ES2881608T3 - Robot de brazo articulado y método para mecanizar con arranque de virutas una pieza de trabajo mediante el robot de brazo articulado - Google Patents

Abstract

Robot de brazo articulado (1), que comprende: - una base (2), - un alojamiento del cabezal de trabajo (7), - una pluralidad de brazos de palanca (3) que están dispuestos entre la base (2) y el alojamiento del cabezal de trabajo (7), estando los brazos de palanca (3) acoplados entre sí mediante articulaciones giratorias (4), y estando configurado al menos un motor de ajuste (6) por cada articulación giratoria (4), cuyo motor de ajuste (6) sirve para ajustar el ángulo (5) entre los dos brazos de palanca (3) acoplados mediante la correspondiente articulación giratoria (4), - un cabezal de trabajo (8) que está dispuesto en el alojamiento del cabezal de trabajo (7), comprendiendo el cabezal de trabajo (8) un husillo de trabajo (9) que está dispuesto en una carcasa de husillo (13) y está montado al menos en un primer punto de apoyo (14) y un segundo punto de apoyo (15) en la carcasa de husillo (13), - una unidad de cálculo (12) que sirve para controlar los motores de ajuste (6), caracterizado porque al menos un sensor (16) para detectar una fuerza radial (17) está configurado en cada caso en el primer punto de apoyo (14) del husillo de trabajo (9) y en el segundo punto de apoyo (15) del husillo de trabajo (9), y porque al menos un sensor (18) para detectar una fuerza axial (19) está configurado en al menos uno de los dos puntos de apoyo (14, 15), y porque la unidad de cálculo (12) está configurada para calcular una fuerza de apriete de una herramienta de mecanizado (10) contra una pieza de trabajo (11) sobre la base de la fuerza radial (17) y la fuerza axial (19) detectadas por medio de los sensores (16, 18), a fin de determinar un desgaste del filo de corte o el estado de la pieza de trabajo, o bien para aumentar la precisión del robot de brazo articulado.

Description

DESCRIPCIÓN

Robot de brazo articulado y método para mecanizar con arranque de virutas una pieza de trabajo mediante el robot de brazo articulado

La invención se refiere a un robot de brazo articulado, y a un método para mecanizar una pieza de trabajo mediante el robot de brazo articulado.

En el estado de la técnica, se conocen robots de brazo articulado que tienen un cabezal de trabajo con un husillo de trabajo alojado en una carcasa de husillo. Se sujeta una herramienta de mecanizado en el husillo de trabajo. Al presionar la herramienta de mecanizado contra la pieza de trabajo a mecanizar, se ejerce una fuerza sobre el robot de brazo articulado, que hace que éste se deforme ligeramente. La deformación del robot de brazo articulado provoca imprecisiones a la hora de mecanizar la pieza de trabajo.

El documento EP 1696216 A1 divulga un robot de brazo articulado que comprende una base, un alojamiento de cabezal de trabajo, una pluralidad de brazos de palanca que están dispuestos entre la base y el alojamiento de cabezal de trabajo, estando los brazos de palanca acoplados entre sí por medio de unas articulaciones giratorias, y estando configurado al menos un motor de ajuste para cada articulación giratoria, que se utiliza para ajustar el ángulo entre los dos brazos de palanca acoplados por medio de la articulación giratoria correspondiente. Asimismo está previsto un cabezal de trabajo, que está dispuesto en el alojamiento del cabezal de trabajo, comprendiendo el cabezal de trabajo un husillo de trabajo que está dispuesto en una carcasa de husillo y está montado al menos en un primer punto de apoyo y un segundo punto de apoyo en la carcasa del husillo. Se prevé asimismo que esté configurado un engranaje entre el motor de ajuste y la articulación giratoria correspondiente. En el engranaje está configurado un árbol de engranaje, en donde en los puntos de apoyo del árbol de engranaje está previstos unos sensores, que se utilizan para detectar los pares motores y momentos de flexión en el árbol de engranaje.

La tarea de la presente invención era superar las desventajas del estado de la técnica y proporcionar un robot de brazo articulado mejorado, así como un método mejorado para mecanizar una pieza de trabajo.

Esta tarea se resuelve mediante un dispositivo y un método según las reivindicaciones. Según la invención, está configurado un robot de brazo articulado. El robot de brazo articulado comprende: una base, un alojamiento del cabezal de trabajo, una pluralidad de brazos de palanca que están dispuestos entre la base y el alojamiento del cabezal de trabajo, estando los brazos de palanca acoplados entre sí por medio de articulaciones giratorias, y en donde al menos un motor de ajuste está configurado por cada articulación giratoria, que se utiliza para ajustar el ángulo entre los dos brazos de palanca acoplados por medio de la articulación giratoria en cuestión, un cabezal de trabajo que está dispuesto en el alojamiento del cabezal de trabajo, en donde el cabezal de trabajo comprende un husillo de trabajo que está dispuesto en una carcasa de husillo y está montado al menos en un primer punto de apoyo y en un segundo punto de apoyo en la carcasa del husillo, así como una unidad de cálculo que se utiliza para controlar los motores de ajuste. Al menos un sensor para detectar una fuerza radial está configurado respectivamente en el primer punto de apoyo y en el segundo punto de apoyo. Al menos un sensor para detectar una fuerza axial está configurado en al menos uno de los dos puntos de apoyo.

