WO2020067865A1 - Sistema mecánico para la colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular - Google Patents

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WO2020067865A1
WO2020067865A1 PCT/MX2019/000017 MX2019000017W WO2020067865A1 WO 2020067865 A1 WO2020067865 A1 WO 2020067865A1 MX 2019000017 W MX2019000017 W MX 2019000017W WO 2020067865 A1 WO2020067865 A1 WO 2020067865A1
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WO
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strip
subsystem
composite
cutting
reel
Prior art date
Application number
PCT/MX2019/000017
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel de Jesús ESPINOSA RAMÍREZ
Luz Elenne RANGEL MAYA
Miguel Ángel LARA TREJO
Ricardo COLÍN VILLAREAL
Luis DEL LLANO VIZCAYA
Roberto SOSA CRUZ
Jaime TREJO ALMARAZ
Hugo GAMEZ CUATZIN
Carlos RUBIO GONZÁLEZ
Original Assignee
Centro De Ingeniería Y Desarrollo Industrial
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns

Definitions

  • the present invention consists of a mechanical system applied in the industrial sector of advanced manufacturing; specifically refers to a mechanical system for the automated placement of strips of composite material or for its meaning in English type Automa ⁇ ed Fiher Piacement (AFP), said mechanical system of smaller dimensions compared to those existing in the market and with the ability to perform Cuts on the strips of composite material at angular positions with respect to their cross section, allows you to minimize material losses during cutting and laying processes in specific applications.
  • AFP Automa ⁇ ed Fiher Piacement
  • Object of the present invention consists of a mechanical system for the automated placement of strips of composite material or for its meaning in English, Automaid Fiber Piacement (AFP) type, characterized by placing strips of composite material of various widths, from a filament Automated on a surface, the invention is characterized by having a mechanism capable of making angular cuts greater than 90 ° and less than 90 ° with respect to the cross section of the strip.
  • AFP Automaid Fiber Piacement
  • the present invention has the ability to transport the strip in a straight line! through the guide channels from a distributor reel to the compacting roller, this being a differentiator in the strip feeding process, since the possibility of jamming due to accumulation of resin residues of the composite material is reduced.
  • the mechanical system of the present invention has a design of at least 50% smaller dimensions compared to the technology offer in e! market; which facilitates the transport and assembly to a robot arm.
  • the present invention has a modular configuration in the guide of strips; which facilitates the maintenance of the channels because it is possible to remove simple one of the components of the guide assembly;
  • the modular compactor roller assembly facilitates rapid roller exchanges in each of the maintenance periods.
  • the feed strip reel housing subsystem is foldable which facilitates the manual feeding process of the composite strip for the subsequent processes of automatic placement, starting or finishing of the material.
  • the angular cuts generated by the present invention allow minimizing the loss of material during the manufacturing process, directly influencing the decrease in! production cost.
  • composite materials are highly demanded elements for advanced manufacturing in applications in the aeronautical, wind, automotive, sports, biomedical, etc. sectors, mainly due to their advantages in mechanical properties, with respect to the stress distribution of other materials; however, the process of manufacturing parts from composite materials is a complex process, with limited manufacturing quality, there is no repeatability and there is considerable loss of composite material during the manufacturing process.
  • AFP Automated Fiber Placement
  • Automated Tape Laying (ATL) type technology for automated tape placement has principles of operation equal to AFP technology in which it uses a head for automated placement of material strips! Composed on a mold, but with the difference of handling strip widths greater than or equal to 300 mm
  • the Fiber Patch Placement (FPP) known in Spanish as Fiber Patch Placement it is used for advanced preforming of carbon fiber composites by placing one-way patches along the load routes of a particular part.
  • the filament winding technology or for its meaning in English Fiiament Winding, focuses on the automated placement of composite materials, mainly the manufacture of tubular parts, from a process in which there is no direct placement head. of tapes.
  • the Braiding Machine consists of a braiding machine that interlocks! Monkeys three strands of composite materials to form a reinforced hose, covered power cables and some types of sockets.
  • the aeronautical sector focused mainly on the manufacture of fuselages, wings, among other parts of aircraft components: the wind sector, where the manufacturing process of the blades for wind turbines, manufacturing of composite materials begins with automated technologies; the automotive sector, with the focus on the manufacture of parts of medium and small dimensions in which high mechanical resistance and low structure weight are required! (small components): biomedical (prosthetics of composite materials); sport (skateboard, snowboard, water ski, etc.), and among others; therefore, it is anticipated that many components may be manufactured from automated technologies using or with the aid of heads for the placement of strips of material! compound.
  • Patent ES2144900 describes a head! for the application of laminates or strips of carbon fiber of composite material, with which and by means of the compact superposition of successive strips, laminated pieces are formed. It is characterized by carrying out the tension at certain constant values of the fiber through the tensioning fingers actuated by pneumatic cylinders, ending with the placement of the fiber on a surface.
  • the invention is mounted on a gantry type structure. The force Compaction is regulated from a pivoted arm at one point.
  • the head has blades that allow the fiber to be cut longitudinally with the ability to adjust the spacing of each blade in order to regulate the! cutting width.
  • Patent US740286SB2 describes a head for placing thermoplastic tape on an object.
  • the object of this invention is to provide an automatic placement head of thermoplastic material in situ incorporating conformable compactors.
  • the set of rollers that guide the belt towards the compaction zone are characterized by being cantilevered walking on one of the metal plates of the head, the head is mounted on a gantry structure and also has a table-base that has ia Ability to rotate horizontally at different working angles.
  • the head has a compaction area in cold and another in hot.
  • the melting temperature range of thermoplastic tapes ranges from ios 360 ° C to 400 ° C.
  • the compaction force is generated by a pneumatic cylinder in a vertical position.
  • the hot compacted area (4 inches wide by 3 inches long) has 6 rows of 40 metal segments.
  • the cold compacted area has 8 rows of 48 metal segments.
  • US patent 8256484 B2 describes a head mounted on the end effector of a robotic arm, makes use of numerous fiber windings that are cantilevered on a base plate anchored to the fine effector! of the robot.
  • Each of the reels of strips are mounted on some buckles that can include a brake (from a strap) to maintain an adequate tension where said generated friction can be modulated by a solenoid or a servo.
  • the guide and guide rollers rotate freely on a base. AND! subset of compaction rollers is pressed to the part by pneumatic cylinders.
  • the tape is contained within a housing and the head may include a heater and a cooler.
  • Patent US42921G8 refers to a machine for the placement of composite material tapes that consists of a head with a reel of composite material tape that is untangled from a motor, has a mechanism responsible for making longitudinal cuts to the tape in certain wide, later the tapes are guided through a band of rollers that prevent the tape from overlapping or becoming disoriented with respect to the direction to follow, the tape arrives up to a compaction roller where they are pressed against the mold, which in turn are heated for better adherence on the mold and each tape path is cut transversely by a solenoid that is activated.
  • Patent US7928537B2 refers to a composite fiber carbon applicator head (thermoset or thermoplastic) mounted on a robotic arm.
  • the head includes a compactor roller, fiber storage means and means for transporting the fiber to the application head (fiber transfer drive rollers), cut-lock system for each individual fiber (consist of a lock means by means of a precise and complex center system, and each blade is activated by a pneumatic cylinder), means of route change (in order to redirect each fiber that has just been cut), includes means of temperature regulation.
  • Patent US 8733417 B2 refers to a fiber placement machine mounted on a gantry or robot arm structure.
  • the purpose of the present invention is to overcome the limitations in laying speed and, in particular, to propose a compact fiber application machine, of simple design and at a lower cost. It has a handling capacity of 28 fiberglass strips.
  • the head can be mounted on a robot arm or a gantry structure.
  • the drive means can be controlled in such a way that the peripheral speed of the cylinders is 20% to 40%, approximately 30% faster than the highest fiber movement speed.
  • the head has devices for the incorporation of resin into the dry fiberglass.
  • the dosing media have the ability to resin coat the fiber just in front of the roller.
  • the rollers have annular grooves.
  • Patent US5700347 describes a head for laying thermoplastic resin (carbon fiber) impregnated tapes to form a composite.
  • the invention includes a clutch (magnetic), with substantially equal static and dynamic coefficients of friction, together with the tape reels to keep the tapes under controlled tension, a set of guides to align the tapes and avoid gaps between adjacent tapes, a guillotine type cutter (shear), a heating source, compression roller, tape reset rollers at the end of each cutting cycle, post rollers for cold compression and rollers for aligning and reducing edges.
  • Patent US5979531 describes a head for laying thermosetting fibers in two directions.
  • the head has the following parts: feeding set, means for guiding the fibers, apiicator roller, device to rotate the apiicator roller, fiber heater, hot air collector, blocking sensor, positioning sensor, 7 pneumatic actuators , 12 motors, and 5 fiber coolers.
  • the present head has the characteristic of applying fibers in two directions, that is, forwards and backwards: improving productivity, a device rotates the application assembly in relation to the supply assembly.
  • Patent US3775219 describes a composite material tape placement head designed for direct mounting to a gantry-type structure and using a 3-inch tape.
  • Said head has the ability to move on three axes, the cutting mechanism is activated when two photo-falls are aligned with the edge of the mold and activated by a retro reflective tape, thus generating a cut; the deceleration of the head when the edges are detected is carried out by a photoelectric sensor.
  • It has the reel for winding the insulating tape, in the guiding system it only uses an adjustable screw to hold or press the tape with the roller, the cutting mechanism has the ability to make angled cuts of + 45 / -4S Positioning of the fiber runner horizontally.
  • Patent US005290389A describes a head! supply that is adapted for the application of fiber bands on a mandrel to form tubular objects.
  • the present patent has the ability to impregnate 32 strips of fibers.
  • the drive motor coupled to the supply roller contains a tachometer that controls the rate of positioning.
  • the position encoder controls the position of the application roller.
  • Each of the cutting blades are actuated by means of a pneumatic cylinder.
  • the holding device punctures the cut strips and prevents them from coming out of the head during placement.
  • Optical sensors can be used at the front end of the head to drive the fiber clamp roll assembly once the tow reaches the front end and thereby initiate new fiber feedback to the pick roller.
  • the motor of Roller drive is controlled synchronously with the fiber placement speed.
  • Patent US 7293590 B2 describes an automated method and apparatus for laminating various structural articles with various resin impregnated fiber strips, in addition an automatic cut-and-reset procedure is employed in e! present apparatus to increase performance.
  • the head works in two positioning directions, so it has two left and right side feed impellers.
  • a right side works in one direction by bequeathing to! trailing edge of the mold is automatically deactivated to operate the left side and start fiber placement in the reverse direction.
  • Each of the fiber runners is driven by motors to guide the fibers to the compaction roller.
  • the mechanical configuration of the fiber guide subsystem from the protective tape take-up and reels can generate several problems of fiber entanglement; since in many cases they are complex mechanisms that involve a large number of moving parts.
