ES2342518B1 - ROBOTIC SYSTEM ORIENTATION AND CATHODIC SUPPORT IN ELECTROCONFORMED MACHINE. - Google Patents
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Abstract
Sistema robótico de orientación y soporte catódico en máquina de electroconformado.Robotic guidance and support system cathode in electroconforming machine.
La presente invención proporciona un sistema computerizado útil para la orientación, de manera controlada, del mandril modelo o cátodo a tratar en un proceso de electroconformado que mejore la uniformidad de espesor del material electrodepositado o cáscara electroconformada; combinando un procedimiento y un dispositivo mecánico (4), adaptado a una máquina de electroconformado (3), que permiten dirigir el movimiento, previamente obtenido mediante una aplicación informática instalada en un ordenador (2), de un mandril, modelo o cátodo durante un proceso de electroconformado, mientras la electrodeposición está en curso sin que ésta deba ser interrumpida, de tal forma que las posiciones dirigidas del mandril, modelo o cátodo permitan obtener una distribución óptima de espesores en el material electrodepositado o cáscara electroconformada.The present invention provides a system computerized useful for guidance, in a controlled manner, of Model or cathode mandrel to be treated in an electro-forming process that improves the uniformity of thickness of the electrodeposited material or electroconformed shell; combining a procedure and a mechanical device (4), adapted to a machine electroconformed (3), which allow to direct the movement, previously obtained through an installed computer application in a computer (2), of a mandrel, model or cathode during a electroconforming process, while the electrodeposition is in course without it having to be interrupted, so that the directed positions of the mandrel, model or cathode allow to obtain an optimal distribution of thicknesses in the material electrodepositado or electroconformed shell.
Description
Sistema robótico de orientación y soporte catódico en máquina de electroconformado.Robotic guidance and support system cathode in electroconforming machine.
La presente invención hace referencia a un procedimiento y un aparato para orientar, de manera controlada, el mandril, modelo o cátodo a tratar en un proceso de electroconformado y de esta forma mejorar la uniformidad de espesor del material electrodepositado o cáscara electroconformada, llevado a cabo bajo control robótico.The present invention refers to a procedure and an apparatus to orient, in a controlled manner, the mandrel, model or cathode to be treated in an electroforming process and thus improve the uniformity of material thickness electrodeposing or electroconformed shell, carried out under robotic control
Según la definición estándar adoptada por la normativa ASTM (B832-93: Standard Guide for Electroforming with Nickel and Copper), "electroconformado es la producción o reproducción de artículos mediante electrodeposición sobre un mandril o modelo, que posteriormente es separado del depósito de metal" [1].According to the standard definition adopted by the ASTM standard (B832-93: Standard Guide for Electroforming with Nickel and Copper), "electroconformado is the production or reproduction of articles by electrodeposition on a mandrel or model, which is subsequently separated from the metal tank "[1].
La electrodeposición requiere de un baño electrolítico de sales metálicas con dos electrodos sumergidos, un ánodo y un cátodo, por los que se hace pasar una intensidad de corriente continua. Cuando la corriente circula por el circuito, los iones metálicos presentes en la solución se ven atraídos hacia el cátodo, creando de esta manera una capa de material depositado o cáscara electroconformada.The electrodeposition requires a bath electrolytic metal salts with two submerged electrodes, a anode and a cathode, through which an intensity of DC. When the current flows through the circuit, the metal ions present in the solution are attracted to the cathode, thus creating a layer of deposited material or electroconformed shell
Una de las principales desventajas asociada a los procesos de electrodeposición es, precisamente, la dificultad de alcanzar espesores uniformes, ya que la propia naturaleza del proceso hace que las líneas de corriente generadas se acumulen en las áreas sobresalientes en perjucio de las zonas profundas. Pero no sólo la distribución de corriente es la responsable de la variación de espesores en las electroformas, sino que también el "thowing power" o "potencia de depósito" de la solución empleada se constituye en factor determinante, definiendo la relación entre la distribución de metal y las variables: conductividad, polarización, eficiencia de corriente y geometría.One of the main disadvantages associated with electrodeposition processes is precisely the difficulty of achieve uniform thicknesses, since the nature of the process causes the generated current lines to accumulate in the outstanding areas to the detriment of the deep areas. But no Only the current distribution is responsible for the variation of thicknesses in electroforms, but also the "thowing power "or" deposit power "of the solution used is It constitutes a determining factor, defining the relationship between Metal distribution and variables: conductivity, polarization, current efficiency and geometry.
