WO2007010066A2

WO2007010066A2 - Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies

Info

Publication number: WO2007010066A2
Application number: PCT/ES2006/000412
Authority: WO
Inventors: Manuel Torres Martinez; Jesus Maria Turgaiz Guerrero; Hartmut Michaelis; Horst Kott; Matthias Spengler
Original assignee: M.Torres Ingenieria De Procesos, S.L.
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2007-01-25
Also published as: ES2279693A1; WO2007010066A3; ES2279693B1; EP1918067B1; EP1918067A2; DE602006009820D1; US20100115749A1

Abstract

Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, formado por un conjunto móvil portador del cabezal de trabajo, el cual se incorpora en montaje respecto de unos sistemas de desplazamiento (1) que comprenden un sistema de fijación (2) y un sistema de tracción, los cuales actúan de manera independiente o sincronizada determinando una movilidad de desplazamiento por pasos sobre la superficie de aplicación.

Description

CONJUNTO FLEXIBLE PARA TRABAJOS SOBRE GRANDES

SUPERFICIES

Sector de la técnica

El objeto de la presente invención está relacionado con los sistemas que se emplean para la realización de trabajos sobre grandes superficies, como por ejemplo, mecanizado, remachado, soldadura, inspección y pintado, proponiendo un conjunto de sencilla realización, con el cual es susceptible actuar con seguridad y precisión con capacidad de posicionamiento en cinco ejes, sobre cualquier superficie de trabajo.

Estado de la técnica

Las grandes estructuras, como por ejemplo de aviones, barcos y similares, se componen de grandes superficies laminares adaptadas a la forma y configuración de sus estructuras de soporte. Estas configuraciones hacen que las superficies puedan ser curvas complejas sobre las que sea necesario realizar los trabajos de aplicación. Entre dichas tareas a realizar está, por ejemplo, la fijación de las superficies por medio de remaches, soldadura o similar.

Para todas esas tareas se usan, en la actualidad, máquinas formadas por unas grandes estructuras, independientes de las superficies de aplicación, dotadas de las herramientas necesarias para las operaciones a realizar, moviéndose dichas estructuras sobre sistemas externos. Este tipo de máquinas está muy condicionado en relación con la forma de las superficies de aplicación, por lo que su utilización está normalmente limitada a las superficies analizadas durante su diseño.

Existen también sistemas de mecanizado flexibles, con capacidad de movimiento para situar un cabezal de mecanizado respecto de cualquier punto de una superficie, como por ejemplo la solución de la Patente SE 8 305 818, ya caducada, que comprende un dispositivo de mecanizado constituido por unos railes que se montan sobre unos canales circulares en los que se insertan los extremos de las láminas a mecanizar. En esta solución un carro de mecanizado se mueve sobre los railes curvos para situarse en los puntos de mecanizado, pero no garantiza la perpendicularidad de la herramienta sobre la superficie de trabajo, lo cual puede repercutir en defectuosa precisión de las operaciones .

La Patente US 2002/0007548, describe también un dispositivo de mecanizado, para formar estructuras de aviones, que comprende un carro de mecanizado que se desplaza por unos railes dispuestos sobre una estructura separada del fuselaje a formar, lo cual resta igualmente precisión a las operaciones de mecanizado.

Otras soluciones, como las de las Patentes US 6 098 260 y US 2003/0116331, comprenden un dispositivo de mecanizado compuesto por unos carriles que se fijan por ventosas sobre las chapas de la estructura a mecanizar, incorporándose sobre dichos carriles un carro susceptible de desplazamiento longitudinal, sobre el cual va dispuesto otro carro portador de un cabezal de mecanizado, con posibilidad de desplazamiento transversal. Estas soluciones permiten trabajar con precisión sobre superficies planas, pero no garantizan la perpendicularidad de la herramienta de trabajo respecto de la superficie de trabajo cuando ésta es curva, por lo que la precisión resulta también deficiente en este caso.

