ITUB20155796A1 - Sistema automatico di correzione della posizione di utensili di lavoro in centri di lavoro a portale e procedimento di utilizzo di detto sistema automatico - Google Patents

Description

SISTEMA AUTOMATICO DI CORREZIONE DELLA POSIZIONE DI

UTENSIU DI LAVORO IN CENTRI DI LAVORO A PORTALE E

PROCEDIMENTO DI UTILIZZO DI DETTO SISTEMA

AUTOMATICO

DESCRIZIONE

Il presente brevetto è attinente ai centri di lavoro a portale ed in particolare concerne un nuovo sistema automatico di correzione della posizione di utensili di lavoro in centri di lavoro a portale, ad esempio del tipo gantry, e procedimento di utilizzo di detto sistema automatico.

Sono noti centri di lavoro a portale di tipo gantry, ossia comprendenti un telaio sostanzialmente a portale, tr astante lungo una prima direzione orizzontale, sul quale è montato un carrello a sua volta traslante su detto telaio in una seconda direzione orizzontale ortogonale a detta prima direzione.

Su detto carrello è montata una slitta per il movimento verticale, su detta slitta essendo montata la testa portautensili, avente uno o più assi rotativi e che a sua volta può variamente orientare l'utensile.

In questo modo, traslando detto telaio a portale, detto carrello e detta slitta porta testa, la punta dell'utensile può essere portata in qualunque posizione su una tavola porta pezzi.

Una volta che l'utensile viene posizionato sul pezzo da lavorare, a sua volta vincolato a detta tavola portapezzo, detta testa portautensili può variamente inclinare l'utensile, inizialmente posizionato verticalmente, in una o più direzioni su piani verticali.

Per eseguire le lavorazioni volute su un pezzo è necessario posizionare l'utensile, orientarlo in modo preciso rispetto al pezzo e fargli eseguire un percorso programmato.

La precisione di una lavorazione effettuata su un centro di lavoro a portale tipo gantry è influenzata da molteplici fattori dovuti ad esempio a: errori meccanici geometrici di vario tipo, derive e gradienti termici, assestamento delle fondazioni, accuratezza limitata dei sistemi di misura lineari e rotativi posti sugli assi di lavoro e altro.

Tutti questi errori si influenzano reciprocamente andando a causare un scostamento della posizione reale dell’ utensile di lavoro rispetto a quella ideale del percorso di lavoro programmato.

Tale scostamento del punto reale di lavoro dell' utensìle varia in modo non omogeneo all interno del campo di lavoro perché influenzato in modo non costante dai fattori sopra citati.

Pertanto, durante la lavorazione, non si riesce a conoscere o a prevedere la posizione reale assunta dall'utensile.

Per ovviare ai suddetti inconvenienti si è studiato e realizzato un nuovo tipo di sistema automatico di correzione della posizione di utensili di lavoro orientabili nello spazio, in centri di lavoro a portale, ad esempio del tipo gantry, e procedimento di utilizzo di detto sistema automatico.

Compito principale del presente trovato è quella di ridurre gli errori di posizionamento dell’utensile, mediante il controllo e la correzione della reale posizione dell'utensile di lavoro orientato nello spazio.

Altro scopo del presente trovato è quello di automatizzare tale processo di correzione della posizione dell'utensile, a tutto vantaggio dei tempi di produzione e di precisione del lavoro eseguito.

Altro scopo del presente trovato è quello di rendere più veloce e affidabile l'operazione di correzione della posizione dell'utensile, mediante la suddivisione dell'area di lavoro in zone o quadranti di lavoro.

Questi ed altri scopi, diretti e complementari, sono raggiunti dal nuovo sistema automatico di correzione della posizione di utensili di lavoro orientabili nello spazio, in centri di lavoro a portale, ad esempio del tipo gantry e procedimento di utilizzo di detto sistema automatico.

