ES2539625B2 - Sistema robótico y centralita hidráulica automática para ayuda al apriete - Google Patents

Sistema robótico y centralita hidráulica automática para ayuda al apriete Download PDF

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
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Abstract

El sistema robótico y centralita hidráulica automática para ayuda al apriete consiste en un conjunto destinado al apriete automatizado y sistemático del apriete de un collarín ((9), Figura 1) mecánico de ajuste de un árbol de una multiplicadora del sistema de transmisión de un aerogenerador, consistente en una estructura metálica ligera capaz de rodar sobre el árbol de la reductora y que permite la colocación de dos llaves hidráulicas sobre él para apretar tornillos diametralmente opuestos facilitando en gran medida la labor de los operarios. Con ello, se realiza, en mejores condiciones técnicas y de ergonomía, el apriete de esta unión circular atornillada.#La centralita hidráulica automática permite la optimización de los tiempos de apriete mediante el control de los perfiles de presión. El resultado es una reducción muy significativa de los tiempos de apriete, debido a la acción simultánea de dos llaves y del control automático de la centralita.

Description

TITULO DE LA INVENClbN
Sistema robotico y centralita hidraulica automatica para ayuda al apriete.
5
SECTOR DE LATECNICA
La invencion se refiere a una innovacion en el procedimiento para el apriete de tornillos por par, principalmente en el sector eolico, de manera que facilita esta operacion, al emplear dos Haves 10 hidraulicas simultaneamente, obteniendo asi mejores resultados del proceso, y manteniendo un control del procedimiento. El empleo combinado del apriete simultaneo en dos puntos diametralmente opuestos, junto con el control hidraulico automatizado, permite las mejoras objeto de las reivindicaciones.
15 ESTADODE LATECNICA
Actualmente el procedimiento de apriete por par de tornillos, se realiza mediante Haves hidraulicas, de manera que se opera apretando uno a uno cada tornillo, empleando un operario y una centralita por cada Have. De este modo, el proceso de apriete lleva consigo unos tiempos muertos, como descansos o 20 bajas de operarios, sin olvidar los tiempos necesarios para colocar la Have en el tornillo correspondiente y con la posibilidad de accidentes de operarios como sobrepesos, atrapamientos, etc. Por ello, en la fabricacion de los aerogeneradores, y mas en concreto, en las lineas de montaje de las gondolas, se requieren cada vez con mas frecuencia, sistemas automatizados de ensamblaje para permitir la reduccion de costes de montaje. Esa reduccion de costes esta asociada tambien al aumento de la 25 ergonomi'a en el trabajo, reduciendo las lesiones y bajas por fatiga muscular que ocurren cuando las operaciones son repetitivas y conllevan la manipulacion de herramientas pesadas, de manera manual.
Existen dos tipologias de collarines: hidraulicos y mecanicos. Los hidraulicos tienen un coste muy superior al de un collari'n de montaje mecanico, sin embargo, los tiempos de ensamblaje son muy 30 inferiores y se trata de un proceso con menos consumo de mano de obra. La operacion de apriete en collarines mecanicos suele consumir alrededor de 4-6 horas de un tecnico. Este debe acceder a tornillos situados en posiciones complicadas con una herramienta hidraulica en la mano que pesa unos 6-7 kg.
Por todo ello, la presente invencion, la cual sera empleada en fabricas del sector eolico, pretende 35 contribuir, por una parte a la reduccion directa de costes de montaje y de manera indirecta por la
mejora de las condiciones de trabajo de los operarios quienes no soportaran mas que el peso del mando de control y con una mano libre, sujetaran el bastidor para evitar el giro, reduciendo asf los inconvenientes de la tecnica conocida, ademas de mejorar los resultados de la calidad del apriete, aumentando la productividad de la Ifnea de montaje.
5
DESCRIPCION DE LA INVENCI6N
La presente invencion se refiere a un sistema robotico y una centralita hidraulica automatica que emplea dos Haves hidraulicas simultaneamente para realizar el apriete, y, que en conjunto pretende 10 mejorar, principalmente, la calidad del apriete de tornillos.
