PT1830979E - Procedimento para controlar uma unidade de cilindro de compensação, destinada em particular a um equipamento de soldadura - Google Patents

Description

ΡΕ1830979 -1 -

DESCRIÇÃO

"PROCEDIMENTO PARA CONTROLAR DMA UNIDADE DE CILINDRO DE COMPENSAÇÃO, DESTINADA EM PARTICULAR A UM EQUIPAMENTO DE SOLDADURA" A invenção diz respeito a um procedimento para controlar uma unidade de cilindro de compensação, destinada ao estabelecimento de uma compensação de pesos nos braços de eléctrodo de um dispositivo de soldadura, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Tais unidades de cilindro de compensação são usadas em conjugação com pinças de soldadura fluidica tal como são já conhecidas, por exemplo a partir do documento DE 201 07 328 Ul. Além disso, elas podem ser usadas em conjugação com dispositivos de rebitagem, dispositivos de soldadura por ultra-sons e, de uma forma bastante genérica, com equipamentos de movimentação automática onde existam dois braços executando um movimento semelhante ao de pinças. O documento EP 0 715 925 Al faz a divulgação de um conjunto genérico êmbolo-cilindro funcionando como meio de accionamento para eléctrodos de um dispositivo de soldadura. -2- ΡΕ1830979 0 documento EP 1 010 491 descreve um equipamento de soldadura por resistência e um procedimento para a sua fabricação, onde podem ser montados e removidos - sob a forma de uma unidade individual dispondo de uma base comum como ponto de referência - um braço de pistola, um transformador de soldadura e uma unidade de accionamento. Por intermédio de um tal equipamento de soldadura, as peças a ser trabalhadas, sob a forma de folhas metálicas sobrepostas, ficam conjuntamente presas pelas pontas dos eléctrodos, e mantidas entre estas, sendo exercida uma força de compressão necessária para a soldadura por meio destas duas pontas de eléctrodo, havendo uma corrente de soldadura que passa através das duas pontas de eléctrodo e que é utilizada para o aquecimento e, consequentemente, para a ligação das duas folhas metálicas por meio de soldadura. 0 documento US 4 712 4 70 faz a divulgação de um procedimento e de um dispositivo para compensação do peso variável de uma massa actuando sobre um accionamento hidráulico, em particular no que diz respeito ao cilindro de accionamento verticalmente montado que faz parte de uma máquina de lixagem, através da medição do valor de compressão que é necessário para manter o equilíbrio de pesos sem qualquer apoio. Este valor de compressão é armazenado e, subsequentemente, irá ser disponibilizado para uma operação de regulação de pressão dentro do circuito de regulação de pressão, funcionando como um factor de compensação. Desta maneira, fica automatizado o -3- ΡΕ1830979 equilíbrio de pesos para um accionamento com massa variável, com o fim de permitir a maquinagem de uma peça a trabalhar sobre uma máquina de lixagem, usando uma pressão de maquinagem que pode ser especificada.

Por intermédio de pinças de soldadura pneumáticas, um braço das pinças de soldadura é mantido em equilíbrio por um cilindro, usando uma razão de compressão variável. O problema está em que, para cada força de peso que depende da posição espacial definida terá de ser estabelecida e armazenada uma determinada razão de compressão.

Isso pode ser feito ao estabelecer a pressão num dos lados da câmara de um conjunto êmbolo-cilindro, através de um regulador de pressão manual, e no lado oposto do êmbolo usando uma válvula proporcional de regulação de pressão para controlar a pressão na câmara de uma forma crescente ou decrescente.

Alternativamente, ambas as câmaras de pressão da unidade de cilindro de compensação podem ser actuadas por uma válvula proporcional, respectivamente com o fim de alcançar a razão de compressão necessária e, posteriormente, fazer com que duas forças actuem em dois sentidos. Por último, podem-se conceber montagens de molas para tomar em consideração as diferentes forças de peso. -4- ΡΕ1830979

Em termos práticos, o problema com estas montagens reside em que elas não funcionam bem e são particularmente susceptiveis à sujidade, à variação nas condições de atrito e às mudanças de temperatura.

