ITTO20060581A1

ITTO20060581A1 - Dispositivo e metodo di lavorazione di un pezzo da lavorare, quale per esempio una struttura a guscio di un velivolo

Info

Publication number: ITTO20060581A1
Application number: IT000581A
Authority: IT
Inventors: Bruno Bisiach
Original assignee: Bruno Bisiach
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-05
Also published as: EP1884313B8; EP1884313B1; EP1884313A3; ES2342620T3; US8201312B2; EP1884313A2; DE602007005190D1; ATE460251T1; US20080209712A1

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: "DISPOSITIVO E METODO DI LAVORAZIONE DI UN PEZZO DA LAVORARE, QUALE PER ESEMPIO UNA STRUTTURA A GUSCIO DI UN VELIVOLO",

Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un dispositivo e un metodo di lavorazione di un pezzo da lavorare quale per esempio una struttura a guscio. Più in particolare, il dispositivo e il metodo secondo l'invenzione possono essere utilizzati per la produzione di segmenti della fusoliera o di altre parti di un velivolo.

Stato della Tecnica

Per realizzare fusoliere o ali degli aerei con pesi contenuti è attualmente noto utilizzare o pannelli di alluminio molto sottile, o strutture a guscio in materiali compositi (Figura 2), e irrobustirli con nervature di rinforzo da applicare successivamente, denominate nel gergo tecnico "frames". Tali nervature riportate possono essere per esempio di alluminio o di leghe di titanio.

Secondo tecniche note le nervature riportate, che possono avere sezioni diverse, ad esempio a "T" o a "J" rovesciata, vengono fissati ai pannelli di alluminio mediante chiodatura, se provvisti di un apposito risvolto, oppure, secondo tecniche più recenti, saldati con tecnologia laser.

La tecnica della chiodatura è attualmente la tecnica preferita, in quanto sfrutta una tecnologia ampiamente collaudata, meno critica rispetto alla saldatura.

Figura 1 mostra un tipo di chiodo o rivetto 1, in se noto, utilizzato nel settore aeronautico per la chiodatura delle nervature riportate.

L'applicazione di tale chiodo prevede le seguenti operazioni principali:

-foratura delle due parti che devono essere unite (tipicamente la parete su cui si deve fissare la nervatura riportata, e la nervatura riportata stessa);

- l'inserimento di un collante nel foro;

- inserimento del chiodo 1 nel foro, e ribaditura. Nell'eseguire tali operazioni, per non creare turbolenze indesiderate, si cerca di far sporgere il meno possibile la testa 7 del chiodo 1 dalla parete esterna del pannello o del guscio su cui la nervatura riportata viene chiodata. Pertanto si cerca di realizzare lo svaso sul pannello o sul guscio che accoglierà la testa conica 7 del chiodo con tolleranze di lavorazione molto ridotte, possibilmente tendenti a zero. Un altro accorgimento attualmente adottato durante la lavorazione, è mantenere ben pressate a pacco la nervatura riportata e il pannello o guscio durante la foratura, in modo da evitare che i trucioli di foratura penetrino negli eventuali intercapedini -indesiderati- tra le superfici di accoppiamento della nervatura riportata e del pannello o guscio. Il problema della penetrazione dei trucioli è particolarmente critico nella chiodatura di pannelli o gusci di materiale composito, i cui trucioli di foratura sono particolarmente piccoli e penetranti. Un terzo accorgimento da adottare durante la lavorazione, è scegliere un chiodo della lunghezza più adatta possibile allo spessore di ciascun pacco nervatura riportata/pannello o nervatura riportata/guscio.

Un sistema noto per eseguire in modo automatico la chiodatura delle nervature riportate su pannelli di alluminio è descritto nella domanda di brevetto italiana N° TO2002A000030, depositata il 11.01.2002. Un altro sistema per eseguire in modo automatico la chiodatura delle nervature riportate su gusci tubolari di materiale composito, per realizzare tronconi di fusoliere (cioè i cosiddetti "barili" o "barrel", nel gergo tecnico anglosassone) è descritto nella domanda di brevetto italiana TO2006A000518, depositata il 14.07.2006.

Uno scopo della presente invenzione è fornire un sistema che effettui la chiodatura, in particolare ma non necessariamente la chiodatura di nervatura di rinforzo su pannelli o gusci, con maggiore precisione dei sistemi di chiodatura di tipo noto. Sommario dell'invenzione

Tale scopo viene conseguito, in un primo aspetto della presente invenzione, con un dispositivo di foratura avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 1.

In un secondo aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un elemento di macchina utensile avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 7.

In un terzo aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un misuratore di spessore avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 13.

In un quarto aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un impianto di lavorazione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 19.

In un quinto aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo di foratura avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 24.

In un sesto aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo di lavorazione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 25.

In un settimo aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo per misurare lo spessore di una parete da rilevare avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 26.

In un ottavo aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo per la lavorazione di una struttura a guscio avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 32.

I vantaggi conseguibili con la presente invenzione risulteranno più evidenti, al tecnico del settore, dalla seguente descrizione dettagliata di alcuni esempi di realizzazione particolare a carattere non limitativo, dati con riferimento alle seguenti figure schematiche.

Elenco delle Figure

Figura 1 mostra un esempio di chiodo a strappo, di tipo in se noto, per la chiodatura di una struttura a guscio secondo un esempio di realizzazione di un metodo secondo la presente invenzione;

Figura 2 mostra, in vista prospettica, un esempio di barile, facente parte della fusoliera di un velivolo, con struttura portante prevalentemente in materiale composito di forma sostanzialmente cilindrica;

Figura 3 mostra, in vista prospettica, una testa multipla di chiodatura secondo un esempio di realizzazione della presente invenzione;

Figura 4 mostra, in vista prospettica e parzialmente in sezione, un primo istante della lavorazione del barile di Figura 2, secondo un esempio di realizzazione particolare della presente invenzione; Figura 5 mostra, in vista laterale, un secondo istante della lavorazione del barile di Figura 2, secondo l'esempio di realizzazione particolare della presente invenzione di Figura 5;

Figura 6 mostra, in vista prospettica e parzialmente in sezione, un dettaglio del pressore e dell'attrezzo di foratura della testa multipla di chiodatura di Figura 3;

Figura 7 mostra, in vista laterale e parzialmente in sezione, un dettaglio del pressore e dell'attrezzo di foratura della testa multipla di chiodatura di Figura 3;

Figura 7A mostra un dettaglio della vista di Figura 7;

Figura 8 mostra uno schema del funzionamento dello snodo di compensazione del tampone del pressore di Figura 6;

Figura 9 mostra, in vista laterale e parzialmente in sezione, un dettaglio del misuratore di spessore della testa multipla di Figura 3.

