ES2567314T3 - Equipo para tender fibras - Google Patents
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Abstract
Equipo para tender fibras (1), para fabricar una napa de fibras de una pieza de compuesto de fibras, con - una herramienta (2) para colocar bandas de fibras (4a, 4b), - un cabezal de colocación (3), configurado para tender bandas de fibras (4a, 4b) sobre la herramienta (2) y - una unidad de control (5), configurada para controlar el equipo para tender fibras (1) tal que en posiciones de colocación predeterminadas se coloquen las bandas de fibras (4a, 4b) sobre la herramienta (2) mediante el cabezal de colocación (3), en el que - un dispositivo detector de bordes (6), configurado para detectar una posición del borde de al menos un borde de la banda de fibras (7) de al menos una banda de fibras (4a) ya tendida sobre la herramienta (2) y - un dispositivo corrector (8) previsto, equipado para corregir una posición de tendido predeterminada de una banda de fibras (4b) a colocar en función de la posición detectada para el borde de la banda de fibras (7) correspondiente a la banda de fibras (4a) contigua, ya tendida, de las que al menos hay una, caracterizado porque el cabezal de colocación (3) puede girar alrededor del eje Z, para realizar la correspondiente corrección de la dirección de colocación en base a la posición detectada del borde de la banda de fibras (7), estando definido el eje Z como perpendicular a la superficie de tendido.
Description
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EQUIPO PARA TENDER FIBRAS DESCRIPCION
La invencion se refiere a un equipo para tender fibras, para fabricar una napa de fibras de una pieza de compuesto de fibras, con una herramienta para colocar bandas de fibras, un cabezal de colocacion, configurado para tender bandas de fibras sobre la herramienta y una unidad de control, configurada para controlar el equipo para tender fibras tal que en posiciones de colocacion predeterminadas se coloquen las bandas de fibras sobre la herramienta mediante el cabezal de colocacion. La invencion se refiere igualmente a un procedimiento de fabricacion para ello.
En la fabricacion de piezas grandes de materiales de compuesto de fibras se utilizan para fabricar una napa de fibras sobre una herramienta conformadora grandes instalaciones de portico, que se conocen por el estado de la tecnica. Sobre un sistema de bobinado de fibras estan dispuestas las bandas de fibras, denominadas la mayona de las veces tapes (cintas) o tows (cables de filamentos), que se colocan mediante un cabezal de colocacion sobre la herramienta, para constituir la forma geometrica de la pieza de compuesto de fibras a fabricar a partir de varias capas de laminado. En funcion del tamano de la instalacion de portico, no es infrecuente que tanto el cabezal de colocacion como tambien las bobinas de material a transportar consigo tengan la dimension de un carro pequeno con un peso a menudo superior a una tonelada. Debido a la gran masa y a la gran extension, tanto la movilidad como la dinamica de los procesos cinematicos son limitadas.
La planificacion de las posiciones de colocacion de las distintas bandas de fibras sobre la herramienta se simula y genera en una programacion offline. A continuacion se tienden las bandas de fibras a lo largo de las posiciones generadas por la programacion offline, pudiendo producirse inexactitudes en el proceso debido al tamano y al peso de las instalaciones de portico utilizadas, lo que da lugar a una colocacion imprecisa de las bandas de fibras sobre la herramienta. En particular en la fabricacion de grandes piezas cnticas para la seguridad puede dar lugar una distancia indeseada, demasiado grande, entre dos bandas de fibras contiguas, a que se deseche la pieza y con ello a un aumento de los costes del proceso de fabricacion. El documento JP-A-2010 25 3789 da a conocer un equipo para tender fibras segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Otro aspecto adicional de la fabricacion de napa de fibras para grandes piezas de materiales de compuesto de fibras es la distribucion de la presion de contacto sobre el rodillo de presion al tender las bandas de fibras sobre la herramienta. Se ha comprobado que debido al tamano y al peso de las instalaciones de portico utilizadas, tanto la presion de contacto como tambien la distribucion de la presion de contacto al realizar el tendido oscila de tal forma que en parte ya no pueden realizarse calidades reproducibles al fabricar las piezas. Asf una presion de contacto demasiado elevada en determinadas zonas de las bandas de fibras puede conducir a que una compactacion demasiado intensa en esta zona dane las fibras o la adherencia en la matriz de fibras, lo cual origina puntos defectuosos dentro de la pieza.