Una ventaja de la configuración del robot de brazo articulado según la invención es que las cargas axiales, las cargas radiales y los momentos de flexión que actúan sobre la herramienta de mecanizado pueden detectarse gracias a la disposición de los sensores directamente en los puntos de apoyo. Además de esto, los sensores dispuestos en los puntos de apoyo tienen una gran precisión de detección, ya que las fuerzas que se producen pueden medirse lo más directamente posible. La masa y, por tanto, también la inercia de las piezas situadas entre el punto de aplicación de la fuerza (punto central de la herramienta) y los sensores es muy reducida, ya que aquí sólo intervienen la propia herramienta de mecanizado y el husillo de trabajo. Como estos tienen una masa reducida, la inercia de la masa que hay que tener en cuenta también es reducida y puede incluirse también en el cálculo si es necesario.

Asimismo, puede ser conveniente que los dos puntos de apoyo estén formados por un punto de apoyo magnético y que los sensores estén implementados por un dispositivo de medición para determinar la intensidad del campo en el punto de apoyo magnético y para detectar la desviación del husillo de trabajo con respecto a la carcasa del husillo. La ventaja en este caso es que se puede conseguir una alta velocidad de la herramienta de mecanizado mediante un punto de apoyo magnético. Además de esto, las fuerzas aplicadas pueden determinarse con precisión en el punto de apoyo magnético.

Se puede prever además, que el husillo de trabajo sea ajustable con respecto a la carcasa de husillo por medio del punto de apoyo magnético. Una ventaja es aquí que esta medida permite desplazar el husillo de trabajo con respecto a la carcasa de husillo para compensar las deformaciones, lo que significa que se pueden compensar las pequeñas deformaciones que se producen en el robot de brazo articulado. Una ventaja especial es aquí que mediante el punto de apoyo magnético pueden compensar pequeñas deformaciones con un tiempo de reacción muy corto. Además, también es concebible, por ejemplo, que mediante el punto de apoyo magnético el husillo de trabajo se ponga en vibración con respecto a la carcasa del husillo y de esta manera, por ejemplo, se lleven a cabo vibraciones axiales de alta frecuencia. Esta vibración axial puede, por ejemplo, dar lugar a una mejor formación de virutas.

En una variante alternativa, se puede prever que los sensores estén configurados en forma de elementos piezoeléctricos. Estos sensores en forma de elementos piezoeléctricos pueden, por ejemplo, combinarse con punto de apoyos convencionales o también con cojinetes de deslizamiento.

En otra variante alternativa más, se puede prever que los dos puntos de apoyo estén formados por un cojinete de deslizamiento hidrodinámico y que los sensores estén implementados por un dispositivo de medición para determinar la presión hidráulica en los puntos de apoyo y para detectar la desviación del husillo de trabajo con respecto a la carcasa de husillo, siendo el husillo de trabajo ajustable con respecto a la carcasa de husillo por medio de los cojinetes de deslizamiento hidrodinámicos. Un cojinete de deslizamiento hidrodinámico tiene una posibilidad de ajustar el husillo de trabajo en relación con la carcasa de husillo. El cojinete de deslizamiento hidrodinámico puede funcionar, por ejemplo, con la utilización de un aceite. Además de esto, también es concebible que el cojinete de deslizamiento hidrodinámico se haga funcionar con el uso de un gas.

Según un perfeccionamiento, es posible que la carcasa de husillo esté alojada en el cabezal de trabajo de manera axialmente desplazable por medio de una guía lineal. Es ventajoso aquí que, por ejemplo, al realizar una operación de taladrado mediante una broca sujeta en el husillo de trabajo, el movimiento de acercamiento de la broca no tenga que realizarse mediante los brazos del robot, sino que la carcasa de husillo pueda desplazare linealmente. Esto puede aumentar la precisión del taladro. Además de esto, estos movimientos de acercamiento pueden detectarse directamente en los sensores de los puntos de apoyo.

Además de esto, puede ser conveniente que en el cabezal de trabajo esté se forme un collarín de instalación, que está previsto para instalarse en una pieza de trabajo que se va a mecanizar, y que en el collarín de instalación esté configurado otro sensor para detectar la fuerza de instalación del collarín de instalación en la pieza de trabajo. La ventaja es a este respecto que todo el cabezal de trabajo puede ser presionado contra la pieza a mecanizar con una fuerza predeterminada por medio del collarín de instalación, con lo que el robot de brazo articulado puede ser sometido a una tensión previa. Cuando la herramienta de mecanizado se presiona a continuación contra la pieza de trabajo, se puede determinar la reducción de la fuerza de apriete medida en el otro sensor y, por tanto, sacar conclusiones directas sobre la fuerza de apriete aplicada por la herramienta de mecanizado. Esto puede utilizarse, por ejemplo, para igualar las fuerzas medidas en los sensores.

Además de esto, se puede prever que en el cabezal de trabajo se configure un sensor de vibraciones, que sirva para detectar vibraciones en la pieza de trabajo. Resulta ventajoso a este respecto, que las vibraciones transmitidas por la herramienta de mecanizado a la pieza de trabajo puedan ser detectadas por medio del sensor de vibraciones y posteriormente evaluadas en la unidad de cálculo.

Asimismo, se puede prever que el sensor de vibraciones esté alojado en el collarín de instalación. La ventaja es aquí, que un sensor de vibraciones alojado en el collarín de instalación puede entrar directamente en contacto con la pieza de trabajo.

Según una particularidad especial, es posible que el sensor de vibraciones se aloje en el cabezal de trabajo de manera libremente oscilante, en particular en el collarín de instalación, y que pueda acoplarse a la pieza de trabajo. A este respecto es ventajoso que, mediante esta medida, las vibraciones del cabezal de trabajo se pueden desacoplar y, de esta manera, se pueden detectar las vibraciones que se producen en la pieza de trabajo.