Il nuovo sistema automatico è atto ad essere installato in centri di lavoro, ad esempio in centri di lavoro a portale del tipo gantry, comprendenti un piano di lavoro, almeno un tavola porta pezzi posizionata su detto piano di lavoro e individuante il piano di staffaggio dei pezzi da lavorare, almeno un telaio a portale traslante rispetto a detto piano e a detta tavola in almeno una prima direzione orizzontale, almeno un carrello montato sul traverso di detto telaio a portale e atto a traslare su detto telaio in almeno una seconda direzione orizzontale ortogonale a detta prima direzione, almeno una testa porta utensili, con uno o più assi rotativi, montata su una slitta a sua volta montata su detto carrello, per la traslazione verticale di detta testa, ques t'ultima essendo atta ad orientare almeno un utensile rispetto a detta tavola e quindi rispetto al pezzo da lavorare.

Dette due direzioni orizzontali di traslazione di detto telaio e di detto carrello individuano le due direzioni cartesiane orizzontali X e Y, mentre la direzione verticale di traslazione di detta testa su detta slitta individua la terza direzione cartesiana verticale Z.

Il sistema automatico comprende almeno una sorgente laser atta a produrre uno o più fasci laser, di cui almeno un fascio laser in una prima direzione orizzontale e almeno un fascio laser in una seconda direzione orizzontale ortogonale alla prima.

Di preferenza, dette due direzioni orizzontali di detti due fasci laser sono rispettivamente orientate parallelamente a dette direzioni cartesiane orizzontali X e Y del centro di lavoro.

Il sistema prevede infatti di allineare le direzioni di detti fasci laser con il sistema cartesiano di coordinate X e Y del centro di lavoro.

Detti laser sono calibrati e la direzione e la posizione di detti fasci laser è memorizzata nel sistema di coordinate della macchina.

Detti almeno due fasci laser, di seguito chiamati fasci laser trasversale e longitudinale, giacciono preferibilmente ma non necessariamente su un medesimo piano orizzontale ad una determinata quota sull'asse Z. In tal caso, detti fasci laser si incontrano in uno o più punti, denominati punti di azzeramento, che si trovano a rispettive quote note lungo l'asse Z,

Detta almeno una sorgente laser è ad esempio del tipo "stand alone". In alternativa, detta almeno una sorgente laser può essere collegata al sistema di controllo elettronico del centro di lavoro, per trasmettere la segnalazione di interruzione di detti uno o più fasci laser quando un oggetto si posiziona nella loro traiettoria.

Secondo una prima possibile realizzazione, si può prevedere che il nuovo sistema comprenda una o più di dette sorgenti laser, ciascuna essendo atta a generare, mediante una pluralità di prismi a deviazione angolare, detti due o più fasci laser in dette due direzioni orizzontali.

Secondo una ulteriore possibile realizzazione, si può prevedere che il nuovo sistema comprenda una sorgente laser singola per ciascuno di detti fasci laser.

Detti fasci laser, generati da dette una o più sorgenti laser, vengono utilizzato dal nuovo sistema per rilevare la posizione dell'utensile durante la lavorazione.

Normalmente, la testa porta utensile orienta fu tensile in posizione verticale, 10 trasla sul pezzo e inizia la lavorazione. Quando l'utensile deve essere inclinato per eseguire le lavorazioni inclinate programmate sul pezzo, è noto che la punta dell' utensile si possa venire a trovare in una posizione reale che si discosta da quella programmata per proseguire la lavorazione.

11 nuovo sistema tasta, ossia rileva, e corregge la posizione di detto utensile variamente orientato come di seguito descritto e rivendicato.

Per tastare la posizione di detto utensile, la punta dell'utensile viene traslata fino ad intersecare uno di fasci laser, in una prima direzione, ad esempio detto fascio laser longitudinale, determinando così con sicurezza la posizione reale dell'utensile sull'asse X, e calcolando l'errore tra la coordinata X ipotetica e la coordinata X reale dell'utensile.

L'utensile deve poi essere traslato finché la punta dell'utensile interseca detto secondo fascio laser trasversale, determinando così con sicurezza anche la posizione reale dell'utensile sull'asse Y, e calcolando l’errore tra la coordinata Y ipotetica e la coordinata Y reale dell'utensile.