Nestas circunstâncias, a invenção é apresentada com base na necessidade de proporcionar um procedimento para controlar uma unidade de cilindro de compensação, destinada a eléctrodos de um dispositivo de soldadura que funciona de uma maneira semelhante a pinças, como foi inicialmente mencionado, o que irá permitir um rigoroso controlo do dispositivo de soldadura em diferentes posições espaciais, independentemente das forças de peso que actuam sobre os eléctrodos nessas mesmas posições espaciais.

Vantagens da invenção

Tal necessidade é satisfeita por intermédio de um procedimento para controlar uma unidade genérica de cilindro de compensação apresentando as caracteristicas citadas na reivindicação 1.

Outros vantajosos desenvolvimentos do procedimento constituem o objecto das reivindicações dependentes 2 a 6, que estão referidas à reivindicação 1. A principal ideia da invenção consiste em que o equilíbrio de pesos é estabelecido em diferentes posições espaciais dos braços de eléctrodo, por accionamento da unidade de cilindro de compensação através de uma válvula -5- ΡΕ1830979 proporcional com elevada dinâmica, inicialmente segundo uma forma de regulação do deslocamento e, posteriormente, segundo uma forma de regulação da pressão.

Com este tipo de instalação, assim que o dispositivo de soldadura tiver ocupado uma determinada posição de soldadura, a montagem de êmbolo é inicialmente movida para uma posição especificada, segundo uma forma de regulação do deslocamento, sendo controladas as pressões nas câmaras de pressão resultantes desta posição, e sendo armazenados no dispositivo de controlo os associados sinais de pressão que caracterizam essas pressões. A invenção faz uso do facto de a diferença de pressão estar correlacionada com a força para o equilíbrio de pesos desejado. Nesta altura, a forma de regulação do deslocamento é comutada para a forma de regulação da pressão, em que as pressões em ambas as câmaras de pressão são mantidas constantes por intermédio da contínua detecção dos sinais de pressão que representam a pressão nas câmaras de pressão, pela sua comparação com os sinais de pressão armazenados, e pelo accionamento da válvula proporcional em função dessa comparação, de tal maneira que a diferença de pressão em ambas as câmaras de pressão seja mantida constante, em especial quando estiver em funcionamento a unidade de cilindro que exerce a pressão de soldadura, também designada simplesmente por cilindro de pressão de soldadura. Como consequência, o braço superior das pinças do dispositivo de soldadura é movido pelo cilindro que vai fechando, até vir a assentar de encontro a uma folha -6- ΡΕ1830979 metálica a ser soldada. Uma posterior operação do cilindro de soldadura irá portanto provocar uma força a ser exercida sobre a unidade de cilindro de compensação. Nesta posição, a diferença de pressão é mantida constante pela unidade de cilindro de compensação, mantendo portanto o equilíbrio de pesos, até que o segundo eléctrodo venha igualmente a assentar sobre a folha metálica a ser soldada, devido à posterior operação da unidade de cilindro que exerce a pressão de soldadura, e poderá dar-se inicio à operação de soldadura. A pressão em ambas as câmaras de pressão será vantajosamente detectada por sensores de pressão que, em conformidade com um desenvolvimento vantajoso, poderão fazer parte da própria válvula proporcional. Como alternativa, a diferença de pressão em ambas as câmaras de pressão pode ser detectada por, pelo menos, um sensor de pressão diferencial. Neste caso, apenas um sinal precisa de ser detectado e processado.

Em vez de detectar a pressão com sensores de pressão para determinar a força resultante, poderão ser disponibilizados um ou mais sensores de força, como por exemplo uma célula de carga, no conjunto êmbolo-cilindro.

Ao utilizar uma válvula proporcional com elevada dinâmica - a qual é controlada a partir de uma unidade de comando, inicialmente em função de um sinal de deslocamento que representa a posição da montagem de êmbolo pertencente -7- ΡΕ1830979 à unidade de cilindro de compensação e, posteriormente, em função de dois sinais de pressão que representam a pressão nas câmaras de pressão da unidade de cilindro de compensação - torna-se possível realizar um rigoroso e, em particular, rápido equilíbrio das forças de peso.