El sistema robotico, con forma circular, se basa en un bastidor metalico de aluminio concentrico al arbol de la reductora construido en dos partes unidas por medio de una bisagra, que permite la apertura y ajuste del mismo, de manera que pueda ser instalado en dicho arbol. Este bastidor Neva incorporado a 15 lo largo del mismo una serie de rodillos que son los que permiten realizar la rodadura sobre este arbol.
Las Haves hidraulicas se acoplan directamente en dos pies de reaccion instalados en el bastidor, los cuales estan colocados en una posicion diametralmente opuesta y que se adaptan perfectamente a la geometrfa de la Have de manera que permiten un acoplamiento rapido de la misma. Estos acoples, a su 20 vez, funcionan como pie de reaccion en el momento de la realizacion del apriete transmitiendo la reaccion del mismo sobre el arbol de la reductora a traves de una superficie lo suficientemente grande para evitar que sufra dicho arbol. Para no danar la superficie y evitar apoyos puntuales del anclaje o pie de reaccion sobre la misma, la superficie de contacto del anclaje esta constituida por una lamina de un material mas blando que el empleado en el arbol de la reductora, como puede ser neopreno o laton.
25
Para poder realizar el apriete es necesario llevar la Have hacia la superficie de la brida de manera que el vaso de impacto de la misma encaje en la cabeza del tornillo. Para ello, de forma manual, el operario gira el bastidor hasta que queda enfrentado el vaso de la Have en el tornillo objeto del apriete (simultaneamente queda enfrentada la Have opuesta) y, a continuacion, ordena al sistema mediante el 30 mando de control que desplace las Haves hasta acoplarlas en el tornillo. Esto tiene lugar debido a que el sistema dispone de unos actuadores neumaticos que son los encargados de desplazar los pies de reaccion lateralmente, llevando consigo su correspondiente conjunto de pie de reaccion, Have hidraulica y vaso de impacto.
Conjuntamente con este sistema se dispone de un software de monitorizacion que permite mostrar en una pantalla de ordenador el proceso y el estado actual del apriete. La informacion que muestra el sistema es la siguiente:
5 - Situacion de las Haves en cada momento (acoplada o desacoplada).
- Aviso de alarma en caso de fallo de posicion de las Haves.
- Presion de la bomba en cada instante.
- Par aplicado (en funcion del modelo de calibracion seleccionado).
- Temperatura del aceite de la bomba.
10 - Aviso de alarma de la bomba.
- Codigo de alarma de la bomba.
- Situacion de los tornillos (apretados en la iteracion del patron de apriete en que se encuentra, par de tornillos que se estan apretando en el momento, siguiente par de tornillos a apretar y los que faltan).
15 - Iteracion del patron de apriete.
Ademas, permite la visualizacion de la imagen en tiempo real de una webcam colocada en el sistema robotico. Esta webcam esta instalada en la Have situada al otro lado del arbol del que se encuentra el operario y de la que no posee contacto visual directo. De esta manera el operario tiene control visual 20 sobre todo el sistema robotico durante todo el proceso de apriete.
La centralita hidraulica que se emplea en este caso, lleva integrado el control del sistema robotico y la extraccion de los datos de la centralita en el proceso de apriete, con lo que se le facilita al operario el manejo, tanto del sistema robotico como de la centralita hidraulica, pues este dispone de un solo 25 mando donde se integran todos los controles necesarios para realizar el apriete.
El modo automatico de la centralita, comprende un transductor de presion para mostrar la presion en el colector y una caja de aluminio del tamano suficiente que alberga en su interior un microcontrolador. Es necesario llevar a cabo un ciclo de aprendizaje, el cual se realiza de una manera autonoma. Haciendo 30 estos ciclos, la centralita reconoce el comportamiento hidraulico de la Have, sin importar el tamano de la herramienta o incluso el fabricante, y la memorizacion de los parametros principales permiten al algoritmo tomar el control de la centralita.
