PROCEDIMIENTO Y SISTEMA PARA CONTROL DE SOFTWARE AUTOMATIZADO DE PARÁMETROS DE ORIENTACIÓN DE CHORRO DE AGUA.

Un método, en un sistema de ordenador, para controlar automática y dinámicamente la orientación de un cabezal de corte de un aparato de chorro de fluido con relación a un material en proceso de corte,

para definir una pieza objetivo cuya geometría posee una pluralidad de entidades geométricas, teniendo el aparato de chorro de fluido una pluralidad de parámetros de proceso, que comprende: recibir una indicación de la velocidad de cada una de la pluralidad de entidades geométricas que componen la geometría, en el que al menos dos entidades geométricas están asociadas con velocidades diferentes; determinar automática y dinámicamente un parámetro de orientación para cada entidad geométrica, de acuerdo con la velocidad indicada y la pluralidad de parámetros de proceso; y controlar automáticamente el movimiento del cabezal de corte de acuerdo con el parámetro de orientación determinado automáticamente, para cortar el material a fin de producir la pieza objetivo

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2002/027226.

Solicitante: FLOW INTERNATIONAL CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

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

Inventor/es: HASHISH, MOHAMED, A., Knaupp,Michael , Burnham,Charles D. , Sahney,Mira K. , ZHOU,JIANNAN, ERICHSEN,GLENN A.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 26 de Agosto de 2002.

Fecha Concesión Europea: 8 de Septiembre de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B24C1/04B
  • B26F3/00C

Clasificación PCT:

  • B24C1/04 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B24 TRABAJO CON MUELA; PULIDO.B24C TRATAMIENTO POR CHORRO ABRASIVO O CHORRO ANALOGO, CON MATERIALES EN PARTICULAS.B24C 1/00 Métodos para la utilización del chorro abrasivo con vistas a la realización de un trabajo determinado; Utilización de equipos auxiliares vinculados a estos métodos. › para trabajar únicamente ciertas partes de una superficie, p. ej. para grabar la piedra o el vidrio.
  • B26F3/00 B […] › B26 HERRAMIENTAS MANUALES DE CORTE; CORTE; SEPARACION.B26F PERFORACION; CORTE CON SACABOCADOS; RECORTE; PUNZONADO; SEPARACION POR MEDIOS DISTINTOS AL CORTE (trazado, perforación o fabricación de ojales A41H 25/00; fabricación de calzado A43D; cirugía A61B; recorte del metal B21D; perforado de metales B23B; corte del metal por calentamiento localizado, p. ej. corte con soplete, B23K; corte mediante chorros de fluidos abrasivos B24C 5/02; detalles comunes a las máquinas de separar B26D; perforado de la madera B27C; perforado de la piedra B28D; trabajo de materias plásticas o de sustancias en estado plástico B29; fabricación de cajas, cajas de cartón, envolturas o bolsas, de papel o material trabajado de forma análoga, p. ej. de hojas metálicas, B31B; del vidrio C03B; del cuero C14B; de materiales textiles D06H; de guías de luz G02B 6/25; de billetes G07B). › Separación por medios distintos al corte; Aparatos a este efecto (seccionamiento a la muela B24B 27/06).

Clasificación antigua:

  • B24C1/04 B24C 1/00 […] › para trabajar únicamente ciertas partes de una superficie, p. ej. para grabar la piedra o el vidrio.
  • B26F3/00 B26F […] › Separación por medios distintos al corte; Aparatos a este efecto (seccionamiento a la muela B24B 27/06).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.


Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema para control de software automatizado de parámetros de orientación de chorro de agua ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento y sistema para controlar automáticamente un chorro de fluido, y, en particular, a procedimientos y sistemas para controlar automáticamente avance, ahusamiento y otros parámetros de orientación y del procedimiento de un chorro de agua a alta presión usando modelos predictivos. Antecedentes ES 2 259 941 T3 Los chorros de fluidos de alta presión, incluidos los chorros de agua abrasivos de alta presión, se usan para cortar una amplia variedad 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, como metales gruesos, vidrio o materiales cerámicos. En la actualidad se dispone de chorros de agua abrasivos de alta presión, por ejemplo el sistema Paser 3 fabricado por Flow Internacional Corporation, el cesionario de la presente invención. Un sistema de corte por chorro abrasivo de este tipo se muestra y se describe en la patente de EE.UU. nº 5.643.058 para Flow. Debe entenderse que los términos chorro de fluido a alta presión y chorro usados en la misma incorporan todos los tipos de chorros de fluido a alta presión, incluyendo pero sin limitarse a, chorros de agua de alta presión y chorros de agua abrasivos de alta presión. En dichos sistemas, el fluido de alta presión, normalmente agua, fluye a través de un orificio en un cabezal cortador para formar un chorro de alta presión, en el que las partículas abrasivas se combinan cuando el chorro fluye a través de un tubo de mezclado. El chorro de agua abrasivo de alta presión se descarga desde el tubo de mezclado y se dirige hacia una pieza de trabajo para cortar la pieza de trabajo a lo largo de una trayectoria designada. En el documento FR-A-2.699.852 se enseña un procedimiento de control del funcionamiento de un aparato de chorro de fluido en el que el control se basa en información almacenada antes del funcionamiento real del aparato y en relación con la naturaleza misma y el grosor del material que se va a cortar. Según la enseñanza del documento FR-A­ 2.699.852 la orientación de una boquilla de fluido del aparato de chorro de fluido que proporciona fluido a presión se controla de forma automática y dinámica. El movimiento de traslación de la boquilla está controlado automáticamente de acuerdo con la información almacenada previamente. El documento FR-A-2.699.852 también desvela un sistema de control de chorro de fluido dinámico que controla un aparato de chorro de fluido para producir a partir de un material una pieza objeto con una geometría que tiene una pluralidad de segmentos geométricos. El aparato tiene una boquilla que se orienta de forma automática y dinámica con respecto a una pluralidad de ejes basándose en la información almacenada previamente en una unidad de memoria con el fin de cortar una pieza objeto. Existen varios sistemas disponibles actualmente para mover un chorro de fluido a alta presión a lo largo de una trayectoria designada. Dichos sistemas se refieren comúnmente como máquinas de tres ejes y de cinco ejes. Las máquinas de tres ejes convencionales montan el ensamblaje del cabezal cortador de tal forma que puede moverse a lo largo de un plano x-y y perpendicular a lo largo de un eje z, es decir, hacia y desde la pieza de trabajo. De esta manera, el chorro de fluido a alta presión generado por el ensamblaje del cabezal cortador se mueve a lo largo de la trayectoria designada en un plano xy, y se eleva y se rebaja con respecto a la pieza de trabajo, según pueda desearse. Las máquinas de cinco ejes convencionales funcionan de una manera similar pero proporcionan movimiento alrededor de dos ejes de rotación adicionales, normalmente alrededor de un eje horizontal y de un eje vertical de manera que consigan en combinación con los otros ejes, ciertos grados de inclinación y basculamiento. La manipulación de un chorro alrededor de cinco ejes puede ser útil por una diversidad de razones, por ejemplo, para cortar una forma tridimensional. Dicha manipulación también puede desearse para corregir las características de corte del chorro o las características del resultado del corte. Más en particular, según comprenderá un experto en la materia, un corte producido por un chorro, por ejemplo un chorro de agua abrasivo, tiene características que difieren de