De preferência, a válvula proporcional de uma unidade de controlo electrónico é nomeadamente constituída por, pelo menos, um microprocessador para efectuar tanto a forma de regulação em função do deslocamento como a forma de regulação em função da pressão. Em vez de um microprocessador , podem ser disponibilizados outros componentes de circuito. Em particular, a unidade de comando pode consistir num circuito de controlo ou noutro equivalente, concebido com base na tecnologia de circuitos analógicos.

Desenhos

Outras vantagens e características da invenção constituem o objecto de descrição que se vai seguir e dos desenhos, onde um modelo de realização para a invenção está esquematicamente ilustrado, em que: a Figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de soldadura com uma unidade de cilindro de compensação, de acordo com a invenção, para o equilíbrio de pesos dos braços de eléctrodo pertencentes ao dispositivo de soldadura; -8- ΡΕ1830979 a Figura 2 mostra esquematicamente uma unidade de cilindro de compensação para o dispositivo de soldadura representado na Figura 1; e as Figura 3a a 3c mostram esquematicamente diferentes posições de trabalho para o dispositivo de soldadura representado na Figura 1, no intuito de explicar o modo de funcionamento da unidade de cilindro de compensação representada na Figura 2.

Descrição dos modelos de realização

Um dispositivo de soldadura, também designado por pinças de soldadura, ilustrado na Figura 1 compreende dois braços 10, 20 sobre os quais estão colocados eléctrodos 12, 22 para soldar folhas metálicas 30. As pinças de soldadura estarão, a titulo de exemplo, aplicadas em braços robóticos 40.

As pinças de soldadura são accionadas por uma unidade de cilindro 50 que exerce a pressão de soldadura. O ajuste fino dos braços 10, 20 é efectuado por um conjunto êmbolo-cilindro que se designa por unidade de cilindro de compensação 100. A unidade de cilindro de compensação 100 está esquematicamente representada na Figura 2. Ela é constituída por uma unidade de cilindro de dupla acção consistindo num cilindro 100 e em duas câmaras de pressão 130, 140 divididas por uma montagem de êmbolo 110. Ambas as câmaras de pressão 130, 140 podem ser actuadas mediante um -9- ΡΕ1830979 meio fluido pressurizado (média pressão) através das linhas de pressão 230, 240. A pressão em ambas as câmaras de pressão 130, 140 é detectada por sensores de pressão 235, 245 que podem estar integrados no conjunto êmbolo-cilindro.

Os sinais de pressão disponibilizados pelos sensores de pressão 235, 245 são enviados para uma unidade de comando, por exemplo um microprocessador 310 que faz parte de uma unidade de válvula proporcional identificada pelo número de referência 300. A unidade de válvula proporcional 300 pode, a titulo de exemplo, consistir numa válvula proporcional de 5/3 vias 305 com elevada dinâmica que, na posição de comutação que está a ser representada, actua sobre a câmara de pressão 130 através da linha 230 submetida a uma pressão pmav, a qual se encontra presente numa entrada da unidade de válvula proporcional 300, normalmente identificada pelo número de referência 1, e da qual ainda fazem parte outras entradas 5, 3 e as saídas 4, 2. As saídas estão ligadas a linhas de pressão 230, 240. Na presente situação, a câmara de pressão 130 está pressurizada e a câmara de pressão 140 está despressurizada.

Numa outra posição de comutação, por contraste, a câmara de pressão 140 estará a ser actuada pelo meio de pressão, ao passo que a câmara de pressão 130, nesta posição de comutação, estará despressurizada. -10- ΡΕ1830979

Para além dos dois sinais de pressão, o microprocessador 310 da unidade de válvula proporcional 300 é alimentado com um sinal de deslocamento proveniente de um sensor de deslocamento 400 que faz parte de um sistema para detecção de deslocamento 410, o qual também pode ser controlado e que depende daquela válvula de 5/3 vias 305. No que lhe diz respeito, o microprocessador 310 é actuado mediante a acção de um comando primordial ("overriding") 500 utilizando sinais de controlo.

Um procedimento para comandar a unidade de cilindro de compensação 100, no intuito de equilibrar os pesos dos braços de eléctrodo 10, 20 do dispositivo de soldadura, passa agora a ser descrito em associação com as Figuras 3a a 3c.

