BR112017013126B1 - máquina de trabalho a laser para o trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas - Google Patents
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Abstract
A máquina compreende: uma cabeça de trabalho (12) com um dispositivo de focagem (18) disposto para focar um feixe de laser na superfície do tubo ou da seção perfilada (T) a ser trabalhada, um carrinho (26) no qual a cabeça de trabalho (12) está montada e um sistema de varredura (20) disposto para varrer pelo menos uma parte do contorno da seção transversal do tubo ou da seção perfilada (T). O carrinho (26) é capaz de se transladar em relação ao tubo ou à seção perfilada (T) tanto em uma direção longitudinal (x) que coincide com o eixo longitudinal do tubo ou da seção perfilada (T) e em uma direção transversal (y). O sistema de varredura (20) compreende pelo menos um módulo de varredura a laser (20) compreendendo um emissor de laser (22) disposto para emitir uma lâmina de luz (L) com a qual ilumina uma parte do tubo ou da seção perfilada (T) e uma câmera (24) disposta para adquirir uma imagem da parte do tubo ou da seção perfilada (T) iluminada pela lâmina de luz (L). A cabeça de trabalho (12) e o pelo menos um módulo de varredura a laser (20) estão montados no carrinho (26) de modo a serem conectados de forma acionada para a translação com o referido (...).
Description
[0001]A presente invenção refere-se, em geral, a uma máquina de trabalho a laser para o trabalho a laser de tubos e seções perfiladas, em particular uma máquina para corte a laser de tubos e de seções perfiladas, provida com um sistema de varredura para varrer o contorno da seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada.
[0002]Na descrição e reivindicações a seguir, os termos "tubo" e "seção perfilada" devem ser orientados como se referindo a qualquer peça de trabalho alongada possuindo uma seção transversal que seja uniforme (exceto as tolerâncias de fabricação) ao longo do eixo longitudinal da peça de trabalho e pode ter alguma forma, seja fechada (por exemplo, circular, retangular ou quadrada) ou aberta (por exemplo em forma de L, C, U, etc.). Além disso, os termos "longitudinal" e "transversal" são usados de forma retrospectiva para identificar a direção do eixo longitudinal do tubo ou da seção perfilada e uma direção perpendicular à direção longitudinal.
[0003]É conhecido o uso de sistemas de varredura em máquinas para trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas para detectar a geometria da seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada. Mais especifica mente, os sistemas de varredura a laser estereoscópicos são conhecidos, que compreendem um par de módulos de varredura a laser, também conhecidos com o acrônimo LSM, cada um dos quais compreende um emissor de laser disposto para emitir uma lâmina de luz no tubo ou na seção perfilada a ser trabalhada, uma câmera disposta para adquirir uma imagem da parte do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada que é iluminada pela lâmina de luz emitida pelo respectivo emissor de laser e uma unidade de processamento disposta para processar as imagens adquiridas por cada câmera para reconstruir todo o contorno, ou pelo menos uma parte dele, da seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada. Ao usar tais sistemas de varredura a laser, é possível detectar em tempo real o contorno real da seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada, cujo contorno real pode, dependendo das tolerâncias de fabricação, diferir mais ou menos significativa mente do nominal. É possível, por exemplo, centralizar o trabalho a ser realizado com referência ao contorno real da seção transversal do tubo ou da seção perfilada.
[0004]Nas soluções atualmente conhecidas, os módulos de varredura a laser são montados em uma posição fixa na base da máquina e, portanto, varrem progressivamente o tubo ou a seção perfilada a serem trabalhados enquanto o último está sendo movido para a frente ao longo da direção de alimentação (coincidindo com a direção longitudinal do tubo ou da seção perfilada). Com tal forma de montagem dos módulos de varredura a laser, no entanto, a seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada, que é digitalizada, geralmente é diferente da onde o trabalho deve ser realizado. Isso pode, obviamente, resultar em erros no caso da geometria da seção transversal em que o trabalho deve ser realizado ser diferente (devido às tolerâncias dimensionais e / ou geométricas com as quais o tubo ou a seção perfilada foi fabricada) de uma das seções transversais cujo perfil foi reconstruído por meio do sistema de varredura. Além disso, os sistemas de varredura conhecidos são tipicamente adaptados para detectar a geometria de tubos e de seções perfiladas com uma seção transversal com forma e tamanho predeterminados.
[0005]Não obstante, os documentos CN202752753, US2013193125, US5045668 e US5925268 são considerados o estado da técnica mais próximo da persente invenção, sendo que tais documentos já se encontram superados tecnicamente e sua matéria foi utilizada para compor o preâmbulo das reivindicações.