Según un perfeccionamiento ventajoso, puede estar previsto que el sensor de vibraciones esté configurado en forma de un sensor de aceleración, en particular en forma de un sensor piezoeléctrico, mediante el cual se puede determinar su propia orientación y también una amplitud y dirección de la vibración de la pieza de trabajo, cuando el sensor de vibraciones está en contacto con la pieza de trabajo. Resulta ventajoso en este caso, que las vibraciones de la pieza de trabajo puedan detectarse y evaluarse no sólo cuantitativamente sino también cualitativamente por medio de un sensor de aceleración configurado de este modo. Además de esto, mediante el sensor de vibraciones en forma de un sensor de aceleración, se puede detectar la orientación espacial del sensor de vibraciones.

En una variante alternativa, puede estar previsto que el sensor de vibraciones esté configurado en forma de un vibrómetro láser Doppler. Aquí es ventajoso que un vibrómetro láser Doppler permite detectar sin contacto la vibración de la superficie de la pieza de trabajo.

Según la invención, está previsto un método para mecanizar con arranque de virutas una pieza de trabajo por medio de un robot de brazo articulado según la invención, en donde una herramienta de mecanizado para mecanizar con arranque de virutas la pieza de trabajo se aloja o se sujeta en el husillo de trabajo. Cuando la herramienta de mecanizado se presiona contra la pieza de trabajo, la fuerza radial y la fuerza axial en los puntos de apoyo se detectan por medio de los sensores. De este modo, en la unidad de cálculo se puede calcular la fuerza de apriete de la herramienta de mecanizado sobre la pieza de trabajo. Al detectar la vibración en combinación con la fuerza de apriete detectada de la herramienta de mecanizado contra la pieza, es posible, por ejemplo, sacar conclusiones sobre un desgaste del filo de corte o sobre el estado de la pieza.

Además de esto, se puede prever que se calcule una compensación de posición necesaria en base a la fuerza de apriete calculada de la herramienta de mecanizado y en base a una deformación conocida del componente dependiente de la fuerza del robot de brazo articulado, y que la compensación de posición necesaria se implemente en al menos uno de los motores de ajuste. A este este respecto es ventajoso que, al tener en cuenta la deformación del componente dependiente de la fuerza del robot de brazo articulado, se puede aumentar la precisión del mismo. Además de esto, puede estar previsto que se calcule una compensación de posición necesaria sobre la base de la fuerza de apriete calculada de la herramienta de mecanizado y sobre la base de una deformación conocida del componente dependiente de la fuerza del robot de brazo articulado, y que la compensación de posición necesaria se implemente, al menos parcialmente, ajustando el husillo de trabajo con respecto a la carcasa de husillo. La ventaja es aquí que, al ajustar el husillo de trabajo con respecto a la carcasa de husillo, la compensación de la posición puede llevarse a cabo con una mayor precisión. Además, una compensación de posición de este tipo puede llevarse a cabo con relativa rapidez y con un breve tiempo de reacción. La compensación de posición mediante el husillo de trabajo puede superponerse a la compensación de posición mediante el robot de brazo articulado.

También es ventajosa una particularidad, conforme a la misma puede estar previsto que, en el caso de un punto de apoyo magnético, la fuerza radial y la fuerza axial en los puntos de apoyo se detecten mediante la determinación de la intensidad de campo en los puntos de apoyo magnéticos y mediante la detección de la desviación del husillo de trabajo.

Según un perfeccionamiento, es posible que un ajuste del husillo de trabajo en relación con la carcasa de husillo se realice mediante la adaptación local de la intensidad de campo en los puntos de apoyo magnéticos.

Además de esto, puede ser útil si, cuando se utiliza una herramienta de mecanizado con una estructura de filo de corte simétrica, en particular cuando se utiliza una herramienta de perforación, se calcula un ángulo de instalación entre un eje de rotación de la herramienta de mecanizado y la superficie de la pieza de trabajo contra la que se apoya la herramienta de mecanizado mediante la ley de palanca, a partir de las fuerzas radiales detectadas. La ventaja de esto es que sólo mediante la determinación de las fuerzas radiales se puede calcular el ángulo de instalación de la herramienta de mecanizado con respecto a la pieza de trabajo a mecanizar y, si es necesario, la herramienta de mecanizado puede girarse posteriormente de forma correspondiente, de tal manera que el eje de rotación de la herramienta de mecanizado esté en ángulo recto con la superficie de la pieza de trabajo.

Además de esto, se puede prever que, además de la fuerza de apriete calculada de la herramienta de mecanizado, se incluya la fuerza de instalación del collarín de instalación sobre la pieza de trabajo detectada por el sensor adicional para calcular la compensación de posición necesaria.

Asimismo se puede prever, que la señal del sensor de vibraciones se evalúe en la unidad de cálculo y se calcule la compensación de posición necesaria sobre la base de la señal del sensor de vibraciones y la fuerza radial y la fuerza axial medidas en los puntos de apoyo.

Las expresiones fuerza radial y fuerza axial se refieren a la posición axial del husillo de trabajo.

