WO2005110643A1 - Sistema mejorado de remachado automático - Google Patents

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Definitions

  • the present specification refers, as its title indicates, to an improved automatic riveting system, of the type used in precision robotic installations for the realization with the same equipment, of multiple functions at the same working point, such as drilling, countersinking, inserting rivets, riveting, cleaning, etc., characterized in that it uses a multi-tool head without its own movement, fixed in a parallel kinematics machine, the latter being the one that performs all the combined movements of multi-tool head positioning, making the appropriate corrections of position between the different physical locations of the independent tools placed in the tool head.
  • the movement of the anthropomorphic robot is only used to transport the rotary multi-tool head to the work point, the robot movement not subsequently intervening in the actual riveting process, which is entirely in charge of the rotary multi-tool head.
  • This riveting system has the great disadvantage that it forces the rotary multi-tool head to have the necessary constructive precision to ensure the correct repetitive positioning of the different tools on the point to be riveted, since the anthropomorphic robot does not have this positioning accuracy repetitive.
  • the additional problem is also remarkable which involve frequent breakdowns and the high cost associated with their repair.
  • the improved automatic riveting system object of the present invention uses several independent single-function heads individually fixed to the working flange. of the parallel kinematics machine.
  • This set of single-function heads consists of a common support provided with a plurality of housings, with the appropriate shape, preferably cylindrical, intended to accommodate inside each of the different single-function heads (drilling, sealant applicator, rivet inserter , riveter, etc.
  • the parallel kinematics machine used as a support robot thanks to its intrinsic characteristic of being able to perform movements in multiple axes simultaneously with very high positioning accuracy and repeatability, is responsible for moving the set of single-function heads to the work point, in the same way that conventional robots do, but also subsequently responsible for carrying out the appropriate displacements of the monofunctional heads, so that during the different phases of the riveting, each of the tools or actuators supported on the different individual heads can act at the same point Working with the required precision.
  • These movements of the parallel kinematics machine are equivalent to the necessary correction that the numerical control of the parallel kinematics machine must perform to compensate for the displacement or offset that separates the different tools or actuators included in the different single-function heads. In this way, during the riveting process it will be the parallel kinematics machine itself position the tools or actuators at the riveting point.
  • This improved automatic riveting system is especially suitable for all those precision operations that involve the consecutive positioning of several tools or actuators at the same point, such as drilling and riveting, in which a tool could be sequentially intervened at the same point. drilling, chip aspiration, rivet insertion, riveter, sealant depositor, 3D artificial vision system or operation quality check, etc., all of which are located independently in the same support flange that acts as an interface mechanic with the parallel kinematics machine.
  • This set of single-function heads can adopt various distributions of the cylindrical housings, being preferably linear, in a single row of housings, or matrix, with several rows of overlapping housings.
  • Each of the housings for each single-function head will be equipped with a linear displacement mechanism, allowing the tool or actuator of its housing to be slightly protruded during use, bringing it closer to the surface of the piece to be riveted, and withdrawing it into the housing. when it is no longer used. This avoids that an unused monofunction head can accidentally collide with the surface or body to be riveted.
  • This linear displacement mechanism will be of any of the commonly used types, electrical, pneumatic or hydraulic, being controlled by the same numerical control system as the parallel kinematics machine that supports it.
  • This improved automatic riveting system presented provides multiple advantages over the systems available in the Currently, it is the most important that eliminates the need for complex mechanisms for positioning and advancing actuators or tools, thereby achieving a significant reduction in the economic cost of said element, increasing its reliability, precision and mechanical duration.
  • Another advantage of the present invention is the easy and economical adaptation of the riveted system to any number of tools and actuators, mainly due to the characteristic simplicity of the set of independent single-function heads. Also another added advantage is that this system can adapt very easily to any type of parallel kinematics machine, allowing an extension of its working functionalities without the need for a high complementary economic investment.
  • figure - 1 - shows a front and side view of the assembly formed by a parallel kinematics machine and an example of a set of monofunction heads placed independently, in this case prepared with housing for three monofunction heads.
  • Figure -2- shows a view of the previous set showing the top of the single-function head assembly, with a detail expanding detailing the possible approach movement of each of them independently.
  • the improved automatic riveting system uses, as can be seen in the attached drawing, a set (1) of single-function heads (5) fixedly attached to the flange (2) that acts as a mechanical interface with the parallel kinematics machine (3).
  • This set (1) of single-function heads (5) consists of a common support provided with a plurality of housings (4), preferably cylindrical, intended to accommodate each inside a different type of single-function head (5) intended to make a specific function or use a work tool.