Depois de o dispositivo de soldadura ter sido movimentado por meio de braços robóticos 40 para uma desejada posição de soldadura, o microprocessador 310 irá inicialmente comandar a montagem de êmbolo 110, por meio da válvula de 5/3 vias 305, no sentido de abandonar a sua posição neutra e de se movimentar para um (pequeno) valor posicionai A desejado. Isto é efectuado por meio de uma regulação em função do deslocamento da montagem de êmbolo 110, usando o sinal de deslocamento proveniente do sensor de deslocamento 400. A força associada, que resulta das pressões em ambas as câmaras de pressão 130, 140 nesta posição da -11- ΡΕ1830979 montagem de êmbolo 110, é detectada pelos dois sensores de pressão 235, 245 - ou por um sensor de pressão diferencial, conhecido como tal mas que não está representado - e é mantida através de uma forma de regulação em função da força, por meio do microprocessador 310 ao comandar a válvula de 5/3 vias 305. A diferença de pressões observada para as pressões em ambas as câmaras de válvula 130, 140, e que corresponde à força para o desejado equilíbrio de pesos, é armazenada. O desejado valor posicionai A para a montagem de êmbolo 110, que pode ser especificado, é escolhido de maneira que ele fique posicionado numa posição que possa ser definida, por exemplo alguns milímetros acima do ponto de paragem da montagem de êmbolo 110, a fim de permitir uma regulação da pressão que não seria possível no ponto de paragem da montagem de êmbolo 110. A partir deste momento, a regulação em função do deslocamento é desligada e somente a diferença de pressão é mantida constante por intermédio do microprocessador 310 que comanda a válvula proporcional de 5/3 vias 305 segundo a forma atrás descrita. A força que actua sobre os braços 20 é mantida constante, em particular de uma maneira que é independente da posição dos braços 20.

Na etapa seguinte, ilustrada na Figura 3b, o braço superior 10 da pinça de soldadura é movido pela unidade de cilindro 50 que exerce a pressão de soldadura, de tal maneira que um eléctrodo 12 venha assentar de encontro à chapa metálica 30. Nesta situação, a força -12- ΡΕ1830979 resultante gerada pela unidade do cilindro de compensação 100 é igualmente mantida constante por intermédio de um controlo contínuo da válvula de comando proporcional 305.

Numa última etapa ilustrada na Figura 3c, o braço inferior flutuante 20 é agora "puxado para cima" graças a uma operação adicional da unidade do cilindro 50 que exerce a pressão de soldadura, e ao aumento que daí resulta para a força sobre a unidade de cilindro de compensação 100. Os sensores de pressão 235, 245 detectam qualquer alteração de pressão nas duas câmaras de pressão 130, 140. Mal haja alteração de pressão num dos lados da unidade de cilindro de compensação 100, devido a uma força que esteja a ser criada quando os eléctrodos 12, 22 contactam com a chapa metálica 30, a unidade de válvula proporcional 300 irá alterar a pressão por intermédio do microprocessador 310 e da válvula proporcional de 5/3 vias com elevada dinâmica 305, na medida em que ela irá pressurizar/despressurizar as duas câmaras de pressão 130, 140 até que tenha sido novamente restaurada a desejada razão de pressões que havia sido armazenada. Como consequência, é mudada a posição da montagem de êmbolo 110 no cilindro da unidade de cilindro de compensação 100, ou seja, as razões volumétricas das câmaras de pressão 130, 140 são alteradas. Desta forma, o equilíbrio de pesos é mantido.

Seguidamente, a unidade de cilindro 50 que exerce a pressão de soldadura continua a ser operada até que o segundo eléctrodo contacte igualmente com a chapa metálica -13- ΡΕ1830979 30 a ser soldada, após o que a operação de soldadura é desencadeada.