  • Some Inventions incorporate heated metal segments as a compaction medium for the strip instead of a roller, this proposal demands the use of a considerable amount of said compacted metal segments, and therefore results in large and heavy heads, the complexity of said mechanism Compaction, cutting mechanisms designed specifically for cross-cuts to the strip, complex strip guiding systems, and unusual compaction rollers among others.
  • the head cutting the strip at a desired position and at a preselected angle to the workpiece.
  • the angular cut of the The strip is problematic because it represents a factor that demands space, design, and hinders the process of transporting the fiber strips from the feeding subsystem, to the cutting subsystem and to the final compacting roller.
  • the problem focuses on how to design e! or the mechanisms that allow the blade to make cuts greater than -90 ° and less than 90 ”without any of the pieces of the cutting subsystem generating interference with the subassembly that contains the guide channels of the strip, the challenge involved in configuration of the assembly of the actuators to carry out the cut and the way to carry out the sub-assemblies of the other subsystems.
  • the strip reel subsystem mounted outside the head involves various problems due to the mounting configuration of said reels, since the configuration of guiding the strips from an outside head housing to the compaction roller demands a more complex design and expensive.
  • the accumulation of strips in the guide openings is common, due to the matter! compound called in English prepreg, is a material made up of a reinforcement, that is, the filament and the matrix called resin.
  • the resin is the main factor, since it is a substance with a high level of adhesion, which implies a high risk of accumulation that eventually generates clogging.
  • the mechanical systems in the state of the art do not refer to technical attributes that allow the easy disassembly of parts to carry out maintenance services.
  • the present invention refers to a new mechanical system that stops the automated placement of strips of composite material (Automated Fiber Placement) of lower dimensions; In a percentage of at least 50% smaller compared to the existing ones, which facilitates transport and its assembly to a robotic system, this characteristic is mainly due to the selection, design of subsystems and components that allow reducing weight and size. Due to its more compact dimensions, there is greater viability for the manufacture of parts of small and medium size, which in conventional manufacturing systems would be difficult to do.
  • the present invention has the ability to transport the strip linearly through the guide channels from a distributor reel to the compacting roller, which makes this mechanical system different in the strip feeding process, since it reduces the possibility of clogging due to accumulation of resin residues of the composite material.
  • the present invention has a modular configuration in the guide of strips; io that facilitates the maintenance of the channels because it is possible to easily remove one of the components of the guide assembly; Likewise, the modular assembly of the compacting roller facilitates the rapid exchanges of the roller in each of the maintenance periods.
  • the feed strip reel housing subsystem is foldable which facilitates the manual feeding process of the composite strip for subsequent automatic placement processes.
  • the present invention relates to a mechanism for automated placement of composite strips on a mold, mounted on the fine effector! of a robot arm.
  • the mechanism has the capacity to accommodate a reel with a strip of composite material for placement with widths selected from a filament, as well as a reel to carry out the collection of! matter! strip protector prepreg when required.
  • said material has the characteristic of carrying a protector that allows the strips wound on the reel not to adhere completely.
  • the process of placing strips of composite material on a surface is carried out due to the subsystems that make up the mechanical system which, together with a robotic system, are activated from an logical sequence of operation and programming, depending on the work surface.
  • the present invention incorporates a mechanism that allows angular cuts to be made in the 360 ° obtaining as a result that the levels of waste generated during the manufacturing process of a part is 15-25% compared to a head! that only allows cross cuts to the strip.
  • the angular positions (0 °, 45 ° and -45 °) represent the most important cuts according to the orientation of placement of the strip, however, the capacity is not limited to these angles. This feature allows you to customize the cutting degrees.
  • the present invention is constituted by a strip distribution subsystem, which is attached to the main casing with the capacity of angular folding with respect to the original position, allowing ease of manipulating the strip during the accommodation process for subsequent automatic processes. placement.
  • the distribution subsystem is made up of a strip distributor reel where the rotation is controlled from a torque limiting element to avoid excessive unwinding of the strip due to the effects of the feeding subsystem, on the other hand, the material collection reel protector is mounted to a motorized shaft operating in synchronization together with the motors of the strip feeding subsystem and lastly there is a powerful platform in which the separation of the protective material is carried out so that the strip is transported to the other subsystems.
  • the strip feeding subsystem is responsible for the linear displacement of the strip from said subsystem to the compacted roller of said
  • the power supply is formed by a driving wheel joined on an arrow that rotates through a system of bevel gears that are in turn coupled to an otoreductor.
  • a freely rotating wheel which, through a linear actuator, can move towards the driving wheel to generate friction and thus transport the strip over the guide channels.
  • the operating principle of the strip feeding subsystem is based on friction wheels where the strip is transported when it is located in the middle of the two wheels in full contact.
  • the feeding subsystem must transport the strip to the cutting subsystem.
  • the cutting subsystem has the function of carrying out the cuts at specific angular positions at 380 °, the cut is made by a knife from a shear mounted on the stem of a linear actuator.
  • the blade includes a cutting anvil as well as a piece that helps to fix the strip on the anvil so that the blade can subsequently cut.
  • the angular cutting positions are due to an actuator that transmits the rotational movement towards the blades by means of transmission elements.
  • the heating subsystem is responsible for activating the resin of the pre-impregnated fiber before compaction on the work surface, said resin activation is achieved due to the contact of the hot air flow with the pre-impregnated fiber, cold air enters the Modular duct of the heating system with the help of an air injection element, said modular duct contains inside a heat source that delivers heat energy to the air flow that is directed towards the secondary duct and later to the outlet nozzle, Said outlet nozzle is located in the lower part of the guide trough and close to the compactor roller.
  • the final compaction roller performs the function of placing the strip on the work surface by operating a robotic system. Due to the fact that the prepreg strip is very sticky, the compacting roller has a non-stick coating that minimizes adhesion, it is worth mentioning that said compacting roller is driven by the contact generated with the work surface.
  • Figure 1 Isometric views of the mechanism for automated placement of composite strips with angular cutting capacity
  • Figure 2. Front (left) and lateral (right) view of the automated placement of composite material strips with angular cutting capacity
  • Figure 9 Mechanism assembly for the automated placement of composite material strips with angular cutting capacity
  • Figure 1 Strip distribution subsystem with folded position
  • Figure 13 Isometric view of the mechanism for automated placement of composite strips and heating system
  • Figure 15. Isometric view of the guide trough and the modular nozzle of the heating system
  • Figure 18 Example of application of the mechanism for the automated placement of composite material strips with angular cutting capacity mounted on a robot arm.
  • the present invention consists of a mechanical system for the automated placement of composite material strips with angular cutting capacity (1), consisting of the strip compacting subsystem (10), the strip guiding subsystem (20), and the subsystem cutter (30), the strip feeding subsystem (50), e! strip distribution subsystem (70) and heating subsystem (80).
  • the invention is characterized by guiding a strip of composite material (1 1) in a straight line! from the guide channels (21a) from a feeding reel (72) to the compacting roller (13) io which makes this novel mechanism in the strip feeding process, since this guiding configuration allows avoiding contacts direct from the strip to the walls, which minimizes the risk of adhesion, facilitating the linear transport of said material.
  • the composite strip (1 1) is made up of at least one pre-impregnated carbon fiber strip.
  • the pre-impregnated fiber is deposited on the work surface (12) once the material strip! protector has come off leaving the face free with resin.
  • the pre-impregnated fiber has the characteristic of being formed by e! reinforcing material, in this case, filaments of some fiber mixed with a certain percentage of resin (thermoset or thermoplastic), where said resin represents a viscous and sticky substance, for which the pre-impregnated fibers need an attached strip or protective tape to them to avoid direct contact between fibers when they are wound on a reel,
  • the strip compacting subsystem (10) is designed to make quick changes to the compacting roller (13), which is made up of a non-stick coating (14), a solid core (15) that allows it to withstand workloads; said core is assembled by means of an arrow (17) to the bearings (16), said bearings avoid friction in the rotation of the arrow.
  • the retention rings (16a) are incorporated.
  • the arrow (17) is supported by the fixing bases (18) which are assembled on the plates of the secondary casing (2a) of the mechanism (1) by means of fastening elements (19).
  • the strip compacting subsystem (10) performs the function of placing the composite strip (11) on the work surface (12), said component of the present invention is characterized by its modular assembly, which allows ease of rapid exchanges of the compaction roller (13) in each of the determined maintenance periods; Since it is only necessary to remove the clamping elements (19) for the assembly and disassembly of the compacting subsystem (10), once said subsystem has been removed, disassembly and replacement of the compacting roller (13) are carried out.
  • Strip guiding subsystem (20) allows the composite strip (1 1) to be led from the feed reel (72) to the strip compacting subsystem (10).
  • Said strip guide subsystem (20) is made up of two plates (21) and (22) where one of them contains the guide channels (21 a) with dimensions similar to the width of the composite strip (11), the modular design of said sub-assembly
  • the strip guide subsystem (20) is made up of two guide plates
  • the plate (21) is characterized by having a quick exchange capacity because it is fixed at its lateral ends (21 b) by elements such as Bali plunger (23) and ball detent (24 ) that allow to easily join and move the guide plate (21) to carry out the maintenance of the guides; as well as practicality in the manual placement of the composite material strip (1 1) for subsequent automatic placement operations.
  • the guide plates (21) and (22) are assembled through the operating principle of the ball plunger (23) and ba ⁇ l tiétent (24) to contact each other and in turn also allows us to easily move the guide plate (21 ) tai and as previously mentioned.
  • the component (25) is housed in the guide plate (21) by means of a mechanical adjustment and represents one of the photoelectric presence sensors that sends the signals to start feeding the composite strip (11) from a motor reducer (52) of the power subsystem (50).
  • the strip guiding subsystem (20) has a modular configuration of guiding the strip, which allows easy maintenance of the guide channels (21 a) since A component of the strip guide subsystem (20) is fully removed. It is a modular assembly characterized by allowing quick interchanges in the width of the strip of composite material ⁇ 1 1 ⁇ and increasing or reducing the number of strips for application at the same time in the process.
  • the guide plate (22) has the hole (22a); in which the cutting anvil (26) is housed; while the guide plate (21) has the hole (21c) through which the cutting blade (37) passes, thereby achieving angular cuts at 360 ° with respect to the cross section of the strip made of composite material (1 1).
  • the cutting subsystem (30) is assembled through the holes (31a) and (32a) located on both sides of the plates (31) and (32) by means of screws on the plates of the secondary casing (2a), said subsystem (30) has a mechanism capable of making angular cuts at ios 360 ° with respect to the cross section of the composite strip (1 1); It consists of the turning piece (33) and two pieces (31) and (32) that keep all the other components fixed by means of fastening elements.
  • the turning part (33) corresponds to the rotation base of the cutting subsystem (30) and is assembled at its axial ends by means of ball bearings (34a) and (34b) that allow the turning part (33) to rotate the corresponding angles.