El microcontrolador de la centralita activa la valvula solenoide para realizar el movimiento del piston de 35 la Have hidraulica sin intervencion del usuario. El microcontrolador de la centralita es capaz de detectar
cuando el piston ha alcanzado carrera completa e inmediatamente activa el movimiento retractil. De este modo se ahorran varios segundos por ciclo y no es necesario alcanzar la maxima presion, cuando el piston esta en posicion avanzada. Solo se alcanza la maxima presion en los ultimos ciclos del procedimiento de apriete, por lo que este algoritmo, permite ahorrar tiempo conservando las partes 5 hidraulicas (valvulas, valvulas de proteccion, etc.) Por lo tanto, es necesaria menos energi'a para terminar el ciclo de apriete, asique este algoritmo conduce a un funcionamiento mas eficiente.
Para mejor comprension de lo expuesto, se acompana a la presente memoria descriptiva, una serie de dibujos:
10 Figura 1: vista en perspectiva del sistema robotico mostrandose, en la figura la montado en el arbol de la reductora donde va a operar, y en la figura lb un detalle de la vista la.
Figura 2: vista en perspectiva de la centralita hidraulica automatica empleada junto con el sistema robotico mostrado en la figura 1.
Figura 3: Vista frontal del diseno del mando de control remoto (15) conectado a la centralita hidraulica 15 mostrada en la figura 2.
Figura 4: Captura de pantalla de los datos mostrados por el software desarrollado para la presente invencion.
A continuacion se proporciona una lista de los distintos elementos representados en las figuras que 20 integran la invencion:
1. Bastidor metalico.
2. Bisagra.
3. Pie de reaccion.
4. Lamina de proteccion en el pie de reaccion (3).
25 5. Rodillo.
6. Have hidraulica.
7. Actuadores neumaticos.
8. Arbol de la reductora del aerogenerador.
9. Collarin.
30 10. Centralita hidraulica.
11. Cuadro electrico.
12. Bandeja superior de la centralita hidraulica.
13. Bloque distribuidor de la centralita hidraulica.
14. Rueda.
35 15. Mando de control remoto.
16. Estado de la bomba hidraulica mostrando presion de la bomba (bar), el par aplicado (en Nm), y la temperatura del aceite hidraulica (°C)
17. Estado de cada Have hidraulica (6) mostrando, segun un codigo de colores, la posicion de la misma (acoplada o desacoplada del tornillo) asf como un aviso de alarma si ocurre alguna
5 incidencia en ella.
EJEMPLO DE REAUZAClbN DE LA IIWENCibN
Como se puede ver en la Figura 1, el sistema robotico comprende un bastidor (1) metalico y concentrico 10 al arbol de la reductora (8), construido en dos partes unidas mediante una bisagra (2) para facilitar el cierre/apertura del mismo y su ajuste. A este bastidor, se le instala dos pies de reaccion (3), dispuestos de forma diametralmente opuesta, y, donde las Haves hidraulicas se acoplen de manera rapida debido a la geometria del pie de reaccion (3) que se adapta a la Have (6), asf, de este modo, se procede al apriete de dos tornillos simultaneamente, de manera que transmiten la reaccion producida en el momento del 15 apriete al arbol de la reductora a traves de una superficie suficientemente grande para evitar que el arbol sufra danos. Para no danar la superficie y evitar apoyos puntuales del anclaje o pie de reaccion sobre la misma, la superficie de contacto del anclaje esta constituida por una lamina de neopreno y/o un protector metalico (4). El bastidor, ademas, en todo su largo lleva incorporados una serie de rodillos (5) que permiten la rodadura del mismo en torno al arbol.
20
Para instalar el sistema en el arbol de la reductora se abre el bastidor y se coloca una de las mitades del mismo abrazando el arbol y a continuacion se cierra el bastidor. Una vez acoplada la Have hidraulica (6), de forma manual, un operario gira el bastidor hasta que el vaso de la Have (6) esta enfrentado con la cabeza del tornillo a apretar. Por la geometria, de manera simultanea, queda enfrentada la Have 25 opuesta. A continuacion, mediante el mando de control (15), el operario ordena al sistema que desplace las Haves hidraulicas (6) hasta encajarlas en el tornillo. Esto es posible, gracias a unos actuadores neumaticos (7) encargados de trasladar los pies de reaccion (3) lateralmente, llevando consigo sus correspondientes Haves hidraulicas (6).