Es por lo tanto objetivo de la presente invencion indicar un equipo para tender fibras y el correspondiente procedimiento de fabricacion con el que pueda aumentarse la seguridad del proceso y la exactitud del proceso al fabricar grandes piezas de materiales de compuesto de fibras.
El objetivo se logra con el equipo para tender fibras segun las caractensticas de la reivindicacion 1.
Se propone asf detectar la posicion de un borde de una banda de fibras ya colocada sobre la herramienta con ayuda de un dispositivo de deteccion y utilizar la posicion del borde asf detectada correspondiente a un borde de la banda de fibras a continuacion para la correspondiente correccion de las posiciones de colocacion predeterminadas para las bandas de fibras a colocar.
Conociendo la posicion real de una banda de fibras ya colocada sobre la herramienta, puede orientarse la banda de fibras a colocar con gran exactitud respecto a la banda de fibras ya colocada, con lo que en las distintas zonas no se originan solapes de las bandas de fibras colocadas ni tampoco grandes huecos que podnan dar lugar a puntos defectuosos en la posterior pieza. En lugar de ello pueden lograrse incluso en grandes y pesadas instalaciones de portico y/o instalaciones de robots, que presentan de forma inherente al sistema una mayor inexactitud en el proceso al colocar las bandas de fibras, una distancia constante y uniforme entre las distintas bandas de fibras, lo cual aumenta la exactitud del proceso y la repetitividad.
Bajo banda de fibras se entiende un semiacabado de fibras plano que puede colocarse sobre una herramienta y con ello puede formar la pieza de fibras en varias capas de laminado.
Ventajosamente esta configurado el dispositivo detector de bordes tal que se capta la posicion de un borde de una banda de fibras contigua que limita al menos por un lado con la banda de fibras a colocar.
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De esta manera puede tenderse la banda de fibras a colocar a una distancia predeterminada exactamente junto a la banda de fibras ya tendida.
En particular es especialmente ventajoso para ello que el dispositivo detector de bordes tenga al menos un sensor de bordes de fibras, dispuesto distanciado delante del cabezal de colocacion en la direccion de tendido y que de esta manera puede captar en avance la posicion del borde de las fibras, en particular de las bandas de fibras contiguas. Un tal sensor de bordes de fibras puede ser por ejemplo un sensor de corte por laser.
Es especialmente ventajoso aqu que el equipo para tender bandas de fibras presente ademas tambien un dispositivo detector de la presion de contacto, configurado para captar la magnitud y/o direccion de una presion de contacto real, que actua sobre la banda de fibras al tender una banda de fibras mediante el cabezal de colocacion y estando previsto un dispositivo regulador configurado para regular la magnitud y/o la direccion de la presion de contacto que actua sobre la banda de fibras al tender la banda de fibras en funcion de la magnitud y/o direccion detectada de la presion de contacto real y de la magnitud y/o direccion de la presion de contacto de consigna existente.
Con ayuda del correspondiente sistema sensorico puede captarse la magnitud y/o direccion de la presion de contacto real en ese momento al tender la banda de fibras, que puede utilizarse con ayuda de un dispositivo regulador para regular la fuerza de contacto en cuanto a la magnitud y/o direccion durante el tendido de las bandas de fibras en funcion de las presiones de contacto prescritas como consigna. De esta manera puede lograrse una presion de contacto constante durante todo el proceso de fabricacion.
La determinacion de la direccion de la presion de contacto que actua permite ademas evitar que por ejemplo debido a una distribucion de fuerzas no uniforme al tender las bandas de fibras, se produzcan compactaciones de material o aplastamientos, que en la posterior pieza originan puntos defectuosos.
La magnitud y/o direccion de la presion de contacto real puede no obstante determinarse tambien a partir de datos internos de la maquina correspondientes al equipo para tender fibras.
