ES2864734T3

ES2864734T3 - Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas

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Publication number: ES2864734T3
Application number: ES18382768T
Authority: ES
Inventors: Garcia David Cimadevilla; Benito Adrián Barcina; Martinez Javier Palacios
Original assignee: Aciturri Eng S L U
Current assignee: Aciturri Eng S L U
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: US20200130114A1; EP3647207A1; US20210323105A1; US11179819B2; US11529706B2; EP3647207B1

Abstract

Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas que comprende colocar una estructura aeronáutica que cuenta ya con al menos dos puntos duros (1) sobre una estructura auxiliar (6), en el que dicha estructura auxiliar (6) a su vez comprende un conjunto de posicionadores (5) que permiten variar su posición según al menos un grado de libertad, en el que comprende las etapas de: a) Instalar sobre la estructura auxiliar (6) un colimador láser (7) sobre un soporte regulable (8) que se puede ajustar en al menos dos direcciones en el espacio con el fin de orientar el haz láser (7') para que pase por unos orificios pasantes con los que cuentan los puntos duros (1) ya instalados; b) Acoplar sensores de coaxialidad (9) translúcidos tanto en los orificios con los que cuentan los puntos duros (1) ya instalados y en unos orificios pasantes con los que también cuentan los posicionadores (5); c) Medir la desviación del punto en el que incide el haz láser (7') en los sensores de coaxialidad (9) situados en los puntos duros (1) y en los posicionadores (5) obteniendo su desviación (13) con respecto a un sistema de referencia local de dichos sensores de coaxialidad (9); d) Una vez conocidas las desviaciones con respecto al haz láser (7') obtenidas en la etapa anterior, aplicar un algoritmo de corrección para calcular los desplazamientos necesarios a los que tienen que someterse los posicionadores (5) para la correcta alineación de los puntos duros (1); e) Desplazar los posicionadores (5) según el valor obtenido en la etapa anterior, dando como resultado el alineamiento del posicionador (5); f) Realizar una nueva lectura de la posición de los posicionadores (5) según el punto c) anterior y, en el caso de no ser considerada apropiada según un criterio de calidad establecido previamente, realizar un nuevo cálculo de desplazamiento de los posicionadores (5) repitiendo las etapas d) y e); g) Una vez comprobado que el alineamiento entre puntos duros (1) y posicionadores (5) es suficiente según el criterio de calidad establecido, bloquear la posición de los posicionadores (5); y h) Montar el resto de los puntos duros (1) para a continuación aplicar también sobre ellos las etapas anteriores b) a g) del procedimiento descrito.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas

Objeto de la invención

El procedimiento descrito en la invención sigue la filosofía comúnmente denominada utillaje adaptativo en la que se persigue crear un utillaje flexible adecuado a las circunstancias y requisitos del montaje de estructuras aeronáuticas. Concretamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para realizar el montaje de puntos duros que necesiten estar alineados entre sí en una estructura aeronáutica de manera muy precisa, entendiéndose por puntos duros aquellas piezas de gran importancia estructural en las que se ensamblan otras estructuras y por las que pasa toda o casi toda la carga estructural del elemento ensamblado, por ejemplo los herrajes de unión de los timones de profundidad o dirección, alerones, spoilers, etc.

Antecedentes de la invención

Es conocido el enorme incremento que el tráfico aéreo ha experimentado en los últimos años, el cual se ha convertido en un medio de transporte habitual para gran parte de la población. Esto ha hecho que la demanda de nuevas aeronaves se haya incrementado notablemente, tanto para ofrecer nuevas líneas o servicios como para reforzar las líneas o servicios existentes, además de por la necesidad de renovar las flotas para substituir las aeronaves antiguas y/o poco eficientes o rentables.

Es también ampliamente conocido el elevadísimo coste de fabricación de estas aeronaves, de los cuales una parte nada despreciable se emplea en las operaciones de montaje, por lo que una necesidad constante en la industria aeronáutica desde hace tiempo es disminuir esos costos con el fin de mejorar su competitividad.

Además, en el caso de la industria aeronáutica a este problema se le añade el de que se requieren elevados niveles de precisión. Por este motivo, debido a la complejidad y número de elementos con los que cuentan los productos finales, cobran especial importancia las imprecisiones y desviaciones que se van acumulando en los procedimientos de fabricación de las piezas elementales según éstas se van integrando en subconjuntos hasta formar las aeronaves.

Estas desviaciones hacen que a menudo haya que modificar piezas o cambiar el proceso de montaje in situ de manera recurrente para poder terminar el producto, provocando altísimos sobrecostes y retrasos y haciendo que los costes asociados a las no conformidades presentes en las operaciones de montaje de estructuras aeronáuticas sean los más elevados de todos.

Un primer intento para paliar estos problemas consistió, hace ya tiempo, en proponer mejoras de diseño, de proceso y de utillaje en el que las imprecisiones intrínsecas de los procedimientos fueran absorbidas durante el montaje. Por ejemplo, en el caso del utillaje, o “jigs” en su término anglosajón, los primeros sistemas se basaban en gradas compuestas por dispositivos fijos que soportaban los componentes y actuaban como elementos auxiliares de ayuda al montaje, en los que cada parte de la estructura de la aeronave tenía sus propios elementos de utillaje en lo que era conocido como “Utillaje dedicado”. Este sistema, sin embargo, requería de un elevado tiempo y coste, tanto de fabricación como de modificación o rectificación de los diversos elementos del utillaje o útiles “máster”, pues eran verdaderas piezas de artesanía.

