ES2920851T3 - Sistema de alineación - Google Patents

Abstract

Una disposición del buscador de agujeros magnéticos comprende un detector de campo de prueba que comprende medias del sensor GMR y puede comprender un detector de campo de prueba que comprende los detectores de campo magnético primero y segundo (que pueden ser GMR) dispuestos con respecto a una posición de ubicación del orificio, los detectores que tienen ejes magnéticos dispuestos cada uno dispuesto cada uno transversalmente a un radio desde la posición de ubicación del orificio hasta el detector. La disposición puede incluir compensación geomagnética o de campo magnético ambiental. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de alineación

Esta invención se relaciona con sistemas de alineación, especialmente, pero no exclusivamente, sistemas para ubicar un orificio en un soporte debajo de un revestimiento o chapado para perforar a su través desde el lado opuesto al soporte para facilitar el remachado del revestimiento al soporte, como, más particularmente, en construcción de aeronaves.

La alineación se efectúa actualmente magnéticamente. Un polo de un imán cuyo campo está alineado con el orificio se coloca debajo del orificio de tal manera que genere un campo de prueba cuyas líneas de campo se extienden a través del orificio, y, por supuesto, a través del revestimiento, y se coloca un detector de campo en el revestimiento y posicionado para maximizar el campo detectado.

Los documentos WO2004/016380 y US6927560 divulgan disposiciones en las cuales un arreglo de dispositivos de efecto Hall detecta el campo de prueba en el revestimiento y las salidas de los dispositivos se analizan para proporcionar una indicación del desplazamiento del arreglo en relación con el orificio, de tal manera que el arreglo se pueda mover para minimizar el desplazamiento indicado mediante el cual alinear el arreglo con el orificio. Se describen arreglos simétricas de tres hasta dieciséis dispositivos de efecto Hall, dando supuestamente más dispositivos una mayor precisión. Los documentos US 7382199 B1 y EP 1132164 A2 también divulgan disposiciones que tienen dispositivos de efecto Hall.

Las disposiciones se mueven sobre la superficie de revestimiento hasta que se ubica el orificio subyacente, luego se sujetan, como por succión, para servir como una guía de perforación.

Se reivindica que tales disposiciones pueden ubicar los centros de orificios con una precisión atípica de ±0.5 mm a profundidades de orificio de hasta 22 mm con un objetivo de 10 mm - es decir, un polo de imán de diámetro 10 mm. La precisión es algo menor a mayores profundidades. Para mayores profundidades, se usan imanes más fuertes, y por lo tanto, más grandes. Sin embargo, como no se tiene en cuenta el campo geomagnético y anomalías debidas a materiales magnéticos locales, estas disposiciones nunca pueden lograr una alineación perfecta. También, debido a que se usan diferentes imanes para diferentes profundidades de orificio, siempre hay la posibilidad de que el imán incorrecto sea seleccionado por un operador, y esto puede dar lugar a un error grave, que no se detectará hasta que se haya perforado un orificio.

La presente invención proporciona sistemas de alineación, que incluyen disposiciones de buscador de orificios que son capaces de una precisión sustancialmente mayor.

De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema de alineación como se cita en las reivindicaciones anexas.

La expresión 'campo de prueba magnético' como se usa en este documento abarca tanto campos puramente magnéticos como campos electromagnéticos.

Un sensor de GMR, o Magnetorresistencia Gigante, es un dispositivo que usa películas delgadas de materiales magnéticos y no magnéticos que cambia notablemente su resistencia cuando está sujeto a un campo magnético. Los materiales que exhiben magneto resistencia, un cambio en resistencia eléctrica debido a un campo magnético, han sido conocidos desde hace muchos años, pero el efecto ha sido bastante pequeño, y los dispositivos de efecto Hall han sido el detector de elección en las disposiciones de buscador de orificios. El dispositivo de GMR, sin embargo, se puede usar para hacer dispositivos de alineación más pequeños, más sensibles, y por lo tanto más precisos. Los dispositivos de GMR y su principio de operación se describen en Roumenin, C.S. (1994) Handbook of Sensors and Actuators Volume 2: Solid State Magnetic Sensors. Serie editada por Middelhoek, S. Amsterdam: Elsevier.