Una enorme ventaja frente a los equipos de tendido usuales consiste en que puede realizarse una correccion y/o regulacion completa del conjunto mientras se colocan las bandas de fibras teniendo en cuenta las exigencias del material y del proceso. En particular cuando se utilizan materiales sensibles a la presion, como por ejemplo materiales esponjosos y estructuras alveolares, sobre los que deben colocarse bandas de fibras, puede evitarse regulando la presion de contacto un defecto debido a una presion de contacto demasiado alta.
Otra ventaja adicional consiste ademas en que con ayuda de esta regulacion propuesta de la presion de contacto puede lograrse una presion de contacto constante durante la colocacion de las bandas de fibras, lo que aumenta considerablemente la exactitud del proceso de colocacion. Ventajosamente esta constituido el dispositivo detector de la presion de contacto tal que el mismo puede captar un angulo de inclinacion del cabezal de colocacion respecto a la superficie de la herramienta y basandose en ello determinar a continuacion la direccion de la presion real de contacto a partir del angulo de inclinacion.
Alternativa o adicionalmente a ello puede estar configurado el dispositivo detector de la presion tambien para captar un par de inclinacion del cabezal de colocacion y basandose en ello determinar a continuacion la direccion de la presion real de contacto a partir del par de inclinacion. Un tal par de inclinacion puede determinarse por ejemplo con ayuda de sensores de aceleracion o datos internos de la maquina.
En una forma de ejecucion ventajosa presenta el cabezal de colocacion un rodillo de apriete para tender la banda de fibras sobre la herramienta y tiene al menos un sensor de fuerza para detectar la magnitud de la presion real de contacto, que esta colocado entre el rodillo de apriete y el cabezal de colocacion. De esta manera puede determinarse la magnitud de la presion de contacto sin que influya notablemente la dinamica de la instalacion, en particular la longitud de la cadena cinematica y las fuerzas exteriores.
Tal como ya se ha indicado, es por lo demas tambien muy especialmente ventajoso que el cabezal de colocacion tenga un rodillo de apriete para tender la banda de fibras sobre la herramienta y que el dispositivo de regulacion para regular la direccion de la presion de contacto este equipado tal que se logre una distribucion esencialmente uniforme de la presion de contacto sobre el rodillo de apriete. De esta manera pueden evitarse en particular aplastamientos de material transversalmente respecto a la direccion de tendido.
Ademas es muy especialmente ventajoso que el dispositivo corrector este equipado ademas para corregir la posicion de tendido predeterminada para la banda de fibras a colocar en funcion de una distancia predeterminada a la banda de fibras contigua y/o a otra banda de fibras ya tendida. De esta manera puede corregirse la posicion de tendido programada offline en el sentido de lograr una distancia constante
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entre las distintas bandas de fibras, lo cual genera una exactitud del proceso y repetitividad especialmente elevadas.
El objetivo se logra por lo demas tambien mediante un procedimiento para fabricar una napa de fibras de una pieza de compuesto de fibras segun las caractensticas de la reivindicacion 9.
Ventajosas realizaciones del procedimiento se encuentran en las correspondientes reivindicaciones subordinadas.
La invencion se describira en base a la adjunta figura a modo de ejemplo. Se muestra en
figura 1 representacion esquematica del equipo para tender fibras correspondiente a la invencion.
La figura 1 muestra esquematicamente el equipo para tender fibras 1 correspondiente a la invencion con una herramienta 2, sobre la que con ayuda de un cabezal de colocacion 3 pueden tenderse bandas de fibras 4a, 4b. En muchos sistemas de portico o sistemas de robots se denomina el cabezal de colocacion del equipo de tendido tambien actuador terminal.
La herramienta 2 es una herramienta conformadora, que define la posterior geometna de la napa de fibras que resulta de las bandas de fibras 4a, 4b (y otras no representadas) tendidas.
