ES2930273T3 - Formación en espiral - Google Patents

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Rosalind K Takata
Daniel Ainge
Loren Daniel Bridgers
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Abstract

Los métodos de formación en espiral se pueden utilizar para unir los bordes de un material laminado a lo largo de una junta en espiral para formar estructuras cónicas y/o cilíndricas. La alineación de los bordes del material enrollado se puede controlar en una dirección de envoltura a medida que el material se une a lo largo de la junta en espiral para formar la estructura. Al controlar la alineación de los bordes del material a medida que se unen los bordes del material, se pueden hacer pequeñas correcciones en el transcurso de la formación de la estructura, lo que facilita el control de las tolerancias geométricas de la estructura formada en espiral resultante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Formación en espiral
ANTECEDENTES
[0001] En un proceso de fabricación de formación en espiral, una chapa de acero se introduce en un molino y se lamina continuamente en una forma deseada. Por ejemplo, usando esta técnica se puede formar un cilindro o una forma cónica introduciendo chapas de material con forma adecuada en el molino y uniendo continuamente el material curvado y laminado a lo largo de un borde en espiral conforme el material sale del molino. Aunque se pueden fabricar varias estructuras útiles utilizando esta técnica, tales como torres de acero para turbinas eólicas, el proceso sigue siendo susceptible a sufrir deformaciones a gran escala o fallos en las estructuras fabricadas debido a pequeños errores acumulados en la alineación y las velocidades de alimentación.
[0002] Sigue existiendo la necesidad de técnicas mejoradas para la formación en espiral y, en particular, técnicas mejoradas que permitan la detección y corrección de desalineaciones a lo largo del borde o bordes unido(s) de un material formado en espiral.
[0003] El documento EE. UU. 4 640 453 A muestra un sistema de fabricación y un producto de programa informático para un proceso de fabricación en espiral y divulga el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 6.
SUMARIO
[0004] Los sistemas de formación en espiral pueden usarse para unir bordes de un material laminado a lo largo de una junta en espiral para formar estructuras cónicas y/o cilíndricas. La alineación de los bordes del material laminado se puede controlar en una dirección de envoltura a medida que el material se une a lo largo de la junta en espiral para formar la estructura. Al controlar la alineación de los bordes del material a medida que se unen los bordes del material, se pueden realizar pequeñas correcciones en el transcurso de la formación de la estructura facilitando el control sobre las tolerancias geométricas de la estructura resultante formada en espiral.
[0005] En un aspecto, un sistema de fabricación incluye las características de la reivindicación 1.
[0006] En otro aspecto, un producto de programa informático incluye las características de la reivindicación 6.
[0007] Se describen los modos de realización preferidos en las reivindicaciones anexas.
[0008] Otros aspectos, características y ventajas resultarán evidentes a partir de la descripción y los dibujos, y a partir de las reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0009]
La FIG. 1 es un esquema de un conjunto de turbina eólica que incluye una torre cónica.
La FIG. 2 es una vista de despiece en perspectiva de la torre cónica de la FIG. 1 que incluye segmentos cónicos.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva de uno de los segmentos cónicos de la torre cónica de la FIG.1. La FIG. 4 es una vista en perspectiva de un segmento cónico con bordes desalineados.
La FIG. 5 es un diagrama de bloques de un sistema de fabricación.
La FIG. 6 es una representación esquemática de un proceso de formación en espiral llevado a cabo por el sistema de fabricación de la FIG. 5.
La FIG. 7 es una representación esquemática de un sistema empujador de borde del sistema de fabricación de la FIG. 5.
La FIG. 8A es una vista esquemática de una sección de un segmento cónico donde las marcas visuales a lo largo de una primera región de borde están desalineadas con las marcas visuales a lo largo de una segunda región de borde.
La FIG. 8B es una vista esquemática de una sección de un segmento cónico donde las marcas visuales a lo largo de una primera región de borde están alineadas con las marcas visuales a lo largo de una segunda región de borde.
