ES2927403T3 - Supervisión en tiempo real del uso y desgaste de herramientas para maquinado mecánico para su gestión inteligente - Google Patents

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Abstract

Un sistema electrónico de monitoreo de herramientas (4) para monitorear el uso y desgaste de herramientas (5) para maquinado mecánico, que comprende, para cada herramienta (5) a monitorear: una etiqueta (6) para aplicar a la herramienta (5) y con un identificador único (ID) que permite que la herramienta (5) se distinga de otras herramientas (5), y- un dispositivo de monitoreo electrónico autónomo e independiente (8) diseñado para ser aplicado de manera firme y removible a una herramienta aparato de accionamiento (7) de la herramienta (5) para monitorear el uso y desgaste de una herramienta (5). El dispositivo de monitoreo electrónico autónomo e independiente (8) comprende: - una disposición sensorial electrónica (11) para permitir que el herramienta (5) para ser identificada y su uso y desgaste para ser monitoreado;- una interfaz de comunicación electrónica (12) para comunicarse con un centro remoto de gestión de herramientas (2),- una interfaz de operador electrónico (17) para proporcionar información a un operador en la herramienta (5), y- una unidad de control electrónico (14) conectada eléctricamente al arreglo sensor electrónico (1 1), la interfaz de comunicación electrónica (12) y la interfaz de operador electrónica (17) y programada para:○ almacenar datos indicativos de la vida útil de la herramienta (5),○ identificar y monitorear el uso y desgaste de la herramienta (5) sobre la base de una salida de la disposición sensorial electrónica (11), ○ estimar la vida útil residual de la herramienta (5) según el uso monitoreado y el desgaste de la herramienta (5) y sobre los datos almacenados indicativos de la vida útil de la herramienta (5).),- si se determina que la vida útil de la herramienta (5) no se ha agotado, proporcione al operador información sobre la vida útil residual de la herramienta (5) a través de la interfaz electrónica del operador (17),- si la vida útil de la herramienta se determina que la herramienta (5) está agotada, implemente una o más de las siguientes intervenciones para interrumpir la operación de la herramienta (5): ○ notifique al operador, a través de la interfaz electrónica del operador (17), de la necesidad de operación de la herramienta (5) para ser interrumpida, e ○ intervenir directamente en el aparato de accionamiento de la herramienta (7) de la herramienta (5) para interrumpir su funcionamiento; y- transmitir al centro de gestión de herramientas (2), a través de la interfaz de comunicación electrónica (12), el identificador único (ID) de la etiqueta (6) asociada a la herramienta (5) y datos indicativos ya sea de la vida útil residual estimada de la herramienta (5) o agotamiento de la vida útil de la herramienta (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Supervisión en tiempo real del uso y desgaste de herramientas para maquinado mecánico para su gestión inteligente
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere, en general, al campo de las herramientas para maquinado mecánico, tales como, por ejemplo, brocas, fresas, discos de corte, etc., y en particular, la invención se refiere a la supervisión del uso y desgaste de herramientas para maquinado mecánico para una gestión inteligente de las mismas.
Antecedentes de la invención
El término Industria 4.0 se utiliza cada vez con más frecuencia para indicar el cambio radical de paradigma al que se enfrenta el sector manufacturero en los últimos años gracias a la difusión de las tecnologías digitales y su integración en la cadena de producción.
En Industria 4.0, el big data, los robots, la analítica de datos y la comunicación a través de Internet se están extendiendo en las fábricas y agilizando el proceso de producción, haciéndolo más eficiente, dinámico y adaptable a las necesidades del mercado.
Sin embargo, además del elemento tecnológico, en las fábricas 4.0 también se está produciendo un cambio en la mano de obra humana, que se está especializando cada vez más para “hablar” con las tecnologías digitales que impulsan el proceso de producción.
Industria 4.0 se deriva de la cuarta revolución industrial, el proceso que llevará a la producción industrial totalmente automatizada e interconectada, y en el que el elemento fundamental de la cuarta revolución industrial es la aplicación sistemática de la tecnología IoT (Internet de las cosas) a los procesos de producción a escala global. En concreto, según un informe de una consultora multinacional, las nuevas tecnologías digitales tendrán un profundo impacto en cuatro direcciones de desarrollo: la primera se refiere al uso de los datos, la potencia de cálculo y la conectividad, y se declina en big data, datos abiertos, IoT, máquina a máquina y cálculo en la nube para la centralización de la información y su almacenamiento.
La segunda es la analítica: una vez recogidos los datos, hay que obtener valor de ellos. Hoy en día, sólo un modesto porcentaje de los datos recogidos es utilizado por las empresas, que, en cambio, podrían obtener ventajas del “aprendizaje de máquina”, es decir, de las máquinas que mejoran su rendimiento “aprendiendo” de los datos que recogen y analizan.
La tercera línea de desarrollo es la interacción hombre-máquina, que implica interfaces sensibles al tacto y que son cada vez más populares, y la realidad aumentada.
Por último, hay todo un sector que se ocupa de la transición de lo digital a lo “real” y que comprende la fabricación aditiva, la impresión en 3D, la robótica, las comunicaciones, las interacciones entre máquinas y las nuevas tecnologías para almacenar y utilizar la energía de forma específica, racionalizando los costes y optimizando el rendimiento.
En el ámbito del maquinado mecánico, la introducción de estas tecnologías es todavía relativamente incipiente. En este campo de la tecnología, la calidad del maquinado mecánico, especialmente si se trata de un maquinado de precisión, depende en gran medida del desgaste de las herramientas utilizadas, por lo que un control preciso y continuo de su desgaste es sin duda uno de los factores fundamentales para garantizar el respeto de altos estándares de calidad.
Además, un desgaste excesivo de las herramientas puede provocar su rotura, lo que puede dar lugar a situaciones peligrosas para la seguridad de los operadores, además de aumentar los costes de maquinado.
Por este motivo, la supervisión continua de la progresión del desgaste de la herramienta a lo largo del tiempo es otro factor fundamental para garantizar el cumplimiento de las normas de seguridad exigidas en el maquinado mecánico, así como para intervenir rápidamente en caso de desgaste excesivo con el fin de llevar a cabo las operaciones de reacondicionamiento de la herramienta necesarias que podrían mejorar la calidad de la herramienta y/o evitar su rotura y, en consecuencia, evitar costes adicionales innecesarios de sustitución de la herramienta.
Normalmente, el desgaste puntual de una herramienta es objeto de evaluaciones visuales por parte del operador, así como su progresión en el tiempo suele ser objeto de una caracterización empírica basada en pruebas tribológicas.
La subjetividad de este tipo de valoraciones representa una variable que puede dar lugar a errores de valoración que pueden afectar negativamente, a veces de forma significativa, tanto a la calidad y seguridad del maquinado mecánico, como a la calidad y seguridad de uso del producto en el que se utiliza dicho componente, lo que también puede tener importantes implicaciones en términos de responsabilidad civil y penal por las consecuencias de cualquier mal funcionamiento del producto en el que se utiliza dicho componente debido a la mala calidad del maquinado mecánico realizado con una herramienta desgastada.
Algunas de las tecnologías propuestas en la literatura de patentes para supervisar el estado de desgaste de las herramientas para maquinado mecánico se describen a modo de ejemplo en US 4.471.444 A, US 4.694.686 A, US 5.904.457 A y US 10.005.167 A1. También se conoce por DE 102013016068 A1 y EP 1369811 A1 la estimación de la vida útil residual de la herramienta o el agotamiento de la vida útil de la misma basándose únicamente en el número de ciclos realizados.
Objeto y resumen de la invención
El Solicitante ha podido constatar que la informatización de la gestión de las herramientas es hoy en día un proceso indispensable para las empresas mecánicas, lo que les permite tener una visibilidad constante del estado, la cantidad, la localización y la vida útil residual de cada herramienta.
Sin embargo, el Solicitante también ha podido constatar que las metodologías y tecnologías conocidas, aunque no hay razón para dudar de que puedan ser satisfactorias bajo ciertos aspectos, todavía presentan importantes márgenes de mejora, en particular desde el punto de vista de su integración con el nuevo paradigma introducido por Industria 4.0, a fin de permitir una gestión integrada e inteligente de las herramientas que pueden ser bastante numerosas.
