ITRM20090215A1 - Macchina per curvare in modo continuo un pezzo allungato secondo raggi predeterminati - Google Patents

Description

“MACCHINA PER CURVARE IN MODO CONTINUO UN PEZZO ALLUNGATO SECONDO RAGGI PREDETERMINATIâ€

La presente invenzione si riferisce ad una macchina per curvare in modo continuo un pezzo allungato secondo raggi predeterminati.

Nel seguito si fa riferimento ad una macchina curvatrice a rulli di tipo piramidale, ma non si deve pensare che ciò limiti ad essa l'ambito di applicazione della presente invenzione.

La domanda di brevetto europea EP 1 644 140 a nome ORTIC AB di Borlange (Svezia) descrive un metodo di sorveglianza di processo e comando per curvare in modo continuo un pezzo allungato ad un raggio predeterminato usando tre misuratori paralleli di distanza senza contatto, del tipo dei trasmettitori laser, e misurando le distanze con la superficie curvata sul pezzo, calcolando il raggio di curvatura effettivo in base alle distanze fisse fra i misuratori e le distanze misurate e regolando la macchina che esegue la curvatura in risposta alla relazione fra il raggio effettivo calcolato e il raggio desiderato.

Come sopra detto, il brevetto citato richiede tre dispositivi laser, una disposizione di montaggio dei tre dispositivi laser, e un circuito di coordinazione e di controllo dei tre dispositivi laser. Inoltre, dal momento che misura raggi di curvatura molto grandi come quelli di lamiera piegata, i tre dispositivi laser sono disposti a distanza fissa notevole l'uno dall'altro, di circa 200 mm, e molto distanti dal punto di uscita della lamiera dall'ultimo rullo della macchina. Queste distanze non sarebbero accettabili per una macchina curvatrice secondo la presente invenzione che mira a controllare la curvatura di tubi con raggi di curvatura relativamente piccoli rispetto a quelli del brevetto citato, e in un punto molto vicino all’uscita dall'ultimo rullo.

Di conseguenza, uno scopo principale dell’invenzione à ̈ quello di consentire la misurazione del raggio di curvatura in un tratto di curva che viene curvato con un singolo dispositivo che non presenta problemi legati al montaggio di più dispositivi. Per raggiungere questo scopo, gli autori della presente invenzione hanno notato che potrebbe essere di aiuto uno strumento rivelatore che attualmente viene utilizzato per una funzione diversa, vale a dire quella di misurare simultaneamente più punti di un pezzo mentre lo esplora con una modalità di scansione.

Si tratta di un sensore di spostamento laser 2D ad alta precisione, quale quello della serie LJ-G prodotto dalla KEYENCE CORPORATION di Osaka (Giappone). La serie LJ-G segue con precisione il profilo superficiale di qualsiasi materiale in due direzioni. Come attualmente utilizzato, tale sensore di spostamento viene appunto spostato sull'oggetto per fornire una misurazione simultanea in varie modalità di misurazione, tra le quali quella di confronto fra profili.

Gli autori dell'invenzione hanno avuto l'intuizione di utilizzare il sensore di spostamento tenendolo fermo, con il suo fascio laser che interseca longitudinalmente il pezzo da misurare in movimento mentre viene deformato da ima macchina curvatrice.

In tal modo, il sensore di spostamento à ̈ in grado di determinare, dalla misurazione contemporanea di almeno tre punti, il raggio di curvatura di un pezzo allungato mentre viene curvato. Questa informazione viene utilizzata per essere confrontata con il raggio che si vuole effettivamente realizzare sul pezzo allungato e per eseguire con la macchina le desiderate correzioni, in maniera da poter realizzare con una o più passate la curvatura di un tubo o profilati diversi dal tubo.

Pertanto, secondo la presente invenzione viene fornita una macchina per curvare in modo continuo un pezzo allungato secondo raggi di curvatura variabili che impiega un gruppo di rulli trascinatori di curvatura, un elaboratore accoppiato fra l’altro ad un misuratore laser per il calcolo di un raggio di un tratto di curva ed il confronto del raggio calcolato di curvatura con il raggio di curvatura desiderato in detto tratto di curva, l’elaboratore essendo accoppiato inoltre ad un misuratore di lunghezza per la misurazione di una lunghezza di detto tratto di curva coassialmente al pezzo allungato e a mezzi di azionamento di rullo del gruppo di rulli trascinatori di curvatura per regolarlo in tempo reale sulla base di una differenza fra detto raggio di curvatura misurato e il raggio di curvatura desiderato in detto tratto di curva, caratterizzata dal fatto che detto misuratore laser à ̈ un sensore di spostamento laser 2D ad alta precisione per la misurazione del raggio di curvatura del pezzo allungato a valle di detto gruppo di rulli di curvatura.