La FIG. 9A es una vista superior de una acción de corrección para alinear una primera parte de borde y una segunda parte de borde de un segmento cónico mediante el control de un hueco fuera de plano. La FIG. 9B es una vista lateral de la acción de corrección de 9A.
La FIG. 10 es una representación esquemática de una relación geométrica de una acción de corrección para alinear una primera parte de borde y una segunda parte de borde de un segmento cónico mediante el control de un hueco fuera de plano.
La FIG. 11 es una representación esquemática de una relación geométrica de una acción de corrección para alinear una primera parte de borde y una segunda parte de borde de un segmento cónico mediante el control de un hueco fuera de plano.
La FIG. 12 es una representación esquemática de una relación geométrica de una acción de corrección para alinear una primera parte de borde y una segunda parte de borde de un segmento cónico mediante el control de un hueco fuera de plano.
La FIG. 13 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método de formación en espiral de una estructura. La FIG. 14 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método de formación en espiral de una estructura. La FIG. 15 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método de formación en espiral de una estructura.
[0010] Los símbolos de referencia similares en los diversos dibujos indican elementos similares.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0011] Las formas de realización se describirán a continuación con más detalle con referencia a las figuras adjuntas, en las que se muestran formas de realización preferentes. Sin embargo, lo anterior puede realizarse de muchas formas diferentes y no debería interpretarse como limitado a las formas de realización ilustradas y expuestas aquí.
[0012] Los procesos de formación en espiral de la presente divulgación se describen con respecto a la formación de segmentos de torres eólicas. Sin embargo, esto se indica a modo de ejemplo y no debe entenderse que limita de ningún modo los procesos descritos en el presente documento. Los procesos de formación en espiral de la presente divulgación se pueden emplear para diversas estructuras útiles tales como, por ejemplo, torres eólicas, pilotes, otras piezas estructurales para ingenieros civiles (por ejemplo, columnas), tuberías, conductos en espiral y similares.
[0013] En referencia a la FIG. 1, un conjunto de turbina eólica 10 incluye una turbina eólica 12 soportada por una torre 14. La torre 14 tiene un diámetro que disminuye a lo largo de la longitud de la torre 14 de modo que la parte superior donde se fija la turbina eólica 12 tiene un diámetro menor que la parte inferior o la base. El diámetro que se estrecha axialmente de la torre 14 puede resultar útil, por ejemplo, para proporcionar una combinación de uso eficiente del material y resistencia estructural para soportar las cargas ejercidas por o sobre la turbina eólica 12 en el campo. Cuando se fabrica de esta manera, el rendimiento estructural de la torre 14 puede verse afectado aún más por la alineación del material (por ejemplo, acero) que se envuelve y se une para formar el diámetro que se estrecha axialmente de la torre 14. Según se describe en el presente documento, el control sobre la alineación de los bordes del material laminado durante un proceso continuo de formación en espiral facilita la capacidad de realizar pequeñas correcciones, reduciendo así los errores de alineación y mejorando la resistencia y precisión geométrica de la torre 14.
[0014] En referencia ahora a la FIG. 2, la torre 14 puede incluir una pluralidad de segmentos cónicos 16 unidos (por ejemplo, soldados) entre sí. Por ejemplo, los segmentos cónicos 16 pueden fabricarse en un molino, de acuerdo con los métodos descritos en el presente documento, y luego enviarse al campo, donde los segmentos cónicos 16 pueden soldarse o acoplarse mecánicamente de otro modo entre sí para formar la torre 14. Si bien esto proporciona una estructura modular útil, la torre 14 puede estar formada, en cambio, por un único segmento cónico sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0015] Cada segmento cónico 16 puede tener un pico real o un pico virtual. Por ejemplo, uno de los segmentos cónicos 16 puede tener forma de cono y, por tanto, tener un pico real en su vértice. Además, o alternativamente, uno o más de los segmentos cónicos 16 pueden tener la forma de una estructura truncada, como una estructura troncocónica, y, por lo tanto, tener un "pico virtual" en el punto en el que la conicidad eventualmente disminuiría a cero si la estructura no fuera truncada. A menos que se especifique lo contrario, los métodos descritos en este documento son aplicables a segmentos cónicos 16 que tienen un pico real o un pico virtual.