Por lo tanto, la presente invención tiene como objetivo poner a disposición una tecnología IoT que permita la computarización de la gestión de las herramientas, permitiendo así, por un lado, llevar a cabo una supervisión precisa y fiable del uso y desgaste de las herramientas para maquinado mecánico y una gestión integrada e inteligente de las herramientas y, por otro lado, ser fácilmente utilizable también en contextos de aplicación que carecen nativamente de dicha tecnología.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de supervisión electrónica de herramientas para supervisar el uso y el desgaste de las herramientas para maquinado mecánico y un sistema de gestión electrónica de herramientas, tal y como se reivindica en las reivindicaciones anexas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra esquemáticamente un sistema electrónico de gestión de herramientas de la invención.
La figura 2 muestra esquemáticamente un sistema electrónico para supervisar el uso y el desgaste de una herramienta de la invención.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo electrónico para supervisar el uso y el desgaste de una herramienta de la invención.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques de un centro de gestión de herramientas de la invención.
La figura 5 muestra un diagrama de bloques de una estación de distribución de herramientas de la invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención
La presente invención se describirá ahora en detalle con referencia a los dibujos que la acompañan para permitir a un experto realizarla y utilizarla. Diversas modificaciones de las realizaciones presentadas serán inmediatamente claras para los expertos en la materia y los principios generales aquí expuestos podrían aplicarse a otras realizaciones y aplicaciones, pero sin apartarse del ámbito de protección de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, la presente invención no debe considerarse limitada a las realizaciones descritas y mostradas, sino que debe concedérsele el más amplio alcance de protección de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Cuando no se definen de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado comúnmente utilizado por las personas con conocimientos ordinarios en el campo correspondiente a la presente invención. En caso de conflicto, esta descripción, incluyendo las definiciones proporcionadas, será vinculante. Además, los ejemplos se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y, como tales, no deben considerarse limitativos.
En particular, los diagramas de bloques incluidos en las figuras que se acompañan y que se describen a continuación no deben entenderse como una representación de las características estructurales, ni de las limitaciones constructivas, sino que deben interpretarse como una representación de las características funcionales, es decir, de las propiedades intrínsecas de los dispositivos y definidas por los efectos obtenidos o de las limitaciones funcionales que pueden implementarse de diferentes maneras, por lo tanto para proteger las funcionalidades de los mismos (posibilidad de funcionamiento).
Para facilitar la comprensión de las realizaciones aquí descritas, se hará referencia a algunas realizaciones específicas y se utilizará un lenguaje específico para describirlas. La terminología utilizada en el presente documento tiene por objeto describir únicamente las realizaciones particulares y no pretende limitar el alcance de la presente invención.
Además, en aras de la conveniencia descriptiva, la siguiente descripción se referirá, sin perder la generalidad, a una herramienta para el maquinado mecánico en forma de broca, que representa una de las muchas aplicaciones ventajosas de la presente invención.
La idea que subyace a la presente invención es instrumentar los dispositivos de accionamiento de herramientas con una tecnología de detección ligera y fiable para recoger información indicativa del uso de la herramienta, con el fin de poder cuantificar en tiempo real no sólo su uso real sino también su desgaste, para poder implementar una gestión inteligente de la herramienta que permita cumplir con los estándares de calidad y seguridad esperados. En las figuras adjuntas se muestra esquemáticamente un sistema de supervisión electrónica de herramientas según una realización preferida de la invención, que es particularmente adecuado para ser utilizado con herramientas y dispositivos de accionamiento relativos que carecen de forma nativa de esta tecnología de supervisión y de cualquier predisposición para permitir su uso, para permitir que todas las herramientas y dispositivos de accionamiento pertinentes ya comercializados o producidos puedan ser adaptados.
Además, en la realización preferida de la invención que se muestra en las figuras adjuntas, en aras de la conveniencia ilustrativa, las herramientas se muestran en forma de brocas adecuadas para ser operadas por los correspondientes aparatos de accionamiento manual en forma de taladros, que pueden ser indistintamente eléctricos o neumáticos.
Como se muestra en las figuras 1 y 2, el sistema electrónico de gestión de herramientas inteligente, referenciado en su conjunto por el número de referencia 1, comprende
- un centro de gestión de herramientas 2,
- una o varias estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 acopladas comunicativamente al centro de gestión de herramientas 2, y
- un sistema de supervisión electrónica de herramientas 4 acoplado comunicativamente al centro de gestión de herramientas 2.
Dependiendo del contexto de la aplicación, el centro de gestión de herramientas 2 y la estación o estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 pueden ser entidades físicamente distintas situadas en diferentes áreas de un entorno de trabajo, como en la realización mostrada en la figura 1, o constituir una única entidad.
En la realización mostrada en la figura 1, las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 podrían, por ejemplo, estar ubicadas en diferentes partes de un área operativa de una empresa en la que se realizan operaciones de maquinado mecánico, mientras que el centro de gestión de herramientas 2 podría estar ubicado de forma remota con respecto a las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3, por ejemplo, en un área de gestión de la empresa. Por ejemplo, en un área de gestión de la empresa que alberga las distintas tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) y de gestión de los procesos empresariales de la empresa, como el proceso de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) y el proceso de planificación de recursos empresariales (ERP). Como se muestra en la figura 2, el sistema de supervisión electrónica de herramientas 4 comprende, para cada herramienta 5 a supervisar:
- una etiqueta 6 que se aplica a la herramienta 5 y a la que se asocia un identificador único ID que identifica de forma única la etiqueta 6 y, por consiguiente, la herramienta 5 a la que se aplica la etiqueta 6, para permitir que la herramienta 5 se distinga de las demás herramientas 5 gestionadas por el sistema de gestión electrónica de herramientas 1 y también provistas de las respectivas etiquetas 5 a las que se asocian los respectivos identificadores únicos ID, y
- un dispositivo de supervisión electrónica 8 diseñado para ser aplicado de manera firme y removible a un aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5 para supervisar el uso y el desgaste de una herramienta 5.
La etiqueta 6 puede realizarse de acuerdo con cualquiera de las tecnologías presentes o futuras adecuadas para el propósito y las condiciones ambientales y operativas específicas de la aplicación.
En una realización preferida mostrada en la figura 2, la etiqueta 6 se basa en la tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) y, por lo tanto, se realiza en forma de una etiqueta electrónica, comúnmente conocida como etiqueta RFID, que es convenientemente pasiva, adhesiva y flexible para ser fácilmente aplicable y para ajustarse a la superficie exterior de la herramienta 5, y en la que se almacena el identificador único ID.
Alternativamente, la etiqueta 6 podría basarse en la tecnología de lectura óptica y, por lo tanto, se realiza en forma de una etiqueta tradicional no electrónica, adhesiva y flexible, en la que el identificador único ID puede materializarse de diferentes maneras.
En una realización, el identificador único ID se materializa en forma de un código de barras de cualquier tipo. En particular, el código de barras puede ser lineal o, convenientemente, bidimensional o en forma de matriz, también conocido como código QR.
Como alternativa o además de su materialización en forma de un código de barras de cualquier tipo, el identificador único ID puede materializarse en cualquier otra forma, por ejemplo, en forma de una cadena alfanumérica de una longitud especificada.
En una realización, además del identificador único ID, pueden almacenarse o codificarse datos adicionales en la etiqueta 6, dependiendo de si la etiqueta 6 tiene forma de RFID o de código de barras, respectivamente, cuyos datos adicionales son indicativos de la herramienta 5 y/o de su servicio o vida útil (durabilidad) y pueden expresarse convenientemente en términos de límites máximos de uso de la herramienta 5. Convenientemente, los límites máximos de uso de la herramienta 5 pueden expresarse a su vez en términos de desgaste máximo de la herramienta 5, del número máximo de operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 puede ser utilizada, y/o del tiempo máximo durante el cual la herramienta 5 puede ser utilizada para realizar operaciones de maquinado mecánico, o cualquier otra cantidad adecuada que represente el uso máximo permitido de la herramienta 5, y habiendo superado uno o más de los cuales, de acuerdo con un criterio propio, la herramienta 5 debe ser necesariamente sometida a un proceso de reacondicionamiento, si es posible, o ser eliminada de otro modo.
El dispositivo de supervisión electrónica 8 comprende una carcasa protectora 9 diseñada para permitir que el dispositivo de supervisión electrónica 8 funcione correctamente y de forma fiable en condiciones ambientales y operativas específicas de la aplicación.
La carcasa 9 está diseñada además para que el dispositivo de supervisión electrónica 8 sea fácilmente aplicable con firmeza al aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5, e igualmente fácil de retirar de él, para poder sustituirlo por otro, repararlo en caso de avería o mantenerlo periódicamente.