In aggiunta al vantaggio di ottenere un valore di correzione più preciso, in particolare con riferimento alle operazioni di curvatura volte ad ottenere tratti di curva con raggi di curvatura variabili, la macchina secondo la presente invenzione presenta il vantaggio, rispetto alla tecnica precedente, di non richiedere più misuratori di distanza, quali tre trasmettitori laser, ma uno soltanto. Si determina quindi una conseguente riduzione di costo, nonché la lettura più prossima all’uscita del tubo dall'ultimo rullo.

Anche rispetto ai misuratori di distanza a contatto a tre punti esistono vari vantaggi, il più importante dei quali à ̈ quello di una maggiore precisione, dal momento che la misurazione à ̈ effettuata in un intervallo di tratto di curva molto piccolo e in una sola direzione, e da un solo punto di emissione e il più prossimo all’uscita del tubo dall'ultimo rullo.

Un altro vantaggio dell'invenzione à ̈ che il dispositivo di misurazione di raggi di curvatura esegue misurazioni relative e non assolute, per cui il dispositivo di misurazione può essere montato su di un equipaggio mobile come à ̈, in una curvatrice piramidale, il terzo rullo della macchina nel verso di avanzamento del tubo.

Un ulteriore vantaggio à ̈ che il dispositivo di misurazione può ruotare intorno al mozzo del terzo rullo in maniera da posizionarsi per colpire il tubo in una posizione immediatamente a valle del terzo rullo. In tal modo, viene misurato il raggio di curvatura del tratto di tubo appena curvato con la possibilità di modificare in retroazione, nel punto più vicino al punto di deformazione del tubo, lo spostamento del rullo deformatore per conformare il raggio di curvatura via via ottenuto a quello desiderato nei singoli tratti del tubo programmati.

La presente invenzione verrà descritta con riferimento ad una sua forma di esecuzione preferita, considerata unitamente al disegno allegato, in cui:

la Figura 1 mostra, molto schematicamente e in maniera parziale, una vista laterale di una macchina per la curvatura continua di un pezzo allungato secondo raggi di curvatura variabili conformemente alla presente invenzione.

Con riferimento alla Figura 1, la macchina su cui à ̈ messa in pratica, a titolo di esempio, l’invenzione, à ̈ una centinatrice che comprende un gruppo di tre rulli trascinatori 1, 2 e 3, di cui almeno uno deformatore, attraverso i quali viene fatto avanzare un pezzo allungato da curvare, ad esempio un tubo T, nella direzione della freccia F. Per comodità descrittiva, può dirsi che i rulli 1 e 3 sono fissi in posizione, mentre il rullo 2 à ̈ regolabile nella posizione verticale e può essere comandato dalla macchina per spostarsi in funzione di un controllo a retroazione in direzione verticale rispetto ai rulli 1 e 3. Regolabile in direzione verticale à ̈ associato un encoder (non mostrato), mentre con 4 à ̈ indicato un encoder per la misurazione dell’avanzamento del tubo T attraverso il gruppo di rulli 1, 2 e 3.

Con 5 à ̈ indicato complessivamente un sensore di spostamento laser 2D come misuratore senza contatto, montato con possibilità di ruotare su di un supporto 6 solidale con il mozzo del rullo 3, ad esempio un sensore di spostamento laser 2D ad alta precisione del tipo già citato. La direzione di puntamento y del sensore di spostamento laser 2D 5 à ̈ rappresentata con linea a tratti verticale rispetto al piano del foglio. Tuttavia, la direzione di puntamento può essere scelta opportunamente, anche in funzione del raggio del tubo in uscita dal rullo 3, preferibilmente per avvicinarsi il più possibile al punto di uscita dal rullo 3, ad esempio secondo la linea indicata con y’ nella Figura 1. La freccia G nella figura indica la possibilità di regolazione dell'oscillazione del supporto 6 che sostiene il sensore di spostamento laser 2D 5. La macchina secondo lo schema descritto comprende inoltre un elaboratore centrale 7 di controllo ed elaborazione dati, rappresentato schematicamente, che svolge il compito di coordinare gli spostamenti della macchina con il disegno della curva desiderata per il tubo da curvare. Il disegno della curva desiderata può essere anche inserito graficamente attraverso un dispositivo video (non mostrato), eventualmente anche del tipo “touch screen†. Il coordinamento avviene tramite un dispositivo I/O digitale/analogico ed un condizionatore di segnale che svolge il compito di filtraggio e stabilizzazione dei segnali digitali/analogici che arrivano dai vari componenti meccanici, idraulici ed elettronici della macchina. Questi componenti sono noti e quindi non vengono mostrati, né descritti. Vengono solamente indicati con 8 mezzi di azionamento del rullo 3, ad esempio un cilindro idraulico.