  • the cutting of the composite material strip (11) is carried out by the actuation of an actuator (35) in which a part (36) that holds a cutting blade (37) fixed to it has been assembled through its stem. through a movable part (36a) and clamping elements (37a) for the complete fixing of the cutting blade (37) on the part (36); It is worth mentioning that the movable part (36a) as well as the geometry of the cutting blade (37) allow the rapid exchange of said cutting blade (37) by loosening the fastening elements (37a).
  • the part (36) has cam followers (38) at its lateral ends, which through the grooves ( 38a) present in the turning part (33) allow the linear movement of the cutting blade (37) with respect to the turning part (33).
  • the immobility of the strip is achieved due to the actuation of the linear actuator (35 ) which firstly moves the piece (39) towards the cutting anvil (26) causing the strip (1 1) located between said pieces to remain in the rest position (pressed) and instantly the blade (37) makes the cut passing through a rectangular hole present in part (39) with dimensions similar to the width and thickness of the blade.
  • both the piece (39) and the blade (37) return to the original position causing the strip (11) to be released for subsequent processes.
  • the mechanical configuration that allows the angular cuts to be made is due to the actuation of an actuator (40) that allows reaching the aforementioned angular positions, where said rotational movement is transferred by means of a transmission mechanism (40a) and band (40b) to the piece of turn (33) which holds the components of the cutting subsystem (30).
  • the rotational movement of the turning part (33) is driven by the circular guides (31 b) located in the part (31); which allows 360 ° blade positions.
  • the angular cuts generated by the present invention allow to minimize the waste of material strip! compound (1 1) during the manufacturing process, which directly influences the decrease in the cost of production. This translates into a lower percentage of waste generation in manufacturing processes compared to conventional manufacturing methods, which implies a positive impact on environmental care by generating a lower percentage of composite waste.
  • the strip feeding subsystem (50) is assembled by means of screws on the plates of the secondary casing (2a), it is made up of the driving wheel (51) and the driven wheel (51 a) that have a silieone coating and a solid core aluminum (51 b) and (51 c) respectively.
  • the drive wheel (51) joins the female threads (55) of the arrow (53) and the arrow (54) by means of the female thread (51c), whichever! allows practicality in disassembly.
  • Said arrows are mounted on bearings (56) that allow free rotational movement of the drive wheel (51) and in turn they are fixed to the pieces (57a) and (57b) for their attachment to the plates of the secondary casing (2a).
  • the strip feeding subsystem (50) allows the feeding of the strip of composite material (11) in each of the automatic placement processes on the working mold 5 (12). AND! operation is performed from the fixed drive wheel (51) and the driven wheel (51 a) that is mounted on the stem of an actuator (62); The feeding process occurs when the strip of composite material (11) is located between the fixed driving wheel (51) and the driven wheel (51a); By actuating the actuator (52), the linear displacement of the strip on the guides (21a) occurs until the compacting roller (13) is ID.
  • the driven wheel (51 a) is secured to the part (59) and when the actuator (62) is actuated together they move linearly, with which the composite strip (1 1) is pressed. Subsequently, to feed the composite strip (1 1), the actuator (52) is activated, which allows the transmission of torque to the driving wheel (51) from transmission mechanisms (60). 0
  • the cam followers (59a) function as linear guides by acting on the grooves (2b) of the secondary casing (2a) which keep the driven roller (51a) positioned in the linear position when the actuator (62) is actuated .
  • the strip distribution subsystem (70) has the function of housing and distributing the composite material (11) to the other subsystems; it is assembled by means of a shoulder screw (74) and a retractable element (75) on one of the plates of the main casing (92) and is characterized by being a low-profile subsystem, that is, with angular positioning capacity with respect to its position original and allows the support of a 0 feeding reel (72), a collection reel (73) of the material I protector of the strip made of composite material (1 1) and a free-turning pulley (79e).
  • the attribute of being collapsible facilitates the manual placement process of the composite strip (1 1) when a new work process or some maintenance activity is going to start; because the strip guiding subsystem (20), the strip feeding subsystem (50), the cutting subsystem (30) can be easily accessed without obstruction of the strip dispensing reel (72) and of the take-up reel (73).
  • the strip distribution subsystem (70) integrates the part (71) that supports all the components;
  • the folding capacity of said subsystem is due to the fact that the shoulder screw (74) has the pivoting function while the retractable element (75) allows to position the strip distribution subsystem (70) to a new position.
  • the strip distributor reel (72) is mounted on an arrow (72a) by means of bushings (72b), the rotation of the strip distributor reel (72) together with the arrow (72a) and bushings (72b), is carried to carried out by means of a bearing (72c) mounted on a housing of the piece (71) which in turn is fixed by means of clamping elements (76) on the piece (71.
  • a torque limiting element (77) is integrated to counteract the excessive or inertial turns of the reel that occur when the composite strip (1 1 ) is supplied by the strip feeding subsystem (50).
  • the take-up reel (73) performs the process of winding the waste material strip! protector, said reel is placed on the arrow (73a) and rotates freely by means of a bearing (78b) that is fixed to the part (79a) and this in turn is secured to the part (71) by means of fastening elements ( 79).
  • the arrow (73a) is connected at one of its ends to a pair of movement transmission mechanisms (79b) that, by means of a single gear (79c), allow the drive of the take-up reel (73) to wind the waste strip of matter! protector of composite material (1 1) when on e! laying process on the work surface (12).
  • a free-turning pulley (79e) that allows the material strip! Compound (1 1) compensate for the axial movements it experiences when, Both the drive wheel (51) and the driven wheel (51 a) of the strip feeding subsystem (50) are in operation and feeding the composite strip (11) to the other subsystems.
  • the arrow (79d) is fixed by means of fastening elements (79f) to the piece (71) and at one of its ends it has a retaining ring (79g) so that the idler pulley (79e) has a displacement axial imitated.
  • the strip distribution subsystem (70) is characterized by a modular design that allows the quick exchange of the feed reel (72) in each of the periods that it is necessary to replace it with a new one and also when the collection reel (73) it is full.
  • the heating subsystem (80) is assembled on one of the side plates of the main housing! (92) by means of screws, it is designed to provide the adequate temperature for the activation of the pre-impregnated resin, said heating system is made up of a modular gutter (80a and 80b) that allows it to house a heating source (84). , cold air is injected into the inlet of!
  • said air inlet is part of the support plate (81) that joins the heating subsystem to the plate (92), said air is injected by the injection element (82) with a protection system (83 ) and runs through the internal duct (88) increasing the temperature of the fluid that makes a journey to the secondary duct (87) and subsequently to the modular nozzle (22b) that is made up of elements (22c) and (22d) and joins by means of fastening elements in the holes (22h) to the gutter (22), said two-section modular nozzle is joined by guide bolts and fastening elements (22g), the ducts (22e) and (22f) allow directing the flow of hot air in the direction of the pre-impregnated carbon fiber.
  • the mechanism for automated placement of composite strips with angular cutting capacity (1) It is a device that is mounted to a robotic system of at least one degree of freedom (90), where through a series of trajectories generated by programming depending on the work surface (12), the mechanism (1) has the ability to synchronize the placement of strips of composite material (1 1) on said surface (12).
  • the mechanism for the automated placement of composite strips with angular cutting capacity (1) is mounted to a robotic system of at least One degree of freedom (90) is provided with the flange part (91) that is part of the main casing (92), that is, it represents the component that supports together with the plate of the secondary casing (2a) to the subsystem of strip compacting (10), the strip guiding subsystem (20), the cutting subsystem (30), the strip feeding subsystem (50) and the strip distribution subsystem (70); it also has the function of supporting the normal maximum load ai that said device will be experiencing during the placement processes.
  • the secondary casing (2a) is joined to the main casing (92) by the clamping elements (93) and the bolt (93a). In order to completely remove the subsystems that are attached to the secondary casing (2a) and perform maintenance, it is necessary to loosen said fastening elements (93) and the bolt (93a).
  • a strip dispensing reel (72) is inserted into the arrow (72a) so that the composite strip (1 1) is unwound clockwise (A) from the mechanism (1 ), it is subsequently passed through the internal side (B) of the idler pulley (79e) and the composite material strip (1 1) without the protective material is introduced into the guide channels (21a) of the guide subsystem (20).

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Abstract

La presente invención hace referencia a un sistema mecánico para la colocación de tiras de material compuesto de forma automatizada sobre un molde montado en el efector final de un brazo robot con la característica de realizar los cortes de tira en posiciones angulares en el rango de 0 a 360°. El sistema mecánico realiza la colocación de al menos una tira de material compuesto de anchos seleccionables desde un filamento y hasta 30mm y además debido a que la tira es un material pre impregnado es necesario de un mecanismo que permita la facilidad de separar el material protector de la tira antes del proceso de compactado. El diseño modular de los canales de guiado lineal de la tira permite mayor practicidad para los servicios de manteamiento de los canales en los periodos que sea necesarios. La presente invención consta de un conjunto de subsistemas modulares que en conjunto con el sistema robótico y manera sincronizada siguen una secuencia lógica de operación para lograr el objeto de colocación de tiras de material compuesto y además es importante mencionar que en comparación de los cabezales comerciales existentes la invención que se describe se ha diseñado contemplando como requerimiento la reducción de dimensiones y peso.

Description

SISTEMA MECÁNICO PARA LA COLOCACIÓN AUTOMATIZADA DE TIRAS DE MATERIAL COMPUESTO CON CAPACIDAD DE CORTE
ANGULAR
CAIWPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste de un sistema mecánico aplicado en el sector industrial de la manufactura avanzada; específicamente se refiere a un sistema mecánico para la colocación automatizada de tiras de material compuesto o por su significado en inglés tipo Automaíed Fiher Piacement (AFP), dicho sistema mecánico de dimensiones inferiores en comparación a los existentes en el mercado y con la capacidad de realizar cortes sobre las tiras de material compuesto en posiciones angulares respecto de su sección transversal, le permite minimizar las pérdidas de material durante los procesos de corte y colocación en aplicaciones específicas.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
E! objeto de la presente invención consiste de un sistema mecánico para ¡a colocación automatizada de tiras de material compuesto o por su significado en inglés tipo Automaíed Fiber Piacement (AFP), que se caracteriza por colocar tiras de material compuesto de diversos anchos, desde un filamento de forma automatizada sobre una superficie, la invención se caracteriza por tener un mecanismo con capacidad de realizar cortes angulares mayores a 90° y menores a 90° con respecto a la sección transversal de la tira.
La presente invención tiene la capacidad de transportar la tira de forma linea! a través de los canales guías desde un carrete distribuidor hasta el rodillo de compactado, siendo este un díferenciador en el proceso de alimentación de tira, ya que se reduce la posibilidad de atascamientos por acumulación de residuos de resina del material compuesto.
