Dispositivo para remachar fuselajes de aeronaves.

Cabezal (25) de un dispositivo de remachado para instalar collares (13) en bulones (11) previamente insertados en una estructura,

teniendo dichos collares (13) una primera parte (15) que está diseñada para ser unida a los bulones (11) y una segunda parte (17), separada de la primera parte (15) por una zona frangible, que está diseñada para romperse cuando el par de apriete aplicado a los collares (13) alcanza un valor predeterminado, caracterizado por que comprende:

- al menos una herramienta de instalación de collares (31, 31');

- medios de suministro de collares (41, 45, 55) a dicha herramienta de instalación de collares (31, 31');

- un medio de actuación de la herramienta (35);

- medios de desplazamiento lineal durante la operación de roscado;

- medios de retirada (57, 45) de la segunda parte (17) de los collares (13);

- medios de control dispuestos para realizar automáticamente la instalación de collares (13) en bulones (11) y después de ello la retirada de la segunda parte (17) de los mismos, utilizando herramientas (31, 31') y collares (13) apropiados para los bulones (11).

Dispositivo para remachar fuselajes de aeronaves Campo de la invención La presente invención se refiere a dispositivos y métodos de remachado para unir componentes de estructuras tales como fuselajes de los aeronaves y, más concretamente, a dispositivos y métodos de remachado para la instalación automática de los collares en los bulones en fuselajes de aeronaves realizados con materiales compuestos (véase, por ejemplo, el documento US-A-4538483 en cuyo preámbulo se basan las reivindicaciones independientes 1 y 11) .

Antecedentes Entre los métodos de unión usados para montar estructuras de aeronaves realizadas con materiales compuestos, preferiblemente Plástico Reforzado con Fibra de Carbono (Carbon Fibre Reinforced Plastic o CFRP) , materiales metálicos o combinaciones híbridas de ambos, son bien conocidos métodos de remachado con remaches de rosca corta con un ajuste deslizante, como los remaches Hi-Lite fabricados por Hi Shear Corporation.

Estos remaches, desarrollados exclusivamente para la industria aeroespacial, se componen de un bulón roscado cuya cabeza puede ser protuberante o avellanada y una tuerca o collar que limita el par de apriete aplicado mediante la rotura de una parte de la misma. En el caso de estructuras cerradas, tales como los fuselajes, que deben utilizar un gran número de remaches para unir el revestimiento del fuselaje con varios elementos rigidizadores internos (cuadernas, larguerillos, vigas) , la instalación de los collares en los bulones introducidos previamente por la parte exterior del fuselaje se lleva a cabo normalmente de forma manual con la ayuda de una herramienta neumática.

El proceso de remachado incluye los siguientes pasos básicos:

- Los operarios están distribuidos por áreas al azar para trabajar en paralelo. El orden de instalación de collares no es importante.

- Cada operador cuenta con los collares que necesitará (pre-depositados en cajas separadas para cada referencia) .

- Para cada bulón específico, se selecciona el collar correspondiente, se realiza un operación manual de roscado del collar en el bulón con un - de vuelta y, usando una herramienta neumática o eléctrica, se lleva a cabo el roscado completo del collar hasta su ruptura.

- Por último, la parte rota del collar se extrae manualmente de la herramienta neumática o eléctrica con una sacudida.

El cabezal de la herramienta neumática o eléctrica es relativamente simple y, por lo tanto, de pequeño tamaño. Se compone de un vástago hexagonal central que permanece fijo y bloquea el giro del bulón y de un vaso a través del cual se aplica el par de apriete sobre la cabeza hexagonal del collar. Una vez que se alcanza el par correspondiente al collar empleado, la parte desprendida del cuerpo o excedente permanece alojado en el vaso. Una ligera sacudida es suficiente para desprenderla.

Este proceso es laborioso y tiene la desventaja de ser muy intensivo en mano de obra, aumentando el coste de fabricación de la aeronave. Además los operarios tienen que adoptar a veces posiciones no ergonómicas para la instalación del collar.

La presente invención está orientada a la solución de estos problemas.

Sumario de la invención Un objeto de esta invención es la automatización de la instalación de collares en bulones en los sistemas de remachado de al menos dos componentes de una estructura, teniendo los collares una primera parte que está diseñada para ser unida a los bulones y una segunda parte para controlar el par de apriete aplicado a los collares, separada de la primera parte por una zona frangible, que está diseñada para romperse cuando el par de apriete alcanza un valor predeterminado, en, sobre todo, grandes estructuras como fuselajes de aeronaves que tienen áreas de baja accesibilidad.