  • the parallel kinematics machine (3) is used as a support robot, thanks to its intrinsic characteristic of being able to perform movements in multiple axes simultaneously with a very high positioning accuracy and repeatability, which is responsible for moving the assembly (1) of single-function heads ( 5) to the point of work, also subsequently responsible for making the appropriate displacements of the set (1) of single-function heads (5) so that, during the riveting process, each of the single-function heads (5) supported in the housings (4) ) Individuals can act at the same work point with sufficient accuracy required.
  • These displacements of the set (1) of single-function heads (5) are equivalent to the necessary correction that the numerical control of the parallel kinematics machine (3) must perform to compensate for the offset or offset that separates the different single-function heads (yes). 5) included in the set (1) of single function heads (5).
  • each of the housings (4) for single function heads (5) is provided with a linear displacement mechanism (6) to avoid possible collisions with the surface to be machined.

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Abstract

Sistema mejorado de remachado automático, del tipo de los utilizados en instalaciones robotizadas para la realización con el mismo equipo, de múltiples operaciones en el mismo punto de trabajo, tales como taladrado, avellanado, inserción de remaches, remachado, limpieza, etc.., caracterizado porque utiliza un cabezal multiherramientas sin movimiento propio de este, fijado en una máquina de cinemática paralela, siendo esta última la que realiza todos los movimientos combinados de posicionamiento del cabezal multiherramientas, realizando las oportunas correcciones de posición entre las distintas ubicaciones físicas de las herramientas independientes colocadas en el cabezal portaherramientas. La invención que se presenta aporta como principal ventaja, la de eliminar la necesidad de complejos mecanismos de cambio de cabezal portaherramientas para efectuar distintos diámetros de taladrado u otras operaciones, consiguiendo por ello una sensible reducción en el coste económico de dicho elemento a la par que aumenta su fiabilidad, precisión y duración mecánica.

Description

SISTEMA MEJORADO DE REMACHADO AUTOMÁTICO
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un sistema mejorado de remachado automático, del tipo de los utilizados en instalaciones robotizadas de precisión para la realización con el mismo equipo, de múltiples funciones en el mismo punto de trabajo, tales como taladrado, avellanado, inserción de remaches, remachado, limpieza, etc .., caracterizado porque utiliza un cabezal multiherramientas sin movimiento propio, fijado en una máquina de cinemática paralela, siendo esta última la que realiza todos los movimientos combinados de posicionamiento del cabezal multiherramientas, realizando las oportunas correcciones de posición entre las distintas ubicaciones físicas de las herramientas independientes colocadas en el cabezal portaherramientas.
En la actualidad son ampliamente conocidos los sistemas de remachado automático. Algunos de estos sistemas están basados en la utilización de un robot antropomórfico, es decir, del tipo de un brazo dotado de varios ejes de giro, anclado de manera fija al suelo o superficie de trabajo. A estos robots, se les suele instalar cabezales multiherramientas rotatorios, también llamados "end efectors", tipo revolver, debido a que utilizan para el cambio de posición de las herramientas un sistema rotatorio similar a un revolver, propiciado por un motor de giro con los oportunos mecanismos de control y posicionamiento. Estos cabezales constan de una parte fija asociada al extremo del brazo de trabajo del robot antropomórfico, y de un mecanismo portaherramientas múltiple dotado de movimiento giratorio con respecto a la antedicha parte fija. En este caso el proceso que se emplea, es el posicionamiento de una de las herramientas en el punto de trabajo por parte del robot antropomórfico, dejándolo fijo en ese punto, para a continuación realizarse las distintas tareas de remachado local, intercambiando las herramientas mediante el movimiento de rotación característico del cabezal multiherramientas rotatorio, de tal forma que cada operación se realice en el mismo punto y con la herramienta necesaria. En este sistema el movimiento del robot antropomórfico únicamente se utiliza para transportar el cabezal multiherramientas rotatorio hasta el punto de trabajo, no interviniendo el movimiento del robot posteriormente en el proceso propiamente dicho de remachado, que corre en su totalidad a cargo del cabezal multiherramientas rotatorio.
Ejemplos de estos tipos de cabezales multiherramientas giratorios podemos encontrar descritos por ejemplo en las Patentes US 2002173226 "Multi-spindle end effector", US 2003232579 "Multl- spindle end effector", WO02094505 "Muíti-spindle end effector" y EP0292056 "Driving mechanism and manipulator comprísing a such a driving mechanism", correspondiendo todos ellos al mismo sistema de remachado, y presentando características similares de trabajo.