los cortes producidos por procedimientos de mecanizado más tradicionales. Dos de las características de corte que pueden obtenerse del uso de un chorro de fluido a alta presión se refieren como ahusamiento y corte posterior. La fig. 1 es una ilustración de ejemplo de ahusamiento. Ahusamiento se refiere al ángulo de un plano de la pared de corte con respecto a un plano vertical. El ahusamiento produce normalmente una pieza objeto que tiene dimensiones diferentes en la superficie superior (en la que el chorro entra en la pieza de trabajo) que en la superficie inferior (en la que el chorro sale de la pieza de trabajo). La fig. 2 es una ilustración de ejemplo de corte posterior. El corte posterior, también referido como arrastre, identifica los fenómenos en que el chorro de fluido a alta presión sale de la pieza de trabajo en un punto por detrás del punto de entrada del chorro en la pieza de trabajo, con respecto a la dirección de desplazamiento. Estas dos características de corte, es decir, ahusamiento y corte posterior, pueden o no ser aceptables, dado el producto final deseado. El ahusamiento y el corte posterior varían dependiendo de la velocidad del corte; así, una forma conocida de controlar un ahusamiento y/o corte posterior excesivo consiste en ralentizar la velocidad de corte del sistema. En situaciones en que es deseable reducir al mínimo o eliminar el ahusamiento y el corte posterior, se han usado sistemas convencionales de cinco ejes, principalmente a través de prueba y error manual, para aplicar correcciones de ángulos de ahusamiento y de avance al chorro conforme se mueve a lo largo de la 2 trayectoria de corte. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se proporciona un procedimiento para control automático y dinámico de orientación de un cabezal cortador de un aparato de chorro de fluido con respecto a un material que se va a cortar, para producir una pieza objeto que tiene una geometría con una pluralidad de entidades geométricas, que comprende: recepción de una indicación de un valor de velocidad para cada una de la pluralidad de entidades geométricas de la geometría, en la que al menos dos entidades geométricas se asocian con diferentes valores de velocidad; determinación de forma automática y dinámica de un parámetro de orientación para cada entidad geométrica de acuerdo con el valor de velocidad indicado y otros parámetros del procedimiento; y control automático del movimiento del cabezal cortador de acuerdo con el parámetro de orientación determinado automáticamente para cortar el material para producir la pieza objeto. Además, se proporciona un sistema de control de chorro de fluido dinámico que controla un aparato de chorro de fluido para producir a partir de un material una pieza objeto con una geometría que tiene una pluralidad de segmentos geométricos, teniendo el aparato de chorro de fluido un cabezal cortador que gira en una pluralidad de ejes, que comprende: interfaz de control del cabezal cortador que comunica una pluralidad de parámetros de orientación con el cabezal cortador del aparato de chorro de fluido para orientar el cabezal cortador con respecto a la pluralidad de ejes para cortar la pieza objeto; y componente de modelización de avance y ahusamiento que determina de forma automática y dinámica un valor de orientación para cada uno de la pluralidad de segmentos de la geometría de acuerdo con un valor determinado de una velocidad de cabezal cortador asociada con ese segmento, teniendo al menos dos segmentos valores asociados de velocidad que son diferentes; y envío de la pluralidad de valores de orientación determinada para cada segmento a la interfaz de control del cabezal cortador para controlar la orientación del cabezal cortador. En particular, los procedimientos y sistemas de la presente invención proporcionan el control automático de parámetros de orientación de un chorro de fluido para conseguir un mayor control sobre el contorno del corte producido y la pieza resultante. Estos procedimientos y sistemas pueden emplearse con diferentes tipos de aparatos de chorro, como los que controlan un cabezal cortador usando movimiento alrededor de un número diferente de ejes. Las formas de realización de ejemplo proporcionan un Sistema Dinámico de Control de Chorro de Agua (SDCCA) para controlar dinámicamente la orientación de un chorro con respecto al material...