El sistema mecánico de la presente invención tiene un diseño de dimensiones inferiores en al menos un 50% en comparación a la oferta de tecnología en e! mercado; lo que facilita el transporte y montaje a un brazo robot.
La presente invención cuenta con una configuración modular en el guiado de tiras; lo que facilita el mantenimiento de los canales debido a que es posible retirar de forma sencilla uno de los componentes del ensamble de guiado; asimismo, el ensamble modular del rodillo de compactado facilita los intercambios rápidos de rodillo en cada uno de ios periodos de mantenimiento.
El subsistema de alojamiento de carrete de tiras de alimentación es abatióle lo cual facilita el proceso de alimentación manual de la tira de material compuesto para los procesos posteriores da colocación automático, iniciado o terminado el material.
Los cortes angulares que genera la presente invención permiten minimizar la pérdida de material durante el proceso de manufactura influyendo directamente en la disminución de! costo de producción.
ANTECEDENTES
Actualmente los materiales compuestos son elementos para la manufactura avanzada altamente demandados en aplicaciones dei sector aeronáutico, eólieo, automotriz, deporte, biomédica, etc., principalmente debido a sus ventajas en propiedades mecánicas, con respecto a la distribución de esfuerzos de otros materiales; sin embargo, el proceso de manufactura de piezas a partir de materiales compuesto es un proceso compiejo, con calidad de manufactura limitada, no existe repetitividad y existe una considerable perdida de material compuesto durante el proceso de manufactura.
Existen actualmente tecnologías para la manufactura avanzada de componentes mediante materiales compuestos, entre las cuales destacan los siguientes.
La tecnología para la colocación automatizada de tiras de material compuesto o por su significado en inglés tipo Automated Fiber Placement (AFP) consiste de un cabezal montado sobre un sistema robótico con la capacidad de realizar la colocación automatizada de tiras unidireccionales de material compuesto sobre una superficie con anchos menores a 3Gmm dispuestos ai menos por un filamento.
La tecnología para colocación automatizada de cintas o por sus significado en inglés tipo Automated Tape Laying (ATL), cuenta con principios de funcionamiento igual a la tecnología AFP en el que hace uso de un cabezal para la colocación automatizada de tiras de materia! compuesto sobre un molde, pero con ia diferencia de manipular anchos de tira mayor o igual a 300 mm El Fíber Patch Placement (FPP) conocido en españoi como Colocación de parche de fibra, se emplea para preformado avanzado de compuestos de fibra de carbono mediante la colocación de parches unidireccionales a lo largo de las rutas de carga de una determinada pieza.
La tecnología de devanado de filamento o por sus significado en inglés Fiiament Winding, se enfoca a la colocación automatizada de materiales compuestos, principalmente a la manufactura de piezas tubulares, a partir de un proceso en el que no se tiene de forma directa un cabezal colocador de cintas. Por otro lado el Braiding Machine , consiste de una máquina de trenzado que entrelaza a! monos tres hilos de materiales compuestos para formar una manguera reforzada, cables de alimentación cubiertos y algunos tipos de encajes.
Algunos sectores industriales demandantes de materiales compuestos para ia manufactura avanzada son: el sector aeronáutico, enfocado principalmente en ¡a manufactura de fuselajes, alas, entre otras partes de componentes de las aeronaves: el sector eólico, en donde el proceso de manufactura de ias palas para los aerogeneradores se empiezan a manufacturar de materiales compuesto a partir de tecnologías automatizadas; el sector automotriz, con el enfoque de la manufactura de piezas de medianas y pequeñas dimensiones en el cual se requiere de gran resistencia mecánica y bajo peso estructura! (pequeños componentes): bíomédíca (prótesis de materiales compuestos); deporte (tabla de patinetas, snowboard, ski acuático, etc.), y entre otros; por tanto se prevé que muchos componentes podrán ser fabricadas a partir de tecnologías automatizadas mediante o con ayuda de cabezales para ¡a colocación de tiras de materia! compuesto.
Actualmente existe tecnología en el estado de la técnica relacionada a dispositivos para la manufactura avanzada con materiales compuestos, entre ios que se mencionan los siguientes:
La patente ES2144900 describe un cabeza! para la aplicación de tiras o bandas laminares de fibra de carbono de material compuesto, con las cuales y mediante la superposición compacta de sucesivas tiras se forma piezas laminadas. Se caracteriza por llevar a cabo la tensión a ciertos valores constantes de la fibra a través de los dedos tensores accionados por cilindros neumáticos, finalizando con la colocación de ia fibra sobre una superficie. La invención se monta sobre una estructura tipo pórtico. La fuerza de compactación es reguiada a partir de un brazo pivoteado en un punto. El cabezal tiene unas cuchillas que permite cortar longitudinalmente a la fibra con capacidad de ajuste en la separación de cada cuchilla con el fin de regular e! ancho de corte.
La patente US740286SB2 describe un cabezal para la colocación de cinta termoplástica sobre un objeto. El objeto de esta Invención es proporcionar un cabezal de colocación automática de material termoplástico in situ que incorpora compactadores conformables. El conjunto de rodillos que guían a la cinta hacia la zona de compactación se caracterizan por estar en voladizo andados sobre una de las placas metálicas del cabezal, el cabezal se encuentra montado sobre una estructura pórtico y además cuenta con una mesa-base que tiene ia capacidad de rotar horizontalmente a diferentes ángulos de trabajo. El cabezal presenta un área de compactación en frió y otra en caliente. El rango de temperatura de fusión de las cintas termoplásticas va de ios 360°C a 400°C. La fuerza de compactado es generada por un cilindro neumático en posición vertical. El cabeza! puede colocar un ancho de cinta de 76 mm. El área de compactado en caliente (4 pulgadas de ancho por 3 pulgadas de largo) tiene 6 filas de 40 segmentos metálicos. El área de compactado en frío tiene 8 filas de 48 segmentos metálicos.
La patente US 8256484 B2 describe un cabezal montado sobre el efector final de un brazo robótico, hace uso de numerosos embobinados de fibra que se encuentran en voladizo sobre una placa base anclada al efector fina! del robot. Cada uno de los carretes de tiras se encuentran montados sobre unos usillos que pueden incluir un freno (a partir de una correa) para mantener una tensión adecuada donde dicha fricción generada puede ser modulada por un solenoide o un servo. Los rodillos direccionadores y guiadores giran libremente sobre una base. E! subconjunto de rodillos de compactación es presionados hacia ia pieza mediante unos cilindros neumáticos. En muchas realizaciones la cinta se encuentra dentro de una carcasa y el cabezal puede incluir un calentador y un enfriador.
La patente US42921G8 refiere una máquina para la colocación de cintas de material compuesto que consta de un cabezal con carrete de cinta de material compuesto que es desenredado a partir de un motor, cuenta con un mecanismo encargado de realizar los cortes longitudinales a la cinta en determinados anchos, posteriormente las cintas son guiados a través de una banda de rodillos que evitan que la cinta se traslapen o se desorienten con respecto a la dirección a seguir, la cinta llegan hasta un rodillo de compactación en donde son presionados contra el molde, que a su vez son calentados para una mejor adherencia sobre el molde y cada trayectoria de cinta es cortado íransversalmente mediante un solenoide que se activa.
La patente US7928537B2 refiere un cabezal aplícador de fibras de carbono de material compuesto (termoestable o íermoplástico) montado sobre un brazo robotico. El cabezal incluye un rodillo compactador, medios de almacenamiento de la fibra y medios del transporte de la fibra al cabezal de aplicación (rodillos de accionamiento de traslado de fibra), sistema de corte-bloqueo para cada fibra individual (consisten de un medio de bloqueo mediante un sistema de centro! preciso y compiejo, y cada cuchilia es activada por un cilindro neumático), medios de cambio de ruta (con el fin de redirigir cada fibra que se acaba de cortar), incluye medios de regulación de temperatura.
La patente US 8733417 B2 refiere una máquina para la colocación de fibras montada sobre una estructura tipo pórtico o brazo robot. El propósito de la presente invención es superar ios limitantes en la velocidad de colocación y en particular, proponer una máquina de aplicación de fibra compacta, de diseño sencillo y de menor costo. Tiene una capacidad de manejo de 28 tiras de fibra de vidrio. El cabezal puede ser montado sobre un brazo robot o una estructura pórtico. Les medios de accionamiento pueden ser controlados de tal manera que la velocidad periférica de ios cilindros es de 20% a 40%, aproximadamente 30% más rápida que la velocidad de movimiento más alta de las fibras. El cabezal cuenta con dispositivos para la incorporación de resina a la fibra seca de vidrio. Los medios de dosificación tienen la capacidad de recubrir de resina a ia fibra justo enfrente del rodillo. Los rodillos tienen ranuras anulares.
La patente US5700347 describe un cabezal para la colocación de cintas impregnadas de resina termo-plásticas (fibra de carbono) para formar un compuesto. La invención incluye un embrague (magnético), de coeficientes de fricción estática y dinámica sustanciaimente iguales, junto a los carretes de cinta para mantener ias cintas bajo tensión controlada, un conjunto de guías para alinear ¡as cintas y evitar brechas entre cintas adyacentes, un cortador de tipo guillotina (cizalla), una fuente de calentado, rodillo de compresión, rodillos resíablecedor de cintas al final de cada ciclo de corte, post-rodillos para ¡a compresión en frió y rodillos para alinear y reducir bordes. La patente US5979531 describe un cabezal para la colocación de fibras termoestables en dos direcciones. El cabezal presenta las siguientes partes: conjunto de alimentación, medios para el guiado de las fibras, rodillo apiicador, dispositivo para hacer girar el rodillo apiicador, calentador de fibra, colector de aire caliente, sensor de bloqueo, sensor de posicionamiento, 7 actuadores neumáticos, 12 motores, y 5 enfriadores de fibra. Ei presente cabezal tiene la característica de aplicar fibras sobre dos direcciones, es decir, hacia adelante y hacia atrás: mejorando la productividad, un dispositivo hace girar el conjunto de aplicación en relación con el conjunto de alimentación.
La patente US3775219 describe un cabezal de colocación de cintas de material compuesto diseñado para su montaje directo a una estructura tipo pórtico y haciendo uso de una cinta de 3 pulgadas. Dicho cabezal tiene la capacidad de desplazarse sobre tres ejes, el mecanismo de corte es accionado cuando dos fotoceídas están alineados con el borde del molde y activado por una cinta retro reflectante, generando así un corte; la desaceleración del cabezal cuando se detecta los bordes es realizado por un sensor fotoeléctrico. Cuenta con el carrete para el enrollado de la cinta aislante, en el sistema de guiado hace solo el uso de un tornillo ajustable para sujetar o prensar la cinta con el rodillo, el mecanismo de corte tiene la capacidad de realizar cortes ángulos de +45/-4S Posicionamiento del rodete de fibras horizontalmente.
