Compensación para un aparato de chorro de fluido.

Sistema (100) para posicionamiento de un chorro de fluido para corte en una pieza de contorno doble,

constando el sistema de:

un módulo de compensación (113) configurado para recibir información con relación a la trayectoria del contorno (200) en al menos cinco grados de autonomía para el corte de la pieza de contorno doble y una velocidad de movimiento del chorro de fluido durante el corte, donde el módulo de compensación se configura para examinar puntos adyacentes antes y después de cada punto de la trayectoria del contorno (200) para determinar en un vector de movimiento instantáneo (206) el cual se utiliza para establecer un corte transversal (208) del corte a realizar, que es ortogonal con respecto al vector de movimiento instantáneo, así como un corte transversal a lo largo del corte, que se sitúa a lo largo del vector de movimiento instantáneo, y donde el módulo de compensación se configura para proporcionar como salida una trayectoria de contorno modificada de tales al menos cinco grados de autonomía basándose en el vector de movimiento instantáneo y los errores de compensación del corte, de manera que un corte se hace de forma paralela al vector de movimiento instantáneo (206) teniendo el corte un corte transversal (208) y siendo ortogonal al vector de movimiento instantáneo;

un controlador de movimiento (148) adaptado para recibir la trayectoria de contorno modificada de tales al menos cinco grados de autonomía y la velocidad y configurados para proporcionar señales de control; y

un posicionador (104) configurado para recibir señales de control y posicionar el chorro de fluido adyacente de acuerdo con la pieza.

Compensación para un aparato de chorro de fluido

Antecedentes 5

La exposición que se detalla a continuación se proporciona meramente como información general sobre los antecedentes generales y no se pretende su utilización como ayuda a la hora de determinar el alcance del objeto expuesto solicitado.

Son conocidos los sistemas que usan un fluido tal como agua para cortar materiales de forma precisa. Típicamente, tales sistemas ponen el fluido bajo presión extrema (p. ejem. 30, 000 psi o más) y fuerzan su flujo a través de una abertura u orificio para que sea descargado a alta velocidad sobre el material a cortar mediante un proceso de erosión. En muchas aplicaciones, también se introduce un abrasivo en el chorro de fluido y se descarga con el mismo para mejorar la eficiencia de la acción de corte por realce del proceso de erosión. 15

Al usar un chorro de fluido para cortar un material se producen cortes con características diferentes de aquellos hechos con sistemas de corte convencionales. Las figuras 1 y 2 ilustran un chorro de fluido 10 saliendo del orificio 12 de una boquilla 14 para cortar una pieza 16. Típicamente, se desea más de un agujero en la pieza 16 de modo que la boquilla 14 y por lo tanto el chorro de fluido 10 circula por el camino deseado 15 en relación con la 20 pieza 16. En la FIG. 1, la boquilla 14 se mueve dentro y fuera de la sección, mientras que en la FIG. 2 la boquilla 14 se mueve en la dirección indicada por flecha 15.

En referencia a la FIG. 1, el corte resultante 20 realizado por el chorro de fluido 10 tiene una anchura en la superficie superior 22 (frente a la boquilla 14) que difiere de la anchura de la superficie inferior 24 (de forma opuesta 25 a la boquilla 14. El espacio resultante 28 causado por la diferencia entre la anchura de ambos es denominado "ángulo de Kerf" 30. Dicho de otro modo, el ángulo de Kerf 30 es el ángulo del lado de corte 32 que se encuentra fuera de la paralela del eje del chorro de fluido (a menudo el chorro no es perpendicular a la superficie del material por diseño) . El espacio 28 depende del grosor del material, pero también de la velocidad de corte o del movimiento de la boquilla 14. En general, el espacio 28 es más estrecho cuando la velocidad de corte desciende, y una vez que 30 la velocidad se encuentra por debajo de un punto, dicho espacio 28 se opone al ilustrado en la FIG. 1, estrechándose más hacia la superficie 22. La compensación por dicho espacio 28 incluye típicamente la reclinación de la boquilla 14 relacionada con la pieza 16 sobre el eje de movimiento de la boquilla 14.