30 El software de monitorizacion, el cual se dispone conjuntamente con el sistema robotico, permite mostrar en una pantalla el proceso y el estado actual del apriete e informacion como la situation de las Haves (6) en cada momento (acoplada o desacoplada), presion de la centralita en cada instante, el par aplicado en funcion del modelo de calibration seleccionado, temperatura del aceite de la centralita, codigo de alarma de la centralita. Tambien avisa de alarma en caso de fallo en la posicion de las Haves y 35 en la bomba. Se puede visualizar la imagen en tiempo real debido a una camara web instalada en el
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sistema robbtico, concretamente en la Have opuesta al operario y de la cual, este no tiene contacto visual directo. De esta manera el operario tiene control visual sobre todo el sistema robotico durante todo el proceso de apriete.
En la figura 4 se muestra una captura de pantalla donde se visualiza la informacion por pantalla y los datos de muestra1. En la esquina superior izquierda se muestra la imagen obtenida por la camara web y a su derecha el estado de la bomba (16). En la esquina inferior izquierda se visualiza el estado de cada Nave hidraulica (6) mostrando, segun un codigo de colores, la posicion de la misma (acoplada o desacoplada del tornillo) asi como un aviso de alarma si ocurre alguna incidencia en ella (17).
En la parte inferior derecha, se visualiza un grafico en el que se muestra la situacion del proceso de apriete. Esto es de gran ayuda para el operario pues se trata de un proceso largo en el que se repite varias veces un patron de apriete para numerosos tornillos y permite conocer que par de tornillos deben ser apretados en cada momento. En este grafico se observa un circulo donde se representan en su posicion, cada uno de los tornillos de la multiplicadora mostrando el estado de los mismos en funcion del color que presenten, asi:
El verde, indica que los tornillos ya apretados en la iteracion del patron de apriete en que se encuentra.
El rojo muestra el par de tornillos que se estan apretando en ese momento.
Amarillo indica el siguiente par de tornillos que van a ser apretados.
Gris muestra los tornillos que faltan por apretar.
En el centro de este grafico, se muestra mediante un numero en que iteracion del patron de apriete se encuentra el proceso.
Ademas, este software deja la via abierta para una posible futura implementacibn de un plug-in que permite el almacenamiento de todos los datos del apriete durante todo el proceso y facilitar la trazabilidad y gestion de la calidad del trabajo de ensamblaje.
En cuanto a la figura 2, se muestra la centralita hidraulica (10) que se incorpora al dispositivo antes descrito, e integra el control del sistema robotico y la extraccion de los datos. Esta centralita se ubica en un carrito formado por unos perfiles metalicos, como se puede apreciar en la figura 2, a los que se incluyen unas ruedas (14) para facilitar su transporte y una bandeja superior (12) para colocar las Haves
1 Cabe la posibilidad de modificar la presentation y tipo de datos mostrados, asi como mostrar otro tipo de patrones de apriete.
(6) mientras no estan en uso. Dispone de un cuadro electrico (11) y un bloque distribuidor (13), el cual, distribuye, mediante mangueras adecuadas, el aceite de la bomba a las dos Naves (6) en el momento del apriete y el aire comprimido al circuito de neumatica disponible en el bastidor antes descrito.
5 Se dispone de un unico mando de control (15), mostrado en la figura 3, donde se integran todos los controles necesarios para realizar el proceso de apriete. De este manera, se facilita el manejo al operario, tanto del sistema robotico como de la centralita hidraulica.
La principal caracterfstica de la centralita, es que opera de modo automatico, de modo que el 10 microcontrolador activa la valvula solenoide, para realizar el movimiento del piston de la Nave hidraulica (6), sin intervencion del usuario. Con este algoritmo, el microcontrolador detecta cuando el piston ha alcanzado la carrera maxima, e inmediatamente activa el movimiento retracto del mismo.