En particular, la carcasa 9 puede estar provista de un dispositivo de fijación 10, que está integrado en la carcasa 9 o separado de la misma y montable en ella, para permitir que la carcasa 9 pueda fijarse firmemente, pero de forma desmontable, en el aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5.
Por ejemplo, el dispositivo de fijación 10 puede ser del tipo que comprende una interfaz de fijación mecánica soportada por la carcasa 9 y conformada para acoplarse con una interfaz de fijación mecánica correspondiente transportada por el aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5, o puede ser del tipo provisto de una serie de miembros de acoplamiento capaces de aferrarse a la carcasa del aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5. El dispositivo de supervisión electrónica 8 está diseñado además para ser autónomo e independiente, es decir, para tener o contener en su interior todo lo necesario para realizar las funciones para las que está diseñado y para poder funcionar sin necesidad de recursos externos.
Para ello, el dispositivo de supervisión electrónica 8 está diseñado para estar dotado de recursos de hardware (procesamiento, almacenamiento y comunicación) y de software de forma que pueda funcionar de forma independiente y autónoma por sí mismo, sin requerir recursos de hardware externos, y en particular recursos de hardware del aparato de accionamiento 7 al que se aplica.
Como se muestra en la figura 3, el dispositivo de supervisión electrónica 8 comprende, además, alojado dentro de la carcasa 9:
- una disposición de sensores electrónicos 11 para permitir la identificación de la herramienta 5, la supervisión del uso de la herramienta 5 y la estimación del desgaste de la herramienta 5;
- una interfaz de comunicación electrónica 12 para permitir que el dispositivo de supervisión electrónica 8 se comunique con el centro de gestión de herramientas 2;
- un dispositivo de alimentación eléctrica 13 para alimentar eléctricamente los componentes eléctricos y electrónicos del dispositivo de supervisión electrónica 8; y
- una unidad de control electrónico 14, convenientemente en forma de microcontrolador (MCU), conectada eléctricamente a la disposición de sensores electrónicos 11, a la interfaz de comunicación electrónica 12 y al dispositivo de suministro de energía eléctrica 13, y programada para controlar el funcionamiento del dispositivo de supervisión electrónica 8 con el fin de identificar, supervisar el uso y estimar el desgaste de la herramienta 5, en base a la información proporcionada por la disposición de sensores electrónicos 11, y para almacenar y transmitir localmente al centro de gestión de herramientas 2 datos indicativos de la identidad, el uso y el desgaste de la herramienta 5, de la manera que se describe con más detalle a continuación.
La disposición de sensores electrónicos 11 está diseñada para medir y emitir salidas eléctricas representativas de magnitudes físicas que permiten a la unidad de control electrónico 14 identificar la herramienta 5 y estimar su desgaste y cuantificar su uso en términos de, por ejemplo, el número y la duración de los ciclos de maquinado realizados por la herramienta 5, el número de operaciones individuales realizadas por la herramienta 5 durante cada ciclo de maquinado y la duración de cada operación, y cualquier otro dato útil para cuantificar el uso de la herramienta 5.
En particular, con el fin de identificar la herramienta 5, el dispositivo sensor electrónico 10 comprende un lector de etiquetas 15 operable por la unidad de control electrónico 13 para leer el identificador único ID de la etiqueta 6. El lector de etiquetas 15 se basa en una tecnología actual o futura correspondiente a la de la etiqueta 6.
En particular, en la realización en la que la etiqueta 6 es una etiqueta RFID, el lector de etiquetas 15 es un lector RFID operable por la unidad de control electrónico 14 para consultar la etiqueta 6, para recibir el identificador único ID almacenado en la etiqueta RFID 4 y transmitido de este modo en respuesta a la consulta del lector de etiquetas 15, y para enviar el identificador único ID recibido a la unidad de control electrónica 13, donde se almacena apropiadamente en los recursos de almacenamiento de la unidad de control electrónico 14.
En la realización en la que la etiqueta 6 es una etiqueta tradicional no electrónica en la que el identificador único ID está en forma de código de barras lineal, el lector de etiquetas 15 es un lector de códigos de barras común basado en tecnología óptica, en particular tecnología láser.
En la realización en la que la etiqueta 6 es una etiqueta tradicional no electrónica en la que el identificador único ID está en forma de un código QR, el lector de etiquetas 15 es un lector de códigos QR común, que, como es sabido, comprende una cámara digital operable por la unidad de control electrónico 14 para capturar una imagen digital del código QR y transmitirla a la unidad de control electrónico 14, donde puede ser procesada para extraer el identificador único ID codificado en el código QR representado en la imagen digital recibida.
En la realización en la que la etiqueta 6 es una etiqueta tradicional no electrónica en la que el identificador único ID se muestra en cualquier forma que no sea un código de barras, en el ejemplo descrito anteriormente en forma de una cadena alfanumérica, el lector de etiquetas 15 es un sensor óptico convenientemente basado en tecnología de imagen, es decir, en forma de un sensor de captura de imágenes digital que consta de una (micro)cámara digital común, por ejemplo una (micro)cámara CCD (Dispositivo de acoplamiento de carga) o CMOS (Semiconductor metalóxido complementario), también conocida como cámara APS (Sensor de pixels activo), operable por la unidad de control electrónico 14 para capturar una imagen de la cadena alfanumérica y transmitirla a la unidad de control electrónico 14 de modo que pueda ser procesada para extraer el identificador único ID codificado en la cadena alfanumérica representada en la misma mediante un proceso de reconocimiento óptico de caracteres.
Con el fin de supervisar el uso y el desgaste de la herramienta 5, dependiendo del tipo de herramienta 5 y el maquinado mecánico a realizar, la disposición de sensores electrónicos 11 comprende uno o una combinación de los siguientes transductores, todos ellos referenciados con el número 16:
- un transductor electroacústico (micrófono) dispuesto convenientemente en el interior de la carcasa 9 para medir las emisiones sonoras producidas por la herramienta 5 durante el maquinado mecánico y emitir una salida eléctrica indicativa del nivel de emisiones sonoras;
- un transductor de vibraciones, convenientemente en forma de acelerómetro piezoeléctrico, convenientemente dispuesto dentro de la carcasa 9 para medir las vibraciones mecánicas producidas por la herramienta 5 durante el maquinado y para emitir una salida eléctrica indicativa del nivel de las vibraciones mecánicas;
- un sensor de proximidad, convenientemente en forma de sensor de distancia por infrarrojos, convenientemente dispuesto dentro de la carcasa 9 para medir la distancia y emitir una salida eléctrica indicativa de la distancia del sensor de proximidad a un componente mecánico que se va a mecanizar mecánicamente, para permitir a la unidad de control electrónico 14 verificar que la herramienta 5 está operando pero no está maquinando, sino que está llevando a cabo un maquinado mecánico en el componente mecánico, y para calcular el tiempo necesario para llevar a cabo el maquinado mecánico. En el ejemplo considerado de una herramienta en forma de broca, la salida eléctrica del sensor de proximidad es tal que permite a la unidad de control electrónico 14 verificar que la distancia del sensor de proximidad al componente mecánico que se va a perforar es inferior a la distancia del sensor de proximidad al extremo distal de la broca, lo que permite verificar la interpenetración efectiva de la broca en el componente mecánico y calcular el tiempo que tarda la broca en perforar un agujero;
- un sensor de infrarrojos pasivo (PIR) convenientemente dispuesto dentro de la carcasa 9 para que la herramienta 5 se encuentre dentro del campo de visión del sensor de infrarrojos pasivo, de modo que emita una salida eléctrica indicativa de la intensidad de la energía térmica emitida por la herramienta 5 en forma de radiación infrarroja durante un maquinado mecánico;
- un giroscopio convenientemente dispuesto dentro de la carcasa 9 para medir la velocidad de rotación de la herramienta 5 y emitir una salida eléctrica indicativa de la velocidad de rotación;
- una célula de carga para medir la fuerza aplicada por la herramienta 5 al componente mecánico durante el maquinado mecánico y para emitir una salida eléctrica indicativa de la fuerza aplicada; y
- un botón táctil convenientemente dispuesto en la carcasa 9 para que pueda ser operado por un operador al inicio y al final de un maquinado mecánico o para mantenerlo pulsado durante todo el maquinado mecánico para indicar las horas de inicio y finalización del maquinado mecánico o la duración del mismo.
En una realización, el dispositivo de supervisión electrónica 8 también puede estar provisto convenientemente, pero no necesariamente, de una interfaz de operador 17 conectada a la unidad de control electrónico 14 para permitir a un operador interactuar con el dispositivo de supervisión electrónica 8.