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para controlar de forma automática y dinámica la orientación de un cabezal cortador de un aparato de chorro de fluido con respecto a un material que se va a cortar, para producir una pieza objeto que tiene una geometría con una pluralidad de entidades geométricas, que comprende: recepción de una indicación de un valor de velocidad para cada una de la pluralidad de entidades geométricas de la geometría, en la que al menos dos entidades geométricas se asocian con diferentes valores de velocidad; determinación de forma automática y dinámica de un parámetro de orientación para cada entidad geométrica de acuerdo con el valor de velocidad indicado y otros parámetros del procedimiento; y control automático del movimiento del cabezal cortador de acuerdo con el parámetro de orientación determinado automáticamente para cortar el material para producir la pieza objeto. 2. El procedimiento según la reivindicación 1 en el que las al menos dos entidades geométricas asociadas con diferentes valores de velocidad se ordenan sucesivamente de manera que los dos valores diferentes de velocidad indican una aceleración o una deceleración. 3. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que la determinación de forma automática y dinámica del parámetro de orientación para cada entidad geométrica comprende: determinación de forma automática y dinámica del parámetro de orientación de manera que la deceleración se aminora mientras el cabezal cortador consigue un corte más exacto. 4. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que el parámetro de orientación determinado automáticamente es un ángulo de avance y/o un ángulo de ahusamiento. 5. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que la determinación de forma automática y dinámica del parámetro de orientación para cada entidad geométrica comprende además: determinación de forma automática y dinámica de al menos un ángulo de avance y/o un ángulo de ahusamiento para corte de cada entidad geométrica. 6. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que los parámetros de orientación para cada una de las dos entidades sucesivas son diferentes. 7. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes que comprende además: determinación automática de un segundo parámetro de orientación para cada velocidad determinada de acuerdo con la velocidad determinada y la pluralidad de parámetros del procedimiento; y control del movimiento del cabezal cortador de acuerdo con los dos parámetros de orientación determinados automáticamente. 8. El procedimiento según la reivindicación 7 en el que los parámetros de orientación primero y segundo determinados comprenden un ángulo de avance y un ángulo de ahusamiento. 9. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que el control automático y dinámico de la orientación del cabezal cortador comprende además: generación de instrucciones de movimiento que indican el parámetro de orientación determinado automáticamente para cada entidad geométrica; y envío de las instrucciones de movimiento a un controlador del cabezal cortador; y orden al controlador para que ejecute las instrucciones de movimiento. 10. El procedimiento según la reivindicación 9 en el que las instrucciones de movimiento generadas comprenden un programa de movimiento para un controlador para el cabezal cortador. 11. El procedimiento según la reivindicación 9 ó 10 en el que el controlador del cabezal cortador está integrado en un controlador del propio aparato. 12. El procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11 en el que las instrucciones de movimiento están adaptadas al controlador del cabezal cortador. 13. El procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 12 en el que las instrucciones de movimiento comprenden una pluralidad de secuencias de mando con una posición x-y y un valor de compensación del ángulo de ahusamiento y/o un valor de compensación del ángulo de avance, de manera que las correcciones al corte objeto se hacen transparentes para un operador del aparato de chorro. ES 2 259 941 T3 14. El procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 12 en el que las instrucciones de movimiento comprenden una pluralidad de secuencias de mando que indican cinemática inversa para controlar el cabezal cortador según una posición x-y y un ángulo de ahusamiento y/o un ángulo de avance, de manera que es transparente para un operador del aparato de chorro. 15. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que se usa un modelo predictivo de un corte basado en el cambio de un valor de ángulo de avance y/o un valor de ángulo de ahusamiento para determinar automáticamente el parámetro de orientación para cada valor de velocidad indicado. 16. El procedimiento según la reivindicación 15 en el que el modelo predictivo indica valores para el ángulo de avance y/o el ángulo de ahusamiento en función de valores de velocidad. 17. El procedimiento según la reivindicación 15 ó 16 en el que la función de velocidad se define además en función de uno de los parámetros del procedimiento. 18. El procedimiento según la reivindicación 17 en el que el parámetro del procedimiento es al menos uno entre velocidad de flujo del fluido abrasivo, diámetro del orificio de boquilla, características del tubo de mezclado, presión de fluido abrasivo, grosor del material y tipo de material. 19. El procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 18 en el que el modelo predictivo indica valores para los ángulos de avance y/o ángulos de ahusamiento en función de los valores de aceleración. 20. El procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 18 en el que el modelo predictivo indica valores para los ángulos de avance y/o ángulos de ahusamiento en función de los valores de deceleración. 21. El procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 20 en el que los datos del modelo predictivo se almacenan en una biblioteca de código modificable dinámicamente. 22. El procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 21 en el que el modelo predictivo se representa como una ecuación polinómica o se basa en una estructura de datos de búsqueda de valores discretos. 