Para una mejor comprensión de la invención, ésta se explica con más detalle con referencia a las siguientes figuras. Aquí muestran en cada caso en una representación esquemática muy simplificada:

la figura 1 un ejemplo de realización de un robot de brazo articulado en una vista en perspectiva;

la figura 2 una representación detallada de una cabeza de trabajo;

la figura 3 una vista en perspectiva de una carcasa de husillo;

la figura 4 una vista en corte esquemática de una carcasa de husillo con el husillo de trabajo alojado en ella y representación de la situación del punto de apoyo;

la figura 5 una representación esquemática del efecto de la fuerza sobre la situación del punto de apoyo, con una herramienta de mecanizado que no está situada ortogonalmente respecto a la superficie de la pieza de trabajo; la figura 6 un ejemplo de realización del husillo de trabajo con punto de apoyo magnético;

la figura 7 un ejemplo de realización del husillo de trabajo con punto de apoyo hidrodinámico.

A modo de introducción, cabe señalar que en las formas de realización descritas de diferente manera, las partes similares poseen los mismos números de referencia o las mismas designaciones de componentes, en donde las exposiciones contenidas en toda la descripción pueden aplicarse, mutatis mutandis, a partes iguales que tienen símbolos de referencia iguales o designaciones de componentes iguales. Asimismo, las indicaciones posicionales elegidas en la descripción, como por ejemplo superior, inferior, lateral, etc., se refieren a la figura directamente descrita y representada y, en caso de cambio de posición, estas indicaciones posicionales se trasladarán mutatis mutandis a la nueva posición.

En la Fig. 1, se muestra un robot de brazo articulado 1 en una vista en perspectiva. El robot de brazo articulado 1 comprende una base 2, que se fija preferiblemente al sustrato del lugar de instalación mediante unos medios de fijación. Por ejemplo, también es concebible que la base 2 esté dispuesta sobre una guía lineal, de tal manera que el robot de brazo articulado 1 completo pueda desplazarse en una dirección longitudinal.

Una pluralidad de brazos de palanca 3 están acoplados a la base 2, en donde los brazos de palanca individuales 3 están acoplados entre sí o uno de los brazos de palanca 3 está acoplado a la base 2 por medio de articulaciones giratorias 4. Las articulaciones giratorias 4 pueden estar configuradas de diferentes maneras. Preferiblemente, sirven para ajustar un ángulo 5 entre dos brazos de palanca 3 acoplados entre sí.

En una primera clase de realización de la articulación giratoria 4, los dos brazos de palanca 3 están dispuestos entre sí alineados axialmente con respecto a su eje longitudinal, y por medio de la articulación giratoria 4, uno de los dos brazos de palanca 3 puede girarse de forma rotatoria con respecto al otro brazo de palanca 3 alrededor del eje longitudinal central.

En una segunda forma de realización de la articulación giratoria 4, los dos brazos de palanca 3 están dispuestos uno al lado del otro y los brazos de palanca 3 pueden bascular uno con respecto al otro, de manera que el ángulo 5 entre los dos ejes longitudinales de los brazos de palanca 3 puede variar.

Asimismo, a cada articulación giratoria 4 está asociado un motor de ajuste 6, mediante el cual se puede ajustar el ángulo 5 entre los dos brazos de palanca 3. El motor de ajuste 6 puede estar configurado, por ejemplo, en forma de un servomotor. En el brazo de palanca 3 más alejado de la base 2 está configurado un alojamiento del cabezal de trabajo 7, al que está fijado un cabezal de trabajo 8.

El cabezal de trabajo 8 tiene un husillo de trabajo 9, en el que se puede alojar una herramienta de mecanizado 10. En particular, un portaherramientas para alojar una amplia variedad de herramientas de mecanizado 10 puede estar configurado en el husillo de trabajo 9, o un portaherramientas de este tipo puede estar acoplado al husillo de trabajo 9. La herramienta de mecanizado 10 se utiliza para mecanizar una pieza de trabajo 11. En particular, se puede prever que la herramienta de mecanizado 10 sea una herramienta de mecanizado con arranque de virutas, como una broca o una fresa.

Asimismo, está prevista una unidad de cálculo 12, en la que se calculan las correspondientes prefijaciones de control, o correcciones, sobre la base de la deformación del material.

En la Fig. 2, el cabezal de trabajo 8 se muestra en una vista detallada, en donde los componentes del cabezal de trabajo 8 se muestran parcialmente cortados, de modo que se puede ver la estructura del cabezal de trabajo 8. En la Fig. 3, se muestra en detalle, en una vista en perspectiva, una carcasa de husillo 13 para alojar el husillo de trabajo 9.

En la Fig. 4, para un ilustración adicional, la carcasa de husillo 13 se muestra en corte para describir la situación del punto de apoyo.

La estructura exacta del cabezal de trabajo 8 se describe con referencia a una sinopsis de las figuras 2 a 4. Como se puede ver particularmente bien en la Fig. 4, el husillo de trabajo 9 está montado en la carcasa del husillo 13 mediante un primer punto de apoyo 14 y un segundo punto de apoyo 15. El primer punto de apoyo 14 o el segundo punto de apoyo 15 se indica de forma esquemática en la Fig. 4 y puede implementarse mediante una amplia variedad de puntos de apoyo. Por ejemplo, es concebible que los puntos de apoyo 14, 15 estén configurados en forma de rodamientos, cojinetes de deslizamiento, puntos de apoyo magnéticos o cojinetes de fluido hidrodinámicos. La situación de montaje, como la que se muestra esquemáticamente en la Fig. 4, puede implementarse, por ejemplo, cuando se utilizan rodamientos.

