ES2878402T3 - Procedimiento y dispositivo para el control de una pieza durante la fabricación - Google Patents

Abstract

Sistema para el control de una pieza (190) en proceso de realización en una máquina herramienta, en la que dicho control se realiza en una misma fase tras una operación de fabricación, y la pieza se encuentra en la zona de trabajo de dicha máquina herramienta, dicho sistema comprende: - una máquina herramienta (300) que comprende un dispositivo (313) de puesta en posición de la pieza en dicha máquina herramienta, y una zona de trabajo protegida (310) que permite acceder al volumen de trabajo de dicha máquina herramienta; - un dispositivo de medición (350) adaptado a la adquisición de puntos en la superficie de la pieza que se va a controlar; - un robot poliarticulado (360) capaz de soportar y de desplazar el dispositivo de medición (350) y situado en el exterior del volumen de trabajo de la máquina herramienta; - un carro de soporte (340), que transporta el robot (360) y es capaz de desplazar dicho robot respecto de la máquina herramienta sobre la que se realiza la pieza; - un ordenador (391) que comprende medios de memoria, medios de cálculo y medios de visualización (392), que comprende en sus medios de memoria un modelo numérico (370) tridimensional de la pieza, y es capaz de adquirir las coordenadas de los puntos adquiridos por el dispositivo de medición (350); caracterizado porque comprende, en la zona de trabajo protegida (310), medios de medición del posicionamiento del dispositivo de medición (350) cuando este está soportado por el robot poliarticulado (360).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para el control de una pieza durante la fabricación

Campo de la técnica

La invención se refiere al campo de la fabricación, más particularmente, pero no exclusivamente, la fabricación aditiva, el mecanizado por arranque de materia o la combinación de estos modos de fabricación.

La invención trata más concretamente sobre el control dimensional automatizado de las piezas realizadas con este tipo de procedimiento en la máquina-herramienta, entre dos operaciones de fabricación, es decir, sin desmontaje ni reposicionamiento de la pieza controlada en la máquina y sin modificación de la configuración de la máquina.

El procedimiento y el dispositivo objeto de la invención están adaptados a cualquier tipo de serie, desde la fabricación unitaria a la fabricación en cadena.

Técnica anterior

La fabricación de una pieza comprende, según ejemplos de realización, las etapas de conformado, organizadas según una secuencia de fabricación, que utiliza una o varias máquinas herramienta que operan por arranque de materia o por adición de materia, sobre una pieza en bruto o una preforma, para crear formas geométricamente definidas y acercar progresivamente la forma de dicha pieza a su forma final.

El documento EP 2 785 492 describe los ejemplos de fabricación de una pieza que comprende operaciones de conformado combinadas por fabricación aditiva y por arranque de materia, así como ejemplos que utilizan una medición dimensional intermedia entre dos operaciones de fabricación.

Por convención, que se mantiene a lo largo de todo el texto, una secuencia de fabricación se divide en una sucesión de fases y comprende al menos una fase.

Cada fase se divide en una sucesión de operaciones, una fase comprende al menos una operación.

Así, en la máquina herramienta, una fase corresponde a una sucesión de operaciones de conformado, por adición o arranque de materia, durante las cuales no se modifica el posicionamiento de la pieza en la máquina herramienta, y durante las cuales no se modifica la configuración de la máquina.

Una operación corresponde a una secuencia de conformado durante una misma fase realizada sin cambio de herramienta o de efector.

La realización de un control dimensional entre dos operaciones de conformado en la máquina herramienta es habitual, tanto en producción unitaria como en producción en serie automatizada.

Este control dimensional generalmente busca adaptar las operaciones siguientes, en función del resultado de las operaciones anteriores.

En una máquina herramienta de control numérico, esta adaptación consiste en modificar los parámetros de corrección predefinidos en el programa de control de la máquina o en el director de control de dicha máquina o, en los casos más sofisticados, en modificar las trayectorias de los efectores durante las operaciones siguientes.

Para realizar tal corrección, la precisión del conjunto de la cadena de corrección, que comprende la medición, la determinación de las variaciones respecto de un objetivo o de un punto de referencia, la determinación y la aplicación de las correcciones, debe ser compatible con las tolerancias de realización de las piezas.

Habitualmente, estas tolerancias corresponden a una calidad de realización comprendida entre la calidad 5 y la calidad 10 según la norma ISO 286-1, es decir, para dar un orden de magnitud entre 1,5/10000° y 15/10000° de la dimensión controlada.

No se puede obtener tal precisión en la cadena de corrección si la pieza se desmonta o reposiciona o si se saca de la máquina, incluso sobre su dispositivo de posicionamiento, durante el control. Por lo tanto, dicha operación de control debe realizarse sin cambio de fase.

El documento EP 2785492 describe un ejemplo de una tal operación de control realizada con un dispositivo que comprende, en un único cabezal de mecanizado, diferentes efectores, uno de los cuales es un dispositivo de control por palpación.

En este dispositivo de la técnica anterior, sin desmontar la pieza y sin cambiar la configuración de la máquina, el efector de control permite adquirir los puntos situados en la pieza en proceso de realización en la marca de referencia de la máquina, durante una operación de palpación.