Se ha comprobado que soluciones que presentan un valor positivo de este parámetro serán capaces de reducir las variaciones de espesor entre áreas expuestas y áreas de sombra. Contrariamente, soluciones con valores negativos presentarán una variación de espesores mayor de la que podría esperarse si atendiéramos únicamente a factores geométricos.It has been proven that solutions have a positive value of this parameter will be able to reduce the thickness variations between exposed areas and shadow areas. On the contrary, solutions with negative values will present a thickness variation greater than might be expected if we only attend to geometric factors.
Algunas de las soluciones planteadas hasta el momento para solventar la dificultad de uniformidad de los electrodepósitos son, entre otros: i) uso de aditivos que mejoren el "throwing power" del baño, ii) desarrollo de equipos con mayor control sobre la onda de salida pudiendo suministrar corrientes pulsantes con posibilidad de programar los ciclos de on/off (pulsos), además de posibilidad de inversión de la polaridad, iii) uso de ánodos auxiliares, pantallas aislantes y/o cátodos de sacrificio, iv) rotación del cátodo, si la geometría de la pieza lo permite, y v) empleo de técnicas de simulación por ordenador para caracterizar el diseño y configuración de una célula electrolítica con el fin de predecir las características del depósito.Some of the solutions proposed until time to solve the difficulty of uniformity of electrodeposits are, among others: i) use of additives that improve the "throwing power" of the bathroom, ii) development of equipment with greater control over the output wave can supply currents pushbuttons with the possibility of programming the on / off cycles (pulses), in addition to the possibility of polarity reversal, iii) use of auxiliary anodes, insulating screens and / or cathodes of sacrifice, iv) cathode rotation, if the geometry of the piece allows, and v) use of computer simulation techniques to characterize the design and configuration of an electrolytic cell in order to predict the characteristics of the deposit.
El sistema robótico de orientación y soporte catódico en máquina de electroconformado objeto de la presente invención permite obtener una secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo que consigan una distribución óptima de espesores en el material electrodepositado o cáscara electroconformada, sin interrupción del proceso de electrodeposición.The robotic guidance and support system cathodic electrodeforming machine object of the present invention allows to obtain an optimal sequence of movements of the mandrel, model or cathode that achieve an optimal distribution of thicknesses in the electrodeposited or shell material electroconformed, without interruption of the process electrodeposition
La presente invención proporciona un sistema
computerizado útil para la orientación, de manera controlada, del
mandril, modelo o cátodo a tratar en un proceso de electroconformado
que mejore la uniformidad de espesor del material electrodepositado
o cáscara electroconformada, combinando un procedimiento y un
aparato que permiten dirigir el movimiento, previamente obtenido
mediante una aplicación informática instalada en un ordenador a
través de la entrada de datos, de un mandril, modelo o cátodo
durante un proceso de electroconformado, mientras la
electrodeposición está en curso sin que esta deba ser interrumpida,
de tal forma que las posiciones dirigidas del mandril, modelo o
cátodo permitan obtener una distribución óptima de espesores en el
material electrodepositado o cáscara electrocon-
formada.The present invention provides a computerized system useful for the orientation, in a controlled manner, of the mandrel, model or cathode to be treated in an electro-forming process that improves the uniformity of thickness of the electrodeposed material or electro-shaped shell, combining a procedure and an apparatus that allow direct the movement, previously obtained by means of a computer application installed in a computer through the data entry, of a mandrel, model or cathode during an electro-forming process, while the electrodeposition is in progress without it being interrupted, in such a way so that the directed positions of the mandrel, model or cathode allow to obtain an optimal distribution of thicknesses in the electrodeposited material or electroconducted shell
formed.