[0016] En referencia ahora a la FIG. 3, cada segmento cónico 16 puede incluir una pluralidad de chapas 18 unidas (por ejemplo, soldadas) entre sí a lo largo de juntas transversales 20 y a lo largo de una junta en espiral 22. Como se describe con más detalle a continuación, las chapas 18 se pueden unir de extremo a extremo a lo largo de las juntas transversales 20 antes del laminado de las chapas 18 en el segmento cónico 16. Como también se describe con más detalle a continuación, una primera región de borde 24 de las chapas 18 dispuestas de extremo a extremo puede unirse (por ejemplo, soldarse) a una segunda región de borde 26 de las chapas 18 dispuestas de extremo a extremo a lo largo de una junta en espiral 22.
[0017] Geométricamente, el segmento cónico 16 puede definir un eje longitudinal "C" y tener una altura "H", un diámetro superior Dt a lo largo de una porción de vértice truncada 28 y un diámetro inferior Db a lo largo de una base 30. En ciertas implementaciones, el segmento cónico 16 es un cono circular recto y el eje longitudinal "C" es un eje central. En tales implementaciones, la torre 14 (FIG. 2) se construye alineando el eje longitudinal "C" de cada uno de los segmentos cónicos 16 y uniendo la porción de vértice truncada 28 de un primero de los segmentos cónicos 16 a la base 30 de otro de los segmentos cónicos 16. Por lo tanto, debe apreciarse que, en tales implementaciones, el diámetro superior Dt de la porción de vértice truncada 28 del primero de los segmentos cónicos 16 es sustancialmente igual (por ejemplo, dentro de las tolerancias de fabricación) al diámetro inferior Db de la base 26.
[0018] Cada chapa 18 en el segmento cónico 16 puede ser trapezoidal y estar unida a cada una de las otras chapas 18 de tal manera que las juntas transversales 20 se extiendan a lo largo de lados no paralelos del respectivo trapezoide de chapas unidas 18. Cuando cada chapa 18 es trapezoidal, la envoltura de las chapas 18 unidas de extremo a extremo da como resultado una primera región de borde 24 y una segunda región de borde 26 que se extienden a lo largo de lados paralelos del respectivo trapezoide de chapas unidas 18 en forma de espiral. Para trapezoides de forma y tamaño adecuados, unir la primera región de borde 24 a la segunda región de borde 26 a lo largo de la espiral produce la junta en espiral 22 y la forma cónica general del segmento cónico 16. En consecuencia, como se describe con mayor detalle a continuación, la precisión con la que la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 se unen entre sí para formar la junta en espiral 22 puede ser un factor crítico para cumplir con cualquier requisito de tolerancia geométrica y/o calidad estructural para una torre.
[0019] Cada chapa 18 puede ser, por ejemplo, de acero o de cualquier otro material adecuado para la formación en espiral. Cada chapa 18 puede tener sustancialmente el mismo espesor (por ejemplo, mayor de aproximadamente 5 mm y menor de aproximadamente 40 mm de espesor para aplicaciones de torres eólicas, mientras que otros intervalos de espesor son posibles adicional o alternativamente para otras aplicaciones). En ciertas implementaciones, sin embargo, las chapas 18 pueden tener un grosor de material variable a lo largo de la altura "H" del segmento cónico 16. Tal grosor de material variable puede, por ejemplo, facilitar el uso eficiente del material, usándose más material en partes de la torre 14 (FIG. 2) que experimenten cargas más grandes y utilizándose menos material en partes de la torre 14 que experimenten cargas más pequeñas.