Incluidos dentro del término Magnetorresistencia Gigante, como se usa en este documento, están dispositivos aún más potentes de la misma naturaleza general, tales como sensores de Magnetorresistencia Colosal, o CMRs.

Los ejes transversales de los sensores de GMR pueden ser ortogonales.

Por "eje transversal" se entiende un eje transversal al eje de detección - el eje a lo largo del cual se detecta un campo magnético - de tal manera que el campo magnético alineado con el eje transversal da una señal cero.

Esta disposición de los sensores significa que cuando el sistema está alineado - en un detector de orificios, cuando la posición de alineación está alineada con la posición de orificio - cada uno da señales cero. Un campo magnético desde un imán cuyo eje magnético está alineado con un orificio que va a ser ubicado genera un campo que sigue el patrón familiar en el cual las líneas de campo forman bucles que se extienden desde un polo al otro. Los sensores, desplazados desde el eje de orificio, interceptan líneas de campo que están dobladas lejos del eje de orificio en sustancialmente 90° - si el orificio es vertical, las líneas de campo donde interceptan los sensores son sustancialmente horizontales.

La sensibilidad de la disposición es sustancialmente mejor que la de las disposiciones de sensores de la técnica anterior. La sensibilidad es de tal manera que son sensibles a campos mucho más pequeños que los campos ambientales, en particular el campo geomagnético (entre aproximadamente 0.3 y 0.6 gauss, dependiendo de la ubicación), pero también a campos parásitos desde ítems magnéticos cercanos. Con sensores de dispositivos de efecto Hall de la técnica anterior, se usan grandes campos de prueba magnéticos que hacen insignificante el efecto de campos ambientales. Con las GMRs, se pueden usar campos de prueba, por otro lado, que son pequeños en comparación con los campos ambientales, ausente de compensación de campo ambiental.

Aunque la compensación de campo ambiental puede efectuarse cuando el campo de prueba es constante, como por un imán permanente, se prefiere usar un campo de prueba variable, generado por un electroimán que se enciende y se apaga. El imán se puede conmutar continuamente durante una medición, con una relación de marca-espacio asimétrica. El campo ambiental, cuando el imán está desactivado, se alineará con uno, como máximo, de los sensores, usualmente ninguno de ellos, por lo que generará señales desde los sensores que serán proporcionales a los componentes del campo ambiental alineados con el sensores Cuando el imán está activado, su campo cambiará las resistencias de los sensores y alterará la señal desde cada uno a menos que su eje transversal esté alineado con las líneas de campo. Cuando el sistema está alineado, el imán no contribuye en nada a la señal desde ningún sensor y se confirma que el sistema está alineado cuando no hay diferencia en las señales ya sea que el imán esté activado o desactivado. Si el sistema está aproximadamente alineado para empezar, solo es necesario ajustar su posición ligeramente hasta que se confirme la alineación. El imán puede encenderse y apagarse continuamente durante la medición, de tal manera que la compensación de campo geomagnético sea continua.

El sistema puede comprender medios indicadores que indiquen la dirección en la cual debe ajustarse para alcanzar la alineación. Los medios indicadores pueden comprender lámparas dispuestas en puntos de 'brújula'. Las lámparas adyacentes encendidas significan ajustar la posición en una dirección entre ellas, una lámpara encendida significa ajustar en su dirección. Aunque "todas las lámparas apagadas" podría confirmar la alineación, se prefiere tener una indicación positiva, y, cuando está cerca de la alineación, las lámparas pueden cambiar de color, por ejemplo de rojo a verde, y el ajuste final se confirma cuando todas las lámparas están encendidas. Cuando se efectúa este cambio de color, los algoritmos direccionales se invierten - movimiento se indica hacia las lámparas apagadas.