Después, estos puntos permiten determinar geometrías y controlar, en concreto, la realización de las cotas.

Sin embargo, este dispositivo de la técnica anterior es lento, en concreto, si se deben adquirir varios puntos, por ejemplo, para resaltar imperfecciones en la superficie, como una planeidad o una cilindridad.

Este dispositivo de la técnica anterior solo puede aplicarse a un tipo de máquina, que comprende un medio, generalmente una clavija, capaz de transportar este tipo de sensor, de modo que este tipo de sistema no es aplicable generalmente a un torno de control numérico.

Además, la realización de una medición, y más generalmente la adquisición de puntos en la superficie de la pieza, cuando esta adquisición se realiza en la máquina, presenta dificultades relacionadas con el entorno, y en concreto con la presencia de viruta o de líquido de corte en las superficies controladas, susceptibles de distorsionar las mediciones y de conducir a interpretaciones erróneas.

La realización de este tipo de medición de la técnica anterior, que ejerce una presión sobre la superficie en cuestión, no está adaptada para controles en superficies deformables.

Por último, este dispositivo de la técnica anterior utiliza los datos extraídos de los codificadores o de las reglas numéricas de los ejes de desplazamiento de la máquina herramienta para obtener las mediciones. Por consiguiente, las incertidumbres relacionadas con estos ejes se producen tanto en las mediciones como durante las trayectorias de fabricación y, por tanto, algunos errores pueden no detectarse.

El documento EP 3326749, que se considera como el estado de la técnica más cercano, describe un dispositivo de control adaptado a una máquina de electroerosión en el que se adquiere una imagen bidimensional de la superficie de una pieza mediante una cámara electrónica durante la realización de la pieza de manera que se determinen los parámetros de rugosidad de dicha superficie.

Exposición de la invención

La invención busca resolver los inconvenientes de la técnica anterior, para lo que se refiere a un sistema para el control de una pieza en proceso de fabricación en una máquina herramienta, en el que dicho control se realiza en una misma fase tras una operación de fabricación, y la pieza se encuentra en el volumen de trabajo de dicha máquina herramienta, dicho sistema comprende:

- una máquina herramienta que comprende un dispositivo de puesta en posición de la pieza en dicha máquina herramienta, y una zona de trabajo protegida que permite acceder al volumen de trabajo de dicha máquina herramienta;

- un dispositivo de medición adaptado a la adquisición de puntos en la superficie de la pieza que se va a controlar; - un robot poliarticulado capaz de soportar y de desplazar el dispositivo de medición y situado en el exterior del volumen de trabajo de la máquina herramienta;

- un carro de soporte, que transporta el robot y capaz de desplazar dicho robot respecto de la máquina herramienta sobre la que se realiza la pieza;

- un ordenador que comprende medios de memoria, medios de cálculo y medios de visualización, que comprende en sus medios de memoria, un modelo numérico tridimensional de la pieza, y capaz de adquirir las coordenadas de los puntos adquiridos por el dispositivo de medición; dicho sistema comprende medios para la medición del posicionamiento del dispositivo de medición en la zona de trabajo protegida.

Así, el sistema de medición se encuentra en el exterior de la máquina durante las operaciones de fabricación, lo que permite utilizar, en concreto, un sistema de medición óptico capaz de adquirir rápidamente numerosos puntos en la superficie de la pieza.

La medición es independiente de los ejes de movimiento de la máquina y de sus posibles defectos.

El sistema se puede adaptar a cualquier máquina existente, sin modificación de la máquina.

La invención se lleva a cabo según las realizaciones y las variantes expuestas a continuación, las cuales han de considerarse individualmente o según cualquier combinación técnicamente operante.

Ventajosamente, el sensor de medición es un sensor sin contacto, en concreto, un sensor óptico. Este tipo de sensor es capaz de adquirir una nube de puntos sin desplazamiento del robot durante la adquisición, ya que el sensor se mantiene en posición fija durante la adquisición, o combinando adquisiciones, si es necesario, con desplazamientos del robot que lo soporta entre las adquisiciones; así, el dispositivo es capaz de evaluar los elementos de acotación en entidades geométricas solas (dimensiones de planos, de cilindros, de agujeros, de bolsas, ...) o combinadas (perpendicularidad, paralelismo, coaxialidad,...), así como condiciones de superficie (planeidad, cilindridad,...) o a niveles de detalle más finos (ondulaciones, rugosidades,...).

Ventajosamente, el sistema objeto de la invención comprende un dispositivo de detección de presencia sin contacto que protege el acceso a la zona de trabajo protegida. Así, la operación de control se puede realizar con toda seguridad, aunque la puerta de la máquina herramienta esté abierta.

