Sistema y procedimiento de comprobación y alineación de herramienta.

Un procedimiento para mejorar una trayectoria de la punta de una herramienta de una máquina

(20) multieje, en el que el procedimiento comprende:

la secuenciación de una herramienta de la máquina (20) multieje a través de una primera secuencia de posiciones y orientaciones con relación a un marco (12) de referencia base;

la recepción de información indicativa de la posición y la orientación de un sensor (40) con respecto al marco (12) de referencia base;

caracterizado por la secuenciación de la herramienta de la máquina (20) multieje a través de una segunda secuencia de posiciones y orientaciones con relación a la posición y orientación del sensor (40);

la detección de una ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) para obtener información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones; y

la generación de una trayectoria mejorada de la punta de una herramienta basada, al menos en parte, en los parámetros de transformación calculados a partir de la información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2011/046016.

Solicitante: FLOW INTERNATIONAL CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 23500 - 64TH AVENUE SOUTH KENT, WA 98032 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MEYER, ANDREAS, Knaupp,Michael.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > HERRAMIENTAS MANUALES DE CORTE; CORTE; SEPARACION > PERFORACION; CORTE CON SACABOCADOS; RECORTE; PUNZONADO;... > B26F3/00 (Separación por medios distintos al corte; Aparatos a este efecto (seccionamiento a la muela B24B 27/06))
  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS... > Sistemas de control por programa (aplicaciones específicas,... > G05B19/18 (Control numérico (NC), es decir, máquinas que funcionan automáticamente, en particular máquinas herramientas, p. ej. en un entorno de fabricación industrial, para efectuar un posicionamiento, un movimiento o acciones coordinadas por medio de datos de un programa en forma numérica (G05B 19/418 tiene prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO CON MUELA; PULIDO > TRATAMIENTO POR CHORRO ABRASIVO O CHORRO ANALOGO,... > Métodos para la utilización del chorro abrasivo... > B24C1/04 (para trabajar únicamente ciertas partes de una superficie, p. ej. para grabar la piedra o el vidrio)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO CON MUELA; PULIDO > TRATAMIENTO POR CHORRO ABRASIVO O CHORRO ANALOGO,... > B24C9/00 (Accesorios de máquinas o dispositivos de tratamiento al chorro abrasivo, p. ej. áreas de trabajo, dispositivos para el manejo de los abrasivos usados)

PDF original: ES-2541280_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema y procedimiento de comprobación y alineación de herramienta ANTECEDENTES

Campo técnico La presente invención se refiere a un procedimiento para mejorar una trayectoria de la punta de una herramienta de una máquina multieje mediante la comprobación y la compensación de la falta de alineación de la herramienta y, en algunas realizaciones, se refiere a un procedimiento para mejorar una trayectoria de la punta de una herramienta de una máquina de corte por chorro de agua mediante la comprobación y la compensación de la falta de alineación de la herramienta.

Descripción de la técnica relacionada Los chorros de fluido a alta presión, incluyendo los chorros de agua abrasivos a alta presión, se usan para cortar una gran diversidad de materiales en muchas industrias diferentes. Los chorros de agua abrasivos han demostrado ser especialmente útiles en el corte de materiales difíciles, gruesos o agregados, tales como materiales gruesos de metal, vidrio o cerámica. En la actualidad, hay disponibles sistemas para generar chorros de agua abrasivos a alta presión, tales como, por ejemplo, el sistema de chorro de agua abrasivo de 5 ejes Mach 4 fabricado por Flow International Corporation, el cesionario de la presente invención, así como otros sistemas que incluyen un conjunto cabezal de corte con chorro de agua abrasivo montado a un brazo robótico articulado. Otros ejemplos de sistemas de corte por chorro abrasivo se muestran y se describen en la patente US 5.643.058 de Flow.

Debería entenderse que las expresiones "chorro de fluido a alta presión" y "chorro" incorporan todos los tipos de chorros de fluido a alta presión incluyendo, pero sin limitarse a, chorros de agua a alta presión y chorros de agua abrasivos a alta presión. En dichos sistemas, un fluido a alta presión, típicamente agua, fluye a través de un orificio en un cabezal de corte para formar un chorro a alta presión, en el cual se combinan particular abrasivas a medida que el chorro fluye a través de un tubo de mezclado. El chorro de agua abrasivo a alta presión es descargado desde el tubo de mezclado y es dirigido hacia una pieza de trabajo para cortar la pieza de trabajo a lo largo de una trayectoria designada.