La disposición también puede comprender un tercer detector de campo magnético cuyo eje magnético sea ortogonal a los ejes magnéticos del primer y segundo detectores. El eje magnético del tercer detector puede pasar a través de la intersección de perpendiculares a los ejes magnéticos del primer y segundo detectores, a menos que el sistema vaya a ser usado como guía de perforación, cuando se puede compensar para permitir el acceso de perforación. El tercer detector puede usarse aproximadamente para ubicar el orificio cuando detecta un campo alineado con el imán. El ajuste, entonces, de la posición de la disposición para poner a cero los campos detectados por el primer y segundo detectores ubicará con precisión el orificio. La señal desde este tercer imán se puede usar para efectuar el cambio de color y la inversión de algoritmo referido anteriormente.

Se puede adoptar una estrategia adicional para corregir la deriva térmica u otra interna en la electrónica. La polaridad de imán se puede invertir, y de nuevo esto se puede hacer de manera continua durante la medición. La deriva en la electrónica mostrará la creación de compensaciones opuestas con polaridad opuesta que se pueden cancelar electrónicamente.

Los detectores de GMR se pueden empaquetar, con una fuente de alimentación de batería, que puede ser recargable, en una carcasa fácilmente manejable de aproximadamente 200x100x10 mm. El campo de prueba puede ser proporcionado por un electroimán, que, dado que no necesita ser potente, puede requerir solo una pequeña fuente de alimentación de batería, lo que lo convierte en un instrumento fácilmente portátil y utilizable. El electroimán puede estar comprendido en un empaque pequeño junto con una batería y un circuito de conmutación. La disposición puede ser intrínsecamente segura, estando la disposición detectora completamente sellada en su carcasa, sin necesidad de cableado externo.

La carcasa puede tener medios de fijación adaptados para fijarla a la superficie de revestimiento cuando está centrada sobre un orificio, y puede tener una abertura de guía de perforación o marcador. Los medios de fijación pueden comprender una disposición de succión.

De acuerdo con la invención, también se proporciona un método para ubicar un orificio en un soporte detrás de un revestimiento como se cita en las reivindicaciones anexas.

El método puede incluir compensación de campo ambiental. Esto puede efectuarse haciendo una primera medición sin campo de prueba, de tal manera que solo se mida el campo ambiental, y luego una segunda medición con el campo de prueba superpuesto al campo ambiental.

El campo de prueba puede encenderse y apagarse continuamente durante el procedimiento de ubicación de tal manera que se efectúe esta compensación continuamente durante la medición. La relación de marca-espacio puede ser asimétrica, para facilitar la distinción entre la señal de imán activado y desactivado.

El método puede incluir una etapa preliminar de ubicar aproximadamente el orificio ajustando la posición de la disposición sobre una posición de orificio supuesta hasta que se obtenga una señal máxima desde un tercer detector de campo magnético adaptado para detectar el campo de prueba alineado con el orificio. La posición de la disposición puede luego ajustarse además finamente hasta que la diferencia en las señales desde el primer y segundo detectores sea cero. Una etapa de compensación geomagnética puede preceder o seguir a la etapa preliminar. Sin embargo, tal compensación puede efectuarse continuamente durante el proceso de medición encendiendo y apagando el imán.

El método puede incluir entonces la etapa adicional de bloquear la disposición en su lugar para permitir que se use como una guía de perforación o marcador para perforar a través del revestimiento. El bloqueo puede ser mediante una disposición de ventosa. Cuando se usa como una guía de perforación, el tercer detector debe estar compensado para permitir el acceso de perforación.

Los métodos y disposiciones de alineación de acuerdo con la invención facilitan entre otros la ubicación más rápida y más precisa de orificios con propósitos de perforación. Particularmente en la construcción de aeronaves, donde se usan muchos remaches para fijar un revestimiento a un marco, la disposición es sustancialmente más liviana y más pequeña, debido a los requisitos de potencia reducidos y la reducción en el número de componentes, que las disposiciones de la técnica anterior, y esto facilita el despliegue y reduce el tiempo requerido para la ubicación precisa de orificios, y aumenta las tasas de producción de componentes de aeronaves así como permitir la optimización de diseño debido a la precisión mejorada de ubicación de orificios. Donde los paneles de revestimiento dañados tienen que ser reemplazados, después de una colisión con el suelo, tal vez, o daños en el vuelo de un impacto de ave o granizo, la precisión mejorada de ubicación extiende la vida del marco al cual se debe fijar el revestimiento al no tener que aumentar demasiado el agujero del orificio de marco debido a una alineación incorrecta.