La invención se refiere asimismo a un procedimiento que utiliza el sistema objeto de la invención según cualquiera de sus realizaciones, en el que la pieza que se va a controlar está contaminada tanto por residuos como por virutas o líquido de corte, que comprende tras una primera operación de fabricación realizada en la pieza, una operación de control, realizada sobre dicha pieza mediante el dispositivo de medición, y dicha operación de control comprende las etapas que consisten en:

i) desplazar el robot mediante el carro, para permitirle llegar a la zona de trabajo protegida;

ii) posicionar el dispositivo de medición con respecto a la pieza mediante el robot, midiendo su posición en la zona de trabajo protegida;

iii) realizar la adquisición de una pluralidad de puntos en una superficie de la pieza;

iv) comparar la posición de los puntos adquiridos en la etapa iii) con el modelo tridimensional comprendido en los medios de memoria del ordenador; dicho procedimiento comprende durante la etapa iv) las operaciones que consisten en:

a) ajustar una superficie de referencia extraída del modelo tridimensional de la nube de puntos adquirida durante la etapa iii);

b) clasificar en clases las desviaciones dimensionales de los puntos de la nube en relación a esta superficie; c) determinar la desviación tipo de la distribución de las clases respecto de la superficie de referencia; d) eliminar del análisis los puntos de la nube alejados en más de una desviación tipo de la superficie de referencia.

Así, el procedimiento objeto de la invención permite eliminar del control la influencia de singularidades artificiales en la superficie controlada.

Ventajosamente, el modelo numérico tridimensional de la pieza corresponde al estado de la pieza tras la operación de fabricación en curso. Así, la operación de control compara el estado práctico de la pieza con su estado teórico esperado en el momento del control.

Breve descripción de los dibujos

La invención se expone a continuación según sus realizaciones preferidas, no limitativas, y en referencia a las figuras 1 a 5, en las que:

la figura 1 es un ejemplo de una pieza realizada por arranque de materia y que utiliza operaciones de control mediante el sistema y el procedimiento objeto de la invención;

la figura 2 muestra la pieza de la figura 1 en una configuración de avance de la secuencia de fabricación durante la cual se realiza una operación de control;

la figura 3 es una vista de conjunto del principio del sistema objeto de la invención según un ejemplo de realización; la figura 4 es un ejemplo de organigrama para la puesta en práctica del procedimiento objeto de la invención; [Fig. 5] y la figura 5 ilustra el tratamiento de la nube de puntos realizados para eliminar la influencia de las singularidades, la figura 5A da un ejemplo esquemático de una superficie que comporta restos de taladrinas, la figura 5B representa la nube de puntos de medición correspondiente, y la figura 5C el reparto de las desviaciones de los puntos de esta nube respecto del plano medio teórico.

Realización(es) de la invención

La puesta en práctica del sistema y del procedimiento objeto de la invención se expone según un ejemplo de realización de una pieza obtenida por torneado-fresado realizada en un centro de control numérico de torneadofresado combinado.

Sin embargo, la invención no se limita a este tipo de máquina y se aplica a cualquier tipo de máquina de fabricación por arranque o adición de materia, sola o en combinación, en sus configuraciones de torneado, fresado, rectificación plana o cilíndrica o combinada, en máquinas con cinemática en serie o paralela, sin que estos ejemplos sean limitativos.

Según un ejemplo de realización, en la figura 3, en un centro de torneado-fresado, la pieza se mantiene en un mandril rotativo (313), en el que dicho mandril se utiliza para la puesta y el mantenimiento en posición de la pieza en la máquina, así como para arrastrar la pieza en rotación y comunicarle un movimiento de corte de rotación alrededor de un eje z.

El eje z es horizontal o vertical.

Según un ejemplo de realización corriente y no limitativo, una torreta (314) unida a un carro, soporta una pluralidad de herramientas de torneado, intercambiables por la rotación de la torreta, en la que el carro es capaz de desplazarse paralelamente al eje z de rotación de la pieza, así como según un eje x perpendicular a este último, según movimientos de control numérico, a velocidades y posiciones programadas, para realizar operaciones de torneado, es decir, generar por arranque de materia formas que presenten una simetría de rotación respecto del eje z.

Algunas máquinas comportan varias torretas y varios carros, que generalmente son capaces de desplazarse según un eje y perpendicular a los ejes z y x.

Este tipo de máquina comprende generalmente un carro axial, capaz de desplazarse según el eje z y de realizar, por ejemplo, operaciones de perforado y de escariado según el eje z en el centro de la pieza, donde el movimiento de corte se comunica a la pieza.

La máquina comprende además un carro que soporta una clavija motorizada capaz de soportar una herramienta de fresado, de perforado o de escariado, herramienta a la que se le comunica el movimiento de corte mediante dicha clavija motorizada.

El carro que soporta esta clavija es capaz de desplazarse según los ejes x, y y z de la máquina, e incluso según un eje de rotación alrededor del eje x, según movimientos pilotados por control numérico, a velocidades y posiciones programadas para realizar operaciones de fresado.

El pilotaje del mandril se realiza también por control numérico. Durante una operación de torneado, el mandril comunica a la pieza la velocidad de corte correspondiente a dicha operación, durante una operación de fresado, el mandril se desplaza a una posición fija programada o comunica a la pieza la velocidad de avance correspondiente a la operación de fresado realizado.

En la figura 1, según un ejemplo de realización de una pieza que utiliza el procedimiento y el dispositivo de la invención, la pieza final (190, figura 1D) se realiza por arranque de materia a partir de una pieza cilíndrica en bruto (100, figura 1A), por ejemplo, una barra.

Según un ejemplo de realización, la pieza se realiza en una sola fase, es decir, sin modificación del posicionamiento de la pieza en la máquina, alternativamente se realiza en dos fases, por ejemplo, con una inversión entre los estados correspondientes a la figura 1B y la figura 1C.