[0020] La junta en espiral 22 puede extenderse en una espiral que, según se utiliza en el presente documento, incluye una junta que envuelve la circunferencia de una estructura mientras que también se extiende a lo largo de la longitud de la estructura. Por ejemplo, el término espiral incluye cualquier forma curvilínea que se extiende varias veces alrededor de la circunferencia de una estructura mientras que también se extiende a lo largo de la longitud de la estructura. En consecuencia, debe entenderse que el uso del término espiral, según se utiliza en el presente documento, incluye una curva en una superficie cónica o cilíndrica.
[0021] La junta en espiral 22 puede extenderse circunferencialmente alrededor del eje longitudinal "C", de tal manera que la distancia radial desde la junta en espiral 22 hasta el eje longitudinal "C" varíe monótonamente en una dirección a lo largo del eje longitudinal "C", de tal modo que las chapas laminadas 18 formen una estructura que se estrecha a medida que se acerca a un extremo. Esta puede ser, por ejemplo, un cono lineal que conforma una forma sustancialmente cónica del segmento cónico 16. Por tanto, la tasa de variación monótona de la distancia radial entre la junta en espiral 22 y el eje longitudinal "C" puede depender de la altura "H", el diámetro superior Dt y el diámetro inferior Db del segmento cónico 16. Además, o como alternativa, la junta en espiral 22 puede extenderse circunferencialmente alrededor del eje longitudinal "C" del segmento cónico 16 y puede variar conforme cambia la posición a lo largo del eje.
[0022] En referencia ahora a las FIGS. 3 y 4, las chapas 18 que forman el segmento cónico 16 pueden estar alineadas entre sí de manera que no haya huecos y/o superposiciones significativas entre las chapas 18, y se acoplan entre sí para formar la estructura deseada. En cambio, las chapas 18' que forman el segmento cónico 16' pueden no estar alineadas entre sí, lo que da como resultado importantes huecos entre las chapas 18' y/o superposiciones de las chapas 18'. En comparación con el segmento cónico 16' con huecos más importantes y/o superposición de las chapas 18', las uniones correctamente alineadas y ajustadas del segmento cónico 16 tendrán normalmente una calidad estructural mejorada y/o tendrán una mayor probabilidad de encontrarse dentro de las especificaciones geométricas previstas para una aplicación concreta. Al menos por estos motivos, es deseable controlar la alineación de las chapas 18 para reducir la probabilidad de encontrar huecos y/o superposiciones importantes, y los métodos y sistemas contemplados en el presente documento pueden facilitar ventajosamente una alineación mejorada mediante la vigilancia dinámica y la corrección de las desviaciones a medida que surjan durante la formación en espiral.
[0023] En los procesos de formación en espiral, los huecos y/o superposiciones de las chapas de material, como los que se muestran con respecto a las chapas 18' del segmento cónico 16', generalmente pueden ocurrir si una envoltura del material avanza o retrocede en comparación con una envoltura anterior del material. Por consiguiente, los métodos divulgados en el presente documento incluyen la detección de desviaciones de una relación objetivo entre la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26, y luego realizar una acción de corrección basada en las desviaciones detectadas. Por ejemplo, esto puede incluir ajustar las respectivas formas de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 entre sí para ajustar las velocidades de alimentación relativas y reducir y/o eliminar la desviación a medida que avanza el proceso de formación en espiral para unir las chapas 18 entre sí para formar el segmento cónico 16. Se apreciará que los bordes adyacentes serán impulsados normalmente por un rodillo de alimentación convencional u otro mecanismo, por lo que puede resultar difícil impulsar físicamente los bordes adyacentes a diferentes velocidades. Sin embargo, la trayectoria o geometría relativa de los bordes adyacentes puede manipularse para obtener una diferencia en la longitud de la trayectoria recorrida por los bordes adyacentes, ajustando así de manera efectiva la velocidad de alimentación relativa para que los dos bordes se puedan volver a alinear según se desee (dentro de límites prácticos) durante la fabricación.