Analogamente, l'utensile deve poi essere traslato in direzione verticale finché la punta dell'utensile interseca detto primo o detto secondo fascio laser trasversale, determinando così con sicurezza anche la posizione reale dell'utensile sull’asse Z, e calcolando l'errore tra la coordinata Z ipotetica e la coordinata Z reale dell'utensile.

In questo modo la lavorazione dell’utensile può ripartire, avendo azzerati o comunque calcolati gli eventuali errori di posizionamento.

In particolare, dette una o più sorgenti laser sono atte a formare almeno due di detti fasci laser trasversali e almeno due di detti longitudinali, individuando un quadrante di riferimento preferibilmente e sostanzialmente coincidente con il perimetro della zona di lavoro.

Secondo detta prima soluzione, il nuovo sistema comprende un'unica sorgente laser deviata mediante una pluralità di prismi angolari per formare detti fasci laser.

Secondo detta seconda soluzone, il nuovo sistema comprende almeno due di dette sorgenti laser atte ad emettere i fasci laser in direzione longitudinale, ossia parallelamente all'asse X, e almeno due di dette sorgenti laser atte ad emettere i fasci laser in direzione trasversale, ossia parallelamente all'asse Y, generando così almeno quattro fasci laser, tra loro paralleli a due a due, e quattro punti di intersezione, essendo detti quattro fasci laser giacenti su un unico piano orizzontale ad una determinata quota lungo l'asse Z.

Per ottimizzare il procedimento di azzeramento dell'errore, è possibile traslare l'utensile verso i fasci laser più prossimi, tenendo in considerazione l'orientamento dell'utensile.

Considerando che detti quattro punti di intersezione tra detti fasci laser individuano quattro quadranti, è possibile prevedere inoltre che il sistema provveda a traslare l'utensile verso i fasci laser posizionati nel quadrante che si trova nella direzione di inclinazione dell'utensile e/o nel quadrante di lavorazione.

Il nuovo sistema può inoltre comprendere uno o più gruppi di dette sorgenti di detti fasci laser trasversali e longitudinali posizionati a quote differenti, per determinare varie posizioni lungo l'asse Z.

Pertanto, il nuovo sistema permette di realizzare una sorta di "quadrato di riferimento" con detti fasci laser, in cui possono essere verificati gli errori di posizionamento dell'utensile di lavoro orientato nello spazio in ognuno di detti quadranti di posizionamento.

Il procedimento di utilizzo del nuovo sistema comprende un primo ciclo detto di azzeramento e compensazione dell'utensile orientato nello spazio, detto ciclo essendo applicato all’oc correnz a.

Detto primo ciclo comprende la verifica della posizione reale della punta dell'utensile sui tre assi X, Y, Z, traslando detto utensile, disposto verticalmente, in modo che la sua punta incontri prima uno di detti fasci laser longitudinali, determinando la prima coordinata reale X, poi uno di detti fasci laser trasversali, determinando la seconda coordinata reale Y, e dove la coordinata reale Z è determinata dalla quota di detti fasci laser incontrati dalla punta dell'utensile, muovendo detto utensile stesso in direzione verticale, fino ad intersecare uno di detti fasci laser presenti.

Il ciclo comprende poi la fase di inclinazione della testa di un angolo determinato, orientando corrispondentemente detto utensile.

Con utensile orientato, si esegue di nuovo l'operazione di determinazione della posizione reale della punta dell'utensile, traslando l'utensile successivamente su uno di detti fasci laser longitudinali, e su uno di detti fasci laser trasversali, e determinando quindi le coordinate X, Y, Z.

Confrontando i valori ottenuti dalle due verifiche, si calcola l'errore di posizionamento dell'utensile, e pertanto si potrà applicare la relativa compensazione, calcolata in modo automatico dal controllo numerico del centro di lavoro.