La interfaz de operador 17 puede comprender convenientemente uno o más de:
- una pantalla electrónica, por ejemplo, una pantalla de cristal líquido, para mostrar una variedad de información útil para el operador, por ejemplo, información relacionada con el funcionamiento del dispositivo de supervisión electrónica 8, el desgaste de la herramienta 5 y, en su caso, las intervenciones que deben realizarse en la herramienta 5 y el aparato de accionamiento asociado 7;
- uno o más indicadores luminosos, por ejemplo indicadores LED, capaces de emitir indicaciones luminosas de diferentes colores que indican diferentes desgastes de la herramienta 5, en los que una indicación luminosa verde puede indicar, por ejemplo, un desgaste de la herramienta 5 compatible con el maquinado mecánico que se va a realizar, una indicación luminosa roja puede indicar, por ejemplo, un desgaste de la herramienta 5 incompatible con el maquinado mecánico que se va a realizar, y una indicación luminosa amarilla puede indicar, por ejemplo, un desgaste de la herramienta 5 crítico para el maquinado mecánico que se va a realizar;
- un dispositivo de aviso audible para transmitir al operador las mismas indicaciones proporcionadas por el o los indicadores luminosos, pero en forma de señales audibles, y
- uno o varios botones asociados a funciones preestablecidas o programables del dispositivo de supervisión electrónica 8 y accionables manualmente por un operador para implementar las funciones asociadas, como por ejemplo, la visualización en la pantalla electrónica de la información antes mencionada relativa al funcionamiento del dispositivo de supervisión electrónica 8, al desgaste de la herramienta 5, y a cualquier intervención que deba realizarse en la misma y en el aparato de accionamiento asociado 7 de la herramienta 5, las señales de fallo/emergencia, el reseteo del dispositivo de supervisión electrónica 8, etc.
En una realización, el dispositivo de supervisión electrónica 8 también puede comprender convenientemente, pero no necesariamente, un dispositivo de almacenamiento electrónico adicional (no mostrado) para proporcionar al dispositivo de supervisión electrónica 8 recursos de almacenamiento adicionales a los de la unidad electrónica de control 14 y para almacenar localmente una variedad de datos, tales como datos indicativos del desgaste de la herramienta 5 y su progresión en el tiempo, así como su identificador único ID, etc.
El dispositivo de almacenamiento electrónico puede adoptar convenientemente la forma de una tarjeta de memoria extraíble que, una vez extraída, puede acoplarse a un ordenador personal para descargar los datos contenidos en ella y transmitir los datos descargados al centro de gestión de herramientas 2 a través de Internet o mediante una conexión dedicada.
La interfaz de comunicación electrónica 12 se basa en cualquier tecnología de comunicación presente o futura que permita a la interfaz de comunicación electrónica 12 comunicarse con el centro de gestión de herramientas 2.
Convenientemente, la interfaz de comunicación electrónica 12 está diseñada para comunicarse con el centro de gestión de herramientas 2 en base a una o más de las siguientes tecnologías de comunicación:
- una o varias tecnologías de comunicación inalámbrica de corto alcance (radio u óptica), incluyendo, convenientemente, la tecnología Wi-Fi, a través de la cual la interfaz de comunicación electrónica 12 puede comunicarse con el centro de gestión de herramientas 2 a través de una red de área local inalámbrica (WLAN), o, además o como alternativa a la tecnología Wi-Fi, la tecnología ZigBee, la tecnología Bluetooth, por ejemplo la que se ajusta a la especificación 4.0 y también conocida como Bluetooth Low Energy, Bluetooth LE o Bluetooth Smart, que también proporciona una funcionalidad de baliza electrónica que facilita el procedimiento de emparejamiento y a través de la cual la interfaz de comunicación electrónica 12 puede comunicarse con el centro de gestión de herramientas 2 a través de un dispositivo móvil personal, como un teléfono inteligente, presente dentro de su rango de comunicación y que pertenezca, por ejemplo, al operador que está utilizando la herramienta 5;
- una o varias tecnologías de comunicación inalámbrica de largo alcance (radio u óptica) que comprenden una o varias tecnologías de comunicación celular 3G, 4G, 5G, etc.; y
- una tecnología de comunicación por cable, convenientemente la tecnología USB (Bus Serie Universal), que, como es sabido, comprende conectores especiales, conocidos como conectores o puertos USB, que son conectables a otros conectores USB a través de cables especiales conocidos como cables USB.
El dispositivo de alimentación eléctrica 13 puede ser una fuente de alimentación eléctrica externa o, convenientemente, una fuente de alimentación eléctrica autónoma, o ambas.
Si es del tipo de fuente de alimentación externa, el dispositivo de alimentación eléctrica 13 comprende un conector de alimentación eléctrica adecuado para la conexión a una fuente de alimentación eléctrica externa a través de un cable de conexión adecuado, y una etapa de alimentación eléctrica interna conectada al conector de alimentación eléctrica y diseñada para emitir una tensión eléctrica estabilizada adecuada para alimentar los componentes eléctricos y electrónicos del dispositivo de supervisión electrónica 8.
Si es del tipo de fuente de alimentación autónoma, el dispositivo de alimentación eléctrica 13 comprende una fuente de alimentación eléctrica interna diseñada para dar salida a una tensión eléctrica adecuada para alimentar los componentes eléctricos y electrónicos del dispositivo de supervisión electrónica 8.
La fuente de alimentación interna puede ser no recargable eléctricamente o recargable eléctricamente.
Cuando es del tipo recargable eléctricamente, la fuente de energía eléctrica interna comprende un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica o batería eléctrica, convenientemente del tipo de litio-polímero (LiPO) y provisto de un dispositivo de carga eléctrica diseñado para ser conectado a una fuente de energía eléctrica externa a través de un conector eléctrico y para recargar eléctricamente la batería eléctrica utilizando la energía eléctrica extraída de la fuente de energía eléctrica externa.
En una realización más avanzada, como alternativa o además de la conexión a una fuente de energía eléctrica externa, la fuente de energía eléctrica interna puede (también) estar provista de un dispositivo de carga eléctrica diseñado para recargar eléctricamente la batería eléctrica aprovechando la energía vibratoria desarrollada durante un maquinado mecánico.
En otra realización más avanzada, como alternativa o además de la conexión a una fuente de energía eléctrica externa, la fuente de energía eléctrica interna (también) puede estar provista de una etapa de recarga eléctrica diseñada para recargar de forma inalámbrica o inductiva la batería eléctrica mediante la explotación de la energía de RF contenida en las señales electromagnéticas captadas a través de una antena de RF adecuada.
La unidad de control electrónico 14 está programada para:
- almacenar datos indicativos de una vida útil de la herramienta 5 convenientemente expresados en términos de límites máximos de uso de la herramienta 5, que pueden ser convenientemente expresados a su vez en términos de desgaste máximo de la herramienta 5, el número máximo de operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 puede ser utilizada y/o el tiempo máximo durante el cual la herramienta 5 puede ser utilizada para realizar operaciones de maquinado mecánico, o cualquier otra cantidad adecuada para representar el uso máximo permitido de la herramienta 5, y que al haber superado una o varias de ellas, según un criterio propio, la herramienta 5 debe someterse necesariamente a un proceso de reacondicionamiento, si es posible, o bien desecharse;
- supervisar el uso de la herramienta 5 en términos del número de operaciones de maquinado mecánico realizadas por la herramienta 5 y/o el tiempo de uso de la herramienta 5, y estimar el desgaste actual de la herramienta 5 desde el inicio de un ciclo de maquinado mecánico, en base a la salida del dispositivo sensor electrónico 10;
- estimar, en base al uso y el desgaste estimado de la herramienta 5 y en los límites máximos de uso almacenados de la herramienta 5, una vida útil residual de la herramienta 5 en términos, por ejemplo, de un número residual de operaciones de maquinado mecánico que todavía puede realizar la herramienta 5 y/o un tiempo residual de uso de la herramienta 5 y/o un desgaste residual de la herramienta 5;
- si se determina que la vida útil de la herramienta 5 no se ha agotado y, por lo tanto, la herramienta 5 todavía puede utilizarse para otras operaciones de maquinado mecánico, proporcionar al operador información sobre la vida útil residual de la herramienta 5 a través de la pantalla electrónica y/o los indicadores luminosos y/o el dispositivo de advertencia audible de la interfaz de operador 17; y
- si, por el contrario, se determina que la vida útil de la herramienta 5 se ha agotado y, por tanto, la herramienta 5 ya no puede utilizarse para realizar operaciones de maquinado mecánico posteriores, realizar una o varias intervenciones diferentes destinadas a hacer que se interrumpa el ciclo de maquinado mecánico en curso debido a la superación de uno o varios de los límites máximos de utilización almacenados, y en particular
° notificar al operador, a través de la pantalla electrónica y/o el indicador luminoso y/o el avisador acústico de la interfaz de operador 17, la necesidad de interrumpir inmediatamente el uso de la herramienta 5; e
° intervenir directamente en el aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5 para interrumpir su funcionamiento, si la aplicación específica lo permite, por ejemplo enviando, a través de la interfaz de comunicación electrónica 12, una orden de cierre a una electroválvula de encendido/apagado dispuesta a lo largo de un conducto que suministra aire comprimido al aparato de accionamiento 7 de la herramienta 5 y predispuesta para ello, es decir, diseñada para recibir órdenes de apertura y de cierre y para cambiar su estado de funcionamiento en consecuencia; y
- transmitir al centro de gestión de herramientas 2, a través de la interfaz de comunicación electrónica 12, y almacenar localmente, en su memoria interna o en el dispositivo de almacenamiento electrónico adicional, si está previsto, el identificador único ID de la etiqueta 6 asociada a la herramienta 5 y los datos indicativos de la vida útil residual de la herramienta 5 o del agotamiento de la vida útil de la herramienta 5.