[0006]É um objetivo da presente invenção prover uma máquina de trabalho a laser para trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas providos de um sistema de varredura que seja capaz de detectar a geometria de tubos e de seções perfiladas com seções transversais com diferentes formas e tamanhos e que seja mais preciso do que a técnica anterior discutida acima.
[0007]Este e outros objetos são totalmente alcançados de acordo com a presente invenção por uma máquina para trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas com as características apresentadas na reivindicação independente 1 anexa.
[0008]As modalidades vantajosas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes, cuja submissão é destinada a formar uma parte integral e integrante da descrição a seguir.
[0009]Em suma, a invenção baseia-se na ideia de fornecer uma máquina para trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas compreendendo uma cabeça de trabalho disposta para realizar um trabalho sobre um tubo ou seção perfilada por meio de um feixe de laser focalizado, um carrinho no qual a cabeça de trabalho é montada e um sistema de varredura disposto para detectar a geometria de pelo menos uma parte do contorno da seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada, em que o carrinho pode se transladar em relação ao tubo ou a uma seção perfilada a ser trabalhado tanto na direção longitudinal quanto na direção transversal, em que o sistema de varredura compreende pelo menos um módulo de varredura a laser que inclui um emissor de laser disposto para emitir uma lâmina de luz para iluminar uma parte do tubo ou seção perfilada para ser trabalhada, uma câmera disposta para adquirir uma imagem da parte de tubo ou de seção perfilada iluminada pela lâmina de luz e uma unidade de processamento configurada para processar as imagens adquiridas por cada câmera para reconstruir a geometria de todo o contorno, ou pelo menos uma parte dele, da seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada, e em que a cabeça de trabalho e pelo menos um módulo de varredura a laser estão montados no carrinho assim de modo a estar conectado de forma acionada à sua conversão tanto na direção longitudinal como na direção transversal.
[0010]Uma vez que está montado de modo a ser conectado de forma acionada para a translação, tanto na direção longitudinal quanto na direção transversal, com o carrinho no qual a cabeça de trabalho está montada, o pelo menos um módulo de varredura a laser adquire a imagem do contorno (ou pelo menos de uma parte do mesmo) de uma seção transversal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada que está sempre na mesma posição em relação a um plano de referência da cabeça de trabalho, por exemplo, em relação a um plano vertical transversal que passa através do eixo ótico do feixe de laser focalizado emitido pela cabeça de trabalho. Naturalmente, isso garante uma precisão maior do que a técnica anterior. Além disso, em virtude do pelo menos um módulo de varredura a laser estar conectado de forma acionada para a translação na direção transversal com o carrinho no qual a cabeça de trabalho está montada, o sistema de varredura da máquina de acordo com a invenção é capaz de varrer os tubos ou as seções perfiladas com seções transversais com diferentes formas e / ou tamanhos.
[0011]De preferência, o sistema de varredura a laser compreende dois ou mais módulos de varredura a laser.
[0012]De preferência, os módulos de varredura a laser estão dispostos de tal maneira que as lâminas de luz geradas pelos emissores de laser estão em um mesmo plano. Este plano é de preferência um plano vertical, isto é, um plano perpendicular ao eixo longitudinal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhada.
[0013]De preferência, a máquina é uma máquina para corte a laser de tubos ou de seções perfiladas.
[0014]De acordo com uma modalidade, os emissores de laser dos módulos de varredura a laser estão dispostos para emitir lâminas de luz com o mesmo comprimento de onda. Neste caso, as imagens são adquiridas pelas câmeras dos módulos de varredura a laser em momentos diferentes, de modo a evitar efeitos indesejáveis da sobreposição das lâminas de luz, particularmente no caso de tubos ou de seções perfiladas com seções transversais de pequeno porte, o que os efeitos podem afetar negativamente a qualidade da imagem adquirida. Alternativa mente, os emissores de laser dos módulos de varredura a laser estão dispostos para emitir lâminas de luz com diferentes comprimentos de onda, de modo a permitir que as câmeras adquiram simultaneamente imagens do tubo ou de seção perfilada a ser trabalhada.
[0015]De preferência, o emissor de laser e a câmera de cada módulo de varredura a laser estão montados de tal maneira que o eixo ótico do emissor de laser está em um plano vertical e é inclinado por um ângulo dado à horizontal, enquanto o eixo ótico da câmera está localizado no mesmo plano que o eixo ótico do emissor de laser e está inclinado por um ângulo determinado para o seguinte.