Como se puede ver en la Fig. 4, se puede prever que uno de los dos puntos de apoyo 14, 15 esté ejecutado en forma de un cojinete fijo, que sirve para absorber las fuerzas axiales. En el presente ejemplo de realización, la primera posición de punto de apoyo 14 está diseñada como un cojinete fijo. En particular, se puede prever aquí, que en la primera posición de apoyo 14 esté configurado un sensor 16, que sirva para detectar una fuerza radial 17. Asimismo, en la primera posición de apoyo 14 puede estar configurado un sensor 18, que sirve para detectar una fuerza axial 19. Además de esto, en el segundo punto de apoyo 15 también puede estar configurado un sensor 16 para detectar la fuerza radial 17. Por supuesto, un sensor 18 para detectar una fuerza axial también puede estar configurado en el segundo punto de apoyo 15 o en ambos puntos de apoyo 14, 15.

Los sensores 16 para detectar la fuerza radial 17 pueden estar configurados, por ejemplo, en forma de elementos piezoeléctricos, que pueden estar dispuestos en la carcasa de husillo 13 o en el husillo de trabajo 9 de forma distribuida por el perímetro. Los sensores 16 pueden utilizarse no sólo para detectar el importe de fuerza radial 17, sino también para detectar la dirección de la fuerza radial 17. El sensor 18 para detectar la fuerza axial 19 puede estar configurado en forma de elemento piezoeléctrico, que puede servir, por ejemplo, como tope axial para uno de los puntos de apoyo 14, 15.

Debido a la geometría conocida de los puntos de apoyo 14, 15 o debido a un punto central de la herramienta medido con precisión de la pieza de trabajo 11, el importe y la dirección de una fuerza 21 que actúa sobre el punto central de ^{la herramienta 20 pueden determinarse con precisión por medio de los sensores} 16^{, 18.}

La fuerza 21 es causada debido a que la herramienta de mecanizado 10 hace contacto con o es presionada contra la pieza de trabajo 11 para mecanizar la pieza 11, en particular en su punto central de la herramienta 20. Sin tener en cuenta el rozamiento entre la pieza de trabajo 11 y la herramienta de mecanizado 10, la fuerza 21 sólo puede estar situada siempre perpendicular a la superficie de la pieza de trabajo 11. Debido a la fricción entre la herramienta de mecanizado 10 y la pieza de trabajo 11, el ángulo de aplicación de la fuerza 21 puede desviarse del ángulo recto con respecto a la superficie de la pieza de trabajo 11.

Al poder determinar la magnitud y el ángulo de la fuerza 21 sobre el punto central de la herramienta 20 por medio de los sensores 16, 18, también es posible calcular la fuerza que actúa sobre el sistema conjunto del robot de brazo articulado 1.

Mediante cálculos de elementos finitos o mediante determinaciones empíricas, se puede establecer una deformación dependiente de la fuerza del robot de brazo articulado 1, en particular de los brazos de palanca 3 o de las articulaciones giratorias 4 para cada posición del robot de brazo articulado 1 y también para cada efecto de fuerza. De este modo, conociendo la deformación del robot de brazo articulado 1, su posición actual y la fuerza actual aplicada 21 sobre el punto central de la herramienta 20, se puede calcular la desviación inducida por la deformación del punto central de la herramienta 20 de su posición nominal respecto a su posición real. Esta desviación se puede compensar en una compensación de posición, como se ha descrito anteriormente.

Asimismo también es concebible que, mediante la determinación del ángulo de la fuerza 21 sobre el punto central de la herramienta 20, se determine si la herramienta de mecanizado 10 está realmente en contacto con la superficie de la pieza de trabajo 11 en ángulo recto. Si es necesario, a este respecto también se puede calcular y ejecutar una compensación necesaria en la unidad de cálculo 12.

Como se puede ver asimismo en la Fig. 4, se puede prever que se configure un collarín de instalación 22 en el cabezal de trabajo 8, el cual se usa para instalarse en la pieza de trabajo 11. Una caja de aspiración 23 puede estar acoplada al collarín de instalación 22, a la que se conecta una manguera de aspiración 24. La caja de aspiración 23 puede estar fijamente unida al cabezal de trabajo 8.

Asimismo, también es concebible que la carcasa de husillo 13 junto con el husillo de trabajo 9 esté dispuesta para ser desplazable en el cabezal de trabajo 8 con respecto a una base 26 del mismo por medio de una guía lineal 25. En otras palabras, por medio de esto se puede conseguir que la carcasa de husillo 13 junto con el husillo de trabajo 9 sea linealmente desplazable respecto a la base 26 del cabezal de trabajo 8.

De este modo, un acercamiento de la herramienta de mecanizado 10 puede lograrse únicamente mediante el desplazamiento lineal de la carcasa de husillo 13. Por supuesto, la operación de mecanizado o de perforación propiamente dicha también puede conseguirse moviendo únicamente la carcasa de husillo 13. Dado que el collarín de instalación 22 está acoplado a la base 26 del cabezal de trabajo 8, en una operación de desplazamiento de este tipo se desplaza el husillo de trabajo 9 y, por tanto, también la herramienta de mecanizado 10 con respecto al collarín de instalación 22.

Asimismo, también se puede prever que la base 26 del cabezal de trabajo 8 junto con el collarín de instalación 22 sea desplazable con respecto al alojamiento del cabezal de trabajo 7. Por ejemplo, aquí es concebible, que la base 26 del cabezal de trabajo 8 junto con el collarín de instalación 22 sea desplazable por medio de un cilindro neumático, en donde el cilindro neumático puede presionar el collarín de instalación 22 contra la pieza de trabajo con una fuerza predefinida. La carcasa de husillo 13 puede ser desplazable con respecto al collarín de instalación 22 por medio de un accionamiento eléctrico. Esto permite que la carcasa de husillo 13 avance o se aproxime con precisión.