Además del mencionado espacio 28 presente en el corte, también está presente un "retardo" debido 35 nuevamente al grosor del material y al movimiento de la boquilla 14. En referencia a la FIG. 2, cuanto más rápido se mueve la boquilla 16, más se desvía el chorro de fluido 10 por el material de la pieza 16. Como se ilustra, la distancia de desviación 32 se define como la diferencia en la longitud entre el punto en el que el chorro de fluido 10 impacta en la superficie superior 22, y donde el chorro 10 sale a la superficie inferior 24, mientras que un "retardo de Kerf" se puede definir como un ángulo 34 que usa la línea recta 36 formada entre estos puntos. Típicamente, el 40 retardo de Kerf 34 no afecta a la exactitud del corte cuando se corta en línea recta dado que la parte saliente del chorro de fluido 10 sigue el punto de impacto. No obstante, en esquinas, por ejemplo, la deflexión del chorro de fluido 10 puede causar errores de corte cuando se ensancha hacia el exterior de una esquina dejando o cortando estrecheces desviadas no deseadas. Además, incluso el acabado de los cortes en línea recta se ve afectado por la velocidad de la boquilla 14. No obstante, a diferencia del espacio estrecho 28, el lapso 34 se puede reducir 45 ralentizando el movimiento de la boquilla 14 sobre la pieza 16. Como con dicho espacio estrecho 28, la reclinación de la boquilla 14, en este caso, puede compensar también el lapso sobre un eje transversal a la dirección de movimiento.

Los sistemas han avanzado con la compensación de los errores de corte, sin embargo se desean mejoras. 50

WO 03/018260 divulga un método y un sistema de corte para una pieza plana que utiliza un chorro de agua de alta presión con control automático del espacio, estrechez y otros parámetros de orientación y proceso usando modelos predictivos. El sistema se configura para recibir información con relación al contorno para el corte de la pieza y la velocidad de movimiento de chorro de fluido durante el corte. El sistema consta de un controlador de 55 movimiento adaptado para recibir el contorno y la velocidad y está configurado para proporcionar señales de control, y un posicionador configurado para recibir dichas señales de control y que sitúa la corriente del chorro de forma adyacente a la pieza adecuadamente.

La presente invención proporciona un sistema y un método para posicionar un chorro de fluido para realizar 60 un corte en una pieza de doble contorno tal y como se describe en las reivindicaciones 1 y 16, respectivamente.

El sistema y método para posicionar el chorro para realizar un corte de una pieza de doble contorno incluye un módulo de compensación configurado para recibir información con relación a la trayectoria del contorno con al menos cinco grados de autonomía en el corte de la pieza de doble contorno y una velocidad de movimiento del 65 chorro durante el corte configurada para proporcionar como resultado una trayectoria del contorno modificada de dichos cinco grados de autonomía basándose en la compensación de los errores de corte. Un controlador de movimiento se adapta para recibir la trayectoria del contorno modificada en al menos cinco grados de autonomía y la velocidad se configura para proporcionar señales de control. Un posicionador se configura para recibir las señales de control y sitúa un chorro de fluido adyacente a la pieza .

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es una ilustración esquemática del espacio estrecho resultante presente en el chorro de fluido cortante de 10 la técnica anterior.

La FIG. 2 es una ilustración esquemática del lapso del chorro de fluido presente en el corte con chorro de fluido de la técnica anterior.

La FIG. 3 es un diagrama del flujo que ilustra un ejemplo de operación de un sistema de corte con chorro de fluido.

La FIG. 4 es un pictograma de una trayectoria de corte con compensación. 15

Las figuras 5A, 5B y 5C son representaciones pictóricas de una compensación basada en un polinomio para un material modelo.

La FIG. 6 es un ejemplo de ilustración esquemática del espacio estrecho presente en el chorro de fluido cortante de la presente invención.

La FIG. 7 es un ejemplo de ilustración esquemática del lapso del chorro de fluido presente en el chorro de fluido 20 cortante de la presente invención.

Descripción detallada

La FIG. 3 es un diagrama de bloqueo/circulación que ilustra un ejemplo de operación de un sistema de corte 25 por chorro de fluido 100. Generalmente, el material se corta utilizando un aparato de corte por chorro de fluido (denominado también comúnmente como sistema de chorro de agua aunque puedan usarse otros tipos de "fluidos", descritos aquí como aquellos que incluyen a los líquidos, plasmas, partículas, gases o una combinación entre los mismos y que también pueden ser usados) 102, los cuales bien conocidos y por lo tanto se muestran esquemáticamente. En referencia a las figuras 6 y 7, el aparato 102 incluye una boquilla 14. En este punto debe 30 observarse que se utilizan números primos para indicar conceptos similares mostrados anteriormente; sin embargo, la pieza a cortar y el proceso de corte en sí mismo es diferente ya que una pieza compleja puede tener contornos dobles y/o un grosor variable de corte.