Más específicamente la invención proporciona un sistema robótico de orientación y soporte catódico en máquina de electroconformado que comprende:More specifically the invention provides a robotic orientation system and cathodic support in machine electroconformed comprising:
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- Un dispositivo mecánico constituido por una pluralidad de elementos relacionados entre sí mediante articulaciones y dotados de movimiento controlado mediante una pluralidad de elementos de accionamiento o actuadores, de transmisión, de control y orientación y al menos una fuente de alimentación eléctrica, cuya finalidad es sujetar y orientar el mandril, modelo o cátodo a tratar en un proceso de electroconformado.A mechanical device consisting of a plurality of related elements through joints and equipped with movement controlled by a plurality of drive elements or actuators, of transmission, control and guidance and at least one source of power supply, whose purpose is to hold and guide the mandrel, model or cathode to be treated in a process of electroconformed
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- Un ordenador para introducir las instrucciones, mediante una aplicación informática instalada en el mismo, y enviar los comandos a través de al menos un puerto RS-232 a las múltiples tarjetas controladoras del dispositivo mecánico, estando dispuesto dicho ordenador para monitorizar el proceso de electroconformado, calculando una secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo, del dispositivo mecánico, que permite obtener una distribución óptima de espesores en el material electrodepositado o cáscara electroconformada, y dirigir dicho mandril, modelo o cátodo en dicha secuencia óptima de movimientos.A computer to enter the instructions, through a computer application installed in the same, and send the commands through at least one port RS-232 to the multiple controller cards of the mechanical device, said computer being arranged to monitor the electroforming process, calculating a optimal sequence of movements of the mandrel, model or cathode, of the mechanical device, which allows to obtain an optimal distribution of thicknesses in the electrodeposited or shell material electroconformed, and directing said mandrel, model or cathode in said optimal sequence of movements.
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- Una máquina de electroconformado a la cual se encuentra acoplado el dispositivo mecánico.A machine electroconformed to which the device is attached mechanic.
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Y un procedimiento, como se pone en práctica en un ordenador, que permite obtener una secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo, del dispositivo mecánico, y dirigirlo en dicha secuencia óptima de movimientos durante el proceso de electroconformado, permitiendo obtener una distribución óptima de espesores en el material electrodepositado o cáscara electroconformada, que comprende las siguientes etapas:And a procedure, as implemented in a computer, which allows to obtain an optimal sequence of movements of the mandrel, model or cathode, of the mechanical device, and direct it in said optimal sequence of movements during the electroconforming process, allowing to obtain a distribution optimum thicknesses in electrodeposited material or shell electroconformed, comprising the following stages:
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- Se introduce una serie de datos en el ordenador, a través una aplicación informática instalada en él, correspondientes al menos a la información geométrica y físico- química del material electrodepositado, geometría del ánodo, geometría del cátodo, densidad del metal, masa molar del metal, etc.A series of data on the computer, through an installed computer application in it, corresponding at least to the geometric information and Physical-chemical electrodeposited material, anode geometry, cathode geometry, metal density, metal molar mass, etc.
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- El ordenador, a través de una aplicación informática instalada en él, calcula las posiciones o secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo, del dispositivo mecánico, que minimizan la variación de espesor en el material electrodepositado o cáscara electroconformada.The computer, through a computer application installed on it, calculates the positions or optimal sequence of movements of the mandrel, model or cathode, of the mechanical device, which minimize the variation of thickness in the electrodeposited material or electroconformed shell.
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- El ordenador dirige el mandril, modelo o cátodo, del dispositivo mecánico, reproduciendo exactamente la secuencia óptima de movimientos previamente calculados.The computer runs the mandrel, model or cathode, of the mechanical device, reproducing exactly the optimal sequence of movements previously calculated
La figura 1 ilustra un sistema robótico de orientación y soporte catódico en máquina de electroconformado.Figure 1 illustrates a robotic system of cathode orientation and support in electro-forming machine.
La figura 2 muestra un esquema representativo de los elementos que componen el dispositivo mecánico.Figure 2 shows a representative scheme of the elements that make up the mechanical device.
La figura 3 muestra un esquema cinemático representativo de la posibilidad de movimientos del dispositivo mecánico.Figure 3 shows a kinematic scheme representative of the possibility of device movements mechanic.