Ahora se describirán métodos y disposiciones de buscador de orificios de acuerdo con la invención con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:

La figura 1 es una vista en planta esquemática de una disposición configurada como un buscador de orificios;

La figura 2 es una vista en sección parcial en la línea II-II de la figura 1, que muestra el buscador de orificios en un revestimiento que tiene que ser remachado a un miembro de marco perforado;

La figura 3 es una vista en planta esquemática de otra disposición; y

La figura 4 es una vista lateral de la disposición que se muestra en la figura 3.

Los dibujos ilustran un sistema 11 de alineación que comprende un generador 12 de campo de prueba que genera un campo de prueba magnético que es pequeño en comparación con los campos magnéticos ambientales y una disposición 13 de sensor adaptada para detectar el campo de prueba magnético con compensación de campo ambiental.

El sistema 11 de alineación está configurado como un buscador de orificios, adaptado para ubicar un orificio 14 en un miembro 15 de marco debajo de un revestimiento 16 que va a ser fijado al mismo mediante remaches. Se requiere perforar un orificio a través del revestimiento 16 en alineación precisa con el orificio 14. La disposición 13 de sensor comprende entonces un detector de campo de prueba que comprende sensores 17a, 17b de GMR. La disposición 13 se despliega sobre el revestimiento 16 aproximadamente por encima de donde se espera que esté el orificio 14. El campo de prueba es generado por el generador 12 de campo, que se coloca en la parte inferior del orificio 14 de tal manera que sus líneas de campo L se dirijan a través del orificio 14 y a través del revestimiento 16 directamente encima.

Las líneas de campo magnético siguen el patrón familiar formando bucles L que se extienden desde un polo del generador 12 de campo de prueba magnético al otro. Dos sensores 17a, 17b de GMR, desplazados desde el eje de orificio, interceptan líneas de campo donde se doblan lejos del eje de orificio en sustancialmente 90° - si el orificio 14 es vertical, las líneas de campo donde interceptan los sensores 17a, 17b son sustancialmente horizontales, o al menos tienen un componente horizontal sustancial.

Los sensores 17a, 17b de GMR, o Magnetorresistencia Gigante, son dispositivos que usan películas delgadas de materiales magnéticos y no magnéticos que cambian notablemente su resistencia cuando se someten a un campo magnético. Los materiales que exhiben magneto resistencia, un cambio en resistencia eléctrica debido a un campo magnético, han sido conocidos desde hace muchos años, pero el efecto ha sido bastante pequeño, y los dispositivos de efecto Hall han sido el detector de elección en las disposiciones de buscador de orificios. El dispositivo de GMR, sin embargo, se puede usar para hacer dispositivos de buscador más pequeños y más precisos que los sensores de orificio de efecto Hall convencionales.

Los sensores 17a, 17b están dispuestos en un pozo 18 circular de una carcasa 19 que contiene una fuente de alimentación y circuitería electrónica, no se muestra, que controla e interpreta señales desde los sensores 17a, 17b. Cada uno de los sensores 17a, 17b está dispuesto con sus ejes magnéticos dirigidos en ángulos rectos al radio desde el centro del pozo 18, y en ángulos rectos entre sí, de tal manera que, cuando las líneas de campo se dirigen a lo largo del radio, hay no hay campo magnético a lo largo del eje magnético, y el dispositivo de GMR da una lectura cero. Las GMRs son, por supuesto, direccionales. Cuatro diodos emisores de luz, o indicadores similares, 21 están dispuestos en puntos cardinales en la carcasa 19 y se encienden cuando hay un campo a lo largo del eje de una GMR correspondiente. Si un indicador 21 está encendido, el movimiento de la carcasa 19 en la dirección del indicador encendido lo acerca a la posición de campo cero. Si se encienden dos, el movimiento de la carcasa primero en una dirección luego en la otra puede llevarlo a la posición donde no se detecta ningún campo por ningún GMR, lo que indica que el dispositivo está de manera centrada sobre el orificio 14. Sin embargo, en lugar de tener todas las luces apagadas indicando alineación, las luces están dispuestas para cambiar de color, por ejemplo de rojo a verde, cuando se detecta una alineación aproximada, y para invertir su significado, lo que indica que la disposición debe moverse hacia una luz apagada. Cuatro luces verdes indican entonces alineación perfecta.