La patente US005290389A describe un cabeza! de suministro que está adaptado para la aplicación de bandas de fibras sobre un mandril para formar objetos tubulares. La presente patente tiene la capacidad de impregnar 32 tiras de fibras. El motor de accionamiento acoplado al rodillo de suministro contiene un tacómetro que controla la velocidad de colocación. El codificador de posición controia la posición del rodillo de aplicación. Cada una de las cuchillas de corte son accionados medíante un cilindro neumático. El dispositivo sujetador pincha las tiras cortadas y evita que se salgan del cabezal durante la colocación. Sensores ópticos pueden ser utilizados en el extremo delantero del cabezal para accionar el conjunto de rodillos sujetadores de fibra una vez que la estopa llega ai extremo delantero e inicíe de esta manera una nueva realimentación de fibras hacia el rodillo apiicador. Por medio del tacómetro vinculado al rodillo de aplicación, se controla la velocidad de colocación de la fibra, el motor de accionamiento de los rodillos, se controla sincronizadamente con la velocidad de colocación de la fibra.
La patente US 7293590 B2 describe un método y un aparato automatizado para laminar diversos artículos estructurales con varios tiras de fibra impregnado en resina, además un procedimiento de corte y reinicio automático se emplea en e! presente aparato para aumentar el rendimiento. El cabezal funciona en dos direcciones de colocación por lo que cuenta con dos rodetes de alimentación lateral izquierdo y derecho. Un lado derecho funciona en una dirección al ¡legar a! borde final del molde automáticamente se desactiva para entrar en operación el lado izquierdo e iniciar la colocación de fibra en la dirección inversa. Cada uno de los rodetes de fibras es accionado por motores para guiar las fibras al rodillo de compactación.
PROBLEMA TECNICO A RESOLVER
Factores fundamentales para la manufactura avanzada con materiales compuestos se relacionan con lograr gran resistencia mecánica y bajo peso estructura!; y pese a la existencia de diversas tecnologías orientadas a la manufactura avanzada aún existen retos tecnológicos que resolver.
La configuración mecánica del subsistema de guiado de la fibra desde los carretes de alimentación y de recogida de cinta protectora puede generar varios problemas de enredado de fibras; ya que en muchos casos son mecanismos complejos que involucran gran cantidad de piezas móviles.
Algunas Invenciones incorporan segmentos metálicos calentados como medio de compactación para la tira en lugar de un rodillo, ésta propuesta demanda el empleo de una cantidad considerable de dichos segmentos metálicos de compactado, y por tanto resulta en cabezales grandes y pesados, la complejidad de dichos mecanismo de compactación, los mecanismos de corte diseñados específicamente para cortes transversales a la tira, sistemas de guiado de tira complejos, y rodillos de compactación poco comunes entre otros.
Uno de los retos de mayor relevancia en el uso de los cabezales disponibles actualmente implica que el cabezal realice el corte de la tira en una posición deseada y a un ángulo preseleccionado con respecto a la pieza de trabajo. El corte angular de la tira es problemático debido a que representa un factor que demanda espacio, diseño, y dificulta el proceso de transporte de ¡as tiras de fibra desde ei subsistema de alimentación, al subsistema de corte y hasta el rodillo final de compactado. La problemática se enfoca en cómo diseñar e! o ios mecanismos que permitan a la cuchilla realizar cortes mayores a -90° y menores 90” sin que alguna de las piezas del subsistema de corte generen interferencias con ei subensamble que contiene ¡os canales de guiado de la tira, el reto que implica la configuración del montaje de los actuadores para realizar el corte y la manera para realizar los subensambies de los demás subsistemas.
El subsistema de carretes de tira montado fuera dei cabezal implica diversos problemas debido a la configuración de montaje de dichos carretes, ya que la configuración de guiado de las tiras desde un alojamiento fuera del cabezal hasta el rodillo de compactación demanda de un diseño más complejo y costoso.
Existen mecanismos de activación de! rodillo de alimentación motriz donde el funcionamiento depende de muchos componentes, lo cual hace que el accionamiento sea complejo.
Es común el acumulamiento de tiras en las aberturas de guiado, debido a que el materia! compuesto denominado en inglés prepreg, es un material conformado por un refuerzo, es decir, ei filamento y la matriz denominado resina. La resina es el factor principal, ya que es una sustancia con alto nivel de adherencia lo cual implica un elevado riesgo de acumulamiento que eventualmente genera atascamientos. No obstante, los sistemas mecánicos en ei estado de la técnica no hacen referencia de atributos técnicos que permitan realizar el fácil desmontaje de piezas para la realización de los servicios de mantenimiento.
La presente invención hace referencia a un nuevo sistema mecánico que para ¡a colocación automatizada de tiras de material compuesto (Automated Fiber Placement) de dimensiones inferiores; en un porcentaje de al menos ei 50% más pequeño en comparación de los existentes lo que facilita el transporte y su montaje a un sistema robótico, esta característica se debe principalmente a la selección, diseño de subsistemas y componentes que permiten reducir peso y dimensión. Debido a sus dimensiones más compactas, existe mayor viabilidad para manufactura de piezas de tamaño pequeño y mediano, que en los sistemas convencionales de manufactura sería complicado de realizar.
La integración de un mecanismo con capacidad de realizar cortes sobre !a tira de materia! compuesto en posiciones angulares mayores a -90° y menores a 90° respecto de su sección transversal, permite minimizar ias pérdidas de material en un rango de 30-40% durante ¡os procesos de corte y colocación, lo cual influye directamente en la disminución del costo de producción logrando un impacto positivo en eí cuidado del medio ambiente al generar menor cantidad de basura de material compuesto en comparación con los métodos convencionales, es importante externar que las variaciones en la generación de desecho dependen de ¡a geometría del molde a manufacturar.
La presente invención tiene la capacidad de transportar la tira de forma lineal a través de los canales guías desde un carrete distribuidor hasta ei rodillo de compactado lo cuai hace este sistema mecánico diferente en el proceso de alimentación de tira, ya que se reduce la posibilidad da atascamientos por acumulación de residuos de resina del material compuesto.
La presente invención cuenta con una configuración modular en el guiado de tiras; io que facilita el mantenimiento de los canales debido a que es posible retirar de forma sencilla uno de los componente del ensamble de guiado; asimismo el ensamble modular del rodillo de compactado facilita los intercambios rápidos de rodillo en cada uno de los periodos de mantenimiento.
E! subsistema de alojamiento de carrete de tiras de alimentación es abatióle lo cual facilita el proceso de alimentación manual de la tira de material compuesto para los procesos posteriores de colocación automático. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención hace referencia a un mecanismo para la colocación automatizada de tiras de material compuesto sobre un molde, montado sobre el efector fina! de un brazo robot. Ei mecanismo tiene ¡a capacidad de alojar un carrete con tira de material compuesto para la colocación con anchos seleccionadles desde un filamento, además de un carrete para llevar a cabo la recolección de! materia! protector de la tira prepreg cuando se requiera. Generalmente, dicho material tiene ía característica de llevar un protector que permite que las tiras embobinadas sobre ei carrete no se adhieran totalmente. El proceso de colocación de tiras de material compuesto sobre una superficie se lleva a cabo debido a los subsistemas que componen el sistema mecánico los cuales de forma conjunta con un sistema robótico se accionan a partir de una secuencia iógica de operación y programación, en función de la superficie de trabajo.
Con el objetivo de minimizar los residuos de materiales que son generados a partir de los cortes transversales de la tira y más específicamente cuando son colocados en orientaciones angulares con respecto a una referencia del molde, la presente invención incorpora un mecanismo que permite realizar cortes angulares en los 360° obteniendo como resultado que los niveles de residuos generados durante el proceso de manufactura de una pieza sea de un 15-25% en comparación de un cabeza! que solamente permite cortes transversales a la tira. Cabe mencionar que las posiciones angulares (0°,45° y -45°) representan los cortes más importantes de acuerdo a las orientaciones de colocación de ia tira, sin embargo, la capacidad no se limita a dichos ángulos. Esta característica permite personalizar ios grados de corte.
La presente invención está constituida por un subsistema de distribución de tiras, el cual está unido a ia carcasa principal con la capacidad de abatimiento angular con respecto de la posición original, permitiendo facilidad de manipular la tira durante el proceso de acomodo para ios subsiguientes procesos automáticos de colocación. El subsistema de distribución está constituido por un carrete distribuidor de tira en donde ia rotación es controlada a partir de un elemento limitador de torque para evitar el desenrollado excesivo de ia tira por efectos del subsistema de alimentación, por otra parte el carrete de recolección de material protector se encuentra montado a una flecha motorizada funcionando de manera sincronizada junto con los motores del subsistema de alimentación de tira y por último se tiene una poiea pivoiante en ei cual se ileva a cabo la separación del material protector de tai manera que ía tira sea transportada a los demás subsistemas.
Cuando se ha realizado la separación del materia! protector de ía tira, esta es transportada a través de unos canales de guiado hasta ei subsistema de alimentación. Ei subsistema de alimentación de tira se encarga de realizar el desplazamiento lineal de ia tira desde dicho subsistema hasta ei rodillo compactados dicho sistema de alimentación se encuentra formado por una rueda motriz unido sobre una flecha que gira a través de un sistema de engranes cónicos que a su vez están acoplado a un otoreductor. Por otra parte se tiene una rueda de giro libre el cual a través de un actuador lineal este puede desplazarse hacia la rueda motriz para generar fricción y de esta forma transportar la tira sobre los canales de guiado. El principio de funcionamiento dei subsistema de alimentación de tira se basa en ruedas de fricción en donde la tira se transporta cuando está ubicada en medio de las dos ruedas en pleno contacto. El subsistema de alimentación debe transportar la tira al subsistema de corte.
El subsistema de corte tiene la función de llevar a cabo los cortes a posiciones angulares específicas en los 380°, el corte es realizado por una cuchilla a partir de una cizalla montada sobre el vástago de un actuador lineal. Para llevar a cabo el corte de la tira, la cuchilla contempla un yunque de corte así como una pieza que ayuda a fijar a la tira sobre el yunque para posteriormente la cuchilla realice el corte. Las posiciones angulares de corte se deben a un actuador que transmite el movimiento de rotación hacia las cuchillas por medio de elementos de transmisión.
El subsistema de calentamiento se encarga de activar la resina de la fibra pre impregnada antes de la compactación sobre la superficie de trabajo, dicha activación de resina se logra debido al contacto del flujo de aire caliente con la fibra pre Impregnada, aire frió entra en el ducto modular del sistema de calentamiento con ayuda de un elemento de inyección de aire, dicho ducto modular contiene en su interior una fuente de calor que entrega energía calorífica al flujo de aire que se dirige hacia el ducto secundario y posteriormente a ia boquilla de salida, dicha boquilla de salida se encuentra posicionada en ia parte inferior de la canaleta de guiado y cerca dei rodillo compacíador.