Descrizione dettagliata

Figura 1 mostra un esempio di chiodo o rivetto 1, in se noto, usato nel settore aeronautico per la chiodatura di nervature riportate su pannelli o gusci, mentre Figura 2 mostra un esempio di troncone di fusoliera 9 ("barile") ottenuto chiodando una pluralità di nervature riportate 3, o nervature di rinforzo riportate 13, in alluminio o titanio, su un guscio tubolare 11 di materiale composito -per esempio fibre di carbonio annegate in una resina sintetica.

Le nervature di rinforzo riportate 13, o "frames" 13, del barile finito formano una serie di anelli di rinforzo giacenti in piani normali all'asse AL del guscio cilindrico 13. Il riferimento 17 in Figura 2 indica il pavimento del barile 9.

Le pareti di accoppiamento della nervatura riportata 13 e del guscio 11 vengono forate; lo stelo del chiodo 1 viene inserito nel foro e la boccola di bloccaggio 5 viene infilata sulla porzione filettata 3 dello stelo del chiodo, sporgente dalla superficie della nervatura riportata.

Successivamente, un attrezzo descritto in maggiore dettaglio nel seguito afferra la porzione filettata 3 del chiodo e la tira fino a strapparla, piantando contemporaneamente la boccola 5 sullo stelo del chiodo, in modo da bloccare e serrare a pacco permanentemente le pareti di accoppiamento della nervatura riportata 13 e del guscio esterno 13.

Figura 3 mostra una testa multipla di chiodatura, indicata con il riferimento complessivo 21, secondo un esempio di realizzazione della presente invenzione.

La testa 21 è composta da una piattaforma rotante 23 e da un pressore 25.

La piattaforma rotante 23 comprende a sua volta una piastra di base 27 sulla quale sono disposti, a raggiera, un attrezzo di foratura 29 -detto anche, nella presente descrizione, "testa di lavorazione 29"-, misuratore di spessore 31, due applicatori di collante 33A, 33B e due unità di posizionamento chiodi 35A, 35B.

Il pressore 25 comprende una slitta 37 che supporta il tampone 39. La slitta 37 può essere per esempio del tipo descritto nella domanda di brevetto italiano N° TO2002A000030 e, nell'esempio di realizzazione delle Figure 3, 4, è fissata all'estremità di un braccio telescopico 38; chiaramente in altre forme di realizzazione non mostrate, la slitta 37 può essere fissata al polso di un robot antropomorfo o su altri tipi di bracci meccanici.

La piattaforma rotante 23 è fissata sulla slitta 37 in modo da poter ruotare rispetto ad essa attorno a un asse AR normale -o comunque trasversale- al piano nel quale le unità 29, 31, 33A, 33B, 35A, 35B giacciono. I riferimenti XYZ di Figura 3 indicano una terna di assi cartesiani solidale alla piattaforma rotante 23, dove l'asse Z è parallelo all'asse di rotazione AR e l'asse X è parallelo all'asse di foratura dell'attrezzo. I riferimenti HKW indicano invece una terna di assi cartesiano solidale con la slitta 37, dove l'asse H è parallelo alla direzione longitudinale e di movimento della slitta 37, mentre l'asse W è parallelo all'asse di rotazione AR.

La slitta 37 è predisposta per movimentare il tampone 39 in modo da avvicinarlo o allontanarlo dall'asse di rotazione AR, con uno spostamento parallelo all'asse H. Il funzionamento della slitta 37 e del tampone 39 verrà spiegato più dettagliatamente nel seguito.

Sull'attrezzo di foratura è montata una telecamera -non mostrata- predisposta per riprendere la zona di foratura, altrimenti difficilmente accessibile e visibile. Nel presente esempio di realizzazione, le immagini della telecamera vengono trasmesse a una stazione di controllo remota dove un operatore controlla la corretta esecuzione della foratura.

Come mostrato in Figura 4, nel presente esempio di realizzazione, la testa multipla di chiodatura 21 è fissata sul braccio di un primo robot cartesiano, indicato come robot esterno 43, e durante le fasi di foratura, applicazione del collante e chiodatura lavora coordinandosi con un secondo robot cartesiano, indicato come robot interno 45, il quale monta una testa di lavorazione interna 47.

Il robot interno 45 può scorrere lungo una guida interna 49, mentre il robot esterno 43 può scorrere lungo una guida esterna -non mostrata- parallela alla guida interna 49.

Durante la foratura e la chiodatura la guida interna 49 passa attraverso la cavità passante interna del guscio tubolare 11, mentre la guida esterna del robot 43 passa all'esterno del guscio 11, in modo che il robot esterno 43 esegua le lavorazioni dall'esterno del guscio tubolare 11, mentre il robot interno 45 operi all'interno del guscio 11. In Figura 4 è rappresentata solo una porzione del guscio cilindrico 11, mentre il resto è mostrato in trasparenza.

Viene ora descritto in dettaglio il tampone 39.