El cabezal de colocacion 3 o actuador terminal puede estar situado en una gran instalacion de portico o instalacion de robots (no representada), configurada tal que el cabezal de colocacion 3 puede llevarse mediante la herramienta 2 a posiciones de tendido predeterminadas y con ello pueden colocarse las bandas de fibras en sus posiciones de tendido definidas sobre la herramienta 2. No obstante tambien puede pensarse en que el actuador terminal 3 este dispuesto ngidamente y la herramienta 2 este dispuesta sobre una base movil tal que mediante un desplazamiento en la direccion X y/o Y puede ajustarse la posicion de colocacion deseada.
En el ejemplo de ejecucion de la figura 1 esta unido el cabezal de colocacion 3 a traves de la correspondiente cadena de control con una unidad de control 5, configurada para controlar el equipo de colocacion de fibras tal que en determinadas posiciones de colocacion las bandas de fibras se coloquen mediante el cabezal de colocacion 3 sobre la herramienta 2. Para ello puede desplazarse, tal como ya se ha mencionado, por ejemplo el cabezal de colocacion en la direccion X e Y asf como en la direccion Z o bien girar en los tres angulos espaciales.
En el marco de la invencion esta previsto ahora un dispositivo detector de bordes 6 en el equipo para tender fibras 1, equipado para detectar una posicion del borde correspondiente a un borde de la banda de fibras 7 de una banda de fibras contigua 4a o bien de la banda de fibras 4b a tender en ese momento. Un tal dispositivo detector de bordes 6 puede presentar por ejemplo como sensor de bordes de fibras un sensor de corte por laser.
Tambien el dispositivo detector de bordes 6 puede estar dispuesto en la instalacion de portico no representada tal que el mismo esta colocado ngidamente respecto al cabezal de colocacion 3 y puede desplazarse con el cabezal de colocacion 3 en la direccion correspondiente.
Mediante la correspondiente cadena de actuacion y comunicacion esta unido el dispositivo detector de bordes 6 con un dispositivo corrector 8, que recibe la posicion del borde de la banda de fibras 7 captado por el dispositivo detector de bordes 6. El dispositivo corrector 8 esta unido con la unidad de control 5 y puede ser parte integrante de la unidad de control 5. El dispositivo corrector 8 esta configurado tal que corrige la posicion de tendido predeterminada de una banda de fibras 4b a colocar en base a la posicion detectada para el borde de la banda de fibras 7 correspondiente a la banda de fibras 4a contigua, ya tendida, tal que resulta una distancia constante durante todo el proceso de fabricacion entre ambas bandas de fibras 4a y 4b.
Tambien puede pensarse en que el dispositivo corrector 8 disponga de accionamientos internos y/o ejes adicionales externos y corrija la posicion de colocacion predeterminada en base a la posicion del borde de la banda de fibras 7 tal que mediante una modificacion adicional de la posicion del cabezal de colocacion 3 se corrija la posicion de tendido predeterminada y se mantenga una distancia constante con la banda de fibras 4a contigua.
Tambien puede pensarse en que el dispositivo corrector 8 este unido con el cabezal de colocacion 3 y los accionamientos tal que adicionalmente al control mediante la unidad de control 3 para ajustar las posiciones de tendido predeterminadas, se induzcan modificaciones de posicion adicionales, que den lugar a una correccion de la posicion de tendido predeterminada. Asf puede pensarse por ejemplo en que el cabezal de colocacion 3 gire alrededor del eje Z, para realizar una correccion correspondiente en la direccion Y de la posicion de tendido en base a la posicion detectada del borde de la banda de fibras 7.
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Cuando las correcciones son grandes, puede impedirse mediante el giro del cabezal de colocacion 3 alrededor del eje Z un desplazamiento del material en la direccion Y.
Ademas presenta el cabezal de colocacion 3 en el ejemplo de ejecucion de la figura 1 sensores adicionales de fuerza y de par, con los cuales puede determinarse la presion de contacto en cuanto a magnitud y/o direccion (dispositivo de deteccion de la presion de contacto). Asf presenta el cabezal de colocacion 3 en el extremo inferior un rodillo de apriete 10, con el que deben colocarse las bandas de fibras a colocar sobre la herramienta 2 con una determinada presion de contacto. Con ayuda de los sensores de fuerza y de par 9 puede detectarse la magnitud de la presion de contacto que actua en ese momento al colocar la banda de fibras 4b sobre la banda de fibras 4a. Ademas pueden medirse con ayuda de un sistema sensorico de par 9 los pares alrededor del eje X y del eje Y. Adicional o alternativamente a ello pueden tambien determinarse un angulo de inclinacion del cabezal de colocacion 3 respecto a la herramienta 2.