[0016]0utras características e vantagens da presente invenção irão resultar da descrição detalhada que se segue, dada puramente a título de exemplo não limitativo com referência aos desenhos anexos, em que:
[0017]A figura 1 é uma vista em perspectiva que mostra parcialmente uma máquina de trabalho a laser para o trabalho a laser de tubos ou de seções perfiladas providos com um sistema de varredura de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[0018]A figura 2 é uma vista em elevação frontal da máquina da figura 1;
[0019]A figura 3 é uma vista em elevação lateral da máquina da figura 1; e
[0020]As figuras 4 e 5 são uma vista em perspectiva e uma vista frontal, respectiva mente, mostrando esquematicamente a disposição dos módulos de varredura a laser em relação ao tubo ou à seção perfilada a ser trabalhado na máquina da figura 1.
[0021]A máquina para o trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas de acordo com a presente invenção é descrita e ilustrada aqui com referência à sua aplicação ao trabalho de tubos, mas é, naturalmente, igualmente aplicável ao trabalho de seções perfiladas. Os tubos ou as seções perfiladas que a máquina pode trabalhar podem ter seções transversais com diferentes formas e tamanhos.
[0022]Com referência aos desenhos, uma máquina para o trabalho a laser de tubos de acordo com uma modalidade da presente invenção compreende, de uma maneira conhecida, por exemplo, uma base geralmente em 10, uma cabeça de trabalho 12 disposta para realizar uma trabalho a laser (como, por exemplo, um trabalho de corte) em um tubo T, um dispositivo de alimentação 14 disposto para fazer com que o tubo T avance para a frente ao longo de uma direção longitudinal x (coincidindo com a direção do eixo longitudinal do tubo T), um dispositivo de guia 16 disposto para guiar o tubo T enquanto o último é movido para a frente pelo dispositivo de alimentação 14 e um sistema de varredura disposto para varrer pelo menos uma parte (por exemplo, uma parte superior) do contorno da seção transversal do tubo T.
[0023]A cabeça de trabalho 12 compreende, de forma per se conhecida, um dispositivo de focagem 18 disposto para emitir um feixe de laser focalizado sobre a superfície do tubo T. O sistema de varredura compreende dois módulos de varredura a laser 20 (ou, mais geralmente, pelo menos um módulo de varredura a laser), cada um dos quais compreende, por sua vez, um emissor de laser 22 disposto para emitir uma lâmina de luz L para iluminar uma parte do tubo T a ser trabalhada e uma câmera 24 disposta para adquirir uma imagem da parte Do tubo T a ser trabalhado iluminado pela lâmina de luz L emitida pelo emissor de laser 22. Embora na modalidade ilustrada o sistema de varredura a laser compreenda dois módulos de varredura a laser 20, ele também pode incluir mais de dois módulos.
[0024]A cabeça de trabalho 12 é transportada por uma estrutura de suporte de cabeça 26. A estrutura de suporte de cabeça 26 e, portanto, também a cabeça de trabalho 12, está montada em um carrinho 28 de modo a poder se traduzir na direção vertical (direção z). O carrinho 28 é montado em torno de modo a poder se traduzir em uma direção transversal (direção y) em relação à base 10 da máquina. Embora na modalidade ilustrada a direção transversal y seja uma direção horizontal, pode até ser uma direção inclinada por um determinado ângulo em relação à horizontal (e, obviamente, também está situada em um plano perpendicular ao eixo longitudinal do tubo T). A cabeça de trabalho 12 é, portanto, móvel no plano vertical transversal, ou seja, em um plano perpendicular ao eixo longitudinal x do tubo T, com dois graus de liberdade, nomeadamente com um grau de liberdade de translação na direção vertical z e com um grau de liberdade de translação na direção transversal y. Além disso, tal como está provida na modalidade ilustrada, a cabeça de trabalho 12 pode ser montada na estrutura de suporte de cabeça 26 de modo a poder inclinar-se sobre um eixo de inclinação t orientado transversalmente (ou, de acordo com outra modalidade não mostrado, cerca de dois eixos de inclinação perpendiculares entre si).
[0025]0 dispositivo de alimentação 14 é de preferência disposto para controlar não apenas a translação do tubo T ao longo da direção do eixo longitudinal x (movimento para a frente), mas também a rotação do tubo T em torno do eixo longitudinal x. No caso de uma máquina para corte a laser de tubos, é possível cortar a parede do tubo T ao longo de qualquer linha de corte desejada controlando adequadamente os graus de liberdade do movimento da cabeça de trabalho 10 (translação ao longo da direção vertical Z, a translação ao longo da direção transversal y, a rotação em torno do eixo de inclinação t e, possivelmente, a translação ao longo da direção do eixo longitudinal x) e os graus de liberdade de movimento do tubo T (a translação ao longo da direção do eixo longitudinal x e a rotação em torno do eixo longitudinal x).