Por último, cuando la tira ha sido cortada y calentada, el rodillo de compactación final realiza la función de colocación de la tira sobre la superficie de trabajo mediante el accionamiento de un sistema robótico. Debido a que la tira prepreg es muy pegajosa el rodillo de compactado presenta un recubrimiento de material antiadherente que permite minimizar la adherencia, cabe mencionar que dicho rodillo de compactado es conducido por ei contacto generado con la superficie de trabajo. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 Vistas isoméíricas dei mecanismo para ¡a colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular;
Figura 2.- Vista frontal (izquierda) y lateral (derecha) dei para la colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular;
Figura 3.- Vistas isométricas del subsistema de compactado de tiras;
Figura 4.- Vistas isométricas dei subsistema de guiado de tiras;
Figura 5.- Vista frontal del subsistema de guiado de tiras;
Figura 6.- Vistas isométricas dei subsistema de corte;
Figura 7 - Vistas isométricas dei subsistema de alimentación de tiras;
Figura 8.- Ensamble de subsistemas;
Figura 9,- Ensamble de mecanismo para la colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte a angular;
Figura 10.- Vistas isométricas del subsistema de distribución de tira;
Figura 1 1.- Subsistema de distribución de tira con posición abatida;
Figura 12.- Secuencia de alimentación de tira de material compuesto;
Figura 13.- vista isométrica dei mecanismo para la colocación automatizada de tiras de material compuesto y sistema de calentamiento;
Figura 14.- Vista isométrica y explosionada de! duelo modular y elemento de inyección de aire de! sistema de calentamiento;
Figura 15.- Vista isométrica de la canaleta de guiado y la boquilla modular del sistema de calentamiento;
Figura 16.- Vista explosionada de la boquilla de! sistema de calentamiento;
Figura 17,- Ejemplo de! mecanismo para la colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular aplicando tiras de material compuesto a un molde;
Figura 18.- Ejemplo de aplicación del mecanismo para la colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular montado sobre un brazo robot. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste de un sistema mecánico para ia colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular (1 ), se constituye del subsistema de compactado de tiras (10), el subsistema de guiado de tira (20), ei subsistema de corte (30), el subsistema de alimentación de tira (50), e! subsistema de distribución de tira (70) y el subsistema de calentamiento (80).
La Invención se caracteriza por guiar una tira de material compuesto (1 1 ) de forma linea! a partir de los canales guías (21a) desde un carrete de alimentación (72) hasta el rodillo de compactación (13) io cual hace dei presente mecanismo novedoso en el proceso de alimentación de tira, ya que esta configuración de guiado permite evitar los contactos directos de la tira con las paredes, lo que minimiza el riesgo de adherencia facilitando el transporte lineal de dicho material.
La tira de material compuesto (1 1 ) se compone de al menos una tira de fibra de carbono pre impregnada. La fibra pre impregnada se deposita sobre la superficie de trabajo (12) una vez que la tira de materia! protector se ha desprendido dejando libre la cara con resina. La fibra pre impregnada tiene la característica de estar formada por e! material de refuerzo, en este caso, filamentos de alguna fibra mezclado con un porcentaje determinado de resina (termoestable o termoplástica), donde dicha resina representa una sustancia viscosa y pegajosa, por lo cual las fibras pre impregnadas necesitan de un tira o cinta protectora adheridas a ellas para evitar el contacto directo entre fibras cuando éstas son embobinadas sobre un carrete,
ES subsistema de compactado de tiras (10) está diseñado para realizar cambios rápidos dei rodillo de compactación (13), ei cual está constituido por un recubrimiento de antiadherente (14), un núcleo sólido (15) que permite soportar las cargas de trabajo; dicho núcleo se ensambla medíante una flecha (17) a los rodamientos (16), dichos rodamientos evitan ia fricción en la rotación de la flecha. Con el fin de evitar posibles movimientos axiales del rodillo de compactación (13) se tiene incorporados los aniiios de retención (16a). La flecha (17) se encuentra soportado por las bases de fijación (18) mismas que se ensamblan sobre las placas de la carcasa secundaria (2a) del mecanismo (1 ) mediante elementos de sujeción (19). El subsistema de compactado de tiras (10) realiza la función de colocación de la tira de material compuesto (11 ) sobre la superficie de trabajo (12), dicho componente de la presente invención se caracteriza por su ensamblado modular, lo que permite facilidad de intercambios rápidos del rodillo de compactación (13) en cada uno de los periodos determinados de mantenimiento; ya que solo es necesario remover los elementos de sujeción (19) para el montaje y desmontaje del subsistema de compactado (10), una vez retirada dicho subsistema se realiza el desensamblado y sustitución del rodillo de compactación (13).
E! subsistema de guiado de tiras (20) permite conducir la tira de material compuesto (1 1 ) desde el carrete de alimentación (72) al subsistema de compactado de tiras (10). Dicho subsistema de guiado de tiras (20) está constituido por dos placas (21 ) y (22) en donde una de ellas contiene los canales de guiado (21 a) con dimensiones simiiares al ancho de la tira de material compuesto (11 ), el diseño modular de dicho subensamble
(20) permite que la placa (21 ) pueda deslizarse fácilmente y ser retirada del ensamble, esto hace que el proceso de mantenimiento de los canales de guiado (21 a) sea sencillo.
El subsistema de guiado de tira (20) se encuentra constituido por dos placas de guía
(21 ) y (22), donde la placa (21 ) se caracteriza por poseer ía capacidad de intercambio rápido debido a que se encuentra fija en sus extremos laterales (21 b) por elementos tipo bali plunger (23) y ball detent (24) que permiten unir y desplazar fácilmente ia placa guía (21 ) para realizar el mantenimiento de ¡as guías; así como practicidad en la colocación manual de ¡a tira de material compuesto (1 1 ) para las posteriores operaciones de colocación automática. Las placas de guía (21 ) y (22) se ensamblan a través del principio de funcionamiento deí ball plunger (23) y baíl tíetent (24) ai entrar en contacto entre ellas y a su vez también nos permite desplazar fácilmente la placa guía (21 ) tai y como se ha mencionado previamente.
El componente (25) se aloja en la placa guía (21 ) medíante un ajuste mecánico y representa uno de ¡os sensores de presencia fotoeléctrico que envía las señales para iniciar la alimentación de la tira de material compuesto (11 ) a partir de un motoreducíor (52) del subsistema de alimentación (50).
El subsistema de guiado de tira (20) tiene una configuración modular de guiado de ¡a tira, lo que permite facilidad de mantenimiento de los canales de guiado (21 a) ya que se retira compietamente un componente del subsistema de guiado de tira (20). Es un ensamble modular que se caracteriza por permitir los Intercambios rápidos en ei ancho de la tira de material compuesto {1 1 } y aumentar o reducir la cantidad de tiras para aplicación ai mismo tiempo en el proceso.
La placa de guía (22) cuenta con ei orificio (22a); en el cual se aloja el yunque de corte (26); mientras que la placa de guía (21 ) cuenta con el orificio (21c) a través del cual pasa la cuchilla de corte (37), con lo cual se logran los cortes angulares en los 360° con respecto de la sección transversal de la tira de material compuesto (1 1 ).
El subsistema de corte (30) se ensambla a través de los barrenos (31a) y (32a) ubicados en ambos lados de las placas (31 ) y (32) mediante tornillería sobre las placas de la carcasa secundaria (2a), dicho subsistema (30) cuenta con un mecanismo con capacidad de realizar cortes angulares en ios 360° con respecto de la sección transversal de la tira de material compuesto (1 1 ); consiste de la pieza de giro (33) y de dos piezas (31 ) y (32) que mantienen fijos a todos ios demás componentes mediante elementos de sujeción.
La pieza de giro (33) corresponde la base de rotación del subsistema de corte (30) y se encuentra ensamblada por sus extremos axiales mediante los rodamientos de bolas (34a) y (34b) que permiten que la pieza de giro (33) pueda rotar los ángulos correspondientes. El corte de la tira de material compuesto (11 ) se lleva a cabo por ei accionamiento de un actuador (35) en donde a través de su vástago se ha ensamblado una pieza (36) que mantiene fija una cuchilla de corte (37) a través de una pieza movible (36a) y elementos de sujeción (37a) para la fijación completa de la cuchilla de corte (37) sobre la pieza (36); cabe mencionar que la pieza movible (36a) así como la geometría de la cuchilla de corte (37) permiten el rápido intercambio de dicha cuchilla de corte (37) al aflojar los elementos de sujeción (37a).
Para evitar giros indeseados en el vástago del actuador (35) durante ios procesos de corte de tira de material compuesto (11 ), la pieza (36) tiene en sus extremos laterales seguidores de leva (38) los cuales a través de las ranuras (38a) presentes en la pieza de giro (33) permiten el movimiento lineal de la cuchilla de corte (37) con respecto de la pieza de giro (33). Para producir cortes eficientes de la tira de material compuesto (11 ) es necesario inmovilizarla mediante el contacto directo de la pieza (38) sobre el yunque de corte (26), la inmovilidad de la tira se logra debido al accionamiento del actuador lineal (35) el cual desplaza primeramente a la pieza (39) hacia el yunque de corte (26) haciendo que la tira (1 1 ) ubicada entre dichas piezas se mantenga en posición de reposo (prensada) e instantáneamente la cuchilla (37) realice el corte pasando a través de un orificio rectangular presente en la pieza (39) con dimensiones similares al ancho y espesor de ¡a cuchilla. Cuando e! corte ha sido realizado, tanto la pieza (39) como la cuchilla (37) regresan a la posición original haciendo que la tira (11 ) sea liberada para los subsiguientes procesos.
La configuración mecánica que permite realizar los cortes angulares se debe ai accionamiento de un actuador (40) que permite alcanzar las posiciones angulares mencionados, donde dicho movimiento rotacional es transferido mediante un mecanismo de transmisión (40a) y banda (40b) hasta la pieza de giro (33) la cual sujeta los componentes del subsistema de corte (30). El movimiento de rotación de la pieza de giro (33) es conducido mediante las guías circulares (31 b) localizadas en la pieza (31 ); lo cual permite posiciones de la cuchilla en los 360°.
Los cortes angulares que genera la presente Invención permiten minimizar el desperdicio de tira de materia! compuesto (1 1 ) durante el proceso de manufactura, lo cual influye directamente en la disminución del costo de producción. Esto se traduce en menor porcentaje de generación de desecho en los procesos de manufactura en comparación de los métodos convencionales de manufactura, lo que implica un impacto positivo en el cuidado del medio ambiente al generar menor porcentaje de basura de material compuesto.