Objeto de la invención

De acuerdo con la presente invención se propone un conjunto flexible de mecanizado, el cual se halla previsto según unas características constructivas y funcionales que le hacen adaptable para operar con precisión sobre cualquier tipo de superficie plana o curva, resultando de aplicación por lo tanto para las estructuras de fuselajes de aviones o similares.

El conjunto objeto de la invención consta de un bastidor en el que se incorpora el cabezal de mecanizado, yendo provisto el bastidor con medios de desplazamiento y elevación, dotados de sistemas elevadores y de fijación, para asi poder situarse en las posiciones necesarias de trabajo, mientras que el cabezal de mecanizado se incorpora sobre un carro dotado de desplazamiento transversal sobre el bastidor.

Según una realización de montaje, los medios de desplazamiento del bastidor consisten en dos grupos laterales dotados de, movimiento en altura, desplazamiento longitudinal y sistema de fijación por medio de ventosas.

El bastidor del conjunto móvil incorpora además por debajo unas ventosas dispuestas en husillos verticales que van asociados a un sistema de accionamiento común mediante un servomotor y transmisión por correa, de modo que dichas ventosas permiten la fijación del conjunto móvil sobre la superficie de aplicación para llevar a cabo el mecanizado una vez situado el cabezal de trabajo en relación con el punto seleccionado, determinándose mediante el desplazamiento vertical, por medio de los mencionados husillos de las ventosas de fijación, la trayectoria del cabezal para el mecanizado.

Resulta con ello una disposición que permite el movimiento sobre la superficie de trabajo, mediante la actuación combinada de los conjuntos de sustentación- elevación y deslizamiento, que de forma alternativa (paso a paso) logran el desplazamiento preciso del cabezal de trabajo sobre la superficie de trabajo.

La combinación de dicho traslado sobre la superficie de aplicación, con el movimiento transversal del carro portador del cabezal, respecto del bastidor, determina un movimiento cartesiano que permite situar el cabezal de mecanizado exactamente sobre los puntos de operación, pudiendo establecerse una perfecta sujeción con los propios conjuntos sustentadores, en cada caso, para llevar a cabo las operaciones a realizar en los puntos indicados mediante el desplazamiento vertical del cabezal de mecanizado (si el trabajo asi lo requiere), situando el conjunto o cabezal de trabajo en el ángulo requerido respecto de la superficie de aplicación.

El bastidor portante del cabezal de mecanizado puede incorporarse, según otra realización de montaje, sobre unos raíles de guía flexibles (CFRP) que se fijan mediante ventosas sobre la superficie de aplicación. El bastidor portante se desliza sobre esos guiados, de forma longitudinal y paso a paso, de manera que combinando ese movimiento de desplazamiento con los ya existentes en el propio bastidor, movimiento vertical del mismo y transversal del cabezal de trabajo, se puede situar el punto de trabajo en la situación y ángulos requeridos. Es de señalar que la precisión de posicionamiento del cabezal de trabajo es independiente de la precisión de posicionamiento de los sistemas de guiado flexibles .

Los railes de desplazamiento longitudinal están formados por unos perfiles flexibles (CFRP) dispuestos paralelamente y unidos mediante unas placas transversales, disponiendo dichos perfiles de unas ventosas de vacio que permiten la fijación sobre la estructura a mecanizar, aprovechándose los propios perfiles como canales de distribución y almacenaje de vacio, sectorizando los puntos de sujeción para minimizar los efectos de posibles pérdidas de vacio locales.

El accionamiento de dicho desplazamiento longitudinal comprende en este caso un sistema de tracción y un sistema de bloqueo, integrándose en sendos conjuntos laterales similares, que operan de manera sincronizada sobre los respectivos railes, actuando dichos sistemas de tracción y de bloqueo en una secuencia coordinada para un avance paso a paso. Los movimientos coordinados permiten controlar la posición y alineación de los ejes en función de los requerimientos exigidos por el trabajo a desarrollar.

