mm, and preferably 0.2mm.
La relación entre el desplazamiento en la dirección del eje "y” y la rotación en torno al eje "z” está comprendida entre 0,5-1,5 mm/deg.The relationship between the displacement in the direction of the "y" axis and the rotation about the "z" axis is between 0.5-1.5 mm / deg.
Por último, los topes físicos definidos entre los mecanismos limitan la deformación máxima del dispositivo. Para garantizar que dichos límites se alcanzan al mismo tiempo, optimizando el funcionamiento del dispositivo, debe existir una relación muy concreta entre las rigideces individuales de cada unión flexible. Es por ello por lo que se emplean dos conjuntos de tres pletinas horizontales (14,14’) para el desplazamiento en el eje "y”, y sólo dos pletinas oblicuas (15, 15’) para la rotación en el eje "z”. Finally, the physical stops defined between the mechanisms limit the maximum deformation of the device. To ensure that these limits are reached at the same time, optimizing the operation of the device, there must be a very specific relationship between the individual stiffnesses of each flexible joint. That is why two sets of three horizontal plates (14,14 ') are used for the movement in the "y" axis, and only two oblique plates (15, 15') are used for the rotation in the "z" axis. .
Claims (15)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2831093 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20210607 |
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Ref document number: 2831093 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20211111 |