Las operaciones de mecanizado comprenden operaciones de torneado cilíndrico para pasar del estado de la figura 1A a la figura 1B, y operaciones de fresado según varios planos y de perforado-escariado para la realización de la horquilla (130) y del escariado (140) de dicha horquilla, figura 1C, así como una operación de ranurado en fresadora, para realizar la ranura (150) figura 1D.

Por último, una operación de corte permite separar la pieza (190) de la barra que constituye la pieza en bruto.

El procedimiento y el sistema objeto de la invención se utilizan para controlar la pieza en situaciones de realización intermedias, entre operaciones de mecanizado.

Así, a modo de ejemplo no limitativo, una primera operación de control consiste en controlar, figura 1B, el posicionamiento y el diámetro de la parte cilíndrica de preforma de la horquilla, una segunda operación de control consiste en controlar la horquilla (130) y el escariado (140) durante o después de las operaciones de fresado correspondientes.

A modo de ejemplo, los controles que hay que realizar durante esta segunda operación de control se refieren a los controles dimensionales como el diámetro del escariado (140) o la apertura de la horquilla (130). Tales controles son realizables sin desmontaje de la pieza mediante las técnicas de palpación conocidas por la técnica anterior.

Por otro lado, los controles geométricos realizados se refieren asimismo y a modo de ejemplo: al paralelismo de las caras externas (231, 232) así como de las caras internas (241,242) de la horquilla, la perpendicularidad del eje (245) del escariado, respecto de las caras de la (231,232, 241,242) de la horquilla, así como con respecto al eje de la parte cilíndrica (200) de la pieza, la simetría de las patas de la horquilla respecto de la parte cilíndrica (200) o incluso la coplanicidad del eje (245) del escariado y del eje de la parte cilíndrica (200).

El experto en la materia entiende que, si hay que desmontar la pieza de la máquina y colocarla en una máquina de medición tridimensional para realizar estos controles, será imposible volver a posicionar la pieza en la máquina con una precisión suficiente para efectuar las siguientes operaciones, aunque solo sea porque la pieza debe separarse de la barra que constituye la pieza en bruto.

Además, la mayoría de estos controles no pueden realizarse con la precisión adecuada mediante una palpación utilizando la información proporcionada por los ejes de la máquina para la medición, de forma independiente de la precisión intrínseca del dispositivo de palpación.

De hecho, y tomando como ejemplo la realización de las superficies externas (231,232) de la horquilla, estas se realizan por fresado, mientras que la pieza se mantiene en el mandril del centro de torneado-fresado.

De este modo, el mandril se indexa en una posición angular dada y la primera superficie (231) se realiza en fresado de desbaste.

Después, el mandril gira 180° respecto de la primera posición angular, se indexa en esta posición y se realiza la segunda superficie (232).

Para ilustrar el problema técnico, supongamos que la máquina presenta una cierta precisión y que durante la rotación del mandril entre las dos operaciones de fresado, este realiza una rotación de 180°+/- s donde s es un error angular de posicionamiento. Así, si todo lo demás está perfecto en esta situación, las superficies presentarán un defecto de paralelismo angular de /- s según las piezas.

Durante un control por palpación de estas superficies, habrá que proceder de manera similar, es decir, palpar la primera superficie (231) y efectuar una rotación del mandril de 180° y palpar la segunda superficie (232). Naturalmente, la rotación efectuada por el mandril durante esta operación de palpación estará sujeta a la misma incertidumbre /- s. Por tanto, según los casos, no se detectará el defecto angular de paralelismo entre las superficies planas (231,232) de la pieza, si el mismo defecto de posicionamiento se reproduce durante el mecanizado y la medición, o se amplificará o subestimará, si el error de posicionamiento no es reproducible entre el mecanizado y la palpación. En todos los casos es imposible evaluar de manera fiable este defecto de paralelismo mediante una palpación utilizando la información de los ejes de la máquina para realizar la medición.

Lo mismo ocurre con la dirección del eje (245) del escariado de la horquilla.

En la figura 3, el sistema objeto de la invención comprende una máquina herramienta (300) de control numérico, en este caso un centro de torneado-fresado. Dicha máquina herramienta comprende una zona de trabajo segura (310), correspondiente a la zona en la que se transforma la pieza, el acceso a esta zona segura está protegido por una puerta (311) y medios de seguridad de forma que, cuando dicha puerta está abierta, la máquina solo puede funcionar en un modo denominado de seguridad y no puede realizar operaciones de mecanizado.

Para las operaciones de mecanizado, la máquina está pilotada mediante un director de control numérico (320) programable.

El sistema objeto de la invención comprende un robot (360) poliarticulado, antropomórfico según este ejemplo de realización no limitativo, en el que dicho robot está montado en un carro de soporte (340) que permite desplazar dicho robot (360) en relación a la máquina (300), por ejemplo, sobre un riel (380), en concreto para acercar o alejar el robot de la zona de trabajo segura (310) de la máquina.

Así, cuando el robot (360) se encuentra en posición de repliegue (361), se puede acceder sin problema a la máquina, en concreto para cargar la pieza en bruto o descargar la pieza, o incluso para instalar herramientas en la torreta (314). Las operaciones de carga de la pieza en bruto sobre la máquina también pueden ser preparadas por el robot (360) cuando está en posición de repliegue (361).