El agotamiento de la vida útil de la herramienta 5 puede determinarse a partir de un criterio propio basado en la superación de uno o varios de los límites máximos de uso almacenados, cada uno de los cuales puede tener el mismo peso a la hora de determinar el agotamiento de la vida útil de la herramienta 5, de manera que los límites máximos de uso afecten de la misma manera a la hora de determinar el agotamiento de la vida útil de la herramienta 5, o bien pesos diferentes, de manera que los límites máximos de uso puedan afectar de manera diferente al agotamiento de la vida útil de la herramienta 5.
La unidad de control electrónico 14 puede programarse además para recibir del centro de gestión de herramientas 2, a través de la interfaz de comunicación electrónica 12, comandos de interrupción de operación, que, una vez ejecutados, hacen que se notifique al operador, a través de la pantalla electrónica y/o los indicadores luminosos de la interfaz de usuario 17, la necesidad de interrumpir el ciclo de operaciones de maquinado mecánico en curso debido a la superación de los límites máximos permitidos de uso y/o desgaste de la herramienta 5.
Los límites máximos de utilización de la herramienta 5 pueden ser independientes de las operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 es adecuada y, por tanto, únicos para todas las operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 es adecuada, o pueden ser específicos de las operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 es adecuada y, por tanto, ser diferentes para las diferentes operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 es adecuada.
Los límites máximos de utilización de la herramienta 5 pueden proporcionarse al dispositivo de supervisión electrónica 8 de varias maneras, por ejemplo, como se ha descrito anteriormente, almacenarse en la etiqueta 6 asociada a la herramienta 5 y ser leídos por ésta junto con el identificador único ID de la etiqueta 6, o pueden ser transmitidos desde el centro de gestión de herramientas 2 al dispositivo de supervisión electrónica 8 a través de la interfaz de comunicación electrónica 12.
Para identificar la herramienta 5, si el identificador único ID de la herramienta 5 está almacenado en una etiqueta RFID 6, la unidad de control electrónico 14 está programada para operar el lector de etiquetas 15 y recibir el identificador único ID leído de la etiqueta 6. Si, por el contrario, el identificador único ID de la etiqueta 6 está en forma de código QR o de cadena alfanumérica, la unidad de control electrónico 14 está programada para recibir la imagen digital del código QR o de la cadena alfanumérica capturada por la cámara digital y procesarla para descodificar el código QR y extraer el identificador único ID codificado en el mismo, de una manera conocida y por tanto no descrita en detalle, o para reconocer el identificador único ID representado por la cadena alfanumérica mediante un proceso de reconocimiento óptico de caracteres.
Para estimar el uso de la herramienta 5, la unidad de control electrónico 14 está programada para determinar el número y la duración de los ciclos de maquinado realizados por la herramienta 5, el número de maquinados mecánicos realizados durante cada ciclo de maquinado mecánico y el tiempo empleado en realizar cada maquinado mecánico.
La unidad de control electrónico 14 está programada para estimar el desgaste de la herramienta 5 en base a una o una combinación (lineal y no lineal) de las siguientes cantidades:
- el tiempo de utilización de la herramienta 5 en las condiciones de funcionamiento típicas del maquinado mecánico a realizar, en el ejemplo considerado de una broca, el tiempo de rotación de la broca con una velocidad superior a una velocidad umbral y con una distancia (medida por el sensor de proximidad) al componente mecánico a perforar inferior a la distancia del extremo distal de la broca, siendo estas últimas condiciones indicativas de una interpenetración efectiva de la broca en el componente mecánico a perforar;
- las vibraciones producidas por el maquinado mecánico, medidas por el sensor de vibraciones en una gama de frecuencias determinada y con una amplitud superior a un umbral determinado; y
- el ruido o sonido producido por el maquinado mecánico en un rango de frecuencias dado.
Los datos indicativos de la estimación del uso, del desgaste y de la vida útil residual de la herramienta 5 pueden ser transmitidos al centro de gestión de la herramienta 3 según un criterio propio convenientemente orientado a maximizar la autonomía eléctrica del dispositivo de supervisión electrónica 8. Por ejemplo, los datos de uso y desgaste pueden transmitirse al final de cada maquinado mecánico, en un paquete de datos, de modo que el centro de gestión de la herramienta 3 esté actualizado en tiempo real sobre el uso y el desgaste de la herramienta 5, o, convenientemente, todos los paquetes de datos relativos a las operaciones individuales de maquinado mecánico pueden transmitirse a la vez, por ejemplo, al final de cada ciclo de maquinado, o periódicamente, por ejemplo, cada hora, o al final de cada turno de trabajo, o de nuevo al final de cada día de trabajo, o cuando la capacidad de memoria del dispositivo electrónico de supervisión 5 esté a punto de agotarse.
Cada paquete de datos y/o cada transmisión de un paquete de datos está convenientemente marcado con un sello de tiempo indicativo de la fecha y hora de generación/transmisión para permitir que la generación/transmisión sea averiguada y rastreada.
Como se muestra en la figura 4, el centro de gestión de herramientas 2 comprende:
- una interfaz de comunicación electrónica 18 configurada para comunicarse con las interfaces electrónicas de comunicación 12 de los dispositivos electrónicos de supervisión 8 para recibir de ellos datos indicativos de la vida útil residual o del agotamiento de la vida útil de las herramientas asociadas 5, así como con las interfaces electrónicas de comunicación, descritas más adelante, de las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 para recibir datos de desgaste de las mismas;
- una base de datos de herramientas TDB, que puede almacenarse en una unidad de almacenamiento electrónico dedicada o en recursos de almacenamiento que forman parte de otras tecnologías empresariales, como las TIC, la PLM o la ERP; y
- una unidad de procesamiento electrónico de datos 19, convenientemente en forma de servidor, configurada para comunicarse con la interfaz de comunicación electrónica 18 para recibir los datos recibidos y acceder a la base de datos de herramientas TDB, y para comunicarse con las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 para gestionar la recogida y dispensación de las herramientas 5 y los aparatos de accionamiento asociados 7 por parte de las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 en base a los datos recibidos y en los datos almacenados en la base de datos de herramientas TDB.
La interfaz de comunicación electrónica 18 puede basarse en cualquier tecnología de comunicación presente o futura que permita a la interfaz de comunicación electrónica 18 comunicarse con las interfaces electrónicas de comunicación 12 de los dispositivos electrónicos de supervisión 8 y con las interfaces electrónicas de comunicación de las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3.
La base de datos de herramientas TDB está estructurada para almacenar, para cada herramienta 5 gestionada por el centro de gestión de herramientas 2, un registro de datos correspondiente que contiene datos indicativos de: - el identificador único ID de la herramienta 5,
- la vida útil de la herramienta 5, una vez agotada la cual la herramienta 5 debe someterse a un reacondicionamiento o desecharse de otro modo,
- la vida útil residual de la herramienta 5 transmitida por el dispositivo de supervisión electrónica 8 asociado a la herramienta 5,
- las operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta 5 es adecuada,
- la estación de recogida y dispensación 3 en la que se encuentra la herramienta 5,
- la falta de disponibilidad de la herramienta 5 debido a su reafilado/reacondicionamiento o a su desecho.