En un aspecto, estos y otros objetos se consiguen con un cabezal de un dispositivo de remachado que comprende: al menos una herramienta de instalación de collares; medios de suministro de collares a dicha herramienta de instalación

de collares; medios de actuación de la herramienta; medios de desplazamiento lineal durante la operación de roscado, medios de retirada de la segunda parte de los collares; medios de control dispuestos para realizar automáticamente la instalación de los collares en los bulones y, después de ello, la retirada de la segunda parte de los mismos, utilizando herramientas y collares apropiados para los bulones.

En realizaciones de la invención, el cabezal también comprende medios de visión artificial adaptados para llevar a cabo un reconocimiento de la posición y orientación de los bulones para que el cabezal pueda ser debidamente posicionado respecto a los bulones. De esta manera se consigue un cabezal dotado de una capacidad de reconocimiento de los bulones de utilidad cuando no se dispone de su posición.

En realizaciones de la invención, el cabezal también comprende medios de limpieza para eliminar cualquier material sellante que permanece en los bulones. De esta manera se logra un cabezal capaz de realizar una operación de limpieza antes de la instalación de los collares en los bulones.

En realizaciones de la invención, dichos medios de actuación de la herramienta comprenden un motor eléctrico o un motor neumático. De esta manera se logra un cabezal con unos medios de actuación de la herramienta con un funcionamiento similar al de las herramientas utilizadas en los procedimientos manuales de instalación de collares en bulones.

En realizaciones de la invención, el cabezal también comprende un conducto de vacío conectado a la herramienta de instalación de collares. De esta manera se logra un cabezal capaz de sujetar el collar lo que permite una instalación efectiva del collar en el bulón.

En realizaciones de la invención, los medios de suministro de collares y los medios de retirada comprenden conductos de suministro de collares conectados a depósitos de collares, un conducto de succión conectado a un depósito, un brazo móvil entre la herramienta de instalación de collares y los conductos de suministro de collares o el conducto de succión y un conducto de vacío para el brazo móvil. De esta manera se logra un cabezal capaz de alimentar de manera eficiente la herramienta de instalación de collares con los collares necesarios para ser instalados en los bulones y para retirar eficientemente las partes desprendidas de los collares.

En realizaciones de la invención, los medios de actuación de dicho brazo móvil son un actuador rotatorio y un actuador lineal. De esta manera se logra un cabezal con un brazo apropiado para proporcionar collares a la herramienta de instalación de collares y para retirar de la herramienta de instalación de collares las partes desprendidas de los collares.

En realizaciones de la invención, la herramienta de instalación de collares se selecciona entre una herramienta recta, que tiene su terminal de actuación en el mismo eje de los medios de actuación de la herramienta y una herramienta acodada, con su terminal de accionamiento en un eje desplazado con respecto al eje de los medios de actuación de la herramienta, y el cabezal está dispuesto de manera que dicho brazo móvil puede llegar a los terminales de las dos herramientas de instalación de collares. De esta manera se logra un cabezal con dos herramientas intercambiables, en el que la herramienta recta se utilizará para instalar collares en bulones de fácil acceso y en el que la herramienta acodada se utilizará para instalar collares en bulones inaccesibles a la herramienta recta.

En realizaciones de la invención, el cabezal está configurado con al menos dos conjuntos intercambiables de una herramienta de instalación de collares y un medio de actuación de la herramienta adaptados a tamaños diferentes de collares. De esta manera se logra un cabezal modular para gestionar eficazmente un amplio rango de referencias de collares.

En otro aspecto, los objetos antes mencionados se logran con un robot con un brazo articulado que tiene como efector final el cabezal mencionado anteriormente y medios de control dispuestos para la colocación del efector final en una posición adecuada para llegar a los bulones con la herramienta de instalación del collar.

En realizaciones de la invención, dicho robot se utiliza en una sección del fuselaje de una aeronave. De esta manera se logra un dispositivo adecuado para la instalación automática de collares en bulones en una estructura donde el acceso a los bulones no es fácil.