Se puede prever asimismo que en el collarín de instalación 22 esté configurado otro sensor 27, que se utiliza para detectar la fuerza de apriete del collarín de instalación 22 contra la pieza de trabajo 11. En la unidad de cálculo 12, se puede calcular una fuerza resultante a partir de la fuerza radial 17, medida en los sensores 16, y de la fuerza axial 19 medida en los sensores 18, así como de la fuerza que se mide en el sensor adicional 27.

Asimismo, también es concebible que se disponga un sensor de vibraciones 28 en el collarín de instalación 22, que está configurado para detectar vibraciones en la pieza de trabajo 11. Por ejemplo, el sensor de vibraciones 28 puede estar sujeto a la pieza de trabajo 11 mediante una fuerza magnética y puede estar alojado en el collarín de instalación 22 de forma libremente vibratoria. De esta manera, se puede conseguir que sólo las vibraciones de la pieza 11 sean detectadas por el sensor de vibraciones 28.

Una suspensión libremente vibratoria del sensor de vibraciones 28 en el collarín de instalación 22 puede lograrse, por ejemplo, mediante la incrustación del sensor de vibraciones 28 en una almohadilla de gel y, por lo tanto, siendo desplazable en relación con el collarín de instalación 22. Asimismo, también es concebible que el sensor de vibraciones 28 se acople al collarín de instalación 22 mediante una membrana elástica u otro elemento elástico. Por ejemplo, también es concebible que el sensor de vibraciones 28 esté acoplado al collarín de instalación 22 de forma libremente vibratoria mediante una suspensión basada en un muelle.

Como se puede ver fácilmente en la Fig. 2, también es concebible que se dispongan al menos tres elementos de medición 29 en la zona del collarín de instalación 22 circularmente alrededor del husillo de trabajo 9 o de la herramienta de mecanizado 10, mediante los cuales se puede determinar en cada caso la distancia a la superficie de la pieza de trabajo 11. Conociendo el estado de la superficie o la geometría de la superficie de la pieza de trabajo 11, por ejemplo a partir de un modelo CAD, y midiendo la distancia real de la superficie al respectivo elemento de medición 29, se puede calcular si la herramienta de mecanizado 10 está alineada ortogonalmente sobren la superficie de la pieza 11.

El elemento de medición 29 puede estar configurado, por ejemplo, en forma de un pasador de medición, que se presiona sobre la superficie de la pieza de trabajo 11 por medio de un muelle. De esta manera, la distancia puede medirse mediante exploración táctil. Asimismo, también es concebible que el elemento de medición 29 esté configurado, por ejemplo, en forma de un sensor óptico, por ejemplo de un sensor láser, que se utiliza para detectar la distancia.

La Fig. 5 muestra una representación esquemática de las fuerzas 17, 18 que se producen en los puntos de apoyo 14, 15 y en la herramienta de mecanizado 10, cuando la herramienta de mecanizado 10 no está alineada ortogonalmente con y presionada contra la superficie de la pieza de trabajo 11. Conociendo la geometría de la herramienta de mecanizado 10 y, por supuesto, también la geometría de la carcasa de husillo 13, el ángulo entre la herramienta de mecanizado 10 y la superficie de la pieza de trabajo 11 puede calcularse determinando la magnitud y la dirección de las fuerzas 17, 18 en los puntos de apoyo 14, 15, y compensarse haciendo bascular la herramienta de mecanizado 10, de modo que la herramienta de mecanizado 10 esté situada ortogonalmente sobre la superficie de la pieza 11 para la operación de mecanizado.

La Fig. 6 muestra en una representación en corte esquemática otro posible ejemplo de realización del husillo de trabajo 9 y de la carcasa de husillo 13 con punto de apoyo magnético 30.

En el ejemplo de realización según la Fig. 6, está previsto que el husillo de trabajo 9 se apoye u opcionalmente se accione en la carcasa de husillo 13 mediante un punto de apoyo magnético 30. El punto de apoyo magnético 30 puede tener tanto un punto de apoyo radial 31 como un punto de apoyo axial. En particular, se puede prever que el punto de apoyo magnético 30 esté formado de tal manera, que en la carcasa de husillo 13 estén configurados unos devanados 33, que cooperan con los imanes permanentes 34 dispuestos en el husillo de trabajo 9.

En los devanados 33, la intensidad del campo puede modificarse con un control adecuado, de manera que el husillo de trabajo 9 se mantenga en su posición mediante el punto de apoyo magnético 30. Además de esto, la intensidad de campo en los devanados 33 de cada uno de los punto de apoyos radiales 31 puede modificarse de tal forma, que el husillo de trabajo 9 esté dispuesto en el centro, sino que se desplace hacia un lado. De este modo, se puede conseguir una inclinación o una excentricidad del husillo de trabajo 9 en la carcasa de husillo 13. También se puede prever que la intensidad de campo en los devanados 33 de los puntos de apoyo axiales 32 se adapte, de tal manera que el eje de trabajo 9 pueda desplazarse axialmente. En particular, aquí es posible que las pequeñas deformaciones inducidas por la fuerza del robot de brazo articulado 1 se compensen mediante el desplazamiento axial y/o radial del husillo de trabajo 9. Además de esto, también es concebible que el husillo de trabajo 9 se ponga en vibración axial y/o radial por medio del punto de apoyo magnético 30, por ejemplo para influir en la rotura de virutas.

Se puede prever, asimismo, que esté configurado otro devanado, no mostrado, en la carcasa del husillo 13 para accionar el husillo de trabajo 9. Alternativamente a esto, se puede prever que el husillo de trabajo 9 esté acoplado a un motor eléctrico, que se utiliza para aplicar un par de torsión al husillo de trabajo 9.