Tale tampone è mostrato in dettaglio nelle Figure 6, 7, 7A, e comprende una piastra di appoggio 51, una piastra intermedia 53 a cui la piastra di appoggio 51 è fissata, e una base fissa 55 a cui è fissata la piastra intermedia 53. La piastra 51 definisce un foro o apertura passante 57 (anche indicata, nella presente descrizione, come "apertura di passaggio utensile" 57 -Figura 7), e all'interno della piastra intermedia 53 e della base fissa 55 è ricavata una camera di aspirazione 81. L'apertura di passaggio utensile 57 e la camera 81 sono disposti in modo tale che l'utensile 19 -per esempio una punta a elica, di foratura- vi possa passare attraverso. La piastra intermedia 53 è fissata alla base fissa 55 in modo da poter translare nella direzione normale alla base 55 stessa, e ruotare attorno a assi di basculamento paralleli alla base 55. Nel presente esempio di realizzazione inoltre, tra la piastra intermedia 53 e la base 55 sono interposte quattro celle di carico 61 (dette anche, nella presente descrizione, "rilevatori di carico 61" -Figura 6) che rilevano -come esposto più dettagliatamente in seguito- la spinta che la piastra intermedia 53 applica alla base 55 durante il funzionamento. In altre forme di realizzazione, non mostrate, le celle di carico 61 per rilevare la spinta trasmessa dal tampone alla struttura a guscio 11 o ad altri pezzi da lavorare possono essere presenti anche in numero diverso sa quattro, per esempio, una, due, tre o più di quattro.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il pressore 25 comprende inoltre uno snodo di compensazione 63 che collega il tampone 39 al resto del pressore 25 e gli permette di inclinarsi rispetto al resto del pressore 25, adattandosi a diverse possibili inclinazioni del pezzo da lavorare rispetto all'asse di foratura AF, il quale asse AF coincide, nel presente esempio di realizzazione, con l'asse di rotazione AF dell'utensile 19 che deve eseguire la foratura (Figure 7, 7A).

Nel presente esempio di realizzazione, lo snodo di compensazione 63 (Figura 7) comprende un giunto sferico comprendente a sua volta la porzione di superficie sferica convessa 65, e la porzione di superficie sferica concava 67, che alloggia la porzione di superficie sferica 65 (Figura 7A). La porzione di superficie sferica convessa 65 è ricavata su un anello 69 fissato alla piastra di appoggio 51, mentre la porzione di superficie sferica concava 67 è ricavata su una flangia 71 fissata alla piastra intermedia 53. Preferibilmente il centro di rotazione CR del giunto sferico 63 è situato sull'asse di rotazione AF dell'utensile 19 che deve eseguire la foratura (Figure 7, 7A).

Il funzionamento del tampone 39 è il seguente.

Per effettuare una foratura nella parete del guscio tubolare 11, il robot esterno 43 appoggia la piastra di appoggio 51 contro la parete del guscio 11, mentre contemporaneamente, e come si descriverà più dettagliatamente in seguito, il robot interno 54 appoggia nello stesso punto della parete 11 la testa di lavorazione interna, in modo da contenere le deformazioni della parete del guscio 11 causate dalla testa 21. La piattaforma rotante 23 viene ruotata, e l'attrezzo di foratura 29 portato in corrispondenza del tampone 39. Ora, per quanto sia preciso il posizionamento dell'attrezzo di foratura rispetto al guscio 11, l'asse di rotazione AF (Figura 7) della punta a elica 19 non è comunque mai perfettamente perpendicolare alla parete del guscio tubolare cilindrico 11, e avrà quasi sempre un errore di perpendicolarità, indicato in Figura 8 dall'angolo α, dove l'asse PER indica la perpendicolare alla superficie esterna del guscio 11 nella zona di foratura.

Appoggiandosi al guscio 11, grazie allo snodo sferico 63 la piastra di appoggio 51 si dispone complanare alla parete del guscio 11, passando dalla posizione indicata in Figura 1 con linea continua, in cui la piastra 51 è perpendicolare all'asse di foratura AF, alla posizione indicata con linea tratteggiata. L'utensile 19 nella parete del guscio 11, oltre a eseguire un foro passante deve anche ricavare la sede conica, o svasatura conica, che alloggerà la testa conica 7 del chiodo 1 da piazzare (Figura 1). Per evitare che la testa 7 del chiodo sporga o rientri eccessivamente nella svasatura conica della parete del guscio 11, causando indesiderate turbolenze del flusso d'aria che lambisce il guscio 11 durante il funzionamento del velivolo, le tolleranze sulla profondità della svasatura conica devono essere ridotte al minimo, e idealmente a zero. Ora, l'errore sulla profondità della svasatura conica, dovuto agli errori di perpendicolarità dell'asse di foratura AF, e che il giunto sferico dello snodo di compensazione 63 consente di eliminare, è indicativamente rappresentato in Figura 8 dalla distanza ERP. In base alla Figura 8, l'errore ERP che il giunto sferico dello snodo 63 consente di eliminare è circa pari a L/2* sen(α), dove L è la lunghezza del lato (maggiore) della piastra di appoggio 51.

Tornando alla descrizione del sistema secondo l'invenzione, tale sistema comprende, in un aspetto della presente invenzione, una manica di contenimento 73 (Figure 6, 7) predisposta per accogliere al suo interno l'utensile 19 durante la lavorazione, e provvista di una seconda apertura di passaggio utensile 86 attraverso la quale l'utensile 19 può fuoriuscire. Il sistema comprende inoltre un circuito fluidico atto a generare un flusso di un fluido di trasporto all'interno della manica di contenimento 73 e attorno all'utensile 19 durante la lavorazione, dove la manica di contenimento 73 e il circuito fluidico sono predisposti per rimuovere, tramite il fluido di trasporto, le eventuali emissioni solide, liquide o gassose, quali per esempio trucioli, sfridi, polveri, gocce, aerosol, fumi o vapori, emesse nella zona in cui l'utensile opera.

Nel presente esempio di realizzazione, la manica di contenimento 73 comprende due segmenti sostanzialmente tubolari 75, 77 connessi assieme in modo da formare una manica telescopica in grado di distendersi e contrarsi reversibilmente. Il segmento tubolare 75 è fissato al corpo dell'attrezzo di foratura 29. Una molla a elica 79, posta all'interno della manica stessa, premendo a un'estremità contro il corpo dell'attrezzo di foratura 29, e all'altra estremità contro il segmento tubolare 77, tende costantemente a distendere completamente la manica. La manica completamente distesa è predisposta in modo tale da racchiudere completamente la punta di foratura 19 ed eventualmente il mandrino 91 su cui la punta 19 è fissata.