En la actualidad, hay disponibles varios sistemas para mover un chorro de fluido a alta presión a lo largo de una trayectoria designada. Dichos sistemas pueden denominarse comúnmente, por ejemplo, máquinas de tres ejes y de cinco ejes. Las máquinas de tres ejes convencionales montan el conjunto cabezal de corte de manera que pueda moverse a lo largo de un plano x-y y perpendicular a lo largo de un plano z, concretamente acercándose y alejándose de la pieza de trabajo. De esta manera, el chorro de fluido a alta presión generado por el conjunto cabezal de corte es movido a lo largo de la trayectoria designada en un plano x-y, y es subido y bajado con relación a la pieza de trabajo, según se desee. Las máquinas de 5 ejes convencionales trabajan en una manera similar pero permiten el movimiento alrededor de dos ejes de rotación no paralelos adicionales. Otros sistemas pueden incluir un conjunto cabezal de corte montado en un brazo robótico articulado, tal como, por ejemplo, un brazo robótico de 6 ejes articulado alrededor de 6 ejes de rotación separados.

Pueden usarse procedimientos de fabricación asistida por ordenador (CAM) para accionar o controlar eficientemente dichas máquinas convencionales a lo largo de una trayectoria designada, por ejemplo permitiendo el uso de modelos bidimensionales o tridimensionales de piezas de trabajo generados usando diseño asistido por ordenador (es decir, modelos CAD) para generar el código para accionar las máquinas. Por ejemplo, puede usarse un modelo CAD para generar instrucciones para accionar los controles y motores apropiados de la máquina para manipular la máquina en sus ejes de traslación y/o de rotación para cortar o procesar una pieza de trabajo, tal como se refleja en el modelo.

La manipulación de un chorro de agua en cinco o seis ejes puede ser particularmente útil por una diversidad de razones, por ejemplo, para cortar una forma tridimensional. Para facilitar un mecanizado de precisión de piezas complejas usando una máquina de 5 ejes o 6 ejes, puede ser ventajoso conocer la relación espacial precisa entre una herramienta de la máquina y una ubicación esperada de la herramienta definida por el diseño de la máquina, y realizar ajustes para la misma. La ubicación esperada de la herramienta puede depender de una serie de factores, incluyendo la configuración de la máquina. Por ejemplo, en una máquina de corte por chorro de agua de 5 ejes que tiene tres ejes de traslación y dos ejes de rotación no paralelos que convergen para formar un punto focal de la máquina, la ubicación esperada de la herramienta puede estar situada en línea con, o a una distancia de desplazamiento seleccionada desde, el punto focal de la máquina. En otras máquinas, una ubicación esperada de la herramienta puede ser posicionada con respecto a un marco de referencia de la herramienta de un componente terminal o enlace de la máquina.

En algunos casos, es beneficioso alinear una herramienta de una máquina con el punto focal de la máquina. Para configurar o comprobar si una herramienta de la máquina está alineada con el punto focal o está dentro de un rango de tolerancia aceptado generalmente, es conocida la realización de mediciones manuales y el ajuste físico de la alineación del sistema en base a dichas mediciones, por ejemplo, tal como se describe más adelante.

Una parte de un aparato y un procedimiento de comprobación y alineación manual de punto focal se ilustran en la Figura 1, que muestra una máquina de chorro de agua abrasivo de 5 ejes cargada con una sonda esférica en el extremo de trabajo de la máquina. Se usa una galga de cuadrante contigua a la sonda esférica para medir el cambio en la posición de la superficie de la sonda a medida que la máquina es instruida para moverse en diversas orientaciones, tal como, por ejemplo, conforme una muñeca de la máquina se hace girar alrededor de un eje de rotación primario. En base a las mediciones obtenidas, a continuación un técnico ajusta físicamente la ubicación de la sonda aflojando los tornillos apropiados, ajustando el conjunto que soporta la sonda y volviendo a apretar los tornillos para compensar la falta de alineación percibida. Este procedimiento se repite con la galga de cuadrante colocada en diferentes ubicaciones y orientaciones para capturar los ajustes que puedan ser necesarios debido a una falta de alineación entre la sonda y el punto focal de la máquina. Este procedimiento requiere mediciones y ajustes iterativos ya que el ajuste físico de la sonda con respecto a un eje de rotación o de traslación puede causar una falta de alineación con respecto a los otros ejes de rotación o traslación. Generalmente, el procedimiento de comprobación y alineación manual requiere un técnico especializado. El procedimiento también es propenso a errores y puede ser extremadamente laborioso y puede requerir mucho tiempo, resultando en largos períodos de inactividad de la máquina. Además, debido a que el procedimiento requiere la sustitución de una sonda con un cabezal de corte u otra herramienta, es propenso a la introducción de una falta de alineación cuando la sonda es intercambiada con el cabezal de corte u otra herramienta antes de procesar una pieza de trabajo.