Posteriormente, con fin de abaratar los costes apareció el denominado “Utillaje Modular”, que utilizaba perfiles estandarizados para construir los distintos utillajes o “jigs”, lo que hacía posible reciclar las piezas y, como estas no estaban soldadas, podían ser ajustadas y por lo tanto proporcionar cierta flexibilidad a la hora de diseñar dicho utillaje. Este sistema, que se basaba en la modularidad para obtener la buscada flexibilidad, consistía básicamente en la creación de una colección de piezas estándar a las cuales fijar las distintas partes mediante tornillería también estándar y que, gracias a diferentes ranuras, permitía ajustarlas en diferentes posiciones. Además, dichas piezas eran a menudo reciclables, lo que las permitía ser reutilizables en montajes posteriores. No obstante, si bien esta técnica mejoraba los resultados de las primeras técnicas, su coste era aún muy mejorable.

Más recientemente, con la aparición de equipos láser de medición tridimensional como los comúnmente denominados “laser trackers”, los útiles máster dieron paso a la calibración in situ del utillaje con precisiones de hasta 10 micras. No obstante, estos sistemas también adolecen del inconveniente de carecer por completo de flexibilidad, ya que para cambiar las posiciones de los dispositivos se necesita de nuevo un “laser tracker” para ponerlos a punto con precisión, sin embargo, estos equipos son demasiado costosos y el proceso de puesta a punta lleva demasiado tiempo como para hacerlo en cada proceso de fabricación.

También la aparición los robots guiados (por visión, láser...etc.) permite hoy en día realizar procedimientos de fabricación flexibles con precisión. No obstante, el coste de amortización del robot es de nuevo una barrera económica importante, sobre todo en el caso de la industria aeroespacial en la que el volumen de fabricación es reducido en comparación con otras industrias, como por ejemplo la automovilística.

Así, con el fin de superar los inconvenientes antes mencionados, actualmente existen fundamentalmente dos técnicas que utilizan distinta filosofía pero que persiguen el mismo objetivo, es decir, flexibilizar al máximo los procedimientos de montaje de tal forma que estos se acomoden o adapten a las cambiantes circunstancias de la producción sin que ello afecte a la calidad del producto y a un coste competitivo tanto en material como en tiempo. Una de estas técnicas es la denominada, en su versión anglosajona, “jigless”, o lo que es lo mismo, sin utillaje, la cual persigue, como su propio nombre indica, la eliminación total, o en la mayor medida de lo posible, del utillaje. Esta técnica tiene como principal ventaja un importante ahorro de costes de material y también un ahorro en tiempo. Además, puede alcanzar altísimos niveles de precisión en el caso de aplicar técnicas láser tal como la técnica descrita en el documento de patente EP20180382127.

Dicha técnica, sin embargo, adolece también de algún inconveniente, como es el hecho de que, al no contar con utillaje, la estructura aeronáutica se va montando sobre ella misma, lo que en ocasiones dificulta la precisión debido a que la ausencia de rigidez no permite que las tareas finales de unión de los distintos elementos, tales como taladrado, remachado, etc., se realicen con la precisión necesaria. Es decir, si bien el procedimiento permite una muy buena adaptabilidad al producto y durante la primera fase de montaje se consigue una muy alta precisión, dicha precisión puede verse menoscabada en las operaciones finales.

La otra técnica alternativa a la no utilización de utillaje o “jigless” que consigue dicha adaptabilidad a pesar de utilizar utillaje es la que se denomina Utillaje adaptativo o, en su expresión anglosajona, “adaptive tooling”, el cual persigue el doble fin de absorber las desviaciones de los montajes y acomodarse a sus circunstancias con el fin de abaratar costes, pero sin que ello afecte a la precisión/calidad del producto final.

El documento GB2473100 desvela un procedimiento de fabricación de piezas de aeronaves con un sistema de alineación por láser.

Descripción de la invención

El procedimiento de la presente invención pertenece a las técnicas denominadas técnicas de utillaje adaptativo, pero soluciona los problemas del estado de la técnica puesto que la posición que toman los diferentes útiles de montaje o elementos que conforman el utillaje no viene predeterminada de manera teórica, sino que está determinada por la posición de otras piezas ya ensambladas previamente durante el procedimiento de montaje.

Además, por el hecho de utilizar una plantilla (jig), el procedimiento de la presente invención tiene la ventaja respecto a la técnica que no la utiliza, denominada técnica sin plantilla (“jigless”), de que sí cuenta con puntos rígidos que permiten realizar las últimas operaciones de taladrado y/o remachado del montaje con la máxima precisión. Dicho de otra manera, el procedimiento de la invención consigue hacer adaptativo el utillaje empleado durante el montaje, lo que se traduce en un mayor número de productos conformes y, por lo tanto, en un ahorro de costes. Concretamente, debido a que el procedimiento de la invención se basa en hacer adaptativo el utillaje, es decir, ser flexible a la hora de posicionarse, se consigue obtener conformidad al montaje final en algunos casos en los que los elementos que lo integran podrían considerarse no conformes por estar fuera de ciertos límites de tolerancia si fueran a ser montados mediante otras técnicas o procedimientos de montaje que no admiten dicha flexibilidad. De manera general, la invención ahora descrita consiste en un procedimiento basado en la utilización de un dispositivo de posicionamiento láser para señalar la posición en la que deberán colocarse, bien de manera automática o manual, dichos útiles de montaje o elementos que conforman el utillaje para que estos se encuentren alienados. Así, dichos dispositivos de posicionamiento láser permiten posicionar de manera precisa y flexible los puntos duros de una aeroestructura alineados con otras piezas del montaje montadas previamente en la estructura. Dicho de otra manera, el procedimiento de la invención se basa en la utilización de un sistema láser que permite alinear diferentes dispositivos de utillaje de manera precisa para su posterior unión al resto de la estructura a ensamblar.