Il sistema di aspirazione sfridi comprende inoltre la camera di aspirazione 81, precedentemente menzionata (Figura 7).

Nella piastra intermedia 53 e nella base fissa 55 sono inoltre ricavati i condotti di aspirazione 83, che sboccano nella camera di aspirazione 81 e la mettono in comunicazione fluida con un generatore di vuoto non mostrato.

L'estremità libera 87 della manica di contenimento è conformata in modo da accoppiarsi con la parte posteriore 89 della base fissa 55 con trafilamenti d'aria contenuti.

Vantaggiosamente le tolleranze di accoppiamento tra i due segmenti tubolari 75, 77 della manica di aspirazione, e in particolare i diametri esterni e interni dei segmenti e le tolleranze di accoppiamento alle loro estremità, consentono trafilamenti opportunamente consistenti di aria esterna all'interno della manica, durante tutte le fasi del funzionamento di quest'ultima. Poiché può essere utile, verso la fine della foratura, aspirare una portata d'aria minore che all'inizio, sui fianchi del segmento 75 sono praticate una o più aperture di aspirazione 85, dette anche prese di aspirazione aggiuntive 85 (Figura 6).

Il funzionamento del sistema di aspirazione sfridi appena descritto è il seguente.

Durante la foratura, la molla 79 mantiene l'estremità libera 87 della manica di contenimento è costantemente premuta contro la parte posteriore 89 della base fissa 55. L'aria -o anche un altro fluido di trasporto- entra per depressione pneumatica attraverso le prese 85 e attraverso le luci delle zone di accoppiamento tra i due segmenti 75 e 77, scorre nella manica 73 fino a raggiungere la camera di aspirazione 81 e i condotti di aspirazione 83, e da questi ultimi si avvia verso la sorgente di vuoto non mostrata. In questo modo il flusso d'aria di aspirazione trascina e allontana dalla zona di foratura sfridi, trucioli, polveri, gocce, spruzzi, emissioni di gas o di vapori eventualmente generati durante la lavorazione- evitando che penetrino negli eventuali spazi tra la parete del guscio 11 e la lamiera della nervatura riportata 13 che viene forato.

La punta a elica 19, mano a mano che affonda nella parete del guscio tubolare 11, si sposta verso la parete del guscio 11, facendo rientrare progressivamente il segmento tubolare 77 nel segmento 75, finchè il segmento 77 non chiude una o più prese 85 -a seconda che le prese 85 siano state disposte su una stessa o su diverse posizioni assiali sul segmento 75-, riducendo il flusso dell'aria aspirata dalla camera 81.

Tornando alla descrizione del sistema secondo l'invenzione, in un aspetto della presente invenzione tale sistema comprende un misuratore di spessore comprendente a sua volta un'asta di rilevamento 93 (Figura 3, 9). L'asta di rilevamento 93 a sua volta comprende:

-un condotto interno 92 per il passaggio di un fluido;

-un foro di rilevamento 95, disposto su un fianco dell'asta di rilevamento e nel quale sbocca il condotto interno all'asta di rilevamento 93.

Il misuratore di spessore 31 permette di scegliere la lunghezza più adatta del chiodo 1 da inserire in un foro, in funzione dello specifico spessore del pacco formato dalla parete del guscio 11 la lamiera della nervatura riportata 13.

Nel presente esempio di realizzazione, l'asta di rilevamento 93 ha la forma di un'astina con un'estremità libera predisposta per passare attraverso l'apertura di passaggio utensile 57 della piastra di appoggio 51, nonché attraverso i fori praticati dalla punta a elica 19 nella parete del guscio tubolare 11.

L'astina di rilevamento 93 è internamente cava, e in prossimità della sua punta presenta un forellino 95, di diametro opportuno e indicato, nella presente descrizione, come foro di rilevamento 95. Il condotto interno 92 dell'astina 93 è in comunicazione fluida con un circuito di aria compressa, non mostrato -o, in altre forme di realizzazione non mostrate, con un diverso tipo di circuito pneumatico o fluidico, il cui è presente un fluido di rilevamento anche diverso dall'aria.

Il funzionamento del sistema di rilevazione dello spessore è il seguente.

L'astina 93 viene progressivamente infilata in un foro, che la punta a elica 19 ha aperto nella parete del guscio tubolare 11 e nella nervatura riportata 13 da chiodare; aria compressa fuoriesce continuamente dal foro 95. Quando il foro di rilevamento 95 viene inserito nel foro del guscio 11, nel circuito pneumatico che alimenta l'astina 93 si produce una prima variazione di pressione, in corrispondenza di una prima posizione assiale dell'astina 93; analogamente, quando il foro di rilevamento 95 fuoriesce dall'altra parte della parete del guscio 11, nel circuito pneumatico che alimenta l'astina 93 si produce una seconda variazione di pressione, in corrispondenza di una seconda posizione assiale dell'astina 93.

Un opportuno sistema di controllo del misuratore, non mostrato, comprendente un'unità logica e dei sensori di pressione opportunamente disposti, rileva queste due variazioni di pressione, mentre un sensore di posizione rileva contemporaneamente le due posizioni assiali in corrispondenza a cui avvengono tali variazioni -misurando per esempio lo spostamento compiuto dall'attuatore, lineare o rotativo, che movimenta l'astina 93 durante l'introduzione nel foro del guscio 11.

La distanza tra queste due posizioni assiali, corrispondenti alle suddette variazioni di pressione, dà un'indicazione dello spessore totale del pacco parete del guscio 11 lamiera della nervatura riportata 13, e consente di scegliere di conseguenza il chiodo 1 della lunghezza più adatta. Il fatto che dal forellino di rilevamento 95 fuoriesca dell'aria compressa, o comunque in sovrappressione rispetto alla pressione ambiente, tende a spingere l'asta 93 da un lato contro la parete del foro praticato nel guscio 11, e ciò permette di utilizzare un'asta di rilevamento 93 di un dato diametro con fori, nelle pareti da misurare, di diametri notevolmente diversi.