Il procedimento di utilizzo del nuovo sistema comprende anche un ciclo detto di calibrazione termica dimensionale, per compensare gli errori attribuibili alle variazioni di temperatura, detto ciclo essendo applicato all 'occorrenza.

I supporti di dette sorgenti laser e degli eventuali prismi di deviazione sono preferibilmente dotati di una o più sonde termiche atte a rilevare e compensare l'eventuale deriva termica dei supporti stessi.

Detto ciclo di calibrazione termica avviene quindi confrontando i dati relativi alla posizione della punta dell'utensile con i punti di riferimento dei fasci laser precedentemente calibrati. L'errore rilevato verrà quindi utilizzato per calcolare la compensazione.

Le caratteristiche del nuovo sistema saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione con riferimento alle tavole di disegno, allegate a titolo di esempio non limitativo.

In figura I è schematizzato un centro di lavoro (C) del tipo a portale.

In figura 2 è schematizzata una vista dall'alto del nuovo sistema (1) per la correzione della posizione di un utensile (U) di un centro di lavoro (C) del tipo a portale, dove è visibile il quadrato di riferimento (Q) formato da quattro fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2) tra loro paralleli a due a due.

In figura 3 è schematizzata una vista frontale del nuovo sistema (1) per la correzione della posizione di un utensile (U) di un centro di lavoro (C) del tipo a portale, dove sono visibili le sorgenti laser (Sxl, Sx2, Syl, Sy2). E' comunque possibile prevedere che il nuovo sistema (1) comprenda almeno una sorgente laser, il cui fascio laser viene poi deviato più volte mediante prismi angolari per generare detti fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2).

Si tratta di un sistema automatico (1) per la correzione della posizione di utensili (U) di lavoro orientabili nello spazio, in centri di lavoro a portale (C), ad esempio del tipo gantry.

Il centro di lavoro (C) è del tipo comprendente almeno un tavola porta pezzi (T), almeno un telaio a portale (CI) traslante rispetto a tavola in una prima direzione orizzontale longitudinale (X) o asse X, almeno un carrello (C2) montato su detto telaio (Cl) a portale e traslante su detto telaio (Cl) in una seconda direzione orizzontale trasversale (Y) o asse Y, ortogonale a detta prima direzione longitudinale (X), almeno una testa porta utensili (C4) montata su una slitta (C3) atta a traslare in direzione verticale (Z) e a sua volta montata su detto carrello (C2).

Detta testa porta utensili (C4) è del tipo ad uno o più assi rotativi ed è atta ad orientare almeno un utensile (U) rispetto a detta tavola (T) e quindi rispetto al pezzo da lavorare.

In una prima soluzione, il sistema automatico (I) comprende almeno una sorgente laser singola (Sxl) e una pluralità di prismi di deviazione, atte a produrre almeno due fasci laser (Lxl, Lx2) in direzione longitudinale parallelamente a detto asse X del centro di lavoro (C) e almeno due fascio laser (Lyl, Ly2) in direzione trasversale parallelamente a detto asse Y del centro di lavoro (C).

In una secondo soluzione, rappresentata anche nelle figure, il sistema automatico (1) comprende

• almeno due sorgenti laser (Sxl, Sx2) atte ad emettere ciascuna un fascio laser (Lxl, Lx2) in direzione longitudinale parallelamente a detto asse X del centro di lavoro (C);

• almeno due sorgenti laser (Syl, Sy2) atte ad emettere ciascuna un fascio laser (Lyl, Ly2) in direzione trasversale parallelamente a detto asse Y del centro di lavoro (C).

In questo modo, con detta prima soluzione o con detta seconda soluzione, vengono individuati quattro fasci laser, tra loro paralleli a due a due, e quattro punti di intersezione (1, 2, 3, 4), essendo detti quattro fasci laser giacenti preferibilmente su un unico piano orizzontale ad una determinata quota lungo l'asse Z.

Pertanto, il nuovo sistema permette di realizzare una sorta di "quadrato di riferimento" (Q) con detti fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2).