Este sistema de remachado presenta el gran inconveniente de que obliga al cabezal multiherramientas rotatorio a contar con la necesaria precisión constructiva para asegurar el correcto posicionamiento repetitivo de las distintas herramientas sobre el punto a remachar, ya que el robot antropomórfico no cuenta con esta precisión de posicionamiento repetitivo. Ello obliga a que el cabezal multiherramientas rotativo y sus elementos mecánicos internos de giro y posicionamiento deban ser de una alta precisión, realizado con materiales de muy alta calidad y bajo desgaste, originando que estos cabezales tenga un alto coste económico, en la mayor parte de los casos muy superior al del coste del propio robot antropomórfico que lo soporta y transporta, además de necesitar de frecuentes labores de mantenimiento y ajuste. Es además destacable el problema adicional que suponen las frecuentes averías y el alto coste asociado a su reparación.
Para solventar la problemática existente con los sistemas actuales capaces de realizar con el mismo equipo múltiples operaciones, se ha ideado el sistema mejorado de remachado automático objeto de la presente invención, el cual utiliza varios cabezales monofunción independientes fijados de manera individual a la brida de trabajo de la máquina de cinemática paralela. Este conjunto de cabezales monofunción consiste en un soporte común dotado con una pluralidad de alojamientos, con la forma oportuna, preferentemente cilindrica, destinados a alojar en su interior a cada uno de los diferentes cabezales monofunción (de taladrado, aplicador de sellante, insertador de remaches, remachador, etc.
La máquina de cinemática paralela utilizada como robot soporte, gracias a su intrínseca característica de poder realizar movimientos en múltiples ejes simultáneamente con una altísima precisión de posicionamiento y repetibilidad, se encarga de desplazar el conjunto de cabezales monofunción al punto de trabajo, de la misma forma que lo realizan los robots convencionales, pero asimismo se encarga posteriormente de realizar los oportunos desplazamientos de los cabezales monofuncionales, para que durante las diferentes fases del remachado, cada una de las herramientas o actuadores soportados en los diferentes cabezales individuales puedan actuar en el mismo punto de trabajo con la precisión requerida. Estos desplazamientos de la máquina de cinemática paralela equivalen a la necesaria corrección que el control numérico de la máquina de cinemática paralela debe de realizar para compensar el desplazamiento u offset que separa ente sí a las distintas herramientas o actuadores incluidos en los diferentes cabezales monofunción. De esta forma, durante el proceso de remachado será la propia máquina de cinemática paralela la que se encargue de posicionar las herramientas o actuadores en el punto de remachado.
Este sistema mejorado de remachado automático esta especialmente indicado para todos aquellas operaciones de precisión que impliquen el posicionamiento consecutivo de varias herramientas o actuadores en el mismo punto, como por ejemplo el taladrado y remachado, en el que podrían intervenir secuencialmente en el mismo punto una herramienta de taladrado, aspiración de virutas, inserción de remache, remachadora, depositador de sellante, sistema de visión artificial 3D o comprobación de la calidad de la operación, etc., estando todos ellos ubicados de manera independiente en la misma brida soporte que hace de interface mecánico con la máquina de cinemática paralela.
Este conjunto de cabezales monofunción puede adoptar diversas distribuciones de los alojamientos cilindricos, siendo preferentemente lineales, en una sola fila de alojamientos, o matriciales, con varias filas de alojamientos superpuestos.
Cada uno de los alojamientos para cada cabezal monofunción estará dotado de un mecanismo de desplazamiento lineal, permitiendo hacer sobresalir ligeramente la herramienta o actuador de su alojamiento durante su utilización, aproximándola a la superficie de la pieza a remachar, y retirándola hacia el interior del alojamiento cuando ya no se utilice. De esta manera se evita el que un cabezal monofunción no utilizado pueda colisionar accidentalmente con la superficie o cuerpo a remachar. Este mecanismo de desplazamiento lineal será de cualquiera de los tipos comúnmente utilizados, eléctrico, neumático o hidráulico, estando controlados por el mismo sistema de control numérico que la máquina de cinemática paralela que lo soporta.
Este sistema mejorado de remachado automático que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad siendo la más importante que elimina la necesidad de complejos mecanismos de posicionamiento y avance de los actuadores ó herramientas, consiguiendo por ello una sensible reducción en el coste económico de dicho elemento, aumentando su fiabilidad, precisión y duración mecánica.
Otra importante y destacable ventaja es que, al estar este sistema basado totalmente para sus movimientos en una máquina de cinemática paralela, se extrapolan las características de precisión de posicionamiento y repetibilidad a todo el proceso y a todas las herramientas y actuadores.
Otra ventaja de la presente invención es la fácil y económica adecuación del sistema remachado a cualquier número de herramientas y actuadores, debido principalmente a la característica sencillez del conjunto de cabezales monofunción independientes. Asimismo otra ventaja añadida es que este sistema puede adaptarse con gran facilidad a cualquier tipo de máquina de cinemática paralela, permitiendo una ampliación de sus funcionalidades de trabajo sin necesidad de una elevada inversión económica complementaria.