El procedimiento de la invención es, por lo tanto, idóneo para llevar a cabo el alineamiento y montaje de estructuras aeronáuticas móviles, es decir, estructuras que interaccionen con el aire y que permitan cambiar dicha forma de interacción, como por ejemplo superficies de mando: alerones, timones de profundidad o timones de dirección o de cualquier otra estructura que necesite el alineamiento de sus puntos duros con una tolerancia muy estrecha.

Por otro lado, el procedimiento de la invención necesita una estructura auxiliar como soporte que permita posicionar las diferentes piezas o subconjuntos que conforman la estructura a montar para su correcto ensamblaje, es decir, el útil de montaje de la estructura en cuestión el cual comprende:

- dispositivos de posicionamiento o posicionadores para los puntos duros, en los que dichos dispositivos de posicionamiento permiten restringir uno o varios grados de libertad de una pieza o subconjunto de piezas de manera que se asegure el correcto posicionamiento de la misma o las mismas con respecto a las demás; y - una estructura para soportar la estructura a montar y los propios dispositivos de posicionamiento de manera suficientemente rígida.

Y, adicionalmente, los siguientes elementos:

- un equipo colimador o emisor de haz láser,

- un soporte regulable para el colimador láser,

- al menos un sensor de coaxialidad capaz de detectar la incidencia del haz láser en su superficie y conocer su posición con respecto a un sistema de referencia en propio dispositivo. Es decir, un sensor que permite medir la desviación relativa del haz láser emitido por el colimador con respecto al propio sensor;

- mesas lineales accionadas en dos ejes que consisten en soportes con una o varias guías lineales o carriles que permiten desplazar un elemento con respecto a otro, concretamente, permiten el desplazamiento en dos direcciones perpendiculares y, por lo tanto, en un plano;

- accionadores o dispositivos mecánicos cuya función es proporcionar fuerza para mover las mesas lineales accionadas y que pueden estar accionados manualmente o, por ejemplo, por un motor eléctrico; y

- un sistema informático conectado tanto a los sensores de coaxialidad como a los accionadores para interactuar con ellos y, a través de un interfaz, permitir al usuario realizar la actuación y dirigir el procedimiento y obtener la información útil para el desarrollo del mismo.

Más concretamente, el colimador láser se monta sobre un soporte y se regula de manera que el haz que emite atraviese los orificios de los puntos duros fijos, previamente instalados en la estructura. Por lo tanto, las mesas lineales accionadas son, precisamente, accionadas, porque a ellas se encuentran conectadas los accionadores. Estas mesas lineales accionadas se acoplan a los posicionadores, obteniendo con ello el control sobre el movimiento de los mismos. Por último, los sensores de coaxialidad se instalan en los puntos duros fijos y en los posicionadores de manera que el haz láser incide sobre ellos y de esa forma se puede conocer la desviación de dicho haz láser con respecto a los sensores de coaxialidad y viceversa.

Así, gracias a la configuración anterior se conoce la desviación relativa de los puntos duros fijos y de los posicionadores con respecto al haz láser y, a partir de un algoritmo de corrección, es posible conocer el desplazamiento necesario para situar los posicionadores alineados con respecto a los puntos duros fijos, moviéndose dichos posicionadores a su vez gracias al movimiento de las mesas lineales accionadas. Concretamente, mediante el movimiento de las mesas lineales accionadas, en una o en varias etapas iterativas, se sitúan los posicionadores hasta estar alineados con los puntos duros fijos, momento en el que se fija su posición y quedan puestos a punto para el montaje del resto de puntos duros.

De esta manera, como se ha descrito anteriormente, el procedimiento de la invención permite que un útil de montaje adapte su posición al producto o estructura a ensamblar, mejorando la precisión del alineamiento de los puntos duros que se consigue con un útil tradicional y sin costes tan elevados como los de un robot guiado.

La invención se define en las reivindicaciones independientes 1 y 3. Dicho lo anterior, se describen las etapas que comprende el procedimiento de la invención para un producto particular, por ejemplo, uno de los mencionados anteriormente, una vez se encuentra fijado sobre la estructura auxiliar o soporte y cuenta ya con dos puntos duros ensamblados en una etapa anterior con otro útil de montaje, y serían los siguientes:

1) INSTALACIÓN Y REGULACIÓN DEL COLIMADOR LÁSER. En esta etapa se monta el colimador láser en su soporte y se regula para que pase por los orificios pasantes con los que cuentan los puntos duros ya instalados y los posicionadores. Es necesario destacar que no es necesario que el haz láser pase por el centro exacto de dichos orificios, pues es suficiente con que se encuentre dentro del rango de lectura del sensor de coaxialidad, que suele ser de varios milímetros.

2) ACOPLAMIENTO DEL SENSOR O SENSORES DE COAXIALIDAD. Se acopla el sensor (si se realiza una medida secuencial uno por uno) o los sensores de coaxialidad (en el caso de que la medida sea simultánea) en el orificio de los puntos duros ya instalados y de los posicionadores.

3) MEDICIÓN DE LOS PUNTOS DUROS Y POSICIONADORES. El haz láser incide en el sensor o sensores de coaxialidad situados en los puntos duros y en los posicionadores mostrando su desviación con respecto al sistema de referencia local de dichos sensores de coaxialidad.