En la presente forma de realización, la boquilla de corte 14 de un aparato de corte 102 se mueve en relación 35 con el material a cortar o con la pieza por un posicionador multi-eje (p. ej. control de 5 o 6 ejes) 104. Como el aparato de corte 102, dichos posicionadores son bien conocidos y no necesitan ser descritos en detalle con el fin de entender los conceptos aquí descritos.

Brevemente, la técnica típica para el corte por chorro de fluido es con la sujeción de la pieza (a veces también 40 denominada como "material a cortar" ) con un dispositivo adecuado. El chorro de fluido o corriente de chorro se dirige típicamente a la pieza realizando el corte deseado para producir la pieza objetivo con una forma y que generalmente se controla robóticamente o por ordenador. La potencia para el corte se genera típicamente mediante una bomba de alta... [Seguir leyendo]

1. Sistema (100) para posicionamiento de un chorro de fluido para corte en una pieza de contorno doble, constando el sistema de:

un módulo de compensación (113) configurado para recibir información con relación a la trayectoria del contorno (200) en al menos cinco grados de autonomía para el corte de la pieza de contorno doble y una velocidad de movimiento del chorro de fluido durante el corte, donde el módulo de compensación se configura para examinar puntos adyacentes antes y después de cada punto de la trayectoria del contorno (200) para determinar en un vector de movimiento instantáneo (206) el cual se utiliza para establecer un corte transversal (208) del corte a realizar, que 10 es ortogonal con respecto al vector de movimiento instantáneo, así como un corte transversal a lo largo del corte, que se sitúa a lo largo del vector de movimiento instantáneo, y donde el módulo de compensación se configura para proporcionar como salida una trayectoria de contorno modificada de tales al menos cinco grados de autonomía basándose en el vector de movimiento instantáneo y los errores de compensación del corte, de manera que un corte se hace de forma paralela al vector de movimiento instantáneo (206) teniendo el corte un corte transversal (208) y 15 siendo ortogonal al vector de movimiento instantáneo;

un controlador de movimiento (148) adaptado para recibir la trayectoria de contorno modificada de tales al menos cinco grados de autonomía y la velocidad y configurados para proporcionar señales de control; y un posicionador (104) configurado para recibir señales de control y posicionar el chorro de fluido adyacente de acuerdo con la pieza. 20

2. Sistema según la reivindicación 1 donde el módulo de compensación (113) es configurado:

- para recibir información con respecto a la trayectoria del contorno en una estructura de coordenadas de referencia (204) ; 25

- para calcular la trayectoria modificada del contorno en una estructura de coordenadas instantánea; y -para trasladar el sistema de coordenadas instantáneo de vuelta a la estructura de coordenadas de referencia.

3. Sistema según las reivindicaciones 1 o 2 donde el controlador de movimiento (148) se adapta para proporcionar información relacionada con los cambios en la velocidad del chorro de fluido durante el proceso de corte en la pieza, 30 y donde el módulo de compensación (113) se adapta para modificar la trayectoria del contorno basada en el cambio en la velocidad.

4. Sistema según las reivindicaciones 1 o 2 que comprende además medios (154, 156) para indicar un cambio en el grosor de la pieza de doble contorno a punto de ser cortada, y donde el módulo de compensación (113) se adapta 35 para modificar la trayectoria del contorno basándose en un cambio en el grosor.

5. Sistema según la reivindicación 4 donde los medios (156) para indicar un cambio en el grosor de la pieza de contorno doble en el punto de corte incluyen un sensor adaptado para la medición del grosor en el punto de corte.

6. Sistema según la reivindicación 4 donde los medios para indicar un cambio en el grosor de la pieza de contorno doble en el punto de corte incluyen información posicional perteneciente al diseño de la pieza.

7. Sistema según la reivindicación 1 donde el módulo de compensación (113) incluye un ensamblaje de compensación (140) que se adapta para recibir información relacionada con la trayectoria del contorno en al menos 45 cinco grados de autonomía para el corte de la pieza de contorno doble y con la velocidad de movimiento del chorro de fluido durante el corte y que se adapta para proporcionar información relacionada con la compensación del corte basándose en datos empíricos.

