Sistemas y métodos para la supervisión de procesos de fabricación de compuestos automáticos.

Un sistema (100) para realizar una operación de fabricación en una pieza de trabajo (142),

que comprende:

al menos un conjunto de cabezal (110) configurado para realizar la operación de fabricación de la pieza de trabajo; y

una plataforma de traslación (130) acoplada al menos a un conjunto de cabezal (110), configurándose la plataforma de traslación (130) para situar operativamente el conjunto de cabezal (110) próximo a la pieza de trabajo (142) y mover sistemáticamente el conjunto del cabezal (110) a lo largo de una trayectoria de traslación próxima a la pieza de trabajo (142), y donde el conjunto de cabezal (110) incluye:

una herramienta que se puede mover con respecto a la pieza de trabajo y configurada para realizar la operación de fabricación de la pieza de trabajo; y

una unidad de supervisión (160) acoplada operativamente a y que puede moverse con la herramienta con respecto a la pieza de trabajo, incluyendo la unidad de supervisión:

un láser (162) configurado para iluminar una tira iluminada de la pieza de trabajo (142) sobre la que la herramienta ha realizado la operación de fabricación, donde el láser (162) comprende un escáner de láser y el haz de iluminación comprende un haz en abanico;

una cámara (164) configurada para recibir un haz reflejado que se refleja desde la tira iluminada;

un alojamiento (166) acoplado operativamente a la herramienta, y un espejo dispuesto dentro de la carcasa (166), estando la cámara (164) dispuesta dentro de la carcasa (166), y estando el escáner láser dispuesto dentro de la carcasa (166) y configurado para transmitir el haz en abanico a través de una primera abertura (170) en la carcasa (166), teniendo el alojamiento una segunda abertura (172) configurada para recibir el haz reflejado, reflejándose adicionalmente el haz reflejado mediante el espejo (168) en la cámara (164); y

donde la unidad de supervisión (160) se configura además para iluminar la tira iluminada y recibir el haz reflejado de forma simultánea a la realización de la operación de fabricación utilizando la herramienta; y

un ordenador (154) configurado para recibir señales de salida desde la cámara (164) indicativas del haz reflejado, y para analizar las señales de salida para, al menos uno de, detectar y caracterizar una característica de interés a lo largo de la tira iluminada, donde la característica de interés incluye al menos uno de un borde, una superposición, un hueco, una arruga, y restos de objetos extraños (FOD).

Sistemas y métodos para la supervisión de procesos de fabricación de compuestos automáticos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas y métodos para la supervisión de procesos de fabricación de compuestos automáticos, y más específicamente, a sistemas y métodos para la supervisión de máquinas de colocación de cinta de material compuesto de cabezales múltiples y similares automáticas.

Antecedentes de la invención

Las estructuras de materiales compuestos se pueden fabricar mediante la acumulación progresiva de la estructura con una pluralidad de capas de cintas de material compuesto finas colocadas (o arrastradas) una capa sobre otra. 15 Típicamente, la operación comienza colocando una o más cintas sobre una herramienta o mandril que tiene una configuración generalmente correspondiente a la forma deseada del artículo a fabricar. Un cabezal de colocación de cinta de un sistema de fabricación de forma se mueve de forma controlable sobre la superficie de la herramienta, la guiando y aplicando una o más cintas de material compuesto sobre la herramienta. El cabezal realiza generalmente pases repetidos sobre la herramienta en un patrón definido hasta que el material compuesto se coteja completamente, acumulando capas sucesivas de la cinta de material compuesto para formar la pieza de trabajo deseada. Un rodillo de compactación se utiliza normalmente para presionar la cinta contra la pieza de trabajo, facilitando de este modo la adhesión de las capas sucesivas. La pieza de trabajo se puede someter después a un proceso de curado (por ejemplo, calentamiento) para adherirse y unir más las capas compuestas. Los sistemas convencionales para la formación de estructuras de materiales compuestos que utilizan capas sucesivas de cinta incluyen los sistemas divulgados, por ejemplo, en las patentes de US nº 6.799.619 y 6.871.684.

Si bien se han obtenido resultados deseables utilizando tales sistemas de la técnica anterior, puede haber margen de mejora. Por ejemplo, las inspecciones para garantizar la calidad de los componentes de materiales compuestos fabricados mediante los sistemas descritos anteriormente pueden requerir un tiempo de inactividad, lo que reduce la tasa y eficacia de producción, y aumenta el coste total, del proceso de fabricación. Los sistemas y métodos novedosos que reducen o eliminan el tiempo de inactividad asociado con la supervisión y la inspección durante la fabricación de componentes de materiales compuestos serían por tanto de utilidad.

El documento US 4.699.683 describe un laminador de fibra de hilado múltiple que utiliza la salida de las cámaras de 35 láser para controlar la posición de los cabezales de dispensación.