4) CÁLCULO DE DESPLAZAMIENTO DE LOS POSICIONADORES. Una vez conocidas las desviaciones con respecto al haz láser se aplica el algoritmo de corrección para calcular los desplazamientos necesarios a los que tienen que someterse los posicionadores para la correcta alineación de los puntos duros.

5) MOVIMIENTO DE LOS POSICIONADORES. Las mesas lineales accionadas realizan unos desplazamientos horizontales y verticales equivalentes a los calculados en el punto anterior haciendo que el posicionador se posicione alineado.

6) COMPROBACIÓN DE LOS POSICIONADORES. Se hace una nueva lectura de la nueva posición de los posicionadores según el punto 3 anterior y, en el caso de no ser considerada apropiada, se realiza un nuevo cálculo de desplazamiento de los posicionadores repitiendo las etapas 4 y 5.

7) FIJACION DE LOS POSICIONADORES. Una vez se comprueba que el alineamiento entre puntos duros fijos y posicionadores es suficientemente bueno se bloquea la posición de los accionadores y por tanto de los posicionadores.

8) MONTAJE DEL RESTO DE PUNTOS DUROS. A partir de ese momento se desmonta el sensor o sensores de coaxialidad y se realiza el montaje del resto de puntos como si se tratase de un utillaje convencional, es decir, mediante las operaciones conocidas de taladrado, sellado, remachado, etc., y adicionalmente

9) VERIFICACIÓN DE PUNTOS DUROS. La presente invención también permite verificar con precisión el alineamiento final de los puntos duros para lo cual sólo hay que acoplar el sensor o sensores de coaxialidad a los puntos duros con diferentes casquillos adaptadores y realizar el cálculo de la misma manera que se hace con los posicionadores.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de dibujos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra de manera esquemática una estructura del tipo superficie de mando del estado de la técnica que podría ser bien un alerón, un timón de dirección o un timón de profundidad.

La figura 2 muestra de manera esquemática un útil de montaje para ensamblar una estructura del tipo superficie de mando mostrada en la figura 1.

La figura 3 muestra una vista esquemática en perspectiva de los principales elementos que intervienen en la aplicación del procedimiento de ensamblaje de la invención.

La figura 4 muestra una vista en detalle del soporte para el colimador láser para llevar a cabo el procedimiento de la invención.

La figura 5 muestra varias vistas en detalle de cómo se acopla el sensor de coaxialidad tanto al orificio de los puntos duros como al de los posicionadores.

La figura 6 muestra una vista en perspectiva de cómo el haz láser incide en el sensor de coaxialidad y la representación esquemática de la desviación de dicho haz sobre el plano que define dicho sensor.

La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una mesa accionada horizontal y una mesa accionada vertical y del movimiento que estas imprimen sobre su posicionador.

La figura 8 muestra una vista en perspectiva esquemática de la medición de la posición final de los nuevos puntos duros que se han montado con los posicionadores (no representados) para que estos estén alineados con los puntos duros iniciales.

La figura 9 muestra diversas vistas en perspectiva esquemática de las etapas a dar según el procedimiento de la invención para el caso de utilizar un solo sensor de coaxialidad opaco de manera secuencial.

La figura 10 muestra una figura esquemática de la demostración matemática del cálculo de desplazamientos para el ejemplo en el que hay puntos duros ya instalados A y B y se desea alinear un punto duro C.

La figura 11 muestra de manera esquemática un detalle de la incidencia del láser en el sensor del punto duro B para el caso de la figura 10 anterior.

La figura 12 muestra de manera esquemática un detalle de la incidencia del láser en el sensor situado en el posicionador “C” cuando este se encuentra alineado con los puntos duros “A” y “B” de las figuras anteriores 10 y 11.

La figura 13 muestra varias vistas esquemáticas del cálculo geométrico del vector desplazamiento.

Realización preferente de la invención

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas el procedimiento de ensamblaje de puntos duros en estructuras aeronáuticas móviles de la invención.

De manera más concreta, en la Figura 1 se puede ver un dibujo representativo de las estructuras mencionadas ya conocidas, las cuales disponen de un número concreto de puntos duros (1) que tienen como requisito que sus orificios estén alineados con una tolerancia muy estrecha. Concretamente, en ella se pueden observar un larguero (2), costillas (3), pieles (4) y los mencionados herrajes o puntos duros (1), entre otras cosas.

Por otro lado, tal y como se observa en la Figura 2, el procedimiento de la invención necesita una estructura de soporte que permita posicionar las diferentes piezas o subconjuntos que conforman la estructura a montar para su correcto ensamblaje, es decir, el útil de montaje de la estructura en cuestión el cual comprende:

- dispositivos de posicionamiento o posicionadores (5) para los puntos duros, en los que dichos posicionadores (5) permiten restringir uno o varios grados de libertad de una pieza o subconjunto de piezas de manera que se asegure el correcto posicionamiento de la misma o las mismas con respecto a las demás;

- una estructura auxiliar (6) para soportar el montaje y los propios posicionadores (5) de manera suficientemente rígida.

Y, adicionalmente, los siguientes elementos:

- un equipo colimador láser (7) o emisor de haz láser,

- un soporte regulable (8) para el colimador láser (7),

- al menos un sensor de coaxialidad (9,9') capaz de detectar la incidencia del haz láser (7') en su superficie y conocer su posición con respecto a un sistema de referencia en propio dispositivo. Es decir, un sensor que permite medir la desviación relativa del haz láser emitido por el colimador láser (7) con respecto al propio sensor de coaxialidad (9,9').