23. El procedimiento según la reivindicación 22 en el que la ecuación polinómica es una ecuación expresada en función de la velocidad y que tiene coeficientes con valores basados en los valores de los parámetros del procedimiento. 24. El procedimiento según la reivindicación 23 en el que los valores de los coeficientes varían con el grosor del material. 25. El procedimiento según las reivindicaciones 15 a 24 en el que el modelo predictivo está representado por una ecuación polinómica. 26. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que el cabezal cortador está controlado mediante movimiento alrededor de al menos 4 ejes. 27. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que el cabezal cortador está controlado mediante movimiento alrededor de al menos 5 ejes. 28. El procedimiento según las reivindicaciones 26 ó 27 en el que los ejes proporcionan movimiento de inclinación y basculamiento del cabezal cortador con respecto a la pieza objeto. 29. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que el aparato de chorro de fluido es un chorro de agua abrasiva. 30. El procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que el aparato de chorro de fluido es un chorro de fluido a alta presión. 31. Un soporte de memoria legible por ordenador que contiene instrucciones para controlar un procesador informático según las etapas de una de las reivindicaciones de procedimiento precedentes para controlar de forma automática y dinámica la orientación de un cabezal cortador de un aparato de chorro de fluido con respecto a un material que se va a cortar, para producir una pieza objeto. 32. Un sistema de control de chorro de fluido dinámico que controla un aparato de chorro de fluido para producir a partir de un material una pieza objeto con una geometría que tiene una pluralidad de segmentos geométricos, teniendo el aparato de chorro de fluido un cabezal cortador que gira sobre una pluralidad de ejes, que comprende: interfaz de control del cabezal cortador que comunica una pluralidad de parámetros de orientación con el cabezal cortador del aparato de chorro de fluido para orientar el cabezal cortador con respecto a la pluralidad de ejes para cortar la pieza objeto; y componente de modelación de avance y ahusamiento que determina de forma automática y dinámica un valor de orientación para cada uno de la pluralidad de segmentos de la geometría de acuerdo con un valor determinado de una velocidad del 16 ES 2 259 941 T3 cabezal cortador asociada con ese segmento, teniendo al menos dos segmentos valores de velocidad asociados que son diferentes; y envío de la pluralidad de valores de orientación determinados para cada segmento a la interfaz de control del cabezal cortador para controlar la orientación del cabezal cortador. 33. El sistema según la reivindicación 32 en el que los al menos dos segmentos geométricos asociados con diferentes velocidades se ordenan sucesivamente de manera que los dos valores de velocidad diferentes indican una aceleración o una deceleración. 34. El sistema según la reivindicación 32 ó 33 en el que el componente de modelización de avance y ahusamiento está estructurado para determinar de forma automática y dinámica el parámetro de orientación de manera que la deceleración se aminore mientras el cabezal cortador consigue un corte más exacto. 35. El sistema según una de las reivindicaciones 32 a 34 en el que los valores de orientación determinados incluyen ángulos de avance y/o ángulos de ahusamiento. 36. El sistema según la reivindicación 35 en el que los valores de orientación determinados también incluyen valores de compensación de separación. 37. El sistema según las reivindicaciones 34 s 38 en el que el componente de modelización de avance y ahusamiento determina automáticamente la pluralidad de valores de orientación para cada uno de la pluralidad de segmentos de la geometría de acuerdo con la velocidad determinada del cabezal cortador y una pluralidad de otros parámetros del procedimiento. 38. El sistema según la reivindicación 37 en el que los otros parámetros del procedimiento comprenden al menos uno entre velocidad de flujo del fluido abrasivo, diámetro del orificio de boquilla, características del tubo de mezclado, presión de fluido abrasivo, grosor del material y tipo de material. 39. El sistema según una de las reivindicaciones 32 a 38 en el que el aparato de fluido a chorro es un sistema de más de tres ejes. 40. El sistema según una de las reivindicaciones 32 a 39 en el que el aparato de chorro de fluido es un aparato de chorro de agua, un aparato de alta presión o un aparato de baja presión. 41. El sistema según una de las reivindicaciones 32 a 40 en el que la interfaz de control del cabezal cortador y el componente de modelización de avance y ahusamiento están integrados en un controlador numérico informático del aparato de chorro de fluido. 42. El sistema según las reivindicaciones 32 a 41 en el que el componente de modelización de avance y ahusamiento comprende una estructura de datos que tiene una función que determina los valores de ángulo de avance y ángulo de ahusamiento basándose en los parámetros del procedimiento. 43. El sistema según las reivindicaciones 42 en el que la función determina los ángulos de avance y los ángulos de ahusamiento basándose en valores que representan al menos uno entre velocidad, aceleración y deceleración. 44. El sistema según una de las reivindicaciones 32 a 41 en el que el componente de modelización de avance y ahusamiento comprende una estructura de datos que representa una tabla de búsqueda de valores discretos que puede usarse para predecir ángulos de avance y ángulos de ahusamiento basándose en los parámetros del procedimiento. 45. Un aparato de chorro de fluido que comprende el sistema según una de las reivindicaciones 32 a 44. 17 ES 2 259 941 T3 18 ES 2 259 941 T3 19 ES 2 259 941 T3 ES 2 259 941 T3 21 ES 2 259 941 T3 22 ES 2 259 941 T3 23 ES 2 259 941 T3 24 ES 2 259 941 T3 ES 2 259 941 T3 26 ES 2 259 941 T3 27 ES 2 259 941 T3 28 ES 2 259 941 T3 29 ES 2 259 941 T3 ES 2 259 941 T3 31 ES 2 259 941 T3 32 ES 2 259 941 T3 33 ES 2 259 941 T3 34 ES 2 259 941 T3 ES 2 259 941 T3 36 ES 2 259 941 T3 37 ES 2 259 941 T3 38

 

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