Operando de esta forma, se ahorran segundos por ciclo, por lo que no es necesario alcanzar la presion 15 maxima cuando el piston esta en position avanzada. Solo se alcanzara presion maxima en los ultimos ciclos del proceso de apriete. Asi' que, este algoritmo, permite ahorrar tiempo e incluso conservar las partes hidraulicas (valvulas, valvulas de retention, etc.). Por supuesto, es necesaria menos energi'a para terminar el ciclo de apriete, asi que este algoritmo conduce a un funcionamiento mas eficiente.
20 El control de la centralita se basa en dos conceptos diferentes: por un lado, las partes electricas son estSndar por lo que es facil encontrar repuestos por todo el mundo. Estas partes robustas, gestionan las caracterfsticas principales de la centralita, como la puesta en marcha, el control de la valvula solenoide, etc. Por el otro lado, la parte "inteligente" consiste en una caja de aluminio con un microcontrolador en el interior y un transductor de presion para monitorizar la presion en el colector.
25
Es necesario llevar a cabo un ciclo de aprendizaje, el cual se realiza de una manera autonoma. Haciendo estos ciclos, la centralita reconoce el comportamiento hidraulico de la Nave, sin importar el tamano de la herramienta o incluso el fabricante, y la memorization de los parametros principales permiten al algoritmo tomar el control de la centralita.
30
Una vez definida suficientemente la naturaleza de la invention, asi como una forma de llevarlo a la practica, cabe mencionar que tanto en su conjunto como en partes que lo componen es posible introducir cambios de forma, materiales y/o disposition, siempre y cuando estas alteraciones no varien sustancialmente las caracterfsticas que se indican en las reivindicaciones.

Claims (5)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES:
    1. Sistema robotico y centralita hidraulica automatica para ayuda a apriete de tornillos en un arbol (8) de un aerogenerador, caracterizado por que el sistema comprende:
    - un bastidor (1) metalico de aluminio con forma circular, donde dicho bastidor (1) esta configurado para ajustarse al arbol (8) del generador y comprende dos partes unidas concentricamente por una bisagra de cierre y apertura del bastidor (1), con dicho bastidor (1) comprendiendo:
    - unos actuadores neumaticos (7),
    - una llave hidraulica (6) que finaliza en un vaso de impacto,
    - una webcam para visualizar en tiempo real, donde dicha webcam esta situada respecto a la Ilave hidraulica (6) en el lado opuesto del bastidor (1) al que se encuentra el operario durante la utilizacion del sistema,
    - un display colocado en dicho bastidor (1),
    - unos rodillos (5) colocados en la parte inferior del bastidor (1),
    - dos pies de reaccion (3) unidos a la llave hidraulica (6), donde dichos pies de reaccion (3) estan ubicados diametralmente opuestos en el bastidor (1) para que los actuadores neumaticos (7), unidos al pie de reaccion (3), los desplacen en conjunto con la llave hidraulica (6) y el vaso de impacto de forma simultanea, cuando son accionados por la centralita, con dicha centralita comprendiendo:
    - un mando de control remoto (15) que integra los controles necesarios para realizar el apriete, y
    - un microcontrolador y un transductor de presion para integrar el control del sistema robotico y la extraccion de datos.
  2. 2. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado por que el bastidor (1) comprende una pluralidad de rodillos (5) que permiten la rodadura del bastidor (1) en torno al arbol (8) y los pies de reaccion (3) comprenden una lamina de proteccion para el contacto con el arbol (8).
  3. 3. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado por que los pies de reaccion (3) presentan una geometria tal que se adapta a la llave hidraulica (6) de tal manera que se acopla a la misma.
  4. 4. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado por que comprende una pantalla para visualizar la imagen obtenida por la camara web, el estado de la bomba (16), el estado de cada llave hidraulica (6) acoplada o desacoplada del tornillo y un aviso de alarma.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el microcontrolador de la centralita, cuando funciona en modo automatico, activa la valvula solenoide para realizar el movimiento del piston de la llave hidraulica (6) sin intervencion del usuario, el control de la centralita detecta cuando
    el piston ha alcanzado carrera completa, no sigue subiendo presion e, inmediatamente activa el movimiento retracto, asi mismo, detecta el momento en el que se ha realizado el apriete.
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