Estos sensores de coaxialidad (9,9') podrán ser de dos tipos según dos posibles realizaciones alternativas de la invención. Concretamente, una de ellas será aquella en la que los sensores de coaxialidad (9) son translúcidos, es decir, permitan pasar el haz láser (7‘) a su través, en cuyo caso basta con poner sensores en todos los orificios que interesen para obtener las medidas de cada uno de ellos de manera simultánea. La otra será aquella en la que los sensores de coaxialidad (9') son opacos, caso este último que obliga a realizar varias etapas del procedimiento de manera secuencial al no poder tomar todas las medidas al mismo tiempo.

- mesas lineales accionadas (10) regulables en dos ejes que consisten en soportes con una o varias guías lineales o carriles que permiten desplazar un elemento con respecto a otro, concretamente, permiten el desplazamiento en dos direcciones perpendiculares y, por lo tanto, en un plano;

- accionadores o dispositivos mecánicos (no representados) cuya función es proporcionar fuerza para mover las mesas lineales accionadas y que pueden estar accionados manualmente o, por ejemplo, por un motor eléctrico; y - un sistema informático conectado tanto a los sensores de coaxialidad como a los accionadores para interactuar con ellos y, a través de un interfaz, permitir al usuario realizar la actuación y dirigir el procedimiento y obtener la información útil para el desarrollo del mismo.

Más concretamente, tal y como puede verse especialmente en la Figura 3, el colimador láser (7) se monta sobre un soporte regulable (8) de manera que el haz que emite (7') atraviese los orificios de los puntos duros (1), previamente instalados en la estructura. Los accionadores se conectan a las mesas lineales accionadas (10) para proporcionar dicha actuación. Estas mesas lineales accionadas (10) se acoplan a los posicionadores (5), obteniendo con ello el control sobre el movimiento de los mismos. Por último, los sensores de coaxialidad (9) se instalan en los puntos duros (1) y en los posicionadores (5) de manera que el haz láser (7') incide sobre ellos y de esa forma se puede conocer la desviación de dicho haz láser (7') con respecto a los sensores de coaxialidad (9) y viceversa.

Así, gracias a la configuración anterior se conoce la desviación relativa de los puntos duros (1) y de los posicionadores (5) con respecto al haz láser (7') y, a partir de un algoritmo de corrección, es posible conocer el desplazamiento necesario para situar los posicionadores (5) alineados con respecto a los puntos duros (1), moviéndose dichos posicionadores (5) a su vez gracias al movimiento de las mesas lineales accionadas (10), las cuales comprenden al menos dos partes accionadas, una parte accionada horizontal (10') y una parte accionada vertical (10''). Concretamente, mediante el movimiento de las mesas lineales accionadas (10), en una o en varias etapas iterativas, se sitúan los posicionadores (5) hasta estar alineados con los puntos duros (1), momento en el que se fija su posición y quedan puestos a punto para el montaje del resto de puntos duros (1).

Por lo tanto, según una realización preferente, para llevar a cabo el ensamblado de un determinado producto o estructura una vez se encuentra fijado sobre la estructura auxiliar o soporte y cuenta ya con dos puntos duros ensamblados las etapas que comprende el procedimiento de la invención según el caso en el que se utilizan sensores de coaxialidad (9) translúcidos son los siguientes:

1) INSTALACIÓN Y REGULACIÓN DEL COLIMADOR LÁSER (7). Según puede verse en la Figura 4, en esta etapa se monta el colimador láser (7) en su soporte regulable (8) y se regula para que el haz láser (7') pase por los orificios pasantes con los que cuentan los puntos duros (1) ya instalados y los posicionadores (5). Es necesario destacar que no es necesario que el haz láser (7') pase por el centro exacto de dichos orificios, pues es suficiente con que se encuentre dentro del rango de lectura del sensor de coaxialidad (9), que suele ser de varios milímetros. Según se aprecia en dicha figura, el soporte regulable (8) cuenta con una regulación tal que es posible desplazarlo al menos en dos direcciones del espacio, por ejemplo, horizontal y vertical, así como girarlo en horizontal y vertical con el fin de orientar el haz láser (7') hacia los sensores de coaxialidad (9).

2) ACOPLAMIENTO DE LOS SENSORES DE COAXIALIDAD (9). Según puede verse en la figura 5, se acoplan los sensores de coaxialidad en el orificio de los puntos duros ya instalados y de los posicionadores (5). Más concretamente, en dicha figura se aprecia un detalle del sensor de coaxialidad (9) y cómo se acopla por medio de un cilindro integrado (12) y de casquillos adaptadores (11) al orificio de los puntos duros (1) y de los posicionadores (5).

3) MEDICIÓN DE LOS PUNTOS DUROS (1) Y POSICIONADORES (5). Según puede verse en la Figura 6, el haz láser (7') incide en los sensores de coaxialidad (9) situados en los puntos duros (1) y en los posicionadores (5) mostrando su desviación (13) con respecto al sistema de referencia local de dichos sensores de coaxialidad (9) .

4) CÁLCULO DE DESPLAZAMIENTO DE LOS POSICIONADORES (5). Una vez conocidas las desviaciones con respecto al haz láser (7') se aplica el algoritmo de corrección que más adelante se detalla para calcular los desplazamientos necesarios a los que tienen que someterse los posicionadores (5) para la correcta alineación de los puntos duros (1).