La macchina può funzionare con un metodo già descritto in una precedente domanda di brevetto N. RM2008A000078 degli stessi inventori.

Quando viene utilizzata la retroazione secondo la presente invenzione, sulla base della variazione di altezza del rullo 2 e della misurazione del misuratore laser 5, viene costruita una successione di punti che appartengono alla curva nei successivi rilevamenti.

La curva viene definita tramite una successione di funzioni polinomiali di 3° grado. Tali funzioni, B-splines e curve di Bezier interpolanti i punti rilevati, necessitano di almeno tre punti contemporanei per essere definite matematicamente. I punti vengono ricavati dall'unico dispositivo di misurazione laser.

Il calcolo del raggio di curvatura di ogni tratto di curva del pezzo allungato à ̈ eseguito per ottenere un raggio di curvatura di un tratto di curva con una macchina che impiega un sensore di spostamento laser del tipo di quello prodotto dalla Keyence serie LJ-G che misura almeno tre punti contemporanei, ma con un solo misuratore laser in una sola direzione.

Le possibili applicazioni per il metodo di misura sopra descritto possono essere le seguenti. Conoscendo sempre un unico punto di misurazione si riesce a misurare con precisione sia Γ orientamento della curva o delle curve prodotte, sia eventuali correzioni che si devono effettuare a cambiamento del materiale usato o di variazioni meccaniche, che possono intervenire nelle fasi di lavorazione.

La macchina permette la compensazione automatica sia degli errori dovuti alla caratteristica elastica del materiale usato, sia alle possibili variazioni di carattere elettromeccanico che si possono avere in caso di utilizzo di componenti diversi, ed usura degli stessi.

La procedura di imbocco del pezzo allungato, controllato tramite il laser di misurazione, permette di diminuire automaticamente lo sfrido di materiale in fase di produzione. La stessa procedura permette di agire per decidere in modo autonomo la lunghezza di imbocco del materiale. E’ chiaro quindi che vengono annullati tutti gli errori dovuti al posizionamento del materiale da lavorare sulla macchina.

Un’ulteriore possibilità dovuta ad un unico punto di lettura aumenta di gran lunga la semplicità di funzionamento della macchina.

La macchina consente la lavorazione di più tubi consecutivi per ottenere archi di notevole lunghezza.

Nella descrizione che precede, la macchina presa in considerazione per l’applicazione à ̈ una centinatrice il cui rullo di sommità 2 à ̈ il rullo deformatore.

Si dovrebbe comprendere che altre tipologie di macchine, quali calandre, e/o modifiche e varianti alla macchina possono essere previste, tutte rientranti nell’ambito dell’invenzione secondo le rivendicazioni allegate.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina per curvare in modo continuo un pezzo allungato secondo raggi di curvatura variabili che impiega un gruppo di rulli trascinatori di curvatura (1, 2, 3), e un elaboratore (7) accoppiato fra l’altro ad un misuratore laser per il calcolo di un raggio di un tratto di curva ed il confronto del raggio calcolato di curvatura con il raggio di curvatura desiderato in detto tratto di curva, l’elaboratore (7) essendo accoppiato inoltre ad un misuratore di lunghezza (4) per la misurazione di una lunghezza di detto tratto di curva coassialmente al pezzo allungato (T) e a mezzi (8) di azionamento di un rullo (2) del gruppo di rulli trascinatori di curvatura (1, 2, 3) per regolarlo in tempo reale sulla base di una differenza fra detto raggio di curvatura misurato e il raggio di curvatura desiderato in detto tratto di curva, caratterizzata dal fatto che detto misuratore laser à ̈ un sensore di spostamento laser 2D (5) ad alta precisione per la misurazione del raggio di curvatura del pezzo allungato (T) a valle di detto gruppo di rulli di curvatura (1, 2, 3).
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto misuratore di lunghezza (4) Ã ̈ un encoder.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto sensore di spostamento laser 2D (5) Ã ̈ fissato in posizione in maniera che la sua direzione di misurazione intersechi il pezzo allungato in vicinanza del rullo di uscita dalla macchina.