La unidad electrónica de procesamiento de datos 19 está configurada para poblar y mantener actualizada la base de datos de herramientas TDB y para ello está configurada para:
- procesar los datos recibidos de los dispositivos electrónicos de supervisión 8 y de las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3 para estimar la vida útil residual de las herramientas 5 y gestionar el reacondicionamiento y el desecho de las herramientas 5 cuya vida útil se ha agotado; y
- mantener actualizada la base de datos de herramientas TDB con la vida útil residual estimada de las herramientas 5 y con información sobre la falta de disponibilidad de las herramientas 5 debido al reacondicionamiento o el desecho.
La unidad electrónica de procesamiento de datos 19 también puede estar configurada para calcular análisis apropiados basados en los datos de uso y desgaste recibidos de los dispositivos electrónicos de supervisión 8, como, por ejemplo, estadísticas que permitan diagnosticar las causas más frecuentes de rotura de las herramientas, o evaluar, en base a algoritmos de Inteligencia Artificial (IA) entrenados a partir de los datos recibidos las posibles ampliaciones o reducciones de la vida útil de las herramientas 5 para todas o parte de las operaciones de maquinado mecánico para las que las herramientas 5 son adecuadas, y luego actualizar la base de datos de herramientas TDB en consecuencia y/o descargar los datos en sistemas especializados de minería de datos o análisis de grandes datos.
La unidad electrónica de procesamiento de datos 19 también puede estar configurada para interrumpir las operaciones de los dispositivos de accionamiento 7 de las herramientas 5 que, durante un ciclo de operaciones de maquinado mecánico, agotan su vida útil residual.
Para ello, la unidad electrónica de procesamiento de datos 19 puede estar configurada para enviar a los dispositivos electrónicos de supervisión 8, a través de las interfaces electrónicas de comunicación 12 y 18, comandos de interrupción de operación, que, cuando son recibidos y ejecutados por las unidades electrónicas de control 14 de los dispositivos electrónicos de supervisión 8, hacen que las unidades electrónicas de control implementen una o más de las siguientes intervenciones para hacer que se interrumpan las operaciones de las herramientas 5:
- notificar a los operadores, a través de las interfaces de operador 17, la necesidad de interrumpir el uso de las herramientas 5, e
- intervenir directamente en los aparatos de accionamiento 7 de las herramientas 5 para interrumpir las operaciones de las mismas.
Como se muestra en la figura 5, cada estación de recogida y dispensación de herramientas 3 comprende:
- una interfaz electrónica de operador 20 a través de la cual los operadores pueden presentar solicitudes de herramientas 5 para realizar operaciones de maquinado mecánico, posiblemente en unión con los aparatos de accionamiento 7 asociados;
- una interfaz de comunicación electrónica 21 para comunicarse con la interfaz de comunicación electrónica 18 del centro de gestión de herramientas 2 y posiblemente con las interfaces electrónicas de comunicación 12 de los dispositivos electrónicos de supervisión 8;
- una disposición de sensores 22 para permitir la identificación de las herramientas devueltas 5 y el seguimiento de su utilización; y
- una unidad de control electrónico 23, convenientemente también en forma de servidor, configurada para comunicarse con la interfaz electrónica de operador 20, la interfaz de comunicación electrónica 21 y la disposición de sensores 22, y para gestionar la recogida y la dispensación de las herramientas 5 y los aparatos de accionamiento asociados 7 en función de las solicitudes de herramientas 5 recibidas, como se describe a continuación.
La interfaz electrónica de operador 20 está configurada para permitir a los operadores presentar solicitudes de herramientas 5 y aparatos de accionamiento 7 asociados para realizar operaciones de maquinado mecánico utilizando cualquier tecnología presente o futura adecuada para el propósito.
A modo de ejemplo, la interfaz electrónica de operador 20 puede adoptar la forma de una pantalla táctil en la que se visualiza una interfaz gráfica de usuario (GUI) adecuada a través de la cual los operadores pueden introducir sus propios datos de identificación, los datos de identificación de las operaciones de maquinado mecánico que deben realizarse y los datos de identificación de las herramientas 5 y los aparatos de accionamiento 7 que necesitan, por ejemplo, seleccionándolos en menús desplegables especiales o introduciendo manualmente los códigos de identificación asociados.
Alternativamente, la interfaz electrónica de operador 20 puede adoptar la forma de una serie de lectores que comprenden un lector de tarjetas de identificación, mediante el cual se pueden leer los datos de identificación de los operadores contenidos en sus tarjetas personales, o un lector biométrico, mediante el cual se pueden medir los parámetros biométricos de los operadores y, en función de los mismos, se pueden identificar los operadores, y un lector de códigos QR, mediante el cual se pueden leer uno o varios códigos Qr impresos en las hojas de maquinado y que identifican el maquinado mecánico que se va a realizar y la herramienta 5 y el aparato de accionamiento 7 relativos a utilizar.
La interfaz de comunicación electrónica 21 se basa en cualquier tecnología de comunicación presente o futura que permita a la interfaz de comunicación electrónica 21 comunicarse con la interfaz de comunicación electrónica 18 del centro de gestión de herramientas 2.
La disposición de sensores 22 comprende:
- un lector de etiquetas 24 similar a los lectores de etiquetas 15 de los dispositivos electrónicos de supervisión 8 para leer los identificadores únicos ID de las etiquetas 6 asociadas a las herramientas devueltas 5; y
- un sensor de escaneo de herramientas 25 basado en cualquier tecnología de escaneo presente o futura que permita estimar el desgaste de las herramientas devueltas 5.
En una realización, el sensor de escaneo de herramientas 25 puede basarse convenientemente en la tecnología de imágenes, es decir, en forma de un sensor de captura de imágenes digitales que comprende una cámara digital común, por ejemplo, una cámara CCD o CMOS, operable por la unidad de control electrónico 23 para capturar y enviar a la unidad de control electrónico 23 una o varias imágenes digitales de las herramientas 5 cuando son devueltas por los operadores, de modo que las imágenes digitales capturadas pueden ser procesadas entonces por la unidad de control electrónico 23 para estimar objetivamente el desgaste de las herramientas 5 en base a las imágenes digitales capturadas.
En una realización diferente, el sensor de escaneo de herramientas 25 puede estar basado convenientemente en tecnología láser, es decir, en forma de un escáner láser (también conocido como láser 3D) que permite la detección de modelos tridimensionales de herramientas 5 a diferentes escalas y resoluciones.
La unidad de control electrónico 23 está configurada para gestionar la recogida de las herramientas 5 que se devuelven, y para ello está configurada para
- recibir y procesar la salida del dispositivo sensor 22 para identificar las herramientas 5 devueltas y estimar su desgaste; y
- comunicarse, a través de las interfaces electrónicas de comunicación 21 y 18, con el centro de gestión de herramientas 2 para proporcionar datos indicativos de los identificadores únicos ID de las etiquetas 6 asociadas a las herramientas 5 devueltas.
En lo que respecta a los aparatos de accionamiento 7 de las herramientas 5, su recogida podría ser gestionada por la misma estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que gestiona la recogida de las herramientas 5 relativas, o por una estación de recogida diferente específicamente dedicada a este fin. Para ello, los aparatos de accionamiento 7 de las herramientas 5 también podrían estar convenientemente provistos de etiquetas de identificación idénticas a las etiquetas 6 utilizadas para identificar las herramientas 5.
La unidad de control electrónico 23 está además configurada para gestionar la dispensación de las herramientas 5 y para ello está configurada para
- recibir las solicitudes de herramientas 5 presentadas por los operadores a través de la interfaz electrónica de operador 20 y cada una de las cuales contiene datos que identifican al operador que ha presentado la solicitud, una operación de maquinado mecánico que debe realizarse y una herramienta 5 que debe utilizarse para llevar a cabo el maquinado mecánico indicado;
- verificar si las herramientas 5 solicitadas son adecuadas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas y si hay herramientas 5 disponibles en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que coincidan con las solicitadas y cuya vida útil residual sea suficiente para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas;
- si se determina que las herramientas 5 solicitadas no son adecuadas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas o que no hay herramientas 5 disponibles en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que coincidan con las solicitadas o que hay herramientas 5 disponibles en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que coinciden con las solicitadas pero cuya vida útil residual es insuficiente para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas:
° impedir que la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 entregue las herramientas 5 solicitadas; y ° hacer que se notifique debidamente a los operadores que presentaron las nuevas solicitudes; y
- si se determina que las herramientas 5 solicitadas son adecuadas para realizar las operaciones de maquinado indicadas y que hay herramientas 5 disponibles en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que coinciden con las solicitadas y cuya vida útil residual es suficiente para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas, hacer que las herramientas 5 se suministren a los operadores que presentaron las solicitudes, por ejemplo a través de una cinta transportadora que conecta un almacén de herramientas con una estación de recogida y dispensación 5.