El documento US 5.562.788 describe un sistema de detección de defectos por láser en materiales compuestos para la detección de defectos en materiales compuestos después de que se colocan sobre un sustrato.

El documento WO 2007/021890, que solo se cita por su novedad bajo el Artículo 54 (3) EPC, describe sistemas y métodos para la inspección visual en-proceso ara las máquinas automáticas divulgadas. En una realización, un conjunto de cabezal incluye una herramienta que se puede mover sobre una pieza de trabajo y adaptado para realizar una operación de fabricación en la pieza de trabajo, y una unidad de inspección situada operativamente próxima a la herramienta y que se puede mover con la herramienta con respecto a la pieza de trabajo. La unidad de 45 inspección se adapta para realizar una inspección de visión de una porción de la pieza de trabajo simultáneamente con la realización de la operación de fabricación de la pieza de trabajo. En una realización particular, la unidad de inspección incluye una cámara adaptada para supervisar un área que incluye la porción de la pieza de trabajo sobre la que la herramienta ha realizado la operación de fabricación, y un procesador acoplado operativamente a la cámara y adaptado para recibir una imagen de la cámara y analizar la imagen para determinar una presencia de un defecto dentro de la porción de la pieza de trabajo.

Sumario de la invención

La presente invención está dirigida a sistemas y métodos para la supervisión de procesos de fabricación de material 55 compuesto automáticos. Las realizaciones de los sistemas y métodos de acuerdo con la presente invención pueden realizar ventajosamente una supervisión en proceso durante los procesos de fabricación de material compuesto automáticos, proporcionar una mejor detección y caracterización de los defectos de fabricación, y reducir el tiempo de inactividad y los costes asociados en comparación con la técnica anterior.

En una realización, un método incluye la realización de una operación de fabricación en una porción de una pieza de trabajo mediante una herramienta que se puede mover con respecto a la pieza de trabajo. Simultáneamente con la realización de la operación de fabricación, la herramienta se traslada con respecto a la pieza de trabajo, y una porción de la pieza de trabajo sobre la que la herramienta ha realizado la operación de fabricación se supervisa. La supervisión incluye iluminar una tira iluminada de la pieza de trabajo utilizando un láser, y recibir un haz reflejado 65 que se refleja desde la tira iluminada en una cámara. Las señales de salida de la cámara se pueden analizar para detectar y caracterizar una característica de interés, donde la característica de interés puede incluir un borde, una

superposición, un vacío, una arruga, y restos de objetos extraños (FOD) .

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la presente invención se describen en detalle a continuación con referencia a los siguientes dibujos.

La Figura 1 es una vista isométrica de un sistema para la fabricación de componentes de material compuesto de acuerdo con una realización de la invención; La Figura 2 es una vista lateral ampliada de un conjunto de cabezal del sistema de fabricación de la Figura 1 de acuerdo con una realización de la invención; La Figura 3 es una vista ampliada, isométrica de una unidad de supervisión del conjunto de cabezal de la Figura 2; La Figura 4 es una vista en sección transversal lateral de la unidad de supervisión de la Figura 3 de acuerdo con una realización de la invención; La Figura 5 es una vista superior de la unidad de supervisión de la Figura 4; La Figura 6 es un diagrama de flujo que muestra un método para realizar las operaciones de fabricación de acuerdo con una realización de la invención; La Figura 7 es una representación esquemática de la salida de la unidad de supervisión de las Figuras 4 y 5 de acuerdo con una realización de la invención; y La Figura 8 es una representación de los datos de supervisión reales proporcionados por la unidad de supervisión de las Figuras 4 y 5 de acuerdo con una realización de la invención.

Descripción detallada

La presente invención se refiere a sistemas y métodos para la supervisión de procesos de fabricación de material compuesto automáticos. Muchos detalles específicos de ciertas realizaciones de la invención se exponen en la siguiente descripción y en las Figuras 1 a 8 para proporcionar una comprensión completa de tales realizaciones. Sin embargo, un experto en la materia comprenderá que la presente invención puede tener realizaciones adicionales, o que la presente invención puede implementarse sin varios de los detalles descritos en la siguiente descripción.