El subsistema de alimentación de tira (50) se ensambla mediante tornillería sobre las placas de ía carcasa secundaria (2a), está constituido por la rueda motriz (51 ) y la rueda conducida (51 a) que cuentan con recubrimiento de silieona y núcleo sólido de aluminio (51 b) y (51 c) respectivamente. La rueda motriz (51 ) ensambla mediante la rosca tipo hembra (51c) a las roscas tipo macho (55) de la· flecha (53) y la flecha (54), lo cua! permite practicidad en el desmontaje. Dichas flechas se encuentran montadas sobre rodamientos (56) que permiten el libre movimiento rotacional de la rueda de motriz (51 ) y a su vez se encuentran fijos a la piezas (57a) y (57b) para su unión a las placas de la carcasa secundaria (2a).
El subsistema de alimentación de tira (50) permite la alimentación de tira de material compuesto (11 ) en cada uno de ios procesos de colocación automática sobre ei molde 5 de trabajo (12). E! funcionamiento se realiza a partir de la rueda motriz fija (51 ) y la rueda conducida (51 a) que se encuentra montada sobre el vástago de un actuador (62); el proceso de alimentación se produce cuando la tira de material compuesto (11) está ubicada entre la rueda motriz fija (51 ) y ¡a rueda conducida (51a); ai accionarse el actuador (52) se produce el desplazamiento lineal de la tira sobre las guías (21a) hasta ID el rodillo de compactación (13).
Cuando se requiere ía sustitución de la rueda motriz (51 ) es necesario aflojar ios elementos de sujeción (58) de la pieza (57a) para retirar axialmente dicha pieza; posteriormente retirar la flecha (54) y finalmente la rueda motriz (51 ) desgastada.
Para generar la fricción necesaria para ei desplazamiento lineal de la tira de material 15 compuesto (1 1 ), la rueda conducida (51 a) se encuentra asegurada a la pieza (59) y al accionarse el actuador (62) conjuntamente se mueven linealmente, con io cuai se presiona a la tira de material compuesto (1 1 ). Posteriormente para alimentar ¡a tira de material compuesto (1 1 ) se activa el actuador (52), el cual permite la transmisión de torque hacia la rueda motriz (51 ) a partir de mecanismos de transmisión (60). 0 Para evitar problemas en los procesos de alimentación de la tira (11 ) debido a posibles giros de la pieza (59) sobre el mismo vástago de! actuador (62), ios seguidores de leva (59a) funcionan como guías lineales al actuar sobre las ranuras (2b) de ía carcasa secundaria (2a) las cuales mantienen posicionado íinealmente al rodillo conducido (51a) cuando es accionado el actuador (62). 5 Ei subsistema de distribución de tira (70) tiene la función de alojar y distribuir el material compuesto (11 ) a los demás subsistemas; se encuentra ensamblada mediante tornillo de hombro (74) y un elemento retráctil (75) sobre una de las placas de la carcasa principal (92) y se caracteriza por ser un subsistema abaíibie, es decir, con capacidad de posicionamiento angular respecto de su posición original y permite el soporte de un 0 carrete de alimentación (72), un carrete de recogida (73) del materia I protector de la tira de material compuesto (1 1 ) y una polea de giro libre (79e). El atributo de ser abatidle facilita el proceso de colocación manual de la tira de material compuesto (1 1 ) cuando se va iniciar un nuevo proceso de trabajo o alguna actividad de mantenimiento; debido a que se puede tener acceso de forma sencilla al subsistema de guiado de tira (20), el subsistema de alimentación de tira (50), el subsistema de corte (30), sin la obstrucción del carrete distribuidor de tira (72) y del carrete de recogida (73).
El subsistema de distribución de tira (70) integra la pieza (71 ) que soporta a todos los componentes; la capacidad de abatimiento de dicho subsistema se debe a que el tornillo de hombro (74) tiene la función de pivoteo mientras que el elemento retráctil (75) permite posicionar al subsistema de distribución de tira (70) a una nueva posición.
Ei carrete distribuidor de tira (72) se encuentra montado sobre una flecha (72a) mediante bujes (72b), la rotación del carrete distribuidor de tira (72) en conjunto con la flecha (72a) y bujes (72b), se lleva a cabo por medio de un rodamiento (72c) montado sobre un alojamiento de la pieza (71 ) que a su vez es fijado mediante elementos de sujeción (76) sobre ¡a pieza (71 .
Para mantener una tensión de trabajo sobre la tira de material compuesto (1 1 ) se tiene integrado un elemento limitador de torque (77) que permite contrarrestar los giros excesivos o por inercia del carrete que se producen cuando la tira de material compuesto (1 1 ) es suministrada por ei subsistema de alimentación de tira (50).
El carrete de recogida (73) realiza el proceso de embobinar la tira de desperdicio materia! protector, dicho carrete es colocado sobre la flecha (73a) y gira libremente por medio de un rodamiento (78b) que se fija a la pieza (79a) y esta a su vez se asegura a la pieza (71 ) mediante elementos de sujeción (79).
La flecha (73a) se conecta en uno de sus extremos a un par de mecanismos de transmisión de movimiento (79b) que por medio de un moíoreductor (79c) permiten ei accionamiento del carrete de recogida (73) para embobinar la tira de desperdicio de materia! protector del material compuesto (1 1 ) cuando se está en e! proceso de colocación sobre la superficie de trabajo (12).
En la flecha (79d) se coloca una polea de giro libre (79e) que permite a la tira de materia! compuesto (1 1 ) compensar ios movimientos axiales que experimenta cuando, tanto la rueda motriz (51 ) y la rueda conducida (51 a) del subsistema de alimentación de tira (50) están en funcionamiento y alimentando la tira de material compuesto (11 ) a los demás subsistemas. La flecha (79d) esta fija por medio de elementos de sujeción (79f) a la pieza (71 ) y en uno de sus extremos presenta un anillo de retención (79g) con la finalidad de que la polea loca (79e) tenga un desplazamiento axial ¡imitado.
El subsistema de distribución de tira (70) se caracteriza por un diseño modular que permite el intercambio rápido del carrete de alimentación (72) en cada uno de los periodos que sea necesario sustituirlo por uno nuevo y también cuando el carrete de recogida (73) está lleno.
El subsistema de calentamiento (80) se ensambla en una de las placas laterales de la carcasa principa! (92) mediante tornillería,está diseñado para proveer la temperatura adecuada para la activación de la resina pre impregnado, dicho sistema de calentamiento es conformado por una canaleta modular (80a y 80b) que permite alojar en su interior una fuente de calentamiento (84), aire frío es inyectado en ia entrada de! ducto modular (85), dicha entrada de aire es parte de la placa soporte (81 ) que une al subsistema de calentamiento a ia placa (92), dicho aire es inyectado por el elemento de inyección (82) con sistema de protección (83) y recorre el ducto interno (88) incrementando la temperatura del fluido que hace un recorrido hacia el ducto secundario (87) y posteriormente a ia boquilla modular (22b) que está conformada por los elementos (22c) y (22d) y se une mediante elementos de sujeción en ios barrenos (22h) a la canaleta (22), dicha boquilla modular de dos secciones se une mediante pernos guía y elementos de sujeción (22g), los ductos (22e) y (22f) permiten dirigir el flujo de aire caliente en la dirección de la fibra de carbono pre impregnada.
El mecanismo para la colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular (1 ); es un dispositivo que está montado a un sistema robótlco de al menos un grado de libertad (90), en donde a través de una serie de trayectorias generadas por programación en función de la superficie de trabajo (12), el mecanismo (1 ) tiene la capacidad de llevar de forma sincronizada la colocación de tiras de material compuesto (1 1 ) sobre dicha superficie (12).
El mecanismo para ia colocación automatizada de tiras de material compuesto con capacidad de corte angular (1 ) se encuentra montado a un sistema robótlco de al menos un grado de libertad (90) se cuenta con la pieza de bridado (91 ) que forma parte de la carcasa principal (92), es decir, representa el componente que soporta junto con la placa de ia carcasa secundaria (2a) al subsistema de compactado de tiras (10), el subsistema de guiado de tira (20), el subsistema de corte (30), el subsistema de alimentación de tira (50) y el subsistema de distribución de tira (70); además tiene la función de soportar la carga máxima normal ai que dicho dispositivo estará experimentando durante los procesos de colocación.
La carcasa secundaria (2a) se encuentra unida a la carcasa principal (92) por los elementos de sujeción (93) y el perno (93a). para retirar completamente ios subsistemas que están unidos a la carcasa secundaria (2a) y realizar mantenimiento, es necesario aflojar dichos elementos de sujeción (93) y el perno (93a).
Para iniciar el proceso de colocación de material compuesto se inserta un carrete distribuidor de tira (72) en la flecha (72a) de tal modo que la tira de material compuesto (1 1 ) se desenrolle en sentido horario (A) del mecanismo (1 ), posteriormente se pasa por el lado interno (B) de ia polea loca (79e) y se Introduce en los canales de guiado (21a) del subsistema de guiado (20) la tira de material compuesto (1 1 ) sin el material protector, ya que dicha tira de material protector es retirado de la tira de material compuesto (11 ) desde la polea libre giro (79e) para embobinarla en sentido anti-horarío sobre el carrete (73), Dicha disposición de partes permite transportar la tira de material compuesto (11 ) de forma lineal a través de los canales de guiado (21 a) desde el carrete distribuidor de tira (72) hasta el rodillo de compactación (13), lo cual permite reducir la posibilidad de atascamientos por acumulación de residuos de resina del materia! compuesto, ya que se evita la conducción de ia tira de material compuesto por diversos rodillos. Tanto la rueda motriz (51 ) y la rueda conducida (51a) de! subsistema de alimentación de tira (50) deben estar en contacto para energizar e! actuador (52) y producir el desplazamiento de la tira de materia! compuesto (11 ), que es conducida por el subsistema de corte angular (30) hasta llegar ai rodillo de compactación (13). El subsistema de corte angular (30) es posicionado a los ángulos de corte requeridos de acuerdo a la orientación de colocación de las tiras de material compuesto (1 1 ) sobre la superficie de trabajo (12).

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un mecanismo para ia colocación automatizada de tiras de materia! compuesto con capacidad de corte angular, caracterizado porque se compone de subsistema de compactado de tiras (10), el subsistema de guiado de tira (20), ei subsistema de corte angular (30), el subsistema de alimentación de tira (50), el subsistema de distribución de tira (70) y e! subsistema de calentamiento (80).
2. Un mecanismo, de conformidad con ¡a reivindicación 1 , caracterizado porque ei subsistema de guiado de tiras (20) permite conducir la tira de material compuesto (11 ) desde el carrete de alimentación (72) al subsistema de compactado de tiras (10). Dicho subsistema de guiado de tiras (20) está constituido por ias placas de guía (21 ) y (22) en donde una de ellas contiene los canales de guiado (21a) con dimensiones similares al ancho de la tira de material compuesto (1 1 ), ei diseño modular de dicho subsistema (20) permite que la placa (21 ) pueda deslizarse fácilmente y ser retirada del ensamble, esto hace que ei proceso de mantenimiento de los canales de guiado (21a) sea sencillo.
3. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque ia placa (21 ) se caracteriza por poseer la capacidad de intercambio rápido debido a que se encuentra fija en sus extremos iateraies (21 b) por elementos tipo ball piunger (23) y baSi detent (24) que permiten unir y desplazar fácilmente la placa guía (21 ) para realizar el mantenimiento de las guías; así como practicidad en la colocación manual de la tira de material compuesto (1 1 ) para las posteriores operaciones de colocación automática.
4. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la placa de guía (22) cuenta con el orificio (22a); en el cual se aloja ei yunque de corte (26); mientras que ia placa de guía (21 ) cuenta con el orificio (21 c) a través del cual pasa la cuchilla de corte (37), con ¡o cual se logran los cortes angulares en los 360° con respecto de la sección transversal de la tira de material compuesto (1 1 ).
5. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque ei subsistema de corte angular (30), cuenta con un mecanismo con capacidad de realizar cortes angulares en Sos 360° con respecto de la sección transversal de la tira de material compuesto (1 1 ), se ensambla a través de los barrenos
(31a) y (32a) ubicados en ambos lados de las placas (31 ) y (32) mediante íornillería sobre las placas de la carcasa secundaria (2a); consiste de la pieza de giro (33) que funciona de base de rotación y de dos piezas (31 ) y (32) que mantienen fijos a todos ¡os demás componentes mediante elementos de sujeción que van asegurados a ios barrenos (31 a) y (32a) respectivamente con la carcasa secundaria (2a),
6. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la pieza de giro (33) se encuentra montada por sus extremos axiales a ios rodamientos de bolas (34a) y (34b) que permiten que la pieza de giro (33) pueda rotar los ángulos correspondientes. El corte de la tira de material compuesto (1 1 ) se lleva a cabo por el accionamiento de un actuador (35) en donde a través de su vástago se ha ensamblado una pieza (36) que mantiene fija una cuchilla de corte (37) a través de una pieza movible (36a) y elementos de sujeción (37a) para la fijación completa de la cuchilla de corte (37) sobre la pieza (36); cabe mencionar que la pieza movible (36a) así como la geometría de la cuchilla de corte (37) se caracterizan por permitir la facilidad de intercambio de dicha cuchilla de corte (37) ai aflojar los elementos de sujeción (37a).
7. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque para lograr obtener cortes a los ángulos correspondientes y evitar giros índeseados en el vástago del actuador (35); la pieza (36) tiene en sus extremos laterales seguidores de leva (38) ¡os cuales a través de las ranuras (38a) presentes en la pieza de giro (33) permiten el movimiento lineal de la cuchilla de corte (37) con respecto de la pieza de giro (33).
8. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque para lograr obtener cortes a los ángulos correspondientes y evitar giros indeseados el actuador lineal (35) desplaza ia pieza (39) hada el yunque de corte (26) haciendo que la tira (11 ) ubicada entre dichas piezas se mantenga en posición de reposo (prensada) e instantáneamente la cuchilla (37) realice el corte pasando a través de un orificio rectangular presente en la pieza (39) con dimensiones similares al ancho y espesor de la cuchilla. Cuando el corte ha sido realizado, tanto la pieza (39) como la cuchilla (37) regresan a ia posición original haciendo que la tira (1 1 ) sea liberada para los subsiguientes procesos.
9. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque para lograr los cortes angulares se acciona un actuador (40) para alcanzar las posiciones angulares mencionados, donde dicho movimiento rotacional es transferido mediante un mecanismo de transmisión (40a) y banda (40b) hasta la pieza de giro (33) la cual sujeta ios componentes del subsistema de corte (30). El movimiento de rotación de la pieza de giro (33) es conducido mediante las guías circulares (31 b) localizadas en la pieza (31 ); lo cual permite posiciones de la cuchilla en los 360°.
10. Un mecanismo, de conformidad con ia reivindicación 1 , caracterizado porque el subsistema de alimentación de tira (50) se ensambla mediante lomillería sobre las placas de la carcasa secundaria (2a) y está constituido por la rueda motriz (51 ) y la rueda conducida (51a) que cuentan con recubrimiento de material antiadherente y núcleo sólido (51 b) y (51 c) respectivamente. La rueda motriz (51 ) ensambla mediante la rosca tipo hembra (51 c) a las roscas tipo macho (55) de la flecha (53) y la flecha (54), lo cual permite practicidad en el desmontaje. Dichas flechas se encuentran montadas sobre rodamientos (56) que permiten el libre movimiento rotacional de ia rueda de motriz (51 ) y a su vez se encuentran fijos a ¡a piezas (57a) y (57b) para su unión a la placa de la carcasa secundaria (2a).
1 1 , Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque genera la fricción necesaria para el desplazamiento línea! de la tira de material compuesto (1 1 ), la rueda conducida (51a) se encuentra asegurada a la pieza (59) y ai accionarse el actuador (82) conjuntamente se mueven linealmente, con lo cual se presiona a la tira de materia! compuesto (1 1 ). Posteriormente para alimentar la tira de material compuesto (11 ) se acciona el actuador (52), el cual permite la transmisión de torque hacia la rueda motriz (51 ) a partir de un mecanismo de transmisión (60),
12. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque para evitar problemas en los procesos de alimentación de la tira (1 1 ) debido a posibles giros de la pieza (59) sobre el mismo vástago del actuador (62), ios seguidores de leva (59a) funcionan como guías lineales al actuar sobre las ranuras (2b) de la carcasa secundaria (2a) las cuales mantienen poslclonado linealmente al rodillo conducido (51 a) cuando es accionado el actuador (62),
13. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el subsistema de distribución de tira (70) es un ensamble abatibie ensamblado mediante tornillo de hombro (74) y un elemento retráctil (75) sobre una de placas de la carcasa principal (92) con capacidad de posicionamiento angular respecto de su posición origina! y permite el soporte de un carrete de alimentación (72), un carrete de recogida (73) de materia! protector de la tira de materia! compuesto (1 1 ) y una polea de libre giro (79e).
14. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque ei subsistema de distribución de tira (70) integra la pieza (71 ) que soporta a todos los componentes y que a su vez se fija a una de las placas de la carcasa principa! (92) mediante un tornillo de hombro (74) y un plunger retráctil (75); ¡a capacidad de abatimiento de dicho subsistema se debe a que el tornillo de hombro (74) tiene ia fundón de pivoteo mientras que el plunger retráctil (75) permite posicionar al subsistema de distribución de tira (70) a una nueva posición.
15. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el carrete distribuidor de tira (72) se encuentra montado sobre una flecha (72a) mediante bujes (72b), la rotación del carrete distribuidor de tira (72) en conjunto con la flecha (72a) y bujes (72b), se lieva a rabo por medio de un rodamiento (72c) montado sobre un alojamiento de la pieza (71 ) que a su vez es fijado mediante elementos de sujeción (76) sobre la pieza (71 ).
16. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el carrete de recogida (73) realiza el proceso de embobinar ia tira de desperdicio material protector, dicho carrete es colocado sobre la flecha (73a) y gira libremente por medio de un rodamiento (78b) que se fija a la pieza (79a) y esta a su vez se asegura a ia pieza (71 ) mediante elementos de sujeción (79).
17. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque ia flecha (73a) se conecta por uno de sus extremos a un par de mecanismos de transmisión de movimiento (79b) que por medio de un actuador (79c) permiten el accionamiento del carrete de recogida (73) para embobinar ¡a tira de desperdicio material protector de la tira de material compuesto (11 ) cuando se está en el proceso de colocación sobre ¡a superficie de trabajo (12).
18. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque ia polea de libre giro (79e) se coloca en la flecha (79d) y permite a la tira de material compuesto (11 ) compensar los movimientos axiales que experimenta cuando, tanto la rueda motriz (51 ) y la rueda conducida (51a) del subsistema de alimentación de tira (50) están en funcionamiento y alimentando la tira de material compuesto (1 1 ) a los demás subsistemas. La flecha (79d) esta fija por medio de elementos de sujeción (79f) a la pieza (71 ) y en uno de sus extremos presenta un anillo de retención (79g) con la finalidad de que la polea loca (79e) tenga un desplazamiento axial limitado.
Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque para iniciar ei proceso de colocación de material compuesto se inserta un carrete distribuidor de tira (72) en la flecha (72a) de tal modo que la tira de materia! compuesto (1 1 ) se desenrolle en sentido horario (A) de! mecanismo (1 ), posteriormente se pasa por ei lado interno (B) de la polea loca (79e) y se introduce en los canales de guiado (21 a) del subsistema de guiado (20) la tira de materia! compuesto (1 1) sin el material protector, ya que dicha tira de material protector es retirado de ¡a tira de material compuesto (1 1 ) desde la polea libre giro (79e) para embobinarla en sentido anti-horario sobre el carrete (73). Dicha disposición de partes permite transportar la tira de material compuesto (11 ) de forma linea! a través de los canales de guiado (21 a) desde el carrete distribuidor de tira (72) hasta ei rodillo de compactación (13), lo cual permite reducir la posibilidad de atascamientos por acumulación de residuos de resina de! material compuesto, ya que se evita la conducción de ¡a tira de materia! compuesto por diversos rodillos. Tanto la rueda motriz (51 ) y la rueda conducida (51 a) del subsistema de alimentación de tira (50) deben estar en contacto para energizar el actuador (52) y producir el desplazamiento de la tira de material compuesto (1 1 ), que es conducida por ei subsistema de corte angular (30) hasta llegar al rodillo de compactación (13), El subsistema de corte angular (30) es posicionado a los ángulos de corte requeridos de acuerdo a la orientación de colocación de las tiras de materia! compuesto (1 1 ) sobre la superficie de trabajo (12).
20. Un mecanismo, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado por que el subsistema de calentamiento (80) se ensambla en una de las placas laterales de la carcasa principal (92) mediante torniüería, está diseñado para proveer ia temperatura adecuada para la activación de la resina pre impregnado, está conformado por una canaleta modular (80a y 80b) que permite alojar en su interior una fuente de calentamiento (84), aire frió es inyectado en ia entrada del ducto modular (85), dicha entrada de aire es parte de la placa soporte (81 ) que une a! subsistema de calentamiento (80) a la placa (92), dicho aíre es inyectado por el elemento de inyección (82) con sistema de protección (83) y recorre el ducto interno (86) incrementando la temperatura del fluido que hace un recorrido hacia el ducto secundario (87) y posteriormente a la boquilla modular (22b) que está conformada por ios elementos (22c) y (22d) y se 10 une mediante elementos de sujeción en los barrenos (22h) a ¡a canaleta (22), dicha boquilla modular de dos secciones se une mediante pernos guía y elementos de sujeción (22g), los ductos (22e) y (22í) permiten dirigir el flujo de aire caliente en la dirección de la fibra de carbono pre impregnada.
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