Viene ora descritto il funzionamento più in generale dei due robots 43, 45 dell'unità di foraturachiodatura di Figura 4.

Dopo che le nervature riportate 13 sono stati chiodati provvisoriamente sul guscio tubolare 13 -per esempio con il procedimento descritto nella domanda italiana N° TO2006A000518, depositata il 14.07.2006, dove la "chiodatura provvisoria" o "imbastitura" può essere il fissaggio di una nervatura riportata 13 sul guscio 11 nella sua posizione definitiva, ma con due soli chiodi, eventualmente di tipo diverso dai chiodi usati per la chiodatura definitiva- i robots esterno 43 e interno 45 si portano entrambi su una zona del guscio 11 dove deve essere piazzato un chiodo 1.

Un notevole problema che si incontra nella chiodatura di segmenti di fusoliera comprendenti un guscio esterno 11 completamente di materiale composito, è il dover ottenere la precisione tipicamente elevata delle lavorazioni aeronautiche, nonostante la notevole deformabilità del guscio.

La presente invenzione riguarda inoltre, in un suo ulteriore aspetto, un metodo per lavorare una struttura a guscio 11 provvista di una parete definente una faccia esterna 12 e una faccia interna 14 opposta alla faccia esterna, dove il metodo comprende le seguenti operazioni:

-predisporre un impianto come precedentemente definito, dove la testa di lavorazione esterna 43 è provvista di un rilevatore di carico 61 predisposto per misurare la spinta applicata dalla testa di lavorazione esterna (43) sulla struttura a guscio; -accostare la testa di lavorazione esterna 21 alla faccia esterna 12 della parete della struttura a guscio, fino ad applicare su tale faccia esterna una spinta pari a una soglia di spinta di accostamento predeterminata;

-accostare la testa di lavorazione interna 47 alla faccia interna 14 della parete della struttura a guscio, finchè il rilevatore di carico 61 non rileva una variazione predeterminata della spinta applicata dalla testa di lavorazione esterna 21 alla parete della struttura a guscio;

-agendo con la testa di lavorazione esterna 21, applicare alla faccia esterna 12 della struttura a guscio una spinta nel senso dello spessore pari a una forza di compressione necessaria per la foratura, maggiore della soglia di spinta di accostamento preteterminata.

Nel presente esempio di realizzazione particolare, il robot esterno 43 posiziona la piastra di appoggio 51 all'esterno del guscio 11, a una distanza prestabilita -per esempio 3 mm- dalla parete del guscio tubolare 11, riferendosi al modello matematico del guscio tubolare stesso.

Quindi il robot esterno 43 si avvicina alla faccia esterna 12 della parete del guscio 11 con un accostamento lento, e si arresta quando la spinta rilevata dalle celle di carico 61 (Figura 6) non raggiunge la suddetta soglia di spinta di accostamento, che indicativamente può essere pari a 10-30 Kgf (in altre forme di realizzazione, la soglia di spinta di accostamento può avere valori compresi per esempio tra 10 e 60 Kgf, tra 10 e 90 Kgf, tra 30 e 90 Kgf, tra 50 e 90 Kgf).

Dopodichè il robot esterno viene bloccato nella posizione raggiunta, e l'unità logica che controlla i due robot confronta la posizione nello spazio in cui la parete del guscio 11 si sarebbe dovuta trovare in base al modello matematico del guscio, con la posizione della parete del guscio 11 in cui il robot esterno 43 ha effettivamente raggiunto la soglia di accostamento; se la differenza tra le due posizioni è inferiore a un valore predeterminato dell'errore massimo ammissibile, il ciclo di funzionamento prosegue normalmente, altrimenti l'unità logica genera un segnale di allarme, che può comportare per esempio l'intervento di un operatore. E' da notarsi che, nel presente esempio di realizzazione, il valore della soglia di spinta di accostamento viene determinato empiricamente in modo da a) precaricare il braccio del robot esterno e recuperare i giochi delle sue catene cinematiche, e b) non deformare eccessivamente il guscio tubolare 11.

Successivamente il braccio del robot interno 45 inizia a spingere dall'interno contro la faccia interna 14 della parete del guscio 11, nel punto in cui si trova la piastra di appoggio 51 del robot esterno, fino a che le celle di carico 61 del robot esterno non rilevano una variazione di carico predeterminata superiore a una soglia di sensibilità predeterminata. Nell'esempio di realizzazione di Figura 6, in cui sul tampone 39 sono montate quattro celle di carico, l'unità logica che governa i robots 43 e 45 ricava la spinta totale scambiata tra la struttura a guscio 11 e il tampone 39 calcolando una media delle spinte rilevate dalle diverse celle di carico 61; chiaramente in altre forme di realizzazione tale spinta totale può essere rilevata direttamente o calcolata anche in altri modi.

Quando viene rilevata una variazione di carico superiore alla suddetta soglia di sensibilità predeterminata, il robot interno 45 viene allora bloccato rigidamente nella posizione raggiunta, e il robot esterno 43 riprende a spingere contro la parete del guscio 11 fino ad esercitare la spinta predeterminata da usarsi durante la foratura, cioè la suddetta forza di compressione necessaria per la foratura, e che, a titolo indicativo, può essere pari a 100 Kgf In altre forme di realizzazione, la forza di compressione necessaria per la foratura può avere valori compresi per esempio tra 50 e 150 Kgf). Questa seconda spinta serve a serrare a pacco la lamiera della nervatura riportata 13 e la parete del guscio 11, evitando che trucioli e sfridi di foratura penetrino tra essi.