Come rappresentato in figura 2, la testa porta utensile (C4) può orientare l'utensile (U) in una direzione verticale (parte destra) oppure in una direzione generalmente inclinata rispetto alla direzione verticale (Z) (parte sinistra).

Considerando che detti quattro punti di intersezione (1, 2, 3, 4) tra detti fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2) individuano quattro quadranti (Ql, Q2, Q3, Q4), è possibile prevedere inoltre che il sistema provveda a traslare l'utensile (U) verso i fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2) posizionati nel quadrante (Ql, Q2, Q3, Q4) che si trova nella direzione di inclinazione delfutensile (U) e/o nel quadrante di lavorazione.

Il nuovo sistema può inoltre comprendere più di dette sorgenti singole (Sxl) con prismi di deviazione o più gruppi di dette sorgenti (Sxl, Sx2, Syl, Sy2) di detti fasci laser longitudinali (Lxl, Lx2) e trasversali (Lyl, Ly2) posizionati a quote differenti, per determinare varie posizioni lungo l'asse Z. Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.

Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alle tavole accluse si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema automatico (1) di correzione della posizione di utensili (U) di lavoro orientabili nello spazio, in centri di lavoro (C) del tipo a portale comprendenti: almeno un tavola porta pezzi (T) individuante un campo di lavoro, almeno un telaio a portale (Cl) traslante rispetto a detta tavola (T) in almeno una prima direzione orizzontale longitudinale (X), o asse X, almeno un carrello (C2) montato su detto telaio (Cl) a portale e atto a traslare su detto telaio (Cl) in almeno una seconda direzione orizzontale trasversale (Y), o asse Y, ortogonale a detto asse X, almeno una testa porta utensili (C4) ad uno o più assi rotativi montata su una slitta (C3) per la traslazione in direzione verticale (Z), o asse Z, di detta testa (C4), detta slitta (C3) essendo montata su detto carrello (C2) e detta testa (C4) essendo atta ad orientare almeno un utensile (U) in detta direzione verticale (Z) e in direzioni genericamente inclinati rispetto a detta direzione verticale (Z), caratterizzato dal fatto di comprendere una o più sorgenti laser (Sxl) atte a produrre: • almeno un fascio laser longitudinale (Lxl) in una prima direzione orizzontale longitudinale (X); • almeno un fascio laser trasversale (Lyl) in una seconda direzione orizzontale trasversale (Y) ortogonale alla prima (X); ciascuno di detti almeno due fasci laser trasversale (Lxl) e longitudinale (Lyl) giacente su un piano orizzontale ad una determinata quota sull'asse Z contenuto in detto campo di lavoro del centro di lavoro (C), e dove detto sistema (1) comprende anche mezzi atti a rilevare l'interruzione di almeno uno di detti fasci laser (Lxl, Lyl) quando detto utensile (U) si posiziona nella sua traiettoria, allo scopo di rilevare la posizione reale di detto utensile (U) in detto campo di lavoro (C), 2. Sistema automatico (1), come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere: • almeno una prima sorgente laser (Sxl) ad una determinata quota sull'asse Z, atta a produrre detto almeno un fascio laser longitudinale (Lxl) in una prima direzione orizzontale longitudinale (X); • almeno una seconda sorgente laser (Syl) ad una determinata quota sull'asse Z, atta a produrre detto almeno un fascio laser trasversale (Lyl) in una seconda direzione orizzontale trasversale (Y) ortogonale alla prima (X). 3. Sistema automatico (1), come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una sorgente laser singola (Sxl) ad una determinata quota sull’asse Z, atta a produrre almeno un fascio laser e dove, mediante uno o più prismi di deviazione, vengono generati detto almeno un fascio laser longitudinale (Lxl) in una prima direzione orizzontale longitudinale (X) e detto almeno un fascio laser trasversale (Lyl) in una seconda direzione orizzontale trasversale (Y) ortogonale alla prima (X), 4. Sistema automatico (1), come da una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette direzioni orizzontali di detti fasci laser longitudinale (Lxl, Lx2) e trasversale (Lyl, Ly2) sono orientati parallelamente a dette direzioni cartesiane orizzontali definite da dette assi X e Y del centro di lavoro (C), e dove la loro direzione e posizione è memorizzata nel sistema di coordinate di detto centro di lavoro (C). 