[0026]0s dois módulos de varredura a laser 20 estão montados sobre uma estrutura de suporte 30, que é, por sua vez, unida ao carrinho 28. Os módulos de varredura a laser 20 movem-se, portanto, juntamente com o carrinho 28 e, portanto, juntamente com a cabeça de trabalho 10 também, na direção transversal y. De acordo com uma outra modalidade (não mostrada), a estrutura de suporte na qual os módulos de varredura a laser estão montados está ligada à estrutura de suporte de cabeça, ou mais geralmente a um carrinho no qual a cabeça de trabalho está montada, pelo qual os módulos de varredura a laser são conectados de forma acionada para translação com a cabeça de trabalho tanto na direção transversal como na direção vertical z.
[0027]Na modalidade ilustrada, a estrutura de suporte 30 tem uma configuração geralmente em forma de C, com um elemento transversal 32 que está ligado ao carrinho 28 e com um par de braços laterais 34 que se estendem longitudinalmente a partir das extremidades opostas do elemento transversal 32. Os respectivos flanges de montagem 36 estão firmemente conectados às extremidades livres dos braços laterais 34. Os flanges de montagem semelhantes 38 estão conectados de forma segura cada um a uma extremidade de um respectivo módulo de varredura a laser 20. Cada módulo de varredura a laser 20 pode assim ser facilmente montado na estrutura de suporte 30 por conexão, por exemplo, com parafusos 40, do respectivo flange de montagem 38 com o flange de montagem 36 do respectivo braço lateral 34.
[0028]Cada emissor de laser 22 está disposto para gerar uma lâmina de luz L com um determinado ângulo de abertura (comumente conhecido como ângulo de ventilador) o, igual, por exemplo, a 20°. De preferência, cada emissor de laser 22 é provido, de uma maneira conhecida per se, com um sistema ótico configurado de modo a permitir a difusão uniforme da luz em toda a abertura da lâmina, ou pelo menos sobre a maior parte da mesma. De preferência, cada emissor de laser 22 está montado de tal maneira que o seu eixo ótico (indicado oi) fica em um plano vertical. Além disso, o eixo ótico oi de cada emissor de laser 22 é inclinado por um determinado ângulo β para a horizontal, como mostrado na figura 5. De preferência, os eixos óticos Oi dos emissores de laser 22 estão em um mesmo plano vertical. De preferência, o plano vertical, em que os eixos óticos oi dos emissores de laser 22 se situam, passa através do eixo ótico ol do feixe de laser emitido pelo dispositivo de focagem 14 da cabeça de trabalho 10. Desta forma, o sistema de varredura varre o contorno do tubo ou da seção perfilada apenas na seção transversal onde o feixe de laser emitido pela cabeça de trabalho atua durante o trabalho. Isto obviamente permite garantir a máxima precisão possível.
[0029]De acordo com uma modalidade, os emissores de laser 22 dos módulos de varredura a laser 20 são selecionados de modo a emitir lâminas de luz L com o mesmo comprimento de onda, caso em que as câmeras 24 devem adquirir as imagens da parte do tubo T iluminadas pelas lâminas de luz em momentos diferentes (de preferência, às vezes muito próximas uma da outra), para evitar, especialmente com tubos com uma seção transversal de pequeno porte, efeitos indesejáveis da sobreposição das lâminas de luz que podem reduzir a qualidade das imagens adquiridas pelas câmeras. Alternativamente, os emissores de laser 22 dos módulos de varredura a laser 20 estão dispostos para emitir lâminas de luz L com diferentes comprimentos de onda, caso em que as câmeras 24 podem adquirir simultaneamente as imagens do tubo T.
[0030]Cada câmara 24 está montada de modo que o seu eixo ótico (indicado 02) situa-se no mesmo plano que 0 eixo ótico Oi do emissor a laser 22 do mesmo módulo de varredura a laser 20 e está inclinado para 0 que segue para permitir adquirir a imagem da parte da superfície do tubo T a ser trabalhada que é iluminada pela lâmina de luz L emitida pelo emissor de laser 22. As câmeras 24 estão conectadas por uma linha de transferência de dados adequada (não mostrada, mas do tipo per se conhecido) para uma unidade de processamento (também não mostrada e também do tipo conhecido per se) configurado para processar as imagens adquiridas por cada câmera para reconstruir a geometria de toda a linha externa, ou pelo menos de uma parte dela, da seção transversal do tubo T a ser trabalhada.