Además, a partir del documento US 2004/259478 A1 se conoce un procedimiento para fresar ranuras en una pieza de trabajo, que incluye el uso de un manipulador para controlar los ángulos de incidencia de los chorros de fluido abrasivo que atraviesan la pieza de trabajo. Otro procedimiento emplea simultáneamente múltiples chorros de fluido con una pluralidad de ángulos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para mejorar una trayectoria de la punta de una herramienta de una máquina (20) multieje, en el que el procedimiento comprende:

la secuenciación de una herramienta de la máquina (20) multieje a través de una primera secuencia de posiciones y orientaciones con relación a un marco (12) de referencia base; la recepción de información indicativa de la posición y la orientación de un sensor (40) con respecto al marco (12) de referencia base;

caracterizado por la secuenciación de la herramienta de la máquina (20) multieje a través de una segunda secuencia de posiciones y orientaciones con relación a la posición y orientación del sensor (40) ; la detección de una ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) para obtener información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones; y la generación de una trayectoria mejorada de la punta de una herramienta basada, al menos en parte, en los parámetros de transformación calculados a partir de la información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la detección de la ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) incluye la detección de una parte del conjunto (30) cabezal de corte.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la detección de la ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) incluye la 25 detección de un tubo (32) de mezclado de un conjunto (30) cabezal de corte.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la detección de la ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) incluye la detección de un chorro de agua de un conjunto (30) cabezal de corte.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la detección de la ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) incluye la detección de un pasador recibido en un ánima de un tubo (32) de mezclado del conjunto (30) cabezal de corte.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la detección de la ubicación de la herramienta en cada posición y orientación de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con el sensor (40) incluye la interrupción de un haz (42) de luz de un sensor (40) fotoeléctrico.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la máquina multieje es una máquina (20) de corte por chorro 40 de agua y la herramienta es un conjunto (30) cabezal de corte.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procedimiento es realizado bajo el control de uno o más sistemas (100) de computación configurados, en el que la herramienta es un conjunto (30) cabezal de corte y el sensor (40) está configurado para detectar una 45 parte del conjunto (30) cabezal de corte conforme el conjunto (30) cabezal de corte se mueve a través de la secuencia de posiciones y orientaciones próximas al sensor (40) , y en el que el procedimiento comprende además proporcionar instrucciones para mover un punto central de la herramienta del conjunto (30) cabezal de corte a lo largo de una trayectoria mejorada de la punta de una herramienta derivada, al menos en parte, a partir de la información indicativa de la segunda secuencia de 50 posiciones y orientaciones de la parte del conjunto (30) cabezal de corte.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, que comprende además:

antes de generar la trayectoria mejorada de la punta de una herramienta, calcular los parámetros de 55 transformación en base, al menos en parte, a la información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones de la parte del conjunto (30) cabezal de corte.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que los parámetros de transformación son indicativos de al menos una falta de alineación de un punto focal de la máquina y una línea central de la herramienta del conjunto 60 (30) cabezal de corte.

11. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la parte del conjunto (30) cabezal de corte detectada por el sensor (40) es un tubo (32) de mezclado del conjunto (30) cabezal de corte.

12. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el sensor (40) es un sensor fotoeléctrico. 5

13. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la secuenciación del conjunto (30) cabezal de corte a través de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones con relación a la posición y orientación del sensor (40) incluye proporcionar instrucciones para mover el conjunto (30) cabezal de corte a través de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones perpendicularmente con respecto a un marco de referencia del sensor (40) .

14. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la secuenciación del conjunto (30) cabezal de corte a través de la primera secuencia de posiciones y orientaciones incluye proporcionar instrucciones para mover el conjunto (30) cabezal de corte en una serie de movimientos con el conjunto (30) cabezal de corte en una orientación vertical con respecto al marco (12) de referencia base para activar el sensor (40) en al menos dos posiciones y proporcionar instrucciones para mover el conjunto (30) cabezal de corte en una serie de movimientos con el conjunto (30) cabezal de corte en una orientación horizontal con respecto al marco (12) de referencia base para activar el sensor (40) en al menos otras dos posiciones.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procedimiento es realizado bajo el control de uno o más 20 sistemas (100) de computación configurados y comprende además:

antes de generar la trayectoria mejorada de la punta de una herramienta, calcular los parámetros de transformación en base, al menos en parte, a la información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones de la herramienta; y proporcionar instrucciones para mover la herramienta a lo largo la trayectoria mejorada de la punta de una herramienta derivada, al menos en parte, a partir de los parámetros de transformación.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que la secuenciación de la herramienta a través de la primera secuencia de posiciones y orientaciones incluye la provisión de instrucciones para mover la herramienta en una serie de movimientos con la herramienta en una orientación vertical con respecto al marco (12) de referencia base para activar el sensor (40) en al menos dos posiciones de la primera secuencia de posiciones y orientaciones y la provisión de instrucciones para mover la herramienta en una serie de movimientos con la herramienta en una orientación horizontal con respecto al marco (12) de referencia base para activar el sensor (40) en al menos otras dos posiciones de la primera secuencia de posiciones y orientaciones.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que la máquina multieje es una máquina (20) de corte por chorro de agua de 5 ejes que tiene tres ejes de traslación y dos ejes de rotación no paralelos que convergen para formar un punto focal de la máquina, y en el que el cálculo de los parámetros de transformación en base, al menos en parte, a la información indicativa de la segunda secuencia de posiciones y orientaciones de la herramienta incluye el cálculo de parámetros de transformación que compensan al menos una falta de alineación entre un vector de herramienta que pasa por el punto focal de la máquina y una línea central de herramienta de la herramienta.