La comprobación de si las herramientas 5 solicitadas son o no adecuadas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas y de si hay o no herramientas 5 disponibles en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que coincidan con las solicitadas puede llevarse a cabo según dos enfoques arquitectónicos diferentes: un primero en el que la base de datos de herramientas TDB es la única base de datos de herramientas del sistema electrónico de gestión de herramientas 1 y, por tanto, representa una base de datos de herramientas TDB centralizada y, por tanto, la unidad de control electrónica 23 se comunica con el centro de gestión de herramientas 2 para acceder a los datos contenidos en la misma; y un segundo en el que se mantienen copias de partes de la base de datos de herramientas TDB en las estaciones de recogida y dispensación de herramientas 3, cada una de las cuales contiene únicamente los datos de las herramientas 5 en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3.
En la primera aproximación, la unidad de control electrónico 23 está configurada para:
- comunicar, a través de las interfaces electrónicas de comunicación 21 y 18, con el centro de gestión de herramientas 2 para acceder a la base de datos de herramientas TDB y, en base a los datos contenidos en ella para las diferentes herramientas 5:
° verificar si las herramientas 5 solicitadas son o no adecuadas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas, y si las herramientas 5 disponibles en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 coinciden con las solicitadas;
° verificar si la vida útil residual de las herramientas 5 que coinciden con las solicitadas y que se ha determinado que son adecuadas y están disponibles para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas es tal que permite a las herramientas 5 realizar los ciclos de maquinado indicados;
° identificar, entre las herramientas 5 que coinciden con las solicitadas y que son adecuadas y están disponibles para realizar la operación de maquinado mecánico indicada y cuya vida residual se ha determinado que es tal que permite a las herramientas 5 realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas, las herramientas 5 específicas que se entregarán a los operadores que las solicitaron en base a un determinado criterio de propiedad, por ejemplo, destinado a mantener el desgaste de las herramientas lo más uniforme posible; y
° actualizar en la base de datos de herramientas TDB los registros de datos de las herramientas 5 entregadas y la información sobre los operadores que las solicitaron.
En el segundo enfoque, se mantiene además una base de datos de herramientas local TDB en cada estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que contiene una copia de los datos de las herramientas 5 en la estación de recogida y dispensación de herramientas 3 contenida en la base de datos de herramientas centralizada TDB y, por lo tanto, la unidad de control electrónico 23 está configurada para acceder a la base de datos local de herramientas TDB y, en base a los datos contenidos en la misma para las diferentes herramientas 5, implementar las mismas operaciones que las descritas anteriormente y luego comunicarse con el centro de gestión de herramientas 2 para actualizar los registros de datos de las herramientas 5 entregadas en la base de datos de herramientas TDB.
De forma similar a lo que se ha dicho sobre su recogida, la dispensación de los aparatos de accionamiento 7 de las herramientas 5 puede ser gestionada por la misma estación de recogida y dispensación de herramientas 3 que gestiona la dispensación de las herramientas 5, o por una estación de dispensación diferente dedicada específicamente a este fin, implementando operaciones similares a las descritas anteriormente en relación con las herramientas 5.
En base a lo anterior, se puede apreciar que la presente invención permite alcanzar todos los objetivos expuestos en el presente documento.
En particular, la presente invención permite la reconstrucción de todas las herramientas y dispositivos de accionamiento relativos ya comercializados o fabricados, para permitir su seguimiento preciso y fiable del uso y del desgaste, incluso si carecen nativamente de esta tecnología de supervisión y de cualquier medida que permita su adopción.
Además, la presente invención permite realizar una gestión integrada, inteligente y escalable de herramientas de cualquier tamaño, asegurando el estricto cumplimiento de cualquier norma de calidad y seguridad, incluso la más estricta, prevista en este campo de la tecnología.
El Solicitante ha podido comprobar que las metodologías y tecnologías que conoce, aunque no hay razón para dudar de que puedan ser satisfactorias en ciertos aspectos, todavía presentan importantes márgenes de mejora, en particular en lo que respecta a su integración con el nuevo paradigma introducido por Industria 4.0, para permitir una gestión integrada e inteligente de herramientas que pueden ser muy numerosas.
La presente invención tiene por tanto como objetivo proporcionar una tecnología IoT que, por un lado, permita llevar a cabo una supervisión precisa y fiable del uso y desgaste de las herramientas para operaciones de maquinado mecánico y una gestión integrada e inteligente de las herramientas y que, por otro lado, pueda ser fácilmente utilizada también en contextos de aplicación que carezcan nativamente de dicha tecnología.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de supervisión electrónica de herramientas (4) para supervisar el uso y el desgaste de herramientas (5) para maquinado mecánico;
el sistema de supervisión electrónica de herramientas (4) comprende, para cada herramienta (5) a supervisar:
- una etiqueta (6) que se aplica a la herramienta (5) y que tiene un identificador único (ID) que permite distinguir la herramienta (5) de otras herramientas (5); y
- un dispositivo electrónico de supervisión (8) autónomo e independiente, diseñado para ser aplicado de forma firme y desmontable a un aparato de accionamiento de herramientas (7) para supervisar el uso y el desgaste de una herramienta (5) accionada por el mismo;
el dispositivo electrónico de supervisión autónomo e independiente (8) comprende:
- una disposición de sensores electrónicos (11) para permitir la identificación de la herramienta (5) y la supervisión de su uso y desgaste;
- una interfaz de comunicación electrónica (12) para comunicarse con un centro de gestión de herramientas (2) a distancia;
- una interfaz electrónica de operador (17) para proporcionar al operador información sobre la herramienta (5); y - una unidad de control electrónico (14) conectada eléctricamente a la disposición de sensores electrónicos (11), a la interfaz de comunicación electrónica (12) y a la interfaz de operador electrónico (17) y programada para:
° almacenar datos indicativos de la vida útil de la herramienta (5),
° identificar y supervisar el uso y el desgaste de la herramienta (5) en base a una salida de la disposición de sensores electrónicos (11),
° estimar la vida útil residual de la herramienta (5) en base al uso y el desgaste supervisados de la herramienta (5) y a los datos almacenados que indican la vida útil de la misma;
- si se determina que la vida útil de la herramienta (5) no está agotada, proporcionar al operador información sobre la vida útil residual de la herramienta (5) a través de la interfaz electrónica de operador (17);
- si se determina que la vida útil de la herramienta (5) está agotada, implementar una o varias de las siguientes intervenciones para hacer que se interrumpa el funcionamiento del aparato de accionamiento de herramienta (7): ° notificar al operador, a través de la interfaz electrónica de operador (17), la necesidad de interrumpir el funcionamiento del aparato de accionamiento de herramienta (7); e
° intervenir directamente en el aparato de accionamiento de herramienta (7) para interrumpir su funcionamiento; y - transmitir al centro de gestión de herramientas (2), a través de la interfaz de comunicación electrónica (12), el identificador único (ID) de la etiqueta (6) asociada a la herramienta (5) y los datos indicativos de la vida útil residual estimada de la herramienta (5) o del agotamiento de su vida útil.
2. El sistema de supervisión electrónica de herramientas (4) de la reivindicación 1, en el que la etiqueta (6) se basa en la tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) o en la tecnología de escaneo óptico, en particular la tecnología de formación de imágenes, y la disposición de sensores electrónicos (11) comprende un lector de etiquetas (15) para leer el identificador único (ID) asociado a la etiqueta (6) y basado en la tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) o, respectivamente, en la tecnología de escaneo óptico, en particular la tecnología de formación imágenes.