La procedura appena descritta di accostamento e compressione del guscio consente di precomprimere il guscio tubolare 11 e la nervatura riportata 13 da chiodare applicando con due robot 43, 45 una pressione variabile nel tempo con valori predeterminati, pur essendo uno solo dei robots provvisto di sensori di pressione. La procedura appena descritta permette cioè di ridurre i costi dell'impianto, e di sfruttare le prestazioni di un robot maggiormente dotato di sensori e di capacità di elaborazione -cioè "più intelligente", per utilizzarlo coordinandolo con un altro robot meno "intelligente".

Tornando alla descrizione del funzionamento più in generale dei due robots 43, 45, quando il robot esterno 43 -con la sua piastra di appoggio 51- e il robot interno comprimono a pacco la parete del guscio 11 e la lamiera della nervatura riportata 13 con la forza di compressione necessaria per la foratura, la piattaforma rotante 23 ruota in modo da allineare l'attrezzo di foratura 29 con l'apertura di passaggio utensile 57 del tampone 39, dopodichè l'attrezzo di foratura 29 viene avvicinato alla parete del guscio 11 da un attuatore, non mostrato, ed esegue la foratura.

Dopodichè la punta a elica 19 viene estratta dalla parete del guscio 11, la piattaforma rotante 23 ruota nuovamente presentando davanti al tampone 39 il misuratore di spessore 31, il quale viene introdotto nel foro praticato nel guscio 11 e nella nervatura riportata 13, e misura lo spessore complessivo della parete forata.

Il misuratore di spessore 31 viene quindi estratto dal foro e la piattaforma rotante 23 nuovamente ruotata, in modo da presentare uno dei due applicatori di collante 33A, 33B davanti al tampone 39. Un altro attuatore, non mostrato, accosta l'attuatore di collante -per esempio il 33A- al tampone 39, e il collante viene iniettato nel e attorno al foro praticato sul guscio 11.

L'applicatore 33A viene quindi allontanato dal tampone 39, la piattaforma rotante 23 ruota ancora una volta presentando davanti al tampone 39 una delle due unità di posizionamento chiodi 35A, 35B, per esempio la 35A, la quale inserisce le foro del guscio 11 un chiodo a strappo 1 (Figura 1). All'interno del guscio 11, la testa di lavorazione interna 47 infila sullo stelo del chiodo 1 una boccola di bloccaggio 5, dopodichè tira la porzione filettata 3 dello stelo fino a strapparla, e contemporaneamente pianta sullo stelo la boccola 5 completando la chiodatura.

Durante le queste operazioni di foratura, incollaggio e posa del chiodo il pressore 39 e il robot interno 45 comprimono costantemente la parete del guscio 11 e la nervatura riportata 13.