Los sensores de fuerza y/o de par 9 estan unidos con un dispositivo de regulacion 11, que en funcion de la magnitud y/o direccion determinada para la presion de contacto real medida y de una magnitud y/o direccion de una presion de contacto de consigna, controla el cabezal de colocacion 3 tal que se ajusta la presion de contacto deseada en cuanto a magnitud y/o direccion. Asf puede girarse por ejemplo el cabezal de colocacion 3 alrededor del eje X o del eje Y, para lograr una distribucion de la presion de contacto lo mas uniforme posible sobre el rodillo de apriete 10. Mediante un desplazamiento en la direccion Z puede adicionalmente regularse la correspondiente magnitud de la presion de contacto y adaptarse a la presion de contacto de consigna deseada.
De esta manera es posible una colocacion optimizada en cuanto a material y a proceso para fabricar piezas de compuesto de fibras con la tecnologfa Fiber Placement (colocacion de fibras) y Tape Laying (tendido de cintas).
Claims (13)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Equipo para tender fibras (1), para fabricar una napa de fibras de una pieza de compuesto de fibras, con- una herramienta (2) para colocar bandas de fibras (4a, 4b),- un cabezal de colocacion (3), configurado para tender bandas de fibras (4a, 4b) sobre la herramienta (2) y- una unidad de control (5), configurada para controlar el equipo para tender fibras (1) tal que en posiciones de colocacion predeterminadas se coloquen las bandas de fibras (4a, 4b) sobre la herramienta (2) mediante el cabezal de colocacion (3),en el que- un dispositivo detector de bordes (6), configurado para detectar una posicion del borde de al menos un borde de la banda de fibras (7) de al menos una banda de fibras (4a) ya tendida sobre la herramienta (2) y- un dispositivo corrector (8) previsto, equipado para corregir una posicion de tendido predeterminada de una banda de fibras (4b) a colocar en funcion de la posicion detectada para el borde de la banda de fibras (7) correspondiente a la banda de fibras (4a) contigua, ya tendida, de las que al menos hay una,caracterizado porque el cabezal de colocacion (3) puede girar alrededor del eje Z, para realizar la correspondiente correccion de la direccion de colocacion en base a la posicion detectada del borde de la banda de fibras (7), estando definido el eje Z como perpendicular a la superficie de tendido.
- 2. Equipo para tender fibras (1) segun la reivindicacion 1,caracterizado porque el dispositivo detector de bordes (6) esta configurado tal que se capta la posicion del borde de una banda de fibras contigua (7), que limita al menos por un lado con la banda de fibras a colocar (4b).
- 3. Equipo para tender fibras (1) segun la reivindicacion 1 o 2,caracterizado porque el dispositivo detector de bordes (6) tiene al menos un sensor de bordes de fibras, dispuesto distanciado delante del cabezal de colocacion (3) en una direccion de tendido.
- 4. Equipo para tender fibras (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque- esta configurado un dispositivo detector de la presion de contacto (9), configurado para captar la magnitud y/o direccion de una presion de contacto real, que actua sobre la banda de fibras (4b) al tender una banda de fibras (4b) mediante el cabezal de colocacion (3) y- esta previsto un dispositivo regulador (11), configurado para regular la magnitud y/o la direccion de la presion de contacto que actua sobre la banda de fibras (2) al tender la banda de fibras (4b) en funcion de la magnitud y/o direccion detectada de la presion de contacto real y de la magnitud y/o direccion de una presion de contacto de consigna predeterminada.
- 5. Equipo para tender fibras (1) segun la reivindicacion 4,caracterizado porque el dispositivo detector de la presion de apriete (9) esta equipado para captar un angulo de inclinacion del cabezal de colocacion (3) respecto a la superficie de la herramienta (2) y/o para captar un par de inclinacion del cabezal de colocacion (3) y para determinar la direccion de la presion real de contacto a partir del angulo de inclinacion y/o par de inclinacion.