El sistema de bloqueo establece en función del punto de proceso de trabajo un bloqueo que permite el desplazamiento del conjunto móvil sobre los perfiles longitudinales en un paso de movimiento longitudinal, mediante deslizamiento de rodadura del sistema de tracción sobre los perfiles; yendo los medios de rodadura en una disposición de suspensión elástica con respecto al bastidor del conjunto móvil, lo cual permite una flotabilidad en vertical de dicho conjunto móvil .

Todo el sistema está controlado por un equipo de gestión informático, que dispone de diversos sistemas para la adaptabilidad del equipo a las superficies de aplicación, como un sistema de referencia y corrección del posicionamiento "on line" basado por ejemplo en dos cámaras de visión artificial. Este sistema de control permite, integrado en el sistema de gobierno informático, establecer la posición de la unidad de trabajo, respecto a zonas de especiales características de la superficie a trabajar, situando y corrigiendo, si es necesario, los parámetros que determinan la situación de la unidad de trabajo sobre la superficie de aplicación. Asimismo dispone de unos sensores adicionales que potencian las capacidades del cabezal de trabajo en función de las labores a realizar, como por ejemplo, pisador con controlador con la misión de asegurar el perfecto pisado de las piezas a trabajar. Este dispositivo dispone de un sistema de regulación de la fuerza de pisado, llevando asimismo un sistema analógico o digital (opcional) que controla el movimiento de avance del eje Z para trabajos muy delicados o de alta precisión, tal como avellanados cónicos, etc.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una perspectiva del conjunto de mecanizado objeto de la invención según la realización de apoyo mediante dos conjuntos elevadores de sustentación.

La figura 2 es una perspectiva del mismo conjunto de mecanizado desde otro ángulo de observación.

Las figuras 3 y 4 son sendas vistas de frente y perfil del conjunto de mecanizado anterior.

La figura 5 es una perspectiva del bloque portador del cabezal de mecanizado.

La figura 6 es una perspectiva del bastidor móvil del conjunto de mecanizado con uno de los grupos de sustentación.

La figura 7 es una perspectiva del bastidor móvil del conjunto de mecanizado con su otro grupo de sustentación.

La figura 8 es una perspectiva de la realización de montaje del conjunto de mecanizado sobre unos railes de desplazamiento.

Las figuras 9 y 10 son sendas vistas de frente y perfil de dicha disposición del conjunto de mecanizado sobre railes de desplazamiento.

La figura 11 es una perspectiva de los railes de apoyo del conjunto de mecanizado para la realización anterior.

La figura 12 es una perspectiva ampliada de la disposición del montaje del bastidor del conjunto de mecanizado sobre los raíles de desplazamiento.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un conjunto flexible de mecanizado, el cual se halla previsto según unas características constructivas y funcionales que le hacen poder realizar con precisión cualquier tipo de operación, con solo cambiar la herramienta, sobre cualquier tipo de superficie plana o curva, resultando de aplicación por lo tanto para estructuras como fuselajes de aviones o similares.

El conjunto de mecanizado objeto de la invención constituye una unidad de trabajo que consta de:

A.- Dos unidades de impulsión longitudinal, de la unidad de trabajo, que se llamarán en adelante ejes X, los cuales están dotados de un conjunto de avance, mediante servomotor y husillo con tuercas de holgura controlada, que pueden trabajar conjuntamente, creando un movimiento de avance longitudinal sobre la superficie de aplicación, o independientemente, consiguiendo movimientos angulares específicos para trabajos especiales.

Sobre cada uno de los movimientos X, y para la fijación de la unidad de trabajo durante el desplazamiento longitudinal, se sitúan unas ventosas de vacío que aseguran la rigidez y precisión necesarias para el desplazamiento.

B.- Un bastidor principal, que es el nexo de unión de todos los subsistemas de la unidad de trabajo, que son: Mecanismos de avance hacia la superficie de trabajo, que en adelante se llamará eje Z, el cual está dotado de tres conjuntos de avance, mediante servomotores, poleas y husillos con tuercas de holgura controlada, que pueden trabajar conjuntamente, creando un movimiento de avance perpendicular a la superficie de trabajo, o independientemente, consiguiendo movimientos específicos para trabajos especiales.