Gli esempi di realizzazione precedentemente descritti sono suscettibili di diverse modifiche e variazioni pur senza fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Per esempio i dispositivi e i metodi secondo la presente invenzione si possono applicare alla lavorazione non solo di una struttura a guscio 11, ma anche di pezzi da lavorare di tipo diverso. I robots esterno 43 e interno 45, entrambi cartesiani, possono essere sostituiti con robots antropomorfi. La punta di foratura ad elica 19 può essere sostituita da utensili di tipo diverso, quali per esempio una fresa, una mola, un generico utensile per lavorazioni ad asportazioni di truciolo, elettrodo per elettroerosione o per elettrodeposizione, un generatore di fasci laser, di plasma o di getti di un fluido di taglio ad alta pressione -per esempio un ugello che emette un getto di acqua ad alta pressione in grado di tagliare, forare o comunque incidere il pezzo da lavorare. La molla a elica 79 può essere sostituita da un diverso tipo di elemento elastico in grado di spingere la manica di contenimento 73 verso la sua configurazione di distensione. Il suddetto sistema di rilevazione dello spessore di una parete 11 della struttura a guscio forata può alternativamente operare collegato a un circuito di vuoto, o comunque a pressione minore rispetto alla pressione atmosferica esterna: in tal caso il foro di rilevamento 95, anziché espellere un getto di aria in pressione, aspira aria dall'esterno verso il condotto interno 92; il rilevatore di variazioni di pressioni rimane comunque predisposto per rilevare le variazioni di pressione che si verificano nel circuito fluidico (ora in depressione pneumatica) e/o nel condotto 92 interno all'asta di rilevamento 93 quando tale asta viene inserita in o estratta da un foro o altra apertura della parete 11.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di foratura (25) per forare un pezzo da lavorare (11) il quale comprende una superficie di foratura (11), dove il dispositivo di foratura (25) comprende: -un attrezzo di foratura (29) predisposto per realizzare un foro parallelo a un asse di foratura (AF); -un pressore (25), meccanicamente collegato all'attrezzo di foratura (29) e comprendente a sua volta: -un tampone (39), dove il pressore (25) è predisposto per comprimere il pezzo da lavorare durante la foratura appoggiandovi il tampone (39); -uno snodo di compensazione (63) che collega il tampone (39) al resto del pressore (25) e gli permette di inclinarsi rispetto al resto del pressore (25), adattandosi a diverse possibili inclinazioni del pezzo da lavorare rispetto all'asse di foratura (AF).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, dove il tampone è disposto sostanzialmente di fronte all'attrezzo di foratura (29).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, dove l'attrezzo di foratura (29) è provvisto di un utensile (19) predisposto per forare il pezzo da lavorare, e il tampone (39) è provvisto di una prima apertura di passaggio utensile (57) attraverso cui l'utensile può passare durante la foratura per raggiungere il pezzo da lavorare (11).
4. Dispositivo secondo una o più rivendicazioni precedenti, dove lo snodo di compensazione (63) comprende un giunto sferico.
5. Dispositivo secondo una o più rivendicazioni precedenti, dove lo snodo di compensazione (63) è predisposto per variare l'inclinazione del tampone (39) rispetto al resto del pressore (25) ruotando attorno a un centro di rotazione (CR) situato sull'asse di foratura (AF).
6. Dispositivo secondo una o più rivendicazioni precedenti, dove l'attrezzo di foratura (29) è provvisto di un utensile svasatore (19) predisposto per ricavare una svasatura attorno a una bocca di un foro ricavato sul pezzo da lavorare (11).
7. Elemento di macchina utensile, comprendente: -una testa di lavorazione (29) predisposta per accogliere un utensile (19); -una manica di contenimento (73) predisposta per accogliere al suo interno l'utensile (19) durante la lavorazione, e provvista di una seconda apertura di passaggio utensile (86) attraverso cui l'utensile (19) può fuoriuscire; -un circuito fluidico atto a generare un flusso di un fluido di trasporto all'interno della manica di contenimento (73) e attorno all'utensile (19) durante la lavorazione, dove la manica di contenimento (73) e il circuito fluidico sono predisposti per rimuovere, tramite il fluido di trasporto, le eventuali emissioni solide, liquide o gassose, quali per esempio trucioli, sfridi, polveri, gocce, aerosol, fumi o vapori, emesse nella zona in cui l'utensile opera.
8. Elemento di macchina utensile secondo la rivendicazione 7, dove la manica di contenimento è predisposta per distendersi e contrarsi reversibilmente.
9. Elemento di macchina utensile secondo la rivendicazione 7 o 8, dove l'utensile (19) comprende uno o più dei seguenti componenti: una punta a elica per foratura, una fresa, un utensile per lavorazioni ad asportazione di truciolo, una mola, un generatore di fasci laser, un elettrodo per elettroerosione, un generatore di plasma, un ugello predisposto per emettere getti di un fluido di taglio ad alta pressione.
10.Elemento di macchina utensile secondo una o più rivendicazioni da 7 a 9, dove la manica di contenimento (73) è provvista di un elemento elastico (79) che tende a distendere la manica stessa.
11.Elemento di macchina utensile secondo una o più rivendicazioni da 7 a 10, dove la manica di contenimento (73) comprende una pluralità di segmenti (75, 77) sostanzialmente tubolari che compongono un assieme telescopico predisposto per accogliere al suo interno l'utensile (19) durante la lavorazione.
12.Elemento di macchina utensile secondo la rivendicazione 12, dove uno dei segmenti sostanzialmente tubolari (75) è provvisto di un'apertura di aspirazione (85) predisposta per far affluire all'interno della manica di contenimento aria dall'ambiente esterno, e predisposta per essere chiusa e/o coperta da un altro dei segmenti sostanzialmente tubolari (77) a seguito di una contrazione della manica di contenimento, in modo da ridurre il flusso d'aria che attraversa l'apertura di aspirazione (85) stessa.
13.Misuratore di spessore, comprendente un'asta di rilevamento (93) la quale a sua volta comprende: -un condotto interno per il passaggio di un fluido; -un foro di rilevamento (95), disposto su un fianco dell'asta di rilevamento e nel quale sbocca il condotto interno all'asta di rilevamento (93).
14. Misuratore di spessore secondo la rivendicazione 13, comprendente un generatore di sovrappressione predisposto per pompare un fluido di rilevamento attraverso il condotto interno all'asta di rilevamento (93), e farlo fuoriuscire dal foro di rilevamento (95).
15.Misuratore di spessore secondo la rivendicazione 13, comprendente un generatore di depressione fluidica predisposto per aspirare un fluido di rilevamento dall'esterno dentro l'asta di rilevamento (93), attraverso il foro di rilevamento (95) e il condotto interno all'asta (93) stessa.
16.Misuratore di spessore secondo una o più rivendicazioni 13-15, comprendente: -un circuito fluidico in collegamento fluido con il condotto (92) interno all'asta di rilevamento (93); -un rilevatore di variazioni di pressione, predisposto per rilevare le variazioni di pressione che si verificano nel circuito fluidico e/o nel condotto (92) interno all'asta di rilevamento (93) quando l'asta di rilevamento (93) viene inserita in o estratta da un'apertura in una parete.
17.Misuratore di spessore secondo la rivendicazione 16, comprendente un rilevatore di posizione predisposto per rilevare la posizione dell'asta di rilevamento (93) in corrispondenza delle variazioni di pressione nel circuito fluidico e/o nel condotto (92) interno all'asta di rilevamento (93) quando l'asta di rilevamento (93) viene inserita in o estratta da un'apertura in una parete.