[0031]Um sistema de varredura a laser, como 0 descrito acima, permite reconstruir a geometria de pelo menos uma parte do contorno da seção transversal de um tubo ou seção perfilada de qualquer forma e tamanho, explorando 0 grau de liberdade de translação dos módulos de varredura a laser na direção transversal (e possivelmente também na direção vertical) e 0 grau de liberdade rotacional do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhado em torno de seu eixo longitudinal. Além disso, um sistema de varredura a laser, como 0 descrito acima, permite detectar 0 posicionamento real do contorno (ou, pelo menos, da parte do contorno adquirida pelos módulos de varredura a laser) em relação a um eixo de referência, por exemplo, 0 eixo longitudinal nominal do tubo ou da seção perfilada a ser trabalhado.
[0032]Naturalmente, 0 princípio da invenção permanecendo inalterado, as modalidades e os detalhes de construção podem variar amplamente dos descritos e ilustrados puramente a título de exemplo não limitativo, sem se afastar do âmbito da invenção tal como definido nas reivindicações anexas.
Claims (10)
1. Máquina de trabalho a laser para o trabalho a laser de tubos e de seções perfiladas (t), caracterizada por compreender uma cabeça de trabalho (12) provida com um dispositivo de focagem (18) disposto para emitir um feixe de laser com foco em uma superfície do tubo ou da seção perfilada (T) a ser trabalhada, um carrinho (26) no qual a cabeça de trabalho (12) está montada e um sistema de varredura (20) disposto para varrer pelo menos uma parte do contorno da seção transversal do tubo ou da seção perfilada (T) em que o carrinho (26) está montado de modo a ser capaz se transladar em relação ao tubo ou à seção perfilada (T), tanto na direção longitudinal (x) que coincide com o eixo longitudinal do tubo (T) como em uma direção transversal (y), em que o sistema de varredura (20) compreende pelo menos um módulo de varredura a laser (20) possuindo um emissor de laser (22) disposto para emitir uma lâmina de luz (L) com a qual ilumina uma parte do tubo ou da seção perfilada (T), uma câmera (24) disposta para adquirir uma imagem da parte do tubo ou da seção perfilada (T) iluminada pela referida lâmina de luz (L) e uma unidade de processamento configurada para processar as imagens adquiridas por cada câmera (24) para reconstruir todo o contorno, ou pelo menos uma parte do mesmo, da seção transversal do tubo ou da seção perfilada (T), e em que a cabeça de trabalho (12) e o dito pelo menos um módulo de varredura a laser (20) são montados sobre o referido carrinho (26) de modo a serem conectados de forma acionada para a sua conversão tanto na direção longitudinal (x) quanto na direção transversal (Y).
2. Máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o sistema de varredura a laser compreender dois ou mais módulos de varredura a laser (20).
3. Máquina, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por os módulos de varredura a laser (20) estarem dispostos de tal maneira que as lâminas de luz (L) geradas pelos respectivos emissores de laser (22) se encontrem em um mesmo plano.
4. Máquina, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por o referido plano ser um plano vertical.
5. Máquina, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o referido plano passar através do eixo ótico (oi) do feixe de laser focalizado emitido pelo dispositivo de focagem (18) da cabeça de trabalho (12).
6. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizada por os emissores de laser (22) dos módulos de varredura a laser (20) estarem dispostos para emitir lâminas de luz (L) possuindo o mesmo comprimento de onda.
7. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizada por os emissores de laser (22) dos módulos de varredura a laser (20) estarem dispostos para emitir lâminas de luz (L) possuindo diferentes comprimentos de onda.
8. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por o emissor laser (22) e a câmara (24) do referido pelo menos um módulo de varredura a laser (20) estarem montados de tal maneira que o eixo ótico (oi) do emissor de laser (22) situa-se em um plano vertical e está inclinado por um determinado ângulo (β) ao plano horizontal, enquanto que o eixo ótico (02) da câmara (24) situa-se no mesmo plano que 0 eixo ótico (Oi) do emissor de laser (22) e está inclinado para 0 último.
9. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por 0 referido carrinho (26) também estar montado de modo a ser capaz de se transladar em uma direção vertical (z) em relação ao tubo ou à seção perfilada (T).
10. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por compreender ainda um dispositivo de alimentação (14) disposto a controlar a translação do tubo ou da seção perfilada (T) ao longo do seu eixo longitudinal (x) e a rotação do tubo ou da seção perfilada (T) sobre seu eixo longitudinal (x).
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