Al final de cada uno de los movimientos Z, y para la fijación de la unidad de trabajo a la superficie de aplicación, se sitúan dos ventosas de vacio que aseguran la rigidez y precisión necesarias para las aplicaciones de trabajo. Esta disposición permite como gran ventaja crear un dispositivo de trabajo de alta rigidez y precisión, permitiendo el trabajo de posicionamiento en cinco ejes.

- Mecanismo de avance perpendicular al eje X, que se llamará en adelante eje Y, el cual soportado por el bastidor principal consigue el deslizamiento de la herramienta de trabajo hasta la ubicación adecuada de trabajo sobre un sistema de guiado precargado, mediante el uso de un servomotor y husillo con tuerca de holgura controlada.

Pisador con controlador de profundidad, encargado de asegurar el correcto pisado de las piezas a trabajar; disponiendo este dispositivo de un sistema de regulación de fuerza de pisado, y además lleva un sistema analógico o digital (opcional) que controla el movimiento de avance del eje Z para trabajos muy delicados o de alta precisión, tal como avellanados cónicos, etc. Sistema de referencia y corrección del posicionamiento, por ejemplo con cámaras de visión artificial, el cual permite, integrado con el sistema de gobierno informático, establecer la posición de la unidad de trabajo, respecto de zonas de especiales características de la superficie de aplicación, situando y corrigiendo, si es necesario, los parámetros que determinan la situación de la unidad de trabajo sobre la superficie de aplicación.

Según una realización de montaje (figuras 1 a 7), el conjunto móvil incorpora dos sistemas de avance longitudinal (1), mediante un sistema de fijación (2) y un sistema de tracción (3) , los cuales van integrados en sendos conjuntos similares que actúan independientemente o de manera sincronizada sobre ambos laterales, determinándose la movilidad del conjunto mediante una actuación de ambos sistemas, que produce un avance por pasos, con gran precisión, debido a los accionamientos laterales mediante servomotores independientes (4) . A su vez, una actuación independiente de estos sistemas logra una corrección del posicionamiento angular del conjunto móvil.

El conjunto móvil consta de un bastidor (5) , al cual van asociados los sistemas de fijación-tracción, comprendiendo el sistema de fijación (2) de cada conjunto lateral varias ventosas de vacio montadas por parejas, mientras que el sistema de tracción (3) de cada uno de los mencionados conjuntos laterales comprende un accionamiento mediante un servomotor (4), a través de un husillo (.6) con tuerca de holgura controlada.

El bastidor (5) se sustenta, en el desplazamiento longitudinal X sobre las ventosas de fijación, mediante unos actuadores neumáticos (7), los cuales determinan una suspensión flotante de dicho bastidor (5) durante el movimiento, yendo sobre este bastidor (5) un carro (8) que es susceptible de desplazamiento transversal mediante accionamiento por un servomotor (9), en el cual carro (8) va incorporado verticalmente el cabezal de trabajo (10), en el que es susceptible de incorporarse cualquier tipo de utillaje de mecanizado, para taladrar, remachar, soldar, etc.

El bastidor (5) incorpora por debajo además unas ventosas de vacio (11), las cuales van dispuestas mediante correspondientes husillos verticales (12) , yendo en relación con los mencionados husillos (12) un sistema de accionamiento independiente, mediante un servomotor (13) y una transmisión de correa (14), determinando con ello una movilidad que permite el desplazamiento en vertical del conjunto móvil para el posicionamiento del cabezal de trabajo (10) en relación con la superficie de aplicación para los mecanizados.