En realizaciones de la invención, los componentes de la estructura que se remacha están hechos de materiales compuestos y los bulones se insertan en la estructura sin interferencia. De esta manera se logra un dispositivo adecuado para la instalación... [Seguir leyendo]

1. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado para instalar collares (13) en bulones (11) previamente insertados en una estructura, teniendo dichos collares (13) una primera parte (15) que está diseñada para ser unida a los bulones (11) y una segunda parte (17) , separada de la primera parte (15) por una zona frangible, que está diseñada para romperse cuando el par de apriete aplicado a los collares (13) alcanza un valor predeterminado, caracterizado por que comprende:

- al menos una herramienta de instalación de collares (31, 31) ;

- medios de suministro de collares (41, 45, 55) a dicha herramienta de instalación de collares (31, 31) ;

- un medio de actuación de la herramienta (35) ;

- medios de desplazamiento lineal durante la operación de roscado;

- medios de retirada (57, 45) de la segunda parte (17) de los collares (13) ;

- medios de control dispuestos para realizar automáticamente la instalación de collares (13) en bulones (11) y después de ello la retirada de la segunda parte (17) de los mismos, utilizando herramientas (31, 31) y collares (13) apropiados para los bulones (11) .

2. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según la reivindicación 1, que también comprende medios de visión artificial (59) adaptados para llevar a cabo un reconocimiento de la posición y orientación de los bulones (11) para que el cabezal (25) puede ser posicionado correctamente con respecto de a los bulones (11) .

3. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, que también comprende medios de limpieza para eliminar cualquier material sellante que permanece en los bulones (11) .

4. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que también comprende un conducto de vacío (39) conectado a la herramienta de instalación de collares (31, 31) .

5. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que los medios de suministro de collares (41, 45, 55) y los medios de retirada (57, 45) comprenden:

- conductos de suministro de collares (41) conectados a depósitos de collares;

- un conducto de succión (57) conectado a un depósito de material sobrante;

- un brazo móvil (45) entre la herramienta de instalación de collares (31, 31) y los conductos de suministro de collares (41) o el conducto de succión (57)

- un conducto de vacío (55) conectado al brazo móvil (45) .

6. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según la reivindicación 5, en el los medios de actuación de dicho brazo móvil (45) comprenden un actuador rotatorio (49, 51) y un actuador lineal (47) .

7. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que:

- dicha herramienta de instalación del collar (31, 31) se selecciona entre una herramienta recta (31) , que tiene su terminal de actuación en el mismo eje que el medio de actuación de la herramienta (35) , y una herramienta acodada (31) , con su terminal de accionamiento en un eje desplazado con respecto al eje del medio de actuación de la herramienta (35) ;

- el cabezal (25) está dispuesto de manera que dicho brazo móvil (45) puede llegar a los terminales de las dos herramientas de instalación del collar (31, 31) .

8. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que está 5 configurado con al menos dos conjuntos intercambiables de una herramienta de instalación de collares y un medio de actuación de la herramienta adaptados a diferentes rangos de tamaños de collares (13) .

9. Cabezal (25) de un dispositivo de remachado según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que dicho medio de actuación de la herramienta (35) es un motor eléctrico o un motor neumático.

10. Robot (21) para remachar al menos dos componentes de una estructura para instalar collares (13) en bulones (11) previamente insertados en la estructura, teniendo dichos collares (13) una primera parte (15) que está diseñada para ser unida a los bulones (11) y una segunda parte (17) , separada de la primera parte (15) por una zona frangible, que está diseñada para romperse cuando el par de apriete aplicado a los collares (13) alcanza un valor predeterminado, caracterizado por que comprende un brazo articulado (23) que tiene como efector final un cabezal (25) según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 y medios de control dispuestos para la colocación del efector final (25) en una posición adecuada para llegar a los bulones (11) con la herramienta de instalación del collar (31, 31) .

11. Método para remachar al menos dos componentes de un fuselaje de aeronave utilizando remaches bulones (11) y collares (13) cooperantes con una primera parte (15) que está diseñada para ser unida a los bulones (11) y una segunda parte (17) , separada de la primera parte (15) por una zona frangible, que está diseñada para romperse cuando el par de apriete aplicado a los collares (13) alcanza un valor predeterminado, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

- a) insertar dichos bulones (11) en dicho fuselaje de aeronave desde el exterior;

- b) instalar dicho collares (13) en los bulones (11) desde el interior utilizando un robot (21) según la reivindicación 10.

12. Método según la reivindicación 11, en el que el paso a) se realiza utilizando un dispositivo automático para la inserción de los bulones (11) que puede proporcionar las coordenadas de su ubicación y en el paso b) dichas coordenadas son utilizados por los medios de control de dicho robot (21) para colocar el efector final (25) en una posición adecuada para alcanzar los bulones (11) con la herramienta de instalación del collar (31, 31) .

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, en el que los al menos dos componentes de un fuselaje de aeronave están hechos de un material compuesto y dichos bulones (11) están insertados en el fuselaje de la aeronave sin interferencia.