Ventajosamente, las posiciones de repliegue (361) y de control (362) permite también realizar la carga de la pieza en bruto o la descarga de la pieza.

Para realizar una operación de control, el robot (360) se desplaza en una posición de control (362) que le permite acceder a la zona de trabajo segura (310) de la máquina tras la apertura de la puerta (311).

Para ello, el sistema comprende una barrera luminosa o radar de zona (312) que protege el acceso a la zona de trabajo protegida (310) durante las etapas (ii) a (iv) y a las zonas de desplazamiento del robot (360) en general. Este dispositivo permite asegurar a la vez la zona protegida (310) cuando la puerta (311) de la máquina está abierta y la zona de desplazamiento del robot cuando se desplaza entre las posiciones de repliegue (361) y de control (362) o cuando está en movimiento en una de las dos posiciones.

El robot (360) soporta y permite desplazar un dispositivo de medición sin contacto (350). Según un ejemplo de realización no limitativo, el dispositivo de medición es un sensor óptico que emite un haz láser que describe una línea que se refleja en la superficie de la pieza. Un dispositivo óptico mide la deformación entre esta línea reflejada en la superficie, y determina así su perfil según la línea proyectada, así como la distancia respecto de la fuente láser. Ventajosamente, el dispositivo de medición es autónomo y comprende sus propios medios, de alta precisión, para desplazar el haz láser en un volumen de medición dado.

Así, mientras la medición se realice en este volumen de medición del dispositivo de medición, el robot (360) que soporta dicho dispositivo de medición se mantiene fijo.

Se pueden utilizar otras tecnologías de medición óptica, que comprenden uno o varios sensores, por ejemplo, la proyección de una red de líneas láser, que permite según un principio similar al enunciado más arriba para una sola línea, obtener una medición tridimensional de la superficie controlada en una sola toma, midiendo la deformación de esta red cuando se refleja en la superficie controlada.

El sistema comprende una estación de supervisión (390) que comprende un ordenador (391) con medios de memoria y de cálculo, así como medios de introducción de datos y de visualización (392).

La estación de supervisión está conectada e intercambia información con el director de control numérico (320) de la máquina, con el robot (360) y con su carro móvil (340), en concreto para desplazar el robot según sus ejes y en relación con la máquina, así como con el dispositivo de medición (350), en concreto para recuperar las coordenadas de los puntos de la nube de puntos adquiridos con este dispositivo.

Ventajosamente, la estación de supervisión comprende en sus medios de memoria una pluralidad de archivos (370) CAD (Diseño Asistido por Ordenador) correspondiente a las definiciones geométricas de la pieza en proceso de las etapas sucesivas de su fabricación y en concreto en las etapas en las que se realiza una operación de control. Según las realizaciones los archivos CAD se importan en los medios de memoria de la estación de supervisión desde un servidor remoto (no representados) o son creados por un programa integrado en la estación de supervisión. Estos archivos CAD ofrecen, ventajosamente, pero sin limitación, representaciones tridimensionales de la pieza en las etapas de fabricación consideradas.

En la figura 4, según un ejemplo de realización del procedimiento objeto de la invención, este comprende una primera operación de fabricación (410).

La puesta en posición de la pieza en bruto en la máquina es una operación de fabricación. Otras operaciones de fabricación siguen según los ejemplos de realización.

Durante una operación preparatoria de control (420) las operaciones de fabricación por arranque o adición de materia se detienen, los ejes de la máquina se retiran y se detienen en una posición de espera de forma que se libera la zona de trabajo protegida de la máquina y se permite acceder al robot.

Esta operación de control está prevista en el programa de fabricación.

Según una realización, la operación de control está prevista en la secuencia de fabricación original grabada en el director de control numérico de la máquina.

Según otra realización, se genera una secuencia de fabricación modificada, que integra la operación, en la estación de supervisión y se transmite al director de control numérico de la máquina.

De este modo, la estación de supervisión permite ventajosamente modificar la secuencia de fabricación y enviar el programa correspondiente al director de control numérico de la máquina.

Dicho director de control numérico dialoga con la estación de supervisión y le informa de la configuración de la máquina con vistas al control. Por supuesto, la pieza se queda en posición en la zona de trabajo de la máquina.

Según una etapa preparatoria de seguridad (430), la estación de supervisión controla la apertura de la máquina o informa a un operario para que proceda a dicha apertura.

Una vez la puerta abierta, la estación de supervisión ordena el desplazamiento del robot en su carro y activa el sistema de seguridad asociado (barrera luminosa o radar de zona).

Entonces, la operación de control puede empezar con total seguridad.

Durante la operación de control (440), el dispositivo de medición transportado por el robot se utiliza para adquirir una multitud de puntos en las superficies de la pieza que se va a controlar.

Con este fin, el robot desplaza el dispositivo de control según una configuración definida, calculada de forma que se obtenga una visibilidad óptima para todas las superficies que hay que controlar en esta posición sin tener que desplazar los ejes del robot o el propio robot.

La determinación de esta posición de visibilidad denominada óptima se realiza mediante un cálculo previamente a las operaciones de control.