La Fig. 7 muestra, en una representación en corte esquemática, otro posible ejemplo de realización del husillo de trabajo 9 y de la carcasa de husillo 13 con un cojinete de deslizamiento hidrodinámico 35.

De forma similar a la configuración del punto de apoyo magnético 30 de la Fig. 6, aquí pueden estar configurados un punto de apoyo radial 31 y un punto de apoyo 32.

Asimismo, en cada punto de apoyo radial 31 y en cada punto de apoyo axial 32 está prevista una pluralidad de aberturas de afluencia de medio antifricción 36, que sirven para introducir por bombeo el medio antifricción. Especialmente en el caso de los punto de apoyos radiales 31, las aberturas de afluencia de medio antifricción 36 pueden estar dispuestas distribuidas por el perímetro. Mediante la introducción por bombeo selectivo del medio antifricción, como por ejemplo aire o un fluido hidráulico, en algunas de las aberturas de afluencia del medio antifricción distribuidas por el perímetro 36, se puede controlar el efecto de la fuerza sobre el husillo de trabajo 9 y, por tanto, también la posición del husillo de trabajo 9. Lo mismo ocurre con los punto de apoyo axiales 32.

Por supuesto, también deben preverse aberturas de descarga del medio antifricción 37, a través de las cuales el medio antifricción introducido pueda ser retirado de nuevo del interior de la carcasa de husillo 13. Tanto las aberturas de afluencia de medio antifricción 36 como las aberturas de descarga de medio antifricción 37 se muestran de forma simplificada en la Fig. 7 y, por supuesto, deben estar acopladas a las correspondientes válvulas de control, líneas de suministro y una bomba de alimentación del medio antifricción.

Los ejemplos de realización muestran posibles variantes de realización, en donde debe señalarse en este punto que la invención no se limita a las variantes de realización específicamente representadas de los mismos, sino que también son posibles diversas combinaciones de las variantes de realización individuales entre sí y esta posibilidad de variación está dentro del conocimiento del experto en la materia que trabaja en este campo técnico, debido a la enseñanza sobre la actuación técnica mediante la presente invención.

El alcance de la protección viene determinado por las reivindicaciones. No obstante, la descripción y los dibujos deben consultarse para la interpretación de las reivindicaciones. Las características individuales o las combinaciones de características de los diferentes ejemplos de realización mostrados y descritos pueden constituir en sí mismas soluciones inventivas independientes. La tarea que subyace a las soluciones inventivas independientes puede extraerse de la descripción.

Todas las indicaciones de rangos de valores en la presente descripción deben entenderse de tal manera, que estos incluyan todos y cada uno de los subrangos de los mismos, por ejemplo, la indicación de 1 a 10 debe entenderse como incluyendo todos los subrangos a partir del límite inferior 1 y el límite superior 10, es decir, todos los subrangos comienzan con un límite inferior de 1 o mayor y terminan en un límite superior de 10 o menos, por ejemplo, 1 a 1,7, o 3,2 a 8,1, o 5,5 a 10.

Por último, en aras del buen orden, cabe señalar que para una mejor comprensión de la estructura, los elementos se han representado parcialmente no a escala y/o ampliados y/o reducidos en tamaño.

Lista de símbolos de referencia

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. - Robot de brazo articulado (1), que comprende:

- una base (2),

- un alojamiento del cabezal de trabajo (7),

- una pluralidad de brazos de palanca (3) que están dispuestos entre la base (2) y el alojamiento del cabezal de trabajo (7), estando los brazos de palanca (3) acoplados entre sí mediante articulaciones giratorias (4), y estando configurado al menos un motor de ajuste (6) por cada articulación giratoria (4), cuyo motor de ajuste (6) sirve para ajustar el ángulo (5) entre los dos brazos de palanca (3) acoplados mediante la correspondiente articulación giratoria (4),

- un cabezal de trabajo (8) que está dispuesto en el alojamiento del cabezal de trabajo (7), comprendiendo el cabezal de trabajo (8) un husillo de trabajo (9) que está dispuesto en una carcasa de husillo (13) y está montado al menos en un primer punto de apoyo (14) y un segundo punto de apoyo (15) en la carcasa de husillo (13),

- una unidad de cálculo (12) que sirve para controlar los motores de ajuste (6), caracterizado porque

al menos un sensor (16) para detectar una fuerza radial (17) está configurado en cada caso en el primer punto de apoyo (14) del husillo de trabajo (9) y en el segundo punto de apoyo (15) del husillo de trabajo (9), y porque al menos un sensor (18) para detectar una fuerza axial (19) está configurado en al menos uno de los dos puntos de apoyo (14, 15), y porque la unidad de cálculo (12) está configurada para calcular una fuerza de apriete de una herramienta de mecanizado (10) contra una pieza de trabajo (11) sobre la base de la fuerza radial (17) y la fuerza axial (19) detectadas por medio de los sensores (16, 18), a fin de determinar un desgaste del filo de corte o el estado de la pieza de trabajo, o bien para aumentar la precisión del robot de brazo articulado.

2. - Robot de brazo articulado según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos puntos de apoyo (14, 15) están formados por un punto de apoyo magnético (30) y los sensores (16, 18) están implementados por un dispositivo de medición para determinar la intensidad de campo en el punto de apoyo magnético (30) y para detectar la desviación del husillo de trabajo (9) con respecto a la carcasa de husillo (13).