18.Misuratore di spessore secondo la rivendicazione 17, comprendente un'unità logica predisposta per valutare lo spessore di una parete in base alle informazioni fornite dal rilevatore di variazioni di pressione e dal rilevatore di posizione.
19.Impianto di lavorazione, comprendente una testa di lavorazione esterna (21) e una testa di lavorazione interna (47), predisposte ciascuna per applicare, su un pezzo da lavorare (11), una spinta opposta alla spinta applicata al pezzo da lavorare (11) dall'altra testa di lavorazione, dove una (21) tra la testa di lavorazione esterna e interna è provvista di un rilevatore di carico (61) predisposto per misurare la spinta applicata dalla relativa testa di lavorazione (21) sul pezzo da lavorare.
20.Impianto secondo la rivendicazione 19, dove l'altra (47) tra la testa di lavorazione esterna (21) e interna (47) è sostanzialmente priva di un rilevatore di carico (61) predisposto per misurare la spinta applicata dalla relativa testa di lavorazione sul pezzo da lavorare.
21.Impianto secondo la rivendicazione 19 o 20, comprendente un braccio meccanico su cui è montata, per movimentarla, una (21, 47) delle teste di lavorazione esterna e interna.
22.Impianto secondo una o più rivendicazioni 19-21, dove una tra la testa di lavorazione esterna (21) e interna (47) è provvista di uno o più dispositivi scelti dal seguente gruppo: un attrezzo di foratura (29), una testa di fresatura, una testa di chiodatura (35A, 35B) per applicare chiodi (1) o rivetti sul pezzo da lavorare, una testa applicatrice di collante (33A, 33B), predisposta per applicare una resina o collante sul pezzo da lavorare (11), un pressore (25) predisposto per applicare una spinta al pezzo da lavorare durante la lavorazione.
23.Impianto secondo una o più rivendicazioni 19-22, dove una tra la testa di lavorazione esterna (21) e interna (47) è provvista di un dispositivo di foratura secondo una o più rivendicazioni 1-6, e/o di un elemento di macchina utensile secondo una o più rivendicazioni 7-12, e/o di un misuratore di spessore secondo una o più rivendicazioni 13-18.
24.Metodo di foratura, comprendente le seguenti operazioni: -predisporre un dispositivo di foratura secondo una o più rivendicazioni 1-6; -accostare il tampone (39) a un pezzo da lavorare (11) secondo una direzione di accostamento con una componente di spostamento parallela all'asse di foratura (AF); -appoggiare il tampone (39) al pezzo da lavorare (11) in modo che, grazie allo snodo di compensazione (63), il tampone (39) si inclini rispetto al resto del pressore (25), adattandosi a diverse possibili inclinazioni del pezzo da lavorare rispetto all'asse di foratura (AF).
25.Metodo di lavorazione, comprendente le seguenti operazioni: -predisporre un elemento di macchina utensile secondo una o più rivendicazioni 7-12; -introdurre l'utensile (19) nella manica di contenimento (73); -far fluire all'interno della manica di contenimento (73) un fluido di trasporto in modo da rimuovere le eventuali emissioni solide, liquide o gassose che si sviluppano durante la lavorazione nella zona in cui l'utensile (19) agisce sul pezzo da lavorare (11).
26.Metodo per misurare lo spessore di una parete da rilevare (11), comprendente le seguenti operazioni: -predisporre un misuratore di spessore (93) secondo una o più rivendicazioni 13-18; -introdurre l'asta di rilevamento (93) in un'apertura di una parete da misurare (11), facendo fluire un fluido di rilevamento attraverso l'asta di rilevamento (93); -rilevare le variazioni di pressione che si hanno nel circuito fluidico e/o nel condotto (92) interno all'asta di rilevamento (93) quando l'asta di rilevamento (93) viene inserita in o estratta da un'apertura nella parete da misurare (11).
27.Metodo secondo la rivendicazione 26, comprendente l'operazione di espellere fluido di rilevamento dal foro di rilevamento (95) all'esterno dell'asta di rilevamento (93) quando l'asta di rilevamento (93) viene inserita in o estratta dall'apertura nella parete da misurare (11).
28. Metodo secondo la rivendicazione 26, comprendente l'operazione di aspirare il fluido di rilevamento dall'esterno dell'asta di rilevamento (93) nel foro di rilevamento (95) quando l'asta di rilevamento (93) viene inserita in o estratta dall'apertura nella parete da misurare (11).
29. Metodo secondo una o più rivendicazioni 26-28, comprendente l'operazione di rilevare la posizione dell'asta di rilevamento (93) in corrispondenza delle variazioni di pressione nel circuito fluidico e/o nel condotto (92) interno all'asta di rilevamento (93) quando quest'ultima viene inserita in e/o estratta dall'apertura della parete da misurare (11).
30. Metodo secondo la rivendicazione 29, comprendente l'operazione di valutare lo spessore della parete da rilevare (11) in base alle posizioni dell'asta di rilevamento (93) in corrispondenza delle quali si hanno delle variazioni di pressione nel circuito fluidico e/o nel condotto (92) interno all'asta di rilevamento (93) quando l'asta di rilevamento (93) viene inserita in e/o estratta dall'apertura della parete da misurare (11).
31.Metodo secondo una o più rivendicazioni 26-30, dove l'apertura della parete da misurare (11) è passante, e dove il metodo comprende l'operazione di inserire l'asta di rilevamento (93) nell'apertura della parete da misurare (11) facendo percorrere al foro di rilevamento (95) l'intero spessore della parete (11) stessa.
32.Metodo per lavorazione di una struttura a guscio (11) provvista di una parete la quale definisce una faccia esterna (12) e una faccia interna (14) opposta alla faccia esterna, dove il metodo comprende le seguenti operazioni: -predisporre un impianto secondo una o più rivendicazioni 19-21, dove la testa di lavorazione esterna (43) è provvista di un rilevatore di carico (61) predisposto per misurare la spinta applicata dalla testa di lavorazione esterna (43) sulla struttura a guscio; -accostare la testa di lavorazione esterna (21) alla faccia esterna (12) della parete della struttura a guscio, fino ad applicare su tale faccia esterna una spinta pari a una soglia di spinta di accostamento predeterminata; -accostare la testa di lavorazione interna (47) alla faccia interna (14) della parete della struttura a guscio, finchè il rilevatore di carico (61) non rileva una variazione predeterminata della spinta applicata dalla testa di lavorazione esterna (21) alla parete della struttura a guscio; -agendo con la testa di lavorazione esterna (21), applicare alla faccia esterna (12) della struttura a guscio una spinta nel senso dello spessore pari a una forza di compressione necessaria per la foratura, maggiore della soglia di spinta di accostamento preteterminata.
33.Metodo secondo la rivendicazione 32, comprendente l'operazione di effettuare una o più delle seguenti lavorazioni mentre alla struttura a guscio è applicata una spinta nel senso dello spessore pari alla forza di compressione necessaria per la foratura, nella zona in cui la lavorazione è eseguita: foratura, fresatura, elettroerosione, chiodatura, incollaggio, molatura, taglio o foratura al laser, taglio o foratura al plasma.
34. Metodo secondo la rivendicazione 32 o 33, comprendente l'operazione di bloccare la testa di lavorazione esterna (21) quando questa applica alla struttura a guscio (11) una spinta non inferiore alla soglia di spinta di accostamento predeterminata, e prima che il rilevatore di carico (61) rilevi la variazione predeterminata della spinta applicata dalla testa di lavorazione esterna (21) alla parete della struttura a guscio (11).
35.Metodo secondo un o più rivendicazioni 32-34, comprendente l'operazione di bloccare la testa di lavorazione interna (47) dopo che il rilevatore di carico (61) ha rilevato la variazione predeterminata della spinta applicata dalla testa di lavorazione esterna (21) alla parete della struttura a guscio (11).