Esto es lo que sucedería en ausencia de campos magnéticos ambientales. Las GMR 17a, 17b, sin embargo, pueden detectar campos mucho más débiles que los que pueden los sensores de efecto Hall convencionales, de tal manera que el campo geomagnético puede asumir una importancia.

Sin embargo, la disposición se compensa del campo geomagnético local mediante una medición preliminar en ausencia del campo de prueba. Esto puede efectuarse simplemente 'oscilando' la disposición 11 en ausencia del campo de prueba, para poner a cero la diferencia en los campos medidos por el primer y segundo detectores. Una vez que la disposición 11 está correctamente alineada, se introduce el campo de prueba aplicando el imán y se completa el procedimiento de detección de orificios. Esto significa que la disposición es inmune a cualquier anomalía en el campo geomagnético causada, por ejemplo, por materiales magnéticos cercanos. Sin embargo, a partir de la medición preliminar, una desviación de compensación podría ser aplicada automáticamente por el software a una medición cuando se introduce el campo de prueba, de tal manera que la disposición 11 pueda usarse en cualquier posición de alineación con respecto al campo geomagnético.

En la disposición ilustrada, esto se efectúa mediante el generador 12 de campo que es un electroimán que funciona en ciclos de activación y desactivación, de tal manera que las GMRs detectan alternativamente el campo ambiental y la resultante del campo ambiental y el campo aplicado, a partir del cual el campo ambiental puede ser sustraído por el software. Los dos campos se distinguen fácilmente por la relación de marca/espacio del electroimán que es asimétrica.

Los requisitos de potencia de la disposición son sustancialmente menores que los que se necesitan por las disposiciones convencionales basadas en sensores de efecto Hall, y los detectores 12, 13 están empaquetados, con una fuente de alimentación de batería que es recargable, en la carcasa 19, que es fácilmente manejable a aproximadamente 200x100x10 mm.

La carcasa tiene medios de fijación, no se muestran, en la forma de ventosas adaptadas para fijarla a la superficie de revestimiento cuando está centrada sobre un orificio, y tiene una abertura 22 de guía de perforación o marcador.

La disposición también comprende un tercer detector 23 de campo magnético cuyo eje 24 magnético es ortogonal a los ejes magnéticos del primer y segundo detectores - donde esos ejes podrían etiquetarse como ejes x y y, el eje 24 sería el eje z. El detector 23 de campo, que puede ser un dispositivo de efecto Hall, es compensado a partir de la abertura 22 de guía de perforación para permitir el acceso de una perforación. El tercer detector 23 puede usarse aproximadamente para ubicar el orificio 14 cuando detecta un campo máximo que es más fuerte que los campos detectados por los sensores 17a, 17b de GMR. El ajuste, entonces, de la posición de la disposición 11 sobre la base de señales desde los detectores de GMR ubicará con precisión el orificio 14. Las señales desde el tercer detector 23 se usan para efectuar el cambio de color e inversión de significado de los leds 21 referidos anteriormente.