La figura 4 muestra un esquema representativo del sistema de sujeción del mandril, modelo o cátodo.Figure 4 shows a representative scheme of the chuck, model or cathode clamping system.
Aunque la invención se describe en términos de una realización específica preferida, será fácilmente evidente para los expertos en esta técnica que se pueden hacer diversas modificaciones, redisposiciones y reemplazos. El alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas a la misma.Although the invention is described in terms of a specific preferred embodiment will be readily apparent to the experts in this technique that can be made diverse modifications, redispositions and replacements. The scope of the invention is defined by the claims appended to the same.
Con el fin de demostrar mejor las características de la invención, se describe a continuación, a título de ejemplo y sin carácter limitativo, un modo de realización preferido referido a las figuras existentes.In order to better demonstrate the characteristics of the invention, described below, to example title and without limitation, an embodiment Preferred referred to existing figures.
A fin de conseguir una distribución óptima de espesores en la cáscara de electroconformado durante el proceso de electrodeposición, la presente invención utiliza un sistema de orientación y sujeción catódico con un dispositivo mecánico controlado robóticamente como se expone en la figura 1.In order to achieve an optimal distribution of thicknesses of the electro-shaped shell during the process of electrodeposition, the present invention uses a system of cathodic orientation and support with a mechanical device robotically controlled as shown in figure 1.
De acuerdo con la figura 1, a través de una aplicación, informática instalada en un ordenador 2, un técnico u operario puede introducir variables en función de la geometría y propiedades del material electrodepositado, la geometría del mandril, modelo o cátodo 11, etc..., como se indica en las reivindicaciones expuestas. El ordenador 2, mediante una aplicación informática instalada en él, obtendrá la secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo 11 del dispositivo mecánico 4, en función de las variables introducidas en la aplicación informática del ordenador 2, tal que se obtenga una distribución óptima de espesores en el material electrodepositado o cáscara electroconformada; y accionará el dispositivo mecánico 4, que está acoplado a la máquina de electroconformado 3, dirigiendo el mandril, modelo o cátodo 11 según la secuencia óptima de movimientos anteriormente mencionada.According to figure 1, through a application, computer installed on a computer 2, a technician or operator can enter variables based on geometry and properties of the electrodeposited material, the geometry of the mandrel, model or cathode 11, etc ..., as indicated in the exposed claims. Computer 2, through an application computer installed in it, you will get the optimal sequence of movements of the mandrel, model or cathode 11 of the mechanical device 4, depending on the variables introduced in the application computer computing 2, such that a distribution is obtained optimum thicknesses in electrodeposited material or shell electroconformed; and will activate the mechanical device 4, which is coupled to the electroforming machine 3, directing the mandrel, model or cathode 11 according to the optimal sequence of movements previously mentioned.
De acuerdo con la figura 2, el dispositivo mecánico 4 comprende al menos los siguientes elementos: una carcasa 5, un bastidor 8, un brazo rotor 6, un antebrazo 7, un conjunto de elementos de soporte 9 del mandril, modelo o cátodo 11, una pluralidad de elementos actuadores y de transmisión y al menos un puerto de interfaz RS-232 y una pluralidad de tarjetas de control. Y tal y como se muestra en la figura 3 se trata de un sistema con dos grados de libertad cuyos ejes de rotación son perpendiculares entre sí.According to figure 2, the device Mechanical 4 comprises at least the following elements: a housing 5, a frame 8, a rotor arm 6, a forearm 7, a set of support elements 9 of the mandrel, model or cathode 11, a plurality of actuator and transmission elements and at least one RS-232 interface port and a plurality of control cards And as shown in figure 3 it is of a system with two degrees of freedom whose axes of rotation are perpendicular to each other.
De acuerdo con la figura 1, el dispositivo mecánico 4 se encuentra acoplado a una máquina de electroconformado 3, más concretamente el bastidor 8 presenta una acanaladura que le permite acoplarse a la barra catódica 10 de la máquina de electroconformado 3.According to figure 1, the device mechanic 4 is coupled to an electro-forming machine 3, more specifically the frame 8 has a groove that allows to attach to the cathode bar 10 of the machine electroconformed 3.