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado una realización práctica preferencial de un sistema mejorado de remachado automático con un ejemplo de conjunto de cabezales monofunción individuales.
En dicho plano la figura - 1 - muestra una vista frontal y lateral del conjunto formado por una máquina de cinemática paralela y un ejemplo de conjunto de cabezales monofunción colocados independientemente, en este caso preparado con alojamiento para tres cabezales monofunción.
La figura -2- muestra una vista del conjunto anterior mostrando la parte superior del conjunto de cabezales monofunción, con un detalle ampliando detallando el movimiento de aproximación posible de cada uno de ellos de manera independiente.
El sistema mejorado de remachado automático objeto de la presente invención, utiliza, tal y como puede apreciarse en el plano anexo, un conjunto (1) de cabezales monofunción (5) fijado de manera solidaria a la brida (2) que hace de interface mecánico con la máquina de cinemática paralela (3). Este conjunto (1) de cabezales monofunción (5) consiste en un soporte común dotado con una pluralidad de alojamientos (4), preferentemente cilindricos, destinados a alojar en su interior cada uno un tipo diferente de cabezal monofunción (5) destinado a realizar una función específica o utilizar una herramienta de trabajo.
La máquina de cinemática paralela (3) es utilizada como robot soporte, gracias a su intrínseca característica de poder realizar movimientos en múltiples ejes simultáneamente con una altísima precisión de posicionamiento y repetibilidad, que se encarga de desplazar el conjunto (1) de cabezales monofunción (5) al punto de trabajo, encargándose asimismo posteriormente de realizar los oportunos desplazamientos del conjunto (1) de cabezales monofunción (5) para que, durante el proceso de remachado, cada una de los cabezales monofunción (5) soportados en los alojamientos (4) individuales puedan actuar en el mismo punto de trabajo con la suficiente precisión requerida. Estos desplazamientos del conjunto (1) de cabezales monofunción (5) equivalen a la necesaria corrección que el control numérico de la máquina de cinemática paralela (3) debe de realizar para compensar el desplazamiento u offset que separa ente sí a los distintos cabezales monofunción (5) incluidos en el conjunto (1) de cabezales monofunción (5).
Tal y como se ha explicado anteriormente, cada uno de los alojamientos (4) para cabezales monofunción (5) está dotado de un mecanismo de desplazamiento lineal (6) para evitar posibles colisiones con la superficie a mecanizar.
Se omite voluntariamente hacer una descripción detallada del resto de particularidades del sistema que se presenta o de los elementos componentes que lo integran, pues estimamos por nuestra parte que el resto de dichas particularidades no son objeto de reivindicación alguna.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza del presente invento, así como una formas de llevarlo a la práctica, solo nos queda por añadir que su descripción no es limitativa, pudiéndose efectuar algunas variaciones, tanto en materiales como en formas o tamaños, siempre y cuando dichas variaciones no alteren la esencialidad de las características que se reivindican a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - -Sistema mejorado de remachado automático, del tipo de los utilizados en las instalaciones de mecanizado robotizado de precisión para la realización con el mismo equipo de múltiples operaciones en el mismo punto de trabajo, caracterizado porque utiliza, un conjunto (1) de cabezales monofunción (5) independientes fijados de manera solidaria con una brida (2) de interface mecánico a una máquina de cinemática paralela (3) . 2 - Sistema mejorado de remachado automático, según la anterior reivindicación caracterizado porque el conjunto (1) de cabezales monofunción (5) independientes consiste en un soporte común dotado con una pluralidad de alojamientos (4), preferentemente cilindricos, que alojan en el interior cada uno de los cabezales monofunción (5) independientes.
3 - Sistema mejorado de remachado automático, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada uno de los alojamientos (4) para los cabezales monofunción (5) del conjunto (1) de cabezales monofunción (5) está dotado de un mecanismo de desplazamiento lineal (6) evitando posibles colisiones con la superficie a remachar.
4 - Sistema mejorado de remachado automático, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la máquina de cinemática paralela (3) desplaza el conjunto (1) de cabezales monofunción (5) al punto de trabajo, realizando combinadamente los oportunos desplazamientos del conjunto (1) de cabezales monofunción (5) para que, durante el proceso de remachado, cada una de las distintas herramientas soportados en los diferentes cabezales monofunción (5) puedan actuar en el mismo punto de trabajo con la precisión requerida, siendo estos desplazamientos de tal manera que realicen la necesaria corrección del desplazamiento u offset que separa entre sí a los diferentes cabezales monofunción (5).
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