3. El sistema de supervisión electrónica de herramientas (4) de la reivindicación 1 o 2, en el que la disposición de sensores electrónicos (11) comprende además uno o una combinación de los siguientes transductores para permitir la supervisión del uso y el desgaste de la herramienta (5):
- un transductor electroacústico para medir las emisiones sonoras producidas por la herramienta (5) durante el maquinado mecánico;
- un transductor de vibraciones para medir las vibraciones mecánicas producidas por la herramienta (5) durante el maquinado mecánico;
- un sensor de proximidad para medir la distancia del sensor de proximidad a un componente mecánico a mecanizar mecánicamente;
- un sensor infrarrojo pasivo para medir la energía térmica emitida en forma de radiación infrarroja por la herramienta (5) durante el maquinado mecánico;
- un giroscopio para medir la velocidad de rotación de la herramienta (5);
- una célula de carga para medir la fuerza aplicada por la herramienta (5) sobre un componente mecánico que se está maquinando mecánicamente; y
- un pulsador táctil accionable por un operador bien al inicio y al final de un maquinado mecánico o bien para mantenerlo pulsado durante el mismo para indicar bien los momentos de inicio y de finalización del maquinado mecánico o la duración del mismo.
4. Un sistema electrónico de gestión de herramientas (1) que comprende:
- un centro de gestión de herramientas (2);
- una o varias estaciones de recogida y dispensación de herramientas (3) en comunicación con el centro de gestión de herramientas (2); y
- un sistema de supervisión electrónica de herramientas (4) según una de las reivindicaciones anteriores y para cada herramienta (5) que deba supervisarse.
5. El sistema de gestión electrónica de herramientas (1) de la reivindicación 4, en el que el centro de gestión de herramientas (2) comprende:
- una interfaz de comunicación electrónica (18) para comunicarse con las interfaces electrónicas de comunicación (12) de los dispositivos de supervisión electrónica (8) para recibir datos indicativos de la vida útil residual de las herramientas supervisadas (5) o del agotamiento de la vida útil de las mismas y transmitidos por los dispositivos de supervisión electrónica (8), y con las interfaces electrónicas de comunicación (21) de las estaciones de recogida y dispensación de herramientas (3) para recibir los datos de desgaste transmitidos por las mismas;
- una base de datos de herramientas (TDB); y
- una unidad de procesamiento electrónico de datos (19) configurada para comunicarse con la interfaz de comunicación electrónica (18) para recibir los datos recibidos y acceder a la base de datos de herramientas (TDB), y para comunicarse con las estaciones de recogida y dispensación de herramientas (3) para gestionar la recogida y dispensación de las herramientas (5) por las estaciones de recogida y dispensación de herramientas (3) en base a los datos recibidos y en los datos almacenados en la base de datos de herramientas (TDB);
la base de datos de herramientas (TDB) está estructurada para almacenar, para cada herramienta (5) gestionada por el centro de gestión de herramientas (2), datos indicativos de:
- el identificador único (ID) de la herramienta (5),
- la vida útil de la herramienta (5), una vez agotada la cual la herramienta (5) debe someterse a un reacondicionamiento o desecharse en otro caso,
- la vida útil residual de la herramienta (5) transmitida por el dispositivo de control electrónico asociado (8), y - las operaciones de maquinado mecánico para las que la herramienta (5) es adecuada,
- la estación de recogida y dispensación (3) que tiene asignada la tarea de recoger y suministrar la herramienta (5), y - la falta de disponibilidad de la herramienta (5) debido a su reacondicionamiento o desecho;
la unidad electrónica de procesamiento de datos (19) está configurada además para:
- procesar los datos recibidos de los dispositivos electrónicos de supervisión (8) y de las estaciones de recogida y dispensación de herramientas (3) para estimar la vida útil residual de las herramientas (5) y gestionar el reacondicionamiento y el desecho de las herramientas (5) cuya vida útil se haya agotado; y
- mantener actualizada la base de datos de herramientas (TDB) con la estimación de la vida útil residual de las herramientas (5) y la información sobre la falta de disponibilidad de las herramientas (5) por reacondicionamiento o desecho.
6. El sistema electrónico de gestión de herramientas (1) de la reivindicación 5, en el que la unidad electrónica de procesamiento de datos (19) del centro de gestión de herramientas (2) está configurada además para evaluar, en base a algoritmos de Inteligencia Artificial (IA) entrenados en base a los datos recibidos, cualquier prolongación o acortamiento de la vida útil de las herramientas (5) para todas o parte de las operaciones de maquinado mecánico para las que las herramientas (5) son adecuadas y para actualizar la base de datos de herramientas (TDB) en consecuencia.
7. El sistema electrónico de gestión de herramientas (1) de la reivindicación 5 o 6, en el que la unidad electrónica de procesamiento de datos (19) del centro de gestión de herramientas (2) está configurada además para enviar a los dispositivos electrónicos de supervisión (8) comandos de interrupción de operación, que, cuando son recibidos y ejecutados por las unidades electrónicas de control (14) de los dispositivos electrónicos de supervisión (8), hacen que las unidades electrónicas de control (14) implementen una o más de las siguientes intervenciones para hacer que se interrumpan las operaciones de los aparatos de accionamiento de herramientas (7):
° notificar a los operadores, a través de las interfaces electrónicas de operador (17), la necesidad de interrumpir el funcionamiento de los aparatos de accionamiento de herramientas (7); e
° intervenir directamente en los aparatos de accionamiento de herramientas (7) para interrumpir su funcionamiento.
8. El sistema electrónico de gestión de herramientas (1) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes 4 a 7, en el que una estación de recogida y dispensación de herramientas (3) comprende:
- una interfaz electrónica de operador (20) a través de la cual los operadores pueden enviar solicitudes de herramientas (5) para realizar operaciones de maquinado mecánico;
- una interfaz de comunicación electrónica (21) para comunicarse con la interfaz de comunicación electrónica (18) del centro de gestión de herramientas (2);
- una disposición de sensores (22) que permite identificar las herramientas devueltas (5) y supervisar su utilización; y - una unidad de control electrónico (23) configurada para comunicarse con la interfaz electrónica de operador (20), la interfaz de comunicación electrónica (21) y el dispositivo sensor (22) y para gestionar la recogida y la dispensación de herramientas (5) en función de las solicitudes de herramientas (5).
9. El sistema de gestión electrónica (1) de la reivindicación 8, en el que la disposición de sensores (22) de una estación de recogida y dispensación de herramientas (3) comprende:
- un lector de etiquetas (24) para leer los identificadores únicos (ID) de las etiquetas (6) asociadas a las herramientas devueltas (5); y
- un sensor de escaneo de herramientas (25) basado en la tecnología de formación imágenes o en la tecnología láser para permitir estimar el desgaste de las herramientas devueltas (5).
10. El sistema de gestión electrónica (1) de la reivindicación 8 o 9, en el que la unidad de control electrónico (23) de una estación de recogida y dispensación de herramientas (3) está configurada para gestionar la recogida de herramientas devueltas (5):
- recibiendo y procesando la salida de la disposición de sensores (22) para identificar las herramientas devueltas (5) y estimar su desgaste; y
- comunicando con el centro de gestión de herramientas (2) para proporcionar datos indicativos de los identificadores únicos (ID) de las etiquetas (6) asociadas a las herramientas devueltas (5) y de los desgastes de las mismas;
la unidad de control electrónico (23) de una estación de recogida y dispensación de herramientas (3) está configurada además para gestionar la entrega de herramientas (5) mediante:
- la recepción de solicitudes de herramientas (5) presentadas por los operadores a través de la interfaz electrónica de operador (20) y cada una de las cuales contiene datos que identifican al operador que ha presentado la solicitud, una operación de maquinado mecánico que debe realizarse y una herramienta (5) que debe utilizarse para llevar a cabo el maquinado mecánico indicado;
- verificar si las herramientas (5) solicitadas son adecuadas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas y si en la estación de recogida y dispensación de herramientas (3) se dispone de herramientas (5) que coincidan con las solicitadas y cuya vida útil residual sea suficiente para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas;
- si se determina que las herramientas (5) solicitadas no son adecuadas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas o que en la estación de recogida y dispensación de herramientas (3) no hay herramientas (5) disponibles que coincidan con las solicitadas o que en la estación de recogida y dispensación de herramientas (3) hay disponibles herramientas (5) que coinciden con las solicitadas pero cuya vida útil residual es insuficiente para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas:
° impedir que la estación de recogida y dispensación de herramientas (3) entregue las herramientas (5) solicitadas; y ° hacer que se notifique debidamente a los operadores que presentaron las solicitudes; y
- si se determina que las herramientas (5) solicitadas son aptas para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas y que en la estación de recogida y dispensación de herramientas (3) se dispone de herramientas (5) que coinciden con las solicitadas y cuya vida útil residual es suficiente para realizar las operaciones de maquinado mecánico indicadas, hacer que la estación de recogida y dispensación de herramientas (3) entregue las herramientas (5) solicitadas.
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