El generador 12 de campo de prueba comprende una carcasa con un solenoide interno y circuitería de control para generar la característica de marca/espacio, y un polo saliente que se ajusta en el orificio 14 en el miembro de marco -esto se puede hacer con un ajuste a presión, de tal manera que ningún otro soporte es necesario. En otra disposición, una única caja de control puede tener múltiples solenoides con piezas polares, de tal manera que múltiples orificios 14 puedan alimentarse simultáneamente, y la disposición 13 de sensor desplegarse para ubicar los múltiples orificios sin tener que reubicar el generador de campo de prueba entre orificios.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (11) de alineación que comprende:

un generador (12) de campo de prueba para generar un campo de prueba magnético; y

un detector (13) de campo de prueba para detectar el campo de prueba magnético,

caracterizado porque el detector (13) de campo de prueba comprende primer y segundo sensores (17a, 17b) de magnetorresistencia gigante, GMR, cada uno teniendo un eje transversal, transversal a un eje de detección respectivo de cada sensor, estando los ejes transversales dispuestos para pasar a través de una posición de alineación de tal manera que cuando el campo de prueba magnético se alinee con los ejes transversales cada uno de los sensores da una señal cero.

2. Un sistema de alineación de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los ejes transversales son ortogonales entre sí.

3. Un sistema de alineación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende un tercer detector (23) de campo magnético cuyo eje (24) de detección es ortogonal a los ejes de detección del primer y segundo sensores (17a, 17b).

4. Un sistema de alineación de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el eje (24) de detección del tercer detector (23) está compensado desde la intersección de perpendiculares a los ejes de detección del primer y segundo sensores (17a, 17b).

5. Un sistema de alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el campo de prueba es proporcionado por electroimán.

6. Un sistema de alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, contenido en una carcasa (19) que tiene medios (26) de fijación adaptados para fijarlo a un revestimiento (16) que va a ser perforado cuando se centra sobre un orificio (14) en un miembro detrás del revestimiento, y en el cual, opcionalmente, los medios de fijación comprenden una disposición de succión.

7. Un sistema de alineación de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual la carcasa (19) tiene una abertura (22) de guía de perforación o marcador.

8. Un sistema de alineación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende una pantalla (21) visual para indicar campos detectados por los sensores (17a, 17b), y en el cual, opcionalmente, la pantalla visual comprende indicadores en puntos cardinales del dispositivo.

9. Un método para ubicar un orificio (14) en un soporte detrás de un revestimiento (16) que comprende:

generar un campo de prueba magnético del cual pasan líneas de campo a lo largo del orificio y a través del revestimiento; y

detectar el campo de prueba que pasa a través del revestimiento usando un detector (13) de campo que comprende primer y segundo sensores (17a, 17b) de magnetorresistencia gigante, GMR, teniendo cada uno de los sensores un eje transversal, transversal a un eje de detección respectivo de cada sensor, estando los ejes transversales dispuestos para pasar a través de una posición de alineación,

en el cual está ubicado el orificio cuando cada uno de los sensores de GMR da una señal cero que indica que las líneas de campo magnético están en ángulos rectos con los ejes de detección.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, que incluye la etapa de compensación de campo geomagnético o ambiental en la cual, con alineación aleatoria de la disposición, señales desde el primer y segundo sensores (17a, 17b) medidas sin campo de prueba se restan de señales medidas cuando se aplica el campo de prueba.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, que incluye la etapa de compensación de campo geomagnético o ambiental al hacer una primera medición sin campo de prueba y en la cual se gira la disposición hasta que la diferencia en señales desde el primer y segundo sensores (17a, 17b) es cero, y esta alineación se mantiene cuando se aplica el campo de prueba.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el cual el campo de prueba funciona en ciclos de activación y desactivación, y en el cual, opcionalmente, la relación marca/espacio del ciclo de activación/desactivación es asimétrica.

13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que incluye una etapa preliminar de ubicar aproximadamente el orificio (14) ajustando la posición de la disposición sobre una posición de orificio supuesta hasta que se obtenga una señal máxima desde un detector (24) de campo magnético alineado para detectar el campo de prueba alineado con el orificio.

14. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, que incluye la etapa adicional de bloquear la disposición en su lugar para permitir que se use como una guía de perforación o marcador para perforar a través del revestimiento, y en el cual, opcionalmente, el bloqueo se efectúa mediante una disposición (26) de ventosa.

15. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el cual el centrado se confirma mediante una disposición (21) de pantalla visual, y en el cual, opcionalmente, la disposición de pantalla visual indica la dirección en la cual se debe ajustar la disposición para lograr el centrado.