Na descrição atrás apresentada, o dispositivo de medição de força para detectar a força resultante da montagem de êmbolo 110 foi concebido para a detecção da pressão diferencial. Esclarece-se que a invenção não se encontra limitada a essa concepção. Também é possível uma medição directa da força, por exemplo através de uma célula de carga. A vantagem do procedimento atrás descrito consiste em que o braço 20 se mantém numa situação "flutuante" não sendo "puxado para cima" - por assim dizer - pelo conjunto êmbolo-cilindro 100, quase sem exercer qualquer força até que as pinças de soldadura estejam fechadas, ou seja até que o eléctrodo 22 contacte com a chapa metálica 30 a ser soldada. A grande vantagem consiste em que, desta forma, o equilíbrio é automaticamente ajustado em cada ponto de soldadura e em cada posição espacial e, em particular, sem necessidade de um processo de aprendizagem ("TEACH-IN"). Se a posição espacial das pinças de soldadura não mudar e, consequentemente, as relações de peso não se alterarem, a razão de pressões estabelecida pode ser armazenada e utilizada para outros pontos de soldadura.

Outra grande vantagem reside em que as influências externas, tais como o desgaste, o atrito, as -14- ΡΕ1830979 alterações na temperatura, ou o consumo da ponta nos eléctrodos 12, 22 são automaticamente compensadas, devido a esta regulação da pressão. A invenção tem sido até agora descrita fazendo referência a um dispositivo de soldadura. Esclarece-se, no entanto, que a invenção não fica limitada a uma unidade de cilindro de compensação para um dispositivo de soldadura, podendo também ser aplicada a outros dispositivos tais como equipamentos de rebitagem, equipamentos de soldadura por ultra-sons ("US"), equipamentos de movimentação automática e outros equivalentes, em que existam dois braços executando um movimento semelhante ao de pinças.

Lisboa, 3 de Dezembro de 2010

Claims (6)

1. ΡΕ1830979 -1 - REIVINDICAÇÕES 1. Procedimento para estabelecimento de uma compensação de pesos destinada a braços (10, 20) transportadores de eléctrodos de um dispositivo de soldadura, em que o dispositivo de soldadura dispõe de pelo menos uma unidade de cilindro (50) que exerce a pressão de soldadura, e dispõe de pelo menos uma unidade de cilindro de compensação de dupla acção (100) constituída por uma montagem de êmbolo (110) e por, pelo menos, duas câmaras de pressão (130, 140), que estão separadas por esta montagem de êmbolo (110) e às quais pode ser selectivamente aplicado um meio pressurizado por intermédio de uma unidade de válvula (300) destinada a controlar um movimento de accionamento; esta unidade de válvula (300) consiste numa válvula proporcional (305) que é actuada por uma unidade de comando (310), em função de um sinal de deslocamento que representa a posição da montagem de êmbolo (110), e/ou em função de dois sinais de pressão que representam respectivamente as pressões nas câmaras de pressão (130, 140); o procedimento é caracterizado pelas seguintes etapas : - quando o dispositivo de soldadura se encontra numa posição de trabalho, a válvula proporcional (305) é actuada em função do sinal de deslocamento, de tal forma que a montagem de êmbolo (110) se movimenta para uma posição que pode ser previamente estabelecida; -2- ΡΕ1830979 - é determinada a pressão que chega às câmaras de pressão (130, 140) nesta posição, e são armazenados no dispositivo de comando (310) os sinais de pressão associados; - são detectados de forma continua os sinais de pressão que correspondem às pressões nas correspondentes câmaras de pressão (130, 140), são os mesmos comparados com os sinais de pressão armazenados, e é actuada a válvula proporcional (305) em função de tal comparação, de tal maneira que a força proveniente da montagem de êmbolo (110) que resulta das pressões nas duas câmaras de pressão (130, 140) é mantida constante, quando for accionada a unidade de cilindro (50) que exerce a pressão de soldadura.
2. 2. Procedimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pressão nas duas câmaras de pressão (130, 140) ser detectada por intermédio de sensores de pressão (235, 245).
3. 3. Procedimento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os sensores de pressão (235, 245) fazerem parte da válvula proporcional (305).
4. 4. Procedimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença de pressões nas duas câmaras de pressão (130, 140) ser detectada por, pelo menos, um sensor para medir pressões diferenciais. -3- PE 1830979
5. 5. Procedimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a força resultante proveniente da montagem de êmbolo (110) ser detectada através de meios para medição de forças.
6. 6. Procedimento de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por os meios para medição de forças consistirem numa célula de carga. Lisboa, 3 de Dezembro de 2010