5) MOVIMIENTO D ^eLOS POSICIONADORES (5). Según muestra la Figura 7, las mesas lineales accionadas (10) , y más concretamente su parte accionada horizontal (10') y su parte accionada vertical (10''), realizan unos desplazamientos equivalentes a los calculados en el punto anterior haciendo que el posicionador (5) se sitúe alineado.

6) COMPROBACIÓN DE LOS POSICIONADORES (5). Se hace una nueva lectura de la nueva posición de los posicionadores (5) según el punto 3 anterior y, en el caso de no ser considerada apropiada, se realiza un nuevo cálculo de desplazamiento de los posicionadores (5) repitiendo las etapas 4 y 5.

7) FIJACION DE LOS POSICIONADORES (5). Una vez se comprueba que el alineamiento entre puntos duros (1) y posicionadores (5) es suficientemente bueno según el criterio de calidad establecido, se bloquea la posición de los accionadores y por tanto de los posicionadores (5).

8) MONTAJE DEL RESTO DE PUNTOS DUROS (1). A partir de ese momento se desmontan los sensores de coaxialidad (9) y se realiza el montaje del resto de puntos duros (1) para a continuación aplicar también sobre ellos las etapas 2 a 7 del procedimiento descrito; y, por último, de manera opcional

9) VERIFICACIÓN DE PUNTOS DUROS (1). Según puede verse en la Figura 8, la presente invención también permite verificar con precisión el alineamiento final de los puntos duros (1) para lo cual sólo hay que acoplar los sensores de coaxialidad (9) a los puntos duros (1) con diferentes casquillos adaptadores (11) y realizar el cálculo de la misma manera que se hace con los posicionadores (5). Dicho de otra manera, en esa figura se muestra un esquema de medición de la posición final de los nuevos puntos duros (1) que se han montado con los posicionadores (5) (no representados) para que estén alineados con los puntos duros (1) iniciales.

Por último, en la Figura 9 se muestra una realización alternativa del procedimiento de la invención para el caso en el que se utiliza un solo sensor de coaxialidad (9') opaco de manera secuencial. Así, como puede verse, primero se mide la posición de un punto duro (1) situado, por ejemplo, en uno de los extremos, y después la de otro punto duro (1') situado, por ejemplo, en el otro extremo. Establecida la posición de ambos puntos duros (1, 1') con respecto del haz láser (7') se procede a ajustar de manera secuencial cada uno de los posicionadores (5).

Por lo tanto, según otra posible realización, para llevar a cabo el ensamblado de un determinado producto o estructura una vez se encuentra fijado sobre la estructura auxiliar o soporte y cuenta ya con dos puntos duros ensamblados las etapas que comprende el procedimiento de la invención según el caso en el que se utilizan sensores de coaxialidad (9') opacos son los siguientes:

a) Instalar sobre la estructura auxiliar (2) un colimador láser (7) sobre un soporte regulable (8) en al menos dos direcciones en el espacio con el fin de orientar el haz láser (7') para que pase por unos orificios pasantes con los que cuentan dos puntos duros (1) ya instalados;

b) Acoplar un sensor de coaxialidad (9') en el orificio pasante con el que cuenta el primero de los dos puntos duros (1) ya instalados;

c) Medir la desviación del punto en el que incide el haz láser (7') en el sensor de coaxialidad (9') situado en el primer punto duro (1) con respecto a un sistema de referencia local de dicho sensor de coaxialidad (9);

d) Acoplar el sensor de coaxialidad (9') en el orificio pasante con el que cuenta el segundo de los dos puntos duros (1) ya instalados;

e) Medir la desviación del punto en el que incide el haz láser (7') en el sensor de coaxialidad (9') situado en el segundo punto duro (1) con respecto a un sistema de referencia local de dicho sensor de coaxialidad (9'); f) Acoplar el sensor de coaxialidad (9') en el orificio pasante con el que cuenta uno de los posicionadores (5); g) Medir la desviación del punto en el que incide el haz láser (7') en el posicionador (5) obteniendo su desviación (13) con respecto al sistema de referencia local del sensor de coaxialidad (9,9');

h) Una vez conocidas las desviaciones con respecto al haz láser (7') obtenidas en la etapa anterior, aplicar un algoritmo de corrección para calcular los desplazamientos necesarios a los que tiene que someterse el posicionador (5) para la correcta alineación del punto duro (1) asociado a este;

i) Desplazar el posicionador (5) según el valor obtenido en la etapa anterior, haciendo que el posicionador (5) se sitúe alineado;

j) Realizar una nueva lectura de la posición del posicionador (5) según el punto g) anterior y, en el caso de no ser considerada apropiada según un criterio de calidad establecido previamente, realizar un nuevo cálculo de desplazamiento de los posicionadores (5) repitiendo las etapas h) e i);

k) Una vez comprobado que el alineamiento entre los puntos duros (1) ya instalados y el posicionador (5) es suficiente según el criterio de calidad establecido, bloquear la posición de dicho posicionador (5);

l) Retirar el sensor de coaxialidad (9) del posicionador ya alineado y repetir las etapas f) a k) para el resto de los posicionadores (5);

m) Montar el resto de los puntos duros (1) para a continuación aplicar también sobre ellos de manera secuencial las etapas anteriores b) a l) del procedimiento descrito; y, de manera optativa;

n) Verificar el alineamiento final de todos los puntos duros (1) ya instalados acoplando el sensor de coaxialidad (9) de manera secuencial directamente a los puntos duros (1) y realizar el cálculo de la desviación de la misma manera que se ha hecho con los posicionadores (5).