Dicha posición de visibilidad óptima depende de la tecnología y de los rendimientos del dispositivo de medición utilizado, del entorno de la máquina en su zona de trabajo, así como de las superficies que tiene que controlar y de la posición de dichas superficies en la máquina en el momento del control.

Dichos cálculos tienen en cuenta en concreto la modelización geométrica de la máquina (300), del robot (360), del sensor y de la pieza en proceso de realización.

Así, la posición óptima de visibilidad es, de hecho, una combinación de la posición de la pieza que hay que controlar y del robot que transporta el dispositivo de medición y de sus ejes.

Según una realización, el dispositivo de mantenimiento de posición de la pieza se desplaza entre estas adquisiciones de manera que descubre superficies inaccesibles en una configuración dada.

Este desplazamiento está controlado u ordenado por la estación de supervisión a través del director de control numérico.

Así, para retomar el ejemplo presentado más arriba, el mandril que sujeta la pieza efectúa una rotación de 180° de forma que permite al sensor sin contacto obtener una visibilidad de las dos superficies externas de la horquilla. Sin embargo, como el dispositivo de medición es sin contacto, efectúa simultáneamente la adquisición de una multitud de puntos y el posicionamiento del sistema en la zona protegida es independiente de los ejes de la máquina, esta rotación se descompone por ejemplo en 3 rotaciones de 60°, o en cuatro rotaciones de 45°.

La adquisición tridimensional permite ensamblar estos datos según criterios de minimización de desvío y así reconstruir la geometría completa, independientemente de la precisión de desplazamiento y de posicionamiento angular del mandril.

Así, el paralelismo entre las dos superficies de superficies externas de la horquilla (231, 232, figura 2) se puede controlar de forma independiente de la precisión de la máquina herramienta, y aunque se utilicen los ejes de desplazamiento de dicha máquina durante la medición.

Durante una etapa (460) de reconstrucción geométrica, las diferentes vistas obtenidas se ensamblan de manera que se obtiene una representación numérica tridimensional de la zona controlada.

Durante una etapa (470) de comparación, dicha representación numérica se compara con el archivo CAD de la pieza en el estado de fabricación deseado y se registra en los medios de memoria.

Para ello, la nube de puntos correspondiente a la representación numérica de medición se equilibra tridimensionalmente respecto del modelo CAD según técnicas de optimización de desvío, que consisten en desplazar la nube de puntos en el espacio virtual según un número de grado de liberta definido, de manera que se minimicen los desvíos entre el modelo CAD y dicha nube de puntos.

Según una etapa de comparación (480) los desvíos residuales entre el modelo CAD y la nube de puntos se comparan con valores de controles admisibles, dichos valores de control se registran en los medios de memoria de la estación de supervisión y se asocian a las diferentes entidades geométricas respecto del modelo numérico CAD considerado. Los valores de controles admisibles se definen de manera que puedan detectar un defecto antes de que el procedimiento de fabricación ya no pueda corregirlo (por ejemplo, si se ha arrancado demasiada materia); además, los valores de los controles raras veces son las dimensiones y tolerancias finales esperadas, salvo en caso de un control en el último estado de fabricación-En ese caso hay tres escenarios posibles, y cada uno de estos escenarios puede aplicarse a cada una de las entidades geométricas controladas, a cada uno de los valores de control admisibles controlados o a la pieza controlada en su conjunto.

Así, la etapa de comparación comprueba en primer lugar si el elemento controlado (dimensión, entidad geométrica o conjunto de la pieza) presenta desvíos compatibles con los valores de controles admisibles, respecto de la geometría de referencia.

Si la respuesta es afirmativa, según un primer escenario (485), el robot se maniobra para salir de la zona de trabajo segura, y después se desplaza hacia su posición de repliegue, la puerta de la máquina se cierra y el ciclo de fabricación vuelve a empezar siguiendo la secuencia de fabricación prevista.

Si la respuesta es no, y los desvíos constatados no son compatibles con los valores de control admisibles, se realiza una segunda prueba (490), para evaluar si la situación es recuperable o no.

Un ejemplo de situación no recuperable respecto del ejemplo de pieza considerada, en la figura 1C, corresponde al diámetro del escariado (140) superior al diámetro máximo autorizado.

Otro ejemplo de situación no recuperable respecto de la misma pieza, la figura 2 corresponde al diámetro del escariado (140) a su valor máximo autorizado, por lo que el escariado es correcto desde ese punto de vista, pero el defecto de perpendicularidad y/o de coplanicidad del eje (245) de este escariado con el eje de la parte cilíndrica (200) están fuera de tolerancia.

En estos ejemplos no limitativos, la situación no es recuperable, y según una etapa de fin (491), la secuencia de fabricación se interrumpe y la pieza se descarta.

Así, el sistema y el procedimiento objeto de la invención permiten, en concreto en el caso de una pieza fabricada en serie, descartar la pieza lo antes posible.

En caso de descarte de la pieza, antes de iniciar la fabricación de una pieza nueva, las secuencias de fabricación y los correctores de la herramienta utilizados durante las operaciones que han llevado a que no se respeten las tolerancias se analizan y se corrigen, si es necesario.

Eventualmente, se comprueba la geometría de la máquina.