En general, las realizaciones de los sistemas y métodos de acuerdo con la presente invención proporcionan una unidad de supervisión de escaneo con láser acoplado operativamente con un conjunto de cabezal que se configura para realizar una operación de fabricación deseada, tal como la aplicación de una cinta de material compuesto reforzada con fibras sobre una herramienta para formar una pieza de trabajo laminada de material compuesto. La unidad de supervisión de escaneo con láser se mueve ventajosamente con el conjunto de cabezal y realiza la supervisión durante la realización de la operación de fabricación por el conjunto de cabezal. Por lo tanto, las realizaciones de la invención pueden reducir ventajosamente la mano de obra y los gastos asociados con la supervisión y la inspección durante las operaciones de fabricación, y pueden proporcionar una mejor detección y caracterización de varias características de interés, incluyendo bordes de la cinta de material compuesto, huecos y superposiciones entre los cursos sucesivos de la cinta de material compuesto, arrugas en la cinta y restos de objetos extraños (FOD) . En general, las realizaciones de la invención pueden mejorar las tasas y eficacia de producción y reducir... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (100) para realizar una operación de fabricación en una pieza de trabajo (142) , que comprende:

al menos un conjunto de cabezal (110) configurado para realizar la operación de fabricación de la pieza de trabajo; y una plataforma de traslación (130) acoplada al menos a un conjunto de cabezal (110) , configurándose la plataforma de traslación (130) para situar operativamente el conjunto de cabezal (110) próximo a la pieza de trabajo (142) y mover sistemáticamente el conjunto del cabezal (110) a lo largo de una trayectoria de traslación próxima a la pieza de trabajo (142) , y donde el conjunto de cabezal (110) incluye:

una herramienta que se puede mover con respecto a la pieza de trabajo y configurada para realizar la operación de fabricación de la pieza de trabajo; y una unidad de supervisión (160) acoplada operativamente a y que puede moverse con la herramienta con respecto a la pieza de trabajo, incluyendo la unidad de supervisión:

un láser (162) configurado para iluminar una tira iluminada de la pieza de trabajo (142) sobre la que la herramienta ha realizado la operación de fabricación, donde el láser (162) comprende un escáner de láser y el haz de iluminación comprende un haz en abanico; una cámara (164) configurada para recibir un haz reflejado que se refleja desde la tira iluminada; un alojamiento (166) acoplado operativamente a la herramienta, y un espejo dispuesto dentro de la carcasa (166) , estando la cámara (164) dispuesta dentro de la carcasa (166) , y estando el escáner láser dispuesto dentro de la carcasa (166) y configurado para transmitir el haz en abanico a través de una primera abertura (170) en la carcasa (166) , teniendo el alojamiento una segunda abertura (172)

configurada para recibir el haz reflejado, reflejándose adicionalmente el haz reflejado mediante el espejo (168) en la cámara (164) ; y donde la unidad de supervisión (160) se configura además para iluminar la tira iluminada y recibir el haz reflejado de forma simultánea a la realización de la operación de fabricación utilizando la herramienta; y un ordenador (154) configurado para recibir señales de salida desde la cámara (164) indicativas del haz reflejado, y para analizar las señales de salida para, al menos uno de, detectar y caracterizar una característica de interés a lo largo de la tira iluminada, donde la característica de interés incluye al menos uno de un borde, una superposición, un hueco, una arruga, y restos de objetos extraños (FOD) .

2. El sistema de la reivindicación 1, donde la herramienta se configura para realizar una aplicación de una cinta de material compuesto (115) sobre la pieza de trabajo (142) , y donde la unidad de supervisión (160) se configura para iluminar una tira iluminada de la cinta de material compuesto (115) .

3. El sistema de la reivindicación 2, donde la herramienta incluye:

un husillo (112) configurado para soportar un suministro de la cinta de material compuesto (115) ; y un conjunto de alimentación (116) configurado para alimentar la cinta de material compuesto desde el suministro a la pieza de trabajo (142) , teniendo el conjunto de alimentación un rodillo de compactación giratorio configurado para aplicar la cinta de material compuesto sobre la pieza de trabajo (142) .

4. El sistema de la reivindicación 3, donde la unidad de supervisión (160) se configura además para iluminar la tira iluminada mediante un haz en abanico emitido desde un escáner de láser, y donde la cámara (164) se configura además para transmitir señales correspondientes al haz reflejado recibido, a un componente de análisis de datos.

5. El sistema de la reivindicación 1, donde el ordenador (154) está acoplado operativamente a la plataforma de traslación (130) y al conjunto de cabezal (110) , estando el ordenador (154) configurado para transmitir señales de control a la plataforma de traslación (130) y al conjunto de cabezal (110) para realizar al menos una de las operaciones de fabricación automáticas y semiautomáticas.

6. Un método para realizar una operación de fabricación en una pieza de trabajo (142) , que comprende:

realizar la operación de fabricación en una porción de la pieza de trabajo (142) usando una herramienta que se puede mover con respecto a la pieza de trabajo (142) ; simultáneamente a la realización de la operación de fabricación, supervisar una porción de la pieza de trabajo (142) sobre la que la herramienta ha realizado la operación de fabricación, donde la supervisión se realiza utilizando el aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. El método de la reivindicación 6, que comprende además:

analizar las señales de salida producidas por el aparato de supervisión; 65 detectar una característica de interés; caracterizar la característica de interés;

determinar que se requiere al menos uno de inspección y medidas correctivas; y detener la operación de fabricación.