[0024] En referencia ahora a las FIGS. 5-7, un sistema de fabricación 32 puede incluir una fuente de material 34, un sistema de alimentación 36, un dispositivo de curvado 38, un sistema empujador de borde 40, un primer sensor 41a, un segundo sensor 41b, un sistema de unión 42 y un sistema de control 44. Como se describe con mayor detalle a continuación, el sistema de fabricación 32 puede ser operativo para fabricar los segmentos cónicos 16 (FIG. 3) de acuerdo con los métodos de formación en espiral dados a conocer en el presente documento. El sistema de control 44 puede recibir señales del primer sensor 41a y el segundo sensor 41b, y el sistema de control 44 puede controlar al menos uno de la fuente de material 34, el sistema de alimentación 36, el dispositivo de curvado 38, el sistema de unión 42 y el sistema empujador de borde 40. En algunas implementaciones, el sistema de control 44 puede controlar un número mayor o menor de componentes del sistema de fabricación 32 y cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, el sistema de control 44 puede controlar adicionalmente un sistema de desviación para mover porciones formadas del segmento cónico 16 en una dirección opuesta al dispositivo de curvado 38 y/o el sistema de unión 42. Para una explicación más clara, el funcionamiento del sistema de fabricación 32 y los métodos de formación en espiral divulgados en este documento se describen con respecto a los segmentos cónicos 16 anteriormente descritos. Sin embargo, debe apreciarse que otras estructuras formadas en espiral (por ejemplo, estructuras sustancialmente cilíndricas) pueden fabricarse también, o en cambio, empleando estas técnicas.
[0025] El sistema de control 44 puede incluir una unidad de procesamiento 60 y un medio de almacenamiento 62 en comunicación con la unidad de procesamiento 60. La unidad de procesamiento 60 puede incluir uno o más procesadores, y el medio de almacenamiento 62 puede ser un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador. El medio de almacenamiento 62 puede almacenar instrucciones ejecutables por ordenador que, cuando son ejecutadas por la unidad de procesamiento 60, hacen que el sistema 32 lleve a cabo uno o más de los métodos de formación en espiral descritos en el presente documento. Opcionalmente, el sistema de control 44 puede incluir un dispositivo de entrada (por ejemplo, un teclado, un ratón y/o una interfaz gráfica de usuario) en comunicación con la unidad de procesamiento 60 y el medio de almacenamiento 62, de manera que la unidad de procesamiento 60 responda de forma adicional o alternativa a la entrada recibida a través del dispositivo de entrada cuando la unidad de procesamiento 60 ejecuta uno o más de los métodos de formación en espiral descritos en este documento.
[0026] Más generalmente, el sistema de control 44 puede incluir cualquier circuito de procesamiento configurado para recibir señales de sensor y controlar de manera receptiva el funcionamiento del sistema de fabricación 32. Esto puede incluir, por ejemplo, circuitos dedicados configurados para ejecutar la lógica de procesamiento según se desee o se requiera, o esto puede incluir un microcontrolador, un controlador proporcional, integral y derivativo, o cualquier otro controlador de proceso programable. Esto puede incluir también, o en cambio, un microprocesador de propósito general, memoria y circuitos de procesamiento relacionados configurados mediante código ejecutable por ordenador para realizar las diversas operaciones y etapas de control contempladas en el presente documento.
[0027] La fuente de material 34 puede incluir chapas 18 de material de partida, que pueden almacenarse en un cargador u otro dispensador adecuado para facilitar la selección y carga de las chapas 18 durante la fabricación. Las chapas 18 pueden unirse (por ejemplo, soldarse) entre sí en juntas transversales 20 para formar una tira continua 35 del material de partida. Cuando las chapas 18 son trapezoidales, las juntas transversales 20 pueden ser oblicuas a una dirección de alimentación "F" en la que la tira continua 35 entra en el dispositivo de curvado 38. No obstante, debe apreciarse que las juntas transversales 20 pueden ser perpendiculares a la dirección de alimentación "F" en implementaciones en las que las chapas 18 sean rectangulares, tales como implementaciones en las que la estructura formada mediante el sistema de fabricación 32 sea sustancialmente cilíndrica.