Así el sistema y el procedimiento objeto de la invención permiten detectar lo antes posible un problema de calibración de la máquina herramienta, pero también de desgaste o doblado de la herramienta, y evitar conservar una máquina desajustada en producción.

De forma alternativa, la situación es recuperable, es decir, que los desvíos observados entre el modelo CAD y la representación numérica medida son incompatibles con los valores de control admisibles, pero pueden llevarse a tolerancias aceptables para evitar el descarte.

Así, en una situación recuperable, la pieza puede volver a ser conforme tras la etapa de control, ya sea intercalando una o varias operaciones de mecanizado y/o modificando las instrucciones del programa o los correctores de herramienta para las operaciones posteriores a la operación que preceden al control.

A modo de ejemplo, una situación recuperable corresponde al caso en el que, figura 1C, el control respeta el valor de control de diámetro del escariado, definido como inferior al diámetro final esperado.

Si la diferencia entre el diámetro realizado y el diámetro máximo autorizado teniendo en cuenta la tolerancia final es superior a la viruta mínima permitida por la tecnología de mecanizado considerada, es posible volver a escariar dicho escariado, durante una operación de escariado adicional intercalada en la secuencia, y llevar dicho escariado a un diámetro comprendido en su tolerancia de fabricación final.

En ese caso, se introduce una operación de escariado adicional en la secuencia de fabricación.

Así, en el caso de una situación recuperable, durante una etapa (492) de modificación de secuencia, se modifica la secuencia de fabricación, en concreto por la adición de operaciones complementarias, eventualmente acompañada de una corrección del programa o de los correctores asociados de manera que se evite que el error, aunque sea recuperable, se reproduzca en las siguientes piezas.

Según unas variantes de realización, las etapas de continuación de la fabricación (485), de descarte de la pieza (491) o de modificación de la secuencia (492) se realizan de manera automática, por ejemplo, utilizando principios de inteligencia artificial, con una intervención humana o de forma asistida, combinando las dos variantes anteriores.

Así, el sistema objeto de la invención y su método de aplicación se adaptan a la vez a producciones casi unitarias de piezas de gran valor añadido o a fabricaciones en serie en el marco de la automatización de la vigilancia de fabricación.

Según una realización ventajosa del sistema objeto de la invención, este comprende medios de localización del dispositivo de medición en la marca de referencia de la máquina herramienta.

Según unas variantes, el propio dispositivo de medición se utiliza para determinar su propia posición en la máquina, por ejemplo, midiendo uno o varios relieves particulares, como esferas, posicionadas en puntos en puntos precisos y conocidos por la máquina, o, el asa del robot que soporta el dispositivo comprende un medio de detección particular, como un reflector, un prisma o una esfera que coopera con un medio de detección fija instalado en la máquina, como un láser tracker en miniatura.

Según otra variante, figura 3, estas dos alternativas se combinan, por ejemplo, el láser tracker fijo (330), instalado en la máquina, es capaz de medir la posición (distancia, ángulo) de un reflector (351) instalado en el robot y compara esta posición con la posición conocida de objetivos fijos (331) instalados en la máquina de forma que mejoren la precisión.

La determinación de la posición del dispositivo de medición en la máquina permite mejorar la precisión y la pertinencia de las correcciones aportadas a los programas durante la etapa (492) de modificación de secuencia.

Esta información de posición también es útil en el caso de una pieza de gran tamaño en la que las condiciones de visibilidad impliquen realizar la medición con varias posicione de robot y sin punto de referencia distintivo en el haz del sensor.

El posicionamiento preciso de las posiciones sucesivas del dispositivo de medición en el espacio de la máquina, permite reposicionar cada adquisición en una marca de referencia común.

La realización de la medición de manera automática la hace sensible a la presencia de residuos, virutas, taladrinas, en las superficies que hay que controlar. Estos pueden confundirse con defectos de realización.

Según un ejemplo de realización, para limitar este fenómeno, la pieza que hay que controlar se somete a un soplado de aire comprimido y/o a una limpieza mecánica antes de la realización del control.

Según algunas variantes de realización, los medios de limpieza o de soplado son transportados por la máquina herramienta o por el robot.

Esta operación de limpieza permite eliminar los residuos sólidos como las virutas, sin embargo, presenta menor eficacia ante las gotas de líquido de corte que pueden quedar en las superficies.

Con este fin, el procedimiento objeto de la invención utiliza un método de tratamiento de la información que permite eliminar estos instrumentos de medición o al menos detectar su presencia.

En la figura 5, para ilustrar el principio de este tratamiento, consideraremos el control de una entidad geométrica, aquí una superficie plana (500) figura 5A.

El experto en la materia comprende que el principio es aplicable al control de cualquier entidad geométrica, plano, cilindro crónico, cualquier superficie, siempre que esta se conozca, es decir, que pueda estar definida por una superficie de referencia.

En la práctica, dicha superficie de referencia es conocida por el archivo CAD correspondiente a la entidad que se va a controlar.

La superficie plana que hay que controlar está, según este ejemplo, contaminada por varias gotas (510) de líquido de corte.

En la figura 5B, la adquisición de la nube de puntos correspondiente a la superficie hace aparecer varios sobreespesores (511) localizados correspondientes a dichas gotas.