3. - Robot de brazo articulado según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el husillo de trabajo (9) es ajustable respecto a la carcasa de husillo (13) mediante el punto de apoyo magnético (30).

4. - Robot de brazo articulado según la reivindicación 1,caracterizado porque los sensores (16) están configurados en forma de elementos piezoeléctricos.

5. - Robot de brazo articulado según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos puntos de apoyo (14, 15) están formados por un cojinete de deslizamiento hidrodinámico (35) y los sensores (16, 18) están implementados por un dispositivo de medición para determinar la presión hidráulica en los puntos de apoyo (14, 15) y para detectar la desviación del husillo de trabajo (9) con respecto a la carcasa del husillo (13), siendo el husillo de trabajo (9) ajustable con respecto a la carcasa de husillo (13) por medio del cojinete de deslizamiento hidrodinámico (35).

6. - Robot de brazo articulado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa de husillo (13) está alojada de forma axialmente desplazable en el cabezal de trabajo (8) mediante una guía lineal (25).

7. - Robot de brazo articulado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el cabezal de trabajo (8) está configurado un collarín de instalación (22), que está previsto para instalarse en una pieza de trabajo (11) a mecanizar, y porque en el collarín de instalación (22) está configurado otro sensor (27) para detectar la fuerza de instalación del collarín de instalación (22) en la pieza de trabajo (11).

8. - Robot de brazo articulado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el cabezal de trabajo (8) está configurado un sensor de vibraciones (28), que sirve para detectar vibraciones en la pieza de trabajo (11).

9. - Robot de brazo articulado según la reivindicación 8, caracterizado porque el sensor de vibraciones (28) está alojado en el collarín de instalación (22).

10. - Robot de brazo articulado según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el sensor de vibraciones (28) está alojado de forma libremente vibratoria en el cabezal de trabajo (8), en particular en el collarín de instalación (22), y puede acoplarse a la pieza de trabajo (11).

11. - Robot de brazo articulado según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el sensor de vibraciones (28) está configurado en forma de sensor de aceleración, en particular en forma de sensor piezoeléctrico, mediante el cual se puede determinar su propia orientación y también una amplitud y dirección de la vibración de la pieza de trabajo (11), cuando el sensor de vibraciones (28) está en contacto con la pieza de trabajo

12. - Robot de brazo articulado según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el sensor de vibraciones (28) está configurado en forma de un vibrómetro láser Doppler.

13. - Método para el mecanizado con arranque de virutas de una pieza de trabajo (11) mediante un robot de brazo articulado (1) según una de las reivindicaciones anteriores, estando alojada en el husillo de trabajo (9) una herramienta de mecanizado (10) para el mecanizado con arranque de virutas de la pieza de trabajo (11), caracterizado porque, cuando la herramienta de mecanizado (10) se presiona contra la pieza de trabajo (11), la fuerza radial (17) y la fuerza axial (19) en los puntos de apoyo (14, 15) del husillo de trabajo (9) se detectan mediante los sensores (16, 18), y la fuerza de apriete de la herramienta de mecanizado (10) se calcula por medio de esto en la unidad de cálculo (12), para sacar conclusiones sobre el desgaste del filo de corte o el estado de la pieza de trabajo o para aumentar la precisión del robot de brazo articulado.

14. - Método según la reivindicación 13, caracterizado porque se calcula una compensación de posición necesaria en base a la fuerza de apriete calculada de la herramienta de mecanizado (10) y en base a una deformación conocida de componentes dependiente de la fuerza del robot de brazo articulado (1) y/o de la deformación de la pieza, y la compensación de posición necesaria se implementa al menos en uno de los motores de ajuste (6).

15. - Método según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque una compensación de posición necesaria se calcula en base a la fuerza de apriete calculada de la herramienta de mecanizado (10) y en base a una deformación conocida de componentes dependiente de la fuerza del robot de brazo articulado (1), y porque la compensación de posición necesaria se implementa, al menos parcialmente, ajustando el husillo de trabajo (9) con respecto a la carcasa del husillo (13).

16. - Método según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque, en el caso de un punto de apoyo magnético (30), la fuerza radial (17) y la fuerza axial (19) en los puntos de apoyo (14, 15) se detectan determinando la intensidad de campo en los puntos de apoyo magnéticos (30) y detectando la desviación del husillo de trabajo (9).

17. - Método según la reivindicación 16, caracterizado porque un ajuste del husillo de trabajo (9) con respecto a la carcasa de husillo (13) se ejecuta ajustando localmente la intensidad del campo en los puntos de apoyo magnéticos (30).

18. - Método según una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque, cuando se utiliza una herramienta de mecanizado (10) con una estructura de filo de corte simétrica, en particular cuando se utiliza una herramienta de perforación, se calcula un ángulo de contacto entre un eje de rotación de la herramienta de mecanizado (10) y la superficie de la pieza de trabajo, contra la que se apoya la herramienta de mecanizado (10), mediante la ley de palanca a partir de las fuerzas radiales detectadas.

19. - Método según una de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque, además de la fuerza de apriete calculada de la herramienta de mecanizado (10), se incluye la fuerza de instalación del collarín de instalación (22) sobre la pieza de trabajo (11), detectada por el sensor adicional para calcular la compensación de posición necesaria.

20. - Método según una de las reivindicaciones 13 a 19, caracterizado porque la señal del sensor de vibraciones (28) se evalúa en la unidad de cálculo (12) y la compensación de posición necesaria se calcula, con base en la señal del sensor de vibraciones (28) y en la fuerza radial (17) y la fuerza axial (19) medidas en los puntos de apoyo (14, 15).