En otra realización de montaje (figuras 8 a 12), el conjunto móvil se incorpora en montaje respecto de unos railes (16) , mediante un sistema de bloqueo y un sistema de tracción, los cuales van integrados también en sendos conjuntos iguales que actúan de manera sincronizada sobre los respectivos railes (16) de ambos laterales, determinándose la movilidad del desplazamiento mediante una actuación de ambos sistemas que produce un avance por pasos, lo cual junto con la actuación del accionamiento en ambos laterales, da lugar a una gran precisión del movimiento para situar el conjunto móvil donde corresponda. El conjunto móvil consta en este caso igualmente de un bastidor, al cual van asociados los sistemas de bloqueo y de tracción, comprendiendo el sistema de bloqueo de cada conjunto lateral una pinza neumática (17) que es susceptible de realizar un apresado de bloqueo sobre el rail (16) correspondiente, mientras que el sistema de tracción de cada uno de los mencionados conjuntos laterales comprende unos juegos de ruedas (18) que establecen deslizamiento rodante sobre el borde interior del rail (16) respectivo, actuando dichos juegos de ruedas (18) en accionamiento motriz mediante un servomotor (19), a través de un husillo (20) con tuerca de holgura controlada.

El bastidor (5) del conjunto móvil se sustenta en este caso sobre los juegos de rueda (18) mediante unos actuadores neumáticos (21) , los cuales determinan la suspensión flotante; yendo sobre dicho bastidor (5) el cabezal de trabajo (10), mediante un carro (8) que es susceptible de desplazamiento transversal, de igual modo que en la realización de las figuras 1 a 7 explicada anteriormente.

El bastidor (5) incorpora igualmente por debajo unas ventosas de vacio (11), las cuales van dispuestas mediante correspondientes husillos verticales (12) de eje hueco, por los que se suministra el vacio para la actuación de dichas ventosas (11), yendo en este caso en relación con los mencionados husillos (12) un sistema de accionamiento común, mediante un servomotor

(13) y una transmisión de correa (14), determinando asimismo una movilidad que permite el desplazamiento vertical del conjunto móvil para el posicionamiento del cabezal de trabajo (10) en relación con la superficie de aplicación para los mecanizados. Los railes (16) están formados por perfiles flexibles realizados en CFRP, los cuales se disponen paralelamente, unidos mediante unas placas transversales (22), en las que se incorporan unos bulones extensibles (23) , mediante los que se establece el posicionamiento exacto de la instalación respecto de la superficie de aplicación.

Dichos perfiles de los railes (16) incorporan por debajo unas ventosas de vacio (24), que disponen de unos puntos de material inocuo de contacto con la superficie de aplicación, los cuales permiten establecer una referencia para la fijación de los mencionados perfiles sobre la superficie de aplicación.

Esos perfiles de los railes (16) se aprovechan además como canales de distribución y almacenaje del vacio necesario para las ventosas (24), sectorizando la distribución para minimizar los efectos de posibles pérdidas de vacio locales; si bien los bulones (23) de las placas transversales (22), evitan la calda de la unidad de trabajo en caso de la pérdida del vacio en todas las ventosas (24).

En ambas realizaciones las ventosas (11) permiten fijar el conjunto móvil sobre la superficie de aplicación para realizar los mecanizados, con lo cual se logra una perfecta sujeción del cabezal de trabajo (10) en la posición de los mecanizados, quedando aplicada dicha sujeción directamente desde el bloque del conjunto móvil a la superficie de trabajo.

En función de dicha aplicación las ventosas (11) se hallan estructuradas con dos bordes de apoyo elásticos, mediante los cuales se establece el contacto para la fijación sobre la superficie de aplicación, sin que ésta sufra deterioro. En la parte interior dichas ventosas (11) determinan además un punto duro de referencia, mediante el cual se define con exactitud la posición de fijación sobre la superficie de aplicación.