Durante una operación de ajuste, la entidad geométrica, aquí un plano, se ajusta a la nube de puntos (501) obtenida por la medición, por ejemplo, mediante un método de mínimos cuadrados.

En la figura 5C, las desviaciones de todos los puntos de la nube respecto de esta superficie de referencia se clasifican por clases. El trazado del número de puntos (522) en cada clase de desviación (521) proporciona una distribución estadística (523) centrada en torno a la altura de la superficie teórica, aquí un plano medio de altura 0, cuya distribución estadística se caracteriza por una desviación tipo.

Estas desviaciones representan a la vez defectos geométricos reales de la superficie, pero reflejan también la presencia de singularidades como las gotas de líquido de corte.

Los inventores han determinado que los defectos geométricos reales se sitúan alrededor de la media hasta /-1 desviación tipo. Así, la presencia de puntos alejados en más de una desviación tipo respecto de la superficie mediana corresponde a singularidades, que se detectan así y permiten generar una advertencia sobre la fiabilidad de la medición, o alternativamente, los puntos correspondientes simplemente no se incluyen en el análisis, o se sustituyen por puntos a la altura media de la superficie.

Así, con este tratamiento numérico simple de la nube de puntos de medición, los instrumentos, como la presencia de taladrinas, pero también de virutas en la superficie controlada se eliminar, al tiempo que generan una alerta sobre el tratamiento realizado.

El experto en la materia comprenderá que la presencia de un defecto localizado debajo de una gota es poco probable y que, en la técnica anterior, la detección de un tal defecto, si lo hubiera, no sería detectado probablemente por una máquina de medición tridimensional; de hecho, si la relación entre la superficie de la gota y el plano controlado es baja (< 1 % de la superficie total, por ejemplo, es estadísticamente improbable que los puntos de control definidos en la máquina de medición tridimensional se localicen en la superficie en cuestión.

La descripción anterior y los ejemplos de realización muestran que la invención alcanza el objetivo buscado y permite el control automático de una pieza en proceso de realización, in situ, en una máquina herramienta sin cambio de fase de fabricación.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para el control de una pieza (190) en proceso de realización en una máquina herramienta, en la que dicho control se realiza en una misma fase tras una operación de fabricación, y la pieza se encuentra en la zona de trabajo de dicha máquina herramienta, dicho sistema comprende:

- una máquina herramienta (300) que comprende un dispositivo (313) de puesta en posición de la pieza en dicha máquina herramienta, y una zona de trabajo protegida (310) que permite acceder al volumen de trabajo de dicha máquina herramienta;

- un dispositivo de medición (350) adaptado a la adquisición de puntos en la superficie de la pieza que se va a controlar;

- un robot poliarticulado (360) capaz de soportar y de desplazar el dispositivo de medición (350) y situado en el exterior del volumen de trabajo de la máquina herramienta;

- un carro de soporte (340), que transporta el robot (360) y es capaz de desplazar dicho robot respecto de la máquina herramienta sobre la que se realiza la pieza;

- un ordenador (391) que comprende medios de memoria, medios de cálculo y medios de visualización (392), que comprende en sus medios de memoria un modelo numérico (370) tridimensional de la pieza, y es capaz de adquirir las coordenadas de los puntos adquiridos por el dispositivo de medición (350);

caracterizado porque comprende, en la zona de trabajo protegida (310), medios de medición del posicionamiento del dispositivo de medición (350) cuando este está soportado por el robot poliarticulado (360).

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de medición (350) es un dispositivo sin contacto, en concreto un sensor óptico.

3. Sistema según la reivindicación 1, que comprende un dispositivo de detección de presencia (312) sin contacto que protege el acceso a la zona de trabajo protegida (310).

4. Procedimiento que utiliza el sistema según la reivindicación 1, en el que la pieza que se va a controlar está contaminada tanto por residuos como virutas o fluido de corte, que comprende tras una primera operación de fabricación (410) realizada en la pieza, una operación de control, realizada sobre dicha pieza mediante el dispositivo de medición, dicha operación de control comprende las etapas que consisten en:

i) desplazar el robot (360) mediante el carro (340), para permitirle llegar a la zona de trabajo (310) protegida; ii) posicionar el dispositivo de medición (350) con respecto a la pieza mediante el robot, midiendo su posición en la zona de trabajo protegida;

iii) realizar la adquisición (440) de una pluralidad de puntos en una superficie de la pieza;

iv) comparar (470) la posición de los puntos adquiridos en la etapa iii) con el modelo tridimensional (370) comprendido en los medios de memoria del ordenador (391); dicho procedimiento comprende durante la etapa iv) las operaciones que consisten en:

a) ajustar una superficie de referencia extraída del modelo tridimensional (370) de la nube de puntos (501) adquirida durante la etapa iii);

b) clasificar en clases las desviaciones dimensionales de los puntos de la nube en relación a esta superficie; c) determinar la desviación tipo de la distribución (523) de las clases respecto de la superficie de referencia; d) eliminar del análisis los puntos de la nube alejados en más de una desviación tipo de la superficie de referencia.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el modelo numérico tridimensional (370) de la pieza corresponde al estado de la pieza tras la operación de fabricación (410) justo anterior a la etapa i).