- 6. Equipo para tender fibras (1) segun una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque el cabezal de colocacion (3) tiene un rodillo de apriete (10) para tender la banda de fibras sobre la herramienta (2) y al menos un sensor de fuerza para detectar la magnitud de la presion real de contacto esta colocado entre el rodillo de apriete (10) y el cabezal de colocacion (3).
- 7. Equipo para tender fibras (1) segun una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque el cabezal de colocacion (3) tiene un rodillo de apriete (10) para tender la banda de fibras (4b) sobre la herramienta (2) y el dispositivo de regulacion (11) para regular la direccion de la presion de contacto esta equipado tal que se logra una distribucion uniforme de la presion de contacto sobre el rodillo de apriete (10).
- 8. Equipo para tender fibras (1) segun una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque el dispositivo corrector (5) esta equipado para corregir la posicion de tendido predeterminada de una banda de fibras a colocar (4b) en funcion de la posicion captada del borde de la banda de fibras (7) de una banda de fibras ya tendida (4a), de las que al menos hay una, y en funcion de una distancia predeterminada.
- 9. Procedimiento para fabricar una napa de fibras de una pieza de compuesto de fibras, en el que las bandas de fibras se colocan sobre una herramienta mediante un cabezal de colocacion, con510152025303540- aportacion de un equipo para tender fibras con una herramienta para colocar bandas de fibras y un cabezal de colocacion, configurado para tender bandas de fibras sobre la herramienta y- aportacion de posiciones de tendido predeterminadas en las que deben colocarse las bandas de fibras sobre la herramienta mediante el cabezal de colocacion,- deteccion de una posicion del borde correspondiente a al menos un borde de una banda de fibras de al menos una banda de fibras ya colocada sobre la herramienta mediante un dispositivo detector de bordes,- correccion de una posicion de tendido predeterminada de una banda de fibras a colocar sobre la herramienta en funcion de la posicion del borde de la banda de fibras correspondiente a la banda de fibras ya colocada, de las que al menos hay una, mediante una unidad de correccion,caracterizado por- el control del dispositivo para tender fibras mediante una unidad de control tal que la banda de fibras a colocar mediante el cabezal de colocacion se coloca en la posicion de tendido predeterminada, corregida, sobre la herramienta, girando el cabezal de colocacion alrededor del eje Z, para realizar la correspondiente correccion de la direccion de tendido en base a la posicion detectada del borde de la banda de fibras (7), estando definido el eje Z como perpendicular a la superficie de tendido.
- 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9,caracterizado por la deteccion de una posicion del borde de una banda de fibras contigua ya colocada sobre la herramienta, que limita al menos por un lado con una banda de fibras a colocar.
- 11. Procedimiento segun la reivindicacion 9 o 10, caracterizado por- captar la magnitud y/o direccion de una presion de contacto real, que actua al tender la banda de fibras mediante el cabezal de colocacion sobre la banda de fibras mediante un dispositivo de captacion de la presion de contacto del equipo para tender fibras yregulacion de la magnitud y/o direccion de la presion de contacto que actua sobre la banda de fibras al tender la banda de fibras en funcion de la magnitud captada y/o direccion de la presion de contacto real y de la magnitud y/o direccion de una presion de contacto de consigna predeterminada mediante un dispositivo regulador del equipo para tender fibras.
- 12. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 11,caracterizado por la captacion de un angulo de inclinacion del cabezal de colocacion respecto a la superficie de la herramienta y/o captacion de un par de inclinacion del cabezal de colocacion y determinacion de la direccion de la presion de contacto real a partir del angulo de inclinacion detectado y/o par de inclinacion mediante el dispositivo detector de la presion de contacto.
- 13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 12,caracterizado por la regulacion de la direccion de la presion de contacto tal que se logra una distribucion uniforme de la presion de contacto sobre un rodillo de apriete dispuesto en el cabezal de colocacion para tender la banda de fibras.
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