8. Sistema según la reivindicación 7 donde los datos empíricos es de la forma de ecuaciones polinómicas (143) . 50

9. Sistema según la reivindicación 7 donde el módulo de compensación (113) incluye un componente de compensación de Kerf (160) configurado para recibir información relacionada con la compensación de Kerf basada en datos empíricos, la trayectoria de contorno y la velocidad y proporciona la trayectoria de contorno modificada de dichos al menos cinco grados de autonomía. 55

10. Sistema según la reivindicación 9 donde el componente de compensación de Kerf (160) incluye un módulo configurado para determinar un vector de trayectoria de la herramienta en cualquier punto de la trayectoria del contorno, y donde la trayectoria del contorno modificado de dichos al menos cinco grados de autonomía se basa en el vector de trayectoria de la herramienta. 60

11. Sistema según la reivindicación 10 donde el componente de compensación de Kerf incluye:

- un primer módulo configurado para determinar los errores de compensación de Kerf en al menos 5 dimensiones basadas en el vector de trayectoria de la herramienta en un sistema de coordenadas diferente del sistema de 65 coordenadas de la trayectoria del contorno;

- y un segundo módulo configurado para usar los errores de compensación de Kerf en al menos 5 dimensiones basándose en el vector de trayectoria de la herramienta en el sistema de coordenadas diferente de la trayectoria del contorno para proporcionar la trayectoria modificada del mismo.

12. Sistema según la reivindicación 10 donde el controlador de movimiento (148) se adapta para proporcionar 5 información relacionada con los cambios en la velocidad durante el corte, y donde el módulo de compensación (113) se adapta para modificar la trayectoria del contorno basándose en el cambio de velocidad.

13. Sistema según la reivindicación 10 y que comprende además medios (154, 156) para indicar un cambio en el grosor de la pieza de contorno doble en el punto de corte, y donde el módulo de compensación (113) se adapta para 10 modificar la trayectoria del contorno basándose en un cambio en el grosor.

14. Sistema según la reivindicación 13 donde los medios (156) para indicar un cambio en el grosor de la pieza de contorno doble en el punto de corte incluyen un sensor adaptado para medir el grosor en dicho momento de corte, y donde el ensamblaje de compensación se adapta para modificar la información de corte basándose en cambios en 15 el grosor.

15. Sistema según la reivindicación 13 donde los medios para indicar un cambio en el grosor de la pieza de contorno doble en el punto de corte incluyen información posicional perteneciente al diseño de la pieza, y donde el ensamblaje de compensación (140) se adapta para modificar la información de corte basándose en el grosor a partir 20 de la información posicional perteneciente al diseño de la pieza.

16. Método para proporcionar una trayectoria de contorno (200) para cortar una pieza de contorno doble, constando dicho método de:

- recepción de información relacionada con la trayectoria del contorno en al menos cinco grados de autonomía para cortar la pieza de contorno doble y una velocidad de movimiento del chorro de fluido durante el corte;

- examen de los puntos adyacentes anteriores y posteriores a cada punto en la trayectoria del contorno (200) para determinar un vector de movimiento instantáneo (206) que se utiliza para determinar un corte transversal (208) del corte a realizar, que es ortogonal al vector de movimiento instantáneo, al igual que un corte transversal a lo largo del 30 corte, que se realiza en el vector de movimiento instantáneo;

- determinación de una trayectoria del contorno modificada de tales al menos cinco grados de autonomía basándose en el vector de movimiento instantáneo y en los errores de compensación de Kerf, de manera que un corte se realiza de acuerdo con el vector de movimiento instantáneo (206) teniendo el corte una sección transversal ortogonal al vector de movimiento instantáneo; y 35

- emisión de la trayectoria de contorno modificada.

17. Método según la reivindicación 16 donde la trayectoria del contorno se calcula en un sistema de coordenadas de referencia (204) y donde la trayectoria del contorno modificada se calcula en un sistema de coordenadas instantáneo que es trasladado de vuelta al sistema de coordenadas de referencia (204) . 40

18. Método según las reivindicaciones 16 o 17 que comprende además recibir información relacionada con cambios en la velocidad del chorro de fluido durante el corte en la pieza, y donde determinar la trayectoria modificada del contorno de los mencionados al menos cinco grados de autonomía basándose en errores de compensación de Kerf incluye el basarse en el cambio de velocidad. 45

19. Método según la reivindicación 16 que comprende además información relacionada con cambios en el grosor de la pieza de contorno doble en el punto del corte, y donde determinar la trayectoria modificada del contorno de tales al menos cinco grados de autonomía basándose en errores de compensación de Kerf incluye basarse en un cambio de grosor. 50