Por último y de acuerdo con la figura 4 podemos observar como el sistema de sujeción, del dispositivo mecánico 4, del mandril, modelo o cátodo 11 es muy sencillo y se realiza preferiblemente mediante un cilindro de nylon 12 de aproximadamente 10 mm de diámetro que se fija por un lado a la parte posterior del mandril, modelo o cátodo 11 mediante unión, preferiblemente, pegada y por el otro extremo se introduce en la pieza 9 del dispositivo mecánico 4 y se fija, preferiblemente, mediante al menos dos tornillos prisioneros 13.Finally and according to figure 4 we can observe how the fastening system of the mechanical device 4, of the mandrel, model or cathode 11 is very simple and is performed preferably by means of a nylon cylinder 12 of approximately 10 mm in diameter that is fixed on one side to the back of the mandrel, model or cathode 11 by joining, preferably attached and at the other end it is introduced in the part 9 of the device mechanical 4 and is preferably fixed by at least two captive screws 13.
Claims (4)
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- Un dispositivo mecánico (4) constituido por una pluralidad de elementos relacionados entre sí mediante articulaciones y dotados de movimiento controlado mediante una pluralidad de elementos de accionamiento o actuadores, de transmisión, de control y orientación y al menos una fuente de alimentación eléctrica, cuya finalidad es sujetar y orientar el mandril, modelo o cátodo (11) a tratar en un proceso de electroconformado.A mechanical device (4) consisting of a plurality of related elements through joints and equipped with movement controlled by a plurality of drive elements or actuators, of transmission, control and guidance and at least one source of power supply, whose purpose is to hold and guide the mandrel, model or cathode (11) to be treated in a process of electroconformed
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- Un ordenador (2) para introducir las instrucciones, mediante una aplicación informática instalada en el mismo, y enviar los comandos a través de al menos un puerto RS-232 a las múltiples tarjetas controladoras del dispositivo mecánico (4), estando dispuesto dicho ordenador (2) para monitorizar el proceso de electroconformado, calculando una secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo (11), del dispositivo mecánico (4), que permite obtener una distribución óptima de espesores en el material electrodepositado o cáscara electroconformada, y dirigir dicho mandril, modelo o cátodo (11) en dicha secuencia óptima de movimientos.A computer (2) for enter the instructions, using a computer application installed in it, and send the commands through at least one RS-232 port to multiple controller cards of the mechanical device (4), said computer (2) being arranged to monitor the electroforming process, calculating a optimal sequence of mandrel, model or cathode movements (11), of the mechanical device (4), which allows obtaining a distribution optimum thicknesses in electrodeposited material or shell electroconformed, and direct said mandrel, model or cathode (11) in said optimal sequence of movements.
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- Una máquina de electroconformado (3) a la cual se encuentra acoplado el dispositivo mecánico.A machine electroconformed (3) to which the device is attached mechanic.
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- Se introduce una serie de datos en el ordenador (2), a través una aplicación informática instalada en él, correspondientes al menos a la información geométrica y físico-química del material electrodepositado, geometría del ánodo, geometría del cátodo (11), densidad del metal, masa molar del metal, etc.A series of data on the computer (2), through a computer application installed in it, corresponding at least to the information geometric and physical-chemical material electrodeposing, anode geometry, cathode geometry (11), metal density, metal molar mass, etc.
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- El ordenador (2), a través de una aplicación informática instalada en él, calcula las posiciones o secuencia óptima de movimientos del mandril, modelo o cátodo (11), del dispositivo mecánico (4), que minimizan la variación de espesor en el material electrodepositado o cáscara electroconformada.The computer (2), through a computer application installed in it, calculates the positions or optimal sequence of mandrel, model or cathode movements (11), of the mechanical device (4), which minimize the variation in thickness in the electrodeposed or shell material electroconformed
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- El ordenador (2) dirige el mandril, modelo o cátodo (11), del dispositivo mecánico (4), reproduciendo exactamente la secuencia óptima de movimientos previamente calculados.The computer (2) directs the mandrel, model or cathode (11), of the mechanical device (4), reproducing exactly the optimal sequence of movements previously calculated.
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