A continuación, tal y como se indicaba en las etapas de los procedimientos anteriormente descritos, en las figuras 10 a 13 se describe un ejemplo de algoritmo de corrección para calcular los desplazamientos necesarios a los que tienen que someterse los posicionadores (5) para la correcta alineación de los puntos duros (1).

Así, en la Figura 10 se muestran los puntos duros A, B y C, dónde A y B están previamente instalados y C es el que se pretende alinear. Se muestran así mismo los puntos aR, bR y ^crque son los centros de los sensores acoplados a los mencionados puntos duros y también los puntos aL, bL y ^clque son los puntos dónde incide el haz láser en cada sensor. Por último, se muestra el sistema de referencia global {A, X, Y, Z} empleado.

Más concretamente, se tienen dos puntos duros (1) previamente instalados “A” y “B” con sendos sensores instalados cuyos puntos centrales son “aR” y “bR”; un posicionador (5) del punto duro C que se quiere instalar alineado con “A” y “B” con un sensor instalado cuyo punto central es “^cr”; una recta ficticia “R” definida por los puntos “aR” y “bR”; un haz láser “L” procedente del colimador láser (7) que incide en los sensores de los tres puntos duros en los puntos “ai_”, “bi_” y “^cl”; un sistema de referencia global S = {A, X, Y, Z} cuyo origen es “A”, cuyo eje “Z” es paralelo a la recta ficticia “R” y cuyos ejes “X” e “Y” son paralelos a los ejes locales de cada sensor “x” e “y” respectivamente.

Las distancias en dirección “Z” son muy grandes en comparación con las desviaciones en “X” y en “Y” por lo que se trabajará bajo la hipótesis de que el ángulo entre la recta “R” y la recta “L” es muy pequeño. Esto significa que pequeñas variaciones en dirección “Z” no producirán variaciones significativas en “X” y en “Y”.

Por otro lado, en la Figura 11 se muestra el detalle de la incidencia del láser en el sensor del punto duro B, que es válido para cualquier otro punto duro. Se muestra cómo se obtienen las coordenadas de los puntos de incidencia del láser “aL”, “bL” y “^cl” a partir de las lecturas de los sensores y de las “Z” teóricas.

Más concretamente, cada uno de los sensores acoplados a los puntos duros dará una lectura las coordenadas del punto de incidencia del láser en el sistema de referencia local de cada sensor A^xiy Ayl que coinciden, bajo las hipótesis planteadas, con las coordenadas “X” e “Y” en el sistema de referencia global. La coordenada “Z” no se conoce con exactitud de modo que, bajo las hipótesis planteadas anteriormente, se puede tomar la “Z” teórica “zt” sin producir variaciones significativas ni en “x” ni en “y”. De esta manera se conocen las coordenadas de los puntos de incidencia del láser en cada uno de los sensores “aL”, “bL”, “^cl”, en el sistema de referencia “S”. Se conocen, concretamente a partir de la expresión:

en la que Axf y Ayf son las desviaciones medidas por el sensor acoplado al punto duro A y z f es la coordenada z teórica del punto duro A;

en la que Axf y Ayf son las desviaciones medidas por el sensor acoplado al punto duro B y zf es la coordenada z teórica del punto duro B; y

en la que Axf y Ayf son las desviaciones medidas por el sensor acoplado al punto duro C y zf es la coordenada z teórica del punto duro C.

De esta manera, a partir de las coordenadas de los puntos de incidencia del láser “aL”, “bL” se calcula la recta “L” utilizando las denominadas ecuaciones de la recta, que son las ecuaciones que representan de manera matemática todos los puntos que conforman una recta, en este caso los puntos que conforman el haz láser. De esta manera:

en las que m y m' son las pendientes (inclinación) de la recta L con respecto al plano YZ y XZ respectivamente; en las que n y n' son las coordenadas “x” e “y” respectivamente del punto de intersección de la recta L con el plano XY; y

en las que X, Y Z son las coordenadas de un punto cualquiera que pertenezca a la recta L.

Así, según puede verse en la Figura 12, la cual muestra un croquis del haz láser incidiendo en el sensor del posicionador “C” cuando este se encuentra alineado con los puntos duros “A” y “B”, conocida la ecuación de la recta del haz láser “L” se calculan las coordenadas “X” e “Y” del punto “co” sustituyendo en la misma la coordenada “Z” teórica del punto duro “C”. De esta manera:

en las que zf es la coordenada z teórica del punto duro C.

Y en las que el punto “co” es el punto del sensor en el que tiene que incidir el láser cuando el posicionador del punto duro “C” se encuentre alineado con los puntos duros “A” y “B”, por lo que se denomina punto objetivo. Nótese que el haz láser no tiene porqué apuntar al centro del sensor del posicionador “C”, esto solo ocurre cuando el haz láser se ha posicionado de manera que también pase por el centro exacto de los sensores de los puntos duros “A” y “B”. Por último, tal y como puede verse, la Figura 13 muestra un croquis del vector desplazamiento que consigue que el haz pase de incidir en “^cl” a “co”. Concretamente, la Figura 13.1 demuestra geométricamente como se calcula el vector desplazamiento; la figura 13.2 muestra el sensor del posicionador “C” en la posición inicial que se desplaza a posición objetivo de la Figura 13.3, es decir, la posición en la que el posicionador “C” está alineado con los puntos duros “A” y “B”.