En las distintas partes del conjunto móvil se disponen además detectores, mediante los cuales se establece un control de los posicionamientos, a partir de una posición inicial que se establece mediante uno o más sensores (15) respecto de un punto de referencia predeterminado, corrigiendo las desviaciones que se puedan producir respecto de las posiciones programadas para realizar los mecanizados, disponiéndose el conjunto funcional gobernado por un sistema informático, en función de programaciones especificas para las operaciones de mecanizado a realizar en cada caso.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, del tipo de los que incorporan un conjunto móvil portador del cabezal de trabajo, en disposición de desplazamiento sobre la superficie de aplicación, caracterizado en que el conjunto móvil portador del cabezal de trabajo (10) se incorpora en montaje respecto de unos sistemas de desplazamiento (1) integrados en sendos conjuntos laterales, cada uno de los cuales comprende un sistema de fijación (2) y un sistema de tracción (3) , que actúan independientemente o de manera sincronizada, determinándose la movilidad del desplazamiento en un avance por pasos mediante la actuación de ambos sistemas (2 y 3) , lo cual junto con la actuación del accionamiento en ambos laterales proporciona un movimiento que permite situar con precisión el conjunto móvil donde corresponda.

2.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que los sistemas de desplazamiento (1) integrados en los conjuntos laterales incorporan en la parte inferior ventosas para la fijación del conjunto sobre la superficie de aplicación, poseyendo dichas ventosas unos bordes elásticos que permiten la fijación sin dañar la superficie de aplicación, mientras que en la parte interior poseen un punto duro de referencia que permite definir la posición de fijación con exactitud.

3.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que el conjunto móvil comprende un bastidor (5), al cual van asociados los sistemas de fijación (2) y de tracción (3) de los conjuntos laterales, comprendiendo el sistema de fijación (2) de cada conjunto lateral unas ventosas de vacio, mientras que el sistema de tracción (3) de cada uno de dichos conjuntos laterales comprende un accionamiento mediante un servomotor (4), a través de un husillo (6) con tuerca de holgura controlada.

4.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la primera y tercera reivindicaciones, caracterizado en que sobre el bastidor (5) del conjunto móvil va dispuesto en montaje de desplazamiento transversal un carro (8) portador del cabezal de trabajo (10) , mientras que en la parte inferior dicho bastidor (5) incorpora unas ventosas

(11) para la fijación y posicionamiento sobre la superficie de aplicación, las cuales van dispuesta en un montaje de desplazamiento vertical mediante servomotores (13), permitiendo todo el conjunto un movimiento en cinco ejes para el posicionamiento de trabajo del cabezal (10) .

5.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado en que en el conjunto móvil se disponen sensores (15) , mediante los que se establece la posición del cabezal (10) sobre las zonas de trabajo, en relación con puntos de referencia predeterminados, corrigiendo las desviaciones que se puedan producir respecto de las posiciones programadas para realizar los trabajos.

6.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que el conjunto móvil portador del cabezal de trabajo (10) es susceptible de incorporarse en montaje sobre unos railes (16), mediante un sistema de bloqueo y un sistema de tracción integrados en sendos conjuntos laterales que actúan independientemente de manera sincronizada sobre los respectivos raíles (16) , determinando una movilidad de desplazamiento por pasos sobre dichos raíles (16) , mediante la actuación de ambos sistemas en cada uno de los laterales.

7.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la sexta reivindicación, caracterizado en que el sistema de bloqueo de cada conjunto lateral comprende una pinza neumática (17), mediante la cual es susceptible un apresado de bloqueo sobre el raíl (16) correspondiente, mientras que el sistema de tracción de cada conjunto lateral comprende unos juegos de ruedas (18), mediante los que se establece un deslizamiento rodante motorizado sobre el borde interior del raíl (16) respectivo.

8.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la sexta reivindicación, caracterizado en que los raíles (16) incorporan en la parte inferior unas ventosas (24) para la fijación sobre la superficie de aplicación, las cuales poseen en la parte interior puntos duros de referencia para establecer las posiciones de fijación, mientras que entre los raíles (16) se incorporan unas placas transversales (22), en las que se incorporan unos bulones extensibles (23) que permiten determinar la situación del conjunto en la instalación.

9.- Conjunto flexible para trabajos sobre grandes superficies, de acuerdo con la sexta y octava reivindicaciones, caracterizado en que los railes (16) se constituyen por perfiles flexibles huecos que se utilizan como canales de distribución y almacenamiento de un suministro de vacio para las ventosas (24), estableciéndose dicho suministro de un modo sectorizado en relación con el conjunto de las diferentes ventosas