5. Sistema automatico (1), come da una qualunque delle rivendicazione precedenti, caratterizzato dal fatto che dette una o più di dette sorgenti laser (Sxl, Sx2) sono atte ad emettere due di detti fasci laser longitudinali (Lxl, Lx2) e due di detti fasci laser trasversali (Lyl, Ly2), individuando così quattro fasci laser (Lxl, LX2, Lyl, Ly2), tra loro paralleli a due a due, che formano un quadrato di riferimento (Q) in detto centro di lavoro. 6. Sistema automatico (1), come rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti quattro fasci laser (Lxl, LX2, Lyl, Ly2) giacciono su un unico piano orizzontale ad una determinata quota lungo l'asse Z, individuando hanno quattro punti di intersezione (1, 2, 3, 4), e dove detto quadrato di riferimento (Q) è suddivisibile in quattro quadranti (Ql, Q2, Q3, Q4) corrispondenti a detti quattro punti di intersezione (1, 2, 3, 4). 7. Sistema automatico (1), come da una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più di dette sorgenti laser (Sxl, Sx2, Syl, Sy2) a quote differenti lungo l'asse Z, per determinare varie posizioni lungo l'asse Z. 8. Sistema automatico (1), come da una qualunque delle rivendicazione precedenti, caratterizzato dal fatto che i supporti di dette sorgenti laser (Sxl, Sx2, Syl, Sy2) sono dotati di una o più sonde termiche atte a rilevare e compensare l'eventuale deriva termica dei supporti stessi. 9. Procedimento di utilizzo del sistema automatico come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi per la determinazione della posizione di un utensile (U): • traslazione dell'utensile (U) sul piano orizzontale portando la punta (Ul) di detto utensile (U) ad intersecare uno di fasci laser (Lxl), in una prima direzione (X), determinando la posizione dell'utensile sull'asse parallelo a detta prima direzione (X); traslazione dell'utensile (U) sul piano orizzontale portando la punta (Ul) di detto utensile (U) ad intersecare un secondo fascio laser (Lyl) in una seconda direzione (Y) ortogonale a detta prima direzione (X), determinando la posizione dell'utensile sull'asse parallelo a detta seconda direzione (Y); determinazione della quota sull'asse Z di detto utensile (U) in funzione della quota di detti fasci laser (Lxl, Lyl) intersecati, 10. Procedimento come da rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto utensile (U) viene traslato ad intersecare detti fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2) ad esso più vicini, in funzione della direzione di inclinazione dell'utensile (U) stesso, 11. Procedimento come da una qualunque delle rivendicazioni 8, 9, 10, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un ciclo di azzeramento e compensazione dell'utensile (U) orientato nello spazio, detto ciclo essendo applicato all’occorrenza, e dove detto ciclo di azzeramento a sua volta comprende le fasi di: determinazione della posizione su detti tre assi X, Y, Z di detto utensile (U) disposto verticalmente; inclinazione di detto utensile (U) di un angolo determinato rispetto alla verticale; determinazione della posizione su detti tre assi X, Y, Z di detto utensile (U) inclinato; confronto di dette posizioni e calcolo della compensazione di posizionamento della punta (Ul) di detto utensile (U) orientato nello spazio. 12. Procedimento come da una qualunque delle rivendicazioni 8, 9, 10, 1 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un ciclo detto di calibrazione termica dimensionale, per compensare gli errori attribuibili alle variazioni di temperatura, detto ciclo essendo applicato all'occorrenza, e dove detto ciclo comprende le fasi di confronto dei dati relativi alla posizione della punta (Ul) di detto utensile (U) con i punti di riferimento di detti fasci laser (Lxl, Lx2, Lyl, Ly2) precedentemente calibrati.