Es decir, que conocido el punto inicial de incidencia del láser “^cl” se calcula el vector desplazamiento “ D^c” que necesita moverse el posicionador para que el punto de incidencia sea “co”. De esta manera:

Dc = cl - c0 = (x¿,y¿)

yC At-y" C -y" C

X D ~ n x L x o

y cD = byí - y0c

en las que x£ es el desplazamiento teórico que hay que aplicar al posicionador C para alinearlo con A y B por medio de la mencionada parte accionada horizontal (10') de las mesas lineales accionadas (10); y

en las que y¿ es el desplazamiento teórico que hay que aplicar al posicionador C para alinearlo con A y B por medio de la mencionada parte accionada vertical (10'') de las mesas lineales accionadas (10).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas que comprende colocar una estructura aeronáutica que cuenta ya con al menos dos puntos duros (1) sobre una estructura auxiliar (6), en el que dicha estructura auxiliar (6) a su vez comprende un conjunto de posicionadores (5) que permiten variar su posición según al menos un grado de libertad, en el que comprende las etapas de:

a) Instalar sobre la estructura auxiliar (6) un colimador láser (7) sobre un soporte regulable (8) que se puede ajustar en al menos dos direcciones en el espacio con el fin de orientar el haz láser (7') para que pase por unos orificios pasantes con los que cuentan los puntos duros (1) ya instalados;

b) Acoplar sensores de coaxialidad (9) translúcidos tanto en los orificios con los que cuentan los puntos duros (1) ya instalados y en unos orificios pasantes con los que también cuentan los posicionadores (5);

c) Medir la desviación del punto en el que incide el haz láser (7') en los sensores de coaxialidad (9) situados en los puntos duros (1) y en los posicionadores (5) obteniendo su desviación (13) con respecto a un sistema de referencia local de dichos sensores de coaxialidad (9);

d) Una vez conocidas las desviaciones con respecto al haz láser (7') obtenidas en la etapa anterior, aplicar un algoritmo de corrección para calcular los desplazamientos necesarios a los que tienen que someterse los posicionadores (5) para la correcta alineación de los puntos duros (1);

e) Desplazar los posicionadores (5) según el valor obtenido en la etapa anterior, dando como resultado el alineamiento del posicionador (5);

f) Realizar una nueva lectura de la posición de los posicionadores (5) según el punto c) anterior y, en el caso de no ser considerada apropiada según un criterio de calidad establecido previamente, realizar un nuevo cálculo de desplazamiento de los posicionadores (5) repitiendo las etapas d) y e);

g) Una vez comprobado que el alineamiento entre puntos duros (1) y posicionadores (5) es suficiente según el criterio de calidad establecido, bloquear la posición de los posicionadores (5); y

h) Montar el resto de los puntos duros (1) para a continuación aplicar también sobre ellos las etapas anteriores b) a g) del procedimiento descrito.

2. Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa adicional de:

i) Verificar el alineamiento final de todos los puntos duros (1) ya instalados acoplando los sensores de coaxialidad (9) translúcidos directamente a los puntos duros (1) y realizar el cálculo de la desviación de la misma manera que con los posicionadores (5).

3. Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas que comprende colocar una estructura aeronáutica que cuenta ya con al menos dos puntos duros (1) sobre una estructura auxiliar (6), en el que dicha estructura auxiliar (6) a su vez comprende un conjunto de posicionadores (5) que permiten variar su posición según al menos un grado de libertad, en el que comprende las etapas de:

a) Instalar sobre la estructura auxiliar (6) un colimador láser (7) sobre un soporte regulable (8) en al menos dos direcciones en el espacio con el fin de orientar el haz láser (7') para que pase por unos orificios pasantes con los que cuentan los dos puntos duros (1) ya instalados;

b) Acoplar un sensor de coaxialidad (9') opaco en el orificio pasante con el que cuenta el primero de los dos puntos duros (1) ya instalados;

i) Desplazar el posicionador (5) según el valor obtenido en la etapa anterior, dando como resultado el alineamiento del posicionador (5);

l) Retirar el sensor de coaxialidad (9) del posicionador ya alineado y repetir las etapas f) a k) para el resto de los posicionadores (5); y

m) Montar el resto de los puntos duros (1) para a continuación aplicar también sobre ellos de manera secuencial las etapas anteriores b) a l) del procedimiento descrito.

4. Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende la etapa adicional de:

n) Verificar el alineamiento final de todos los puntos duros (1) ya instalados acoplando el sensor de coaxialidad (9) opaco de manera secuencial directamente a los puntos duros (1) y realizar el cálculo de la desviación de la misma manera que se ha hecho con los posicionadores (5).

5. Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el algoritmo de corrección para calcular los desplazamientos necesarios a los que tienen que someterse los posicionadores (5) para la correcta alineación de los puntos duros (1) comprende:

- calcular la recta R que pasa por los puntos centrales del sensor de coaxialidad instalado;

- calcular la recta L que pasa por los puntos de incidencia del haz láser sobre el sensor de coaxialidad;

- a partir de ambas rectas, calcular las coordenadas del punto objetivo, es decir, del punto del sensor de coaxialidad en el que tiene que incidir el haz láser cuando el posicionador del punto duro que se quiere alinear se encuentre alineado con los puntos duros ya existentes; y

- calcular el vector desplazamiento que debe moverse el posicionador para que el punto de incidencia sea el punto objetivo.

6. Procedimiento de alineamiento de puntos duros en estructuras aeronáuticas según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, caracterizado porque el desplazamiento de los posicionadores (5) según la etapa e) de la reivindicación 1 o la etapa i) de la reivindicación 3 se realiza por medio de mesas lineales accionadas (10) que comprenden una parte accionada horizontal (10') y una parte accionada vertical (10'').