[0028] Las chapas 18 pueden incluir marcas visuales 37, que pueden añadirse a las chapas 18 antes o después de la formación de la tira continua 35. Las marcas visuales 37 pueden estar, por ejemplo, separadas a intervalos regulares (por ejemplo, en cada metro) a lo largo de la tira continua 35, o en cualquier otro intervalo constante o variable que resulte útil para detectar variaciones que puedan corregirse según lo contemplado en el presente documento. Las marcas visuales 37 pueden ser, por ejemplo, marcas de graduación u otras marcas similares que un sensor óptico, un sistema de visión artificial y/o el personal de fabricación puedan observar. Además, las marcas visuales 37 pueden aplicarse permanentemente a las chapas 18, por ejemplo, mediante grabado u otra técnica de marcado permanente, y/o las marcas visuales pueden aplicarse temporalmente a las chapas 18 usando tiza, pintura, pegatinas o similares. Si bien se contempla específicamente que las marcas visuales 37 se pueden usar para la detección automática de desalineación, se debe apreciar que las marcas visuales 37 también pueden proporcionar un indicador visual, cómodo y legible por un humano de una alineación exitosa cuando se ha completado la fabricación de una estructura. Además, debe apreciarse que la detección de la desalineación se describe usando las marcas visuales 37 a modo de ejemplo y, según se describe con mayor detalle a continuación, pueden utilizarse otros tipos de indicaciones (por ejemplo, cambios en las propiedades del material) de manera adicional o alternativa a las marcas visuales 37 sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0029] En referencia a la FIG. 8A, cuando la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 de la tira continua 35 están desalineadas a lo largo de la junta en espiral 22, dicha desalineación puede detectarse y/u observarse como una desalineación correspondiente de las marcas visuales 37 en la primera región de borde 24 con respecto a las marcas visuales 37 en la segunda región de borde 26. Así, la FIG. 8A representa un caso en el que se ha permitido que continúe la desalineación entre la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26, y no se han aplicado los procesos de corrección de la presente divulgación.
[0030] En referencia a la FIG. 8B, cuando la envoltura de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 de la tira continua 35 está idealmente alineada a lo largo de la junta en espiral 22, esta alineación también es detectable y/u observable como alineación correspondiente de las marcas visuales 37 en la primera región de borde 24 con respecto a la segunda región de borde 26. En consecuencia, como se describe con mayor detalle a continuación, el hecho de controlar el grado de alineación y/o desalineación de las marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 con respecto a las marcas visuales 37 de la segunda región de borde 26, mientras se forma la junta en espiral 22, puede reducir los errores en la alineación de la primera región de borde 24 con respecto a la segunda región de borde 26 a lo largo de la junta en espiral 22.
[0031] La distancia entre las marcas visuales 37 puede aumentar o disminuir, en función de la cantidad de control deseado en la alineación de la primera región de borde 24 con respecto a la segunda región de borde 26 y, por lo tanto, la cantidad de control deseado en la calidad de resistencia y/o tolerancia geométrica requerida para una aplicación específica. Es decir, las implementaciones en las que las marcas visuales 37 están separadas a distancias más pequeñas entre sí pueden ofrecer una mayor sensibilidad a las variaciones geométricas, en comparación con las implementaciones en las que las marcas visuales 37 están separadas a mayores distancias entre sí. Al mismo tiempo, la colocación de marcas visuales 37 demasiado juntas a lo largo de un borde puede dar como resultado una ambigüedad de medición cuando se producen desplazamientos muy grandes. En este último caso, cuando se desean tanto mediciones de alta sensibilidad como a gran escala, cada marca puede codificarse de forma única para que el desplazamiento relativo pueda hacer referencia a un indicador visual específico en el borde sobresaliente. Por tanto, como apreciará un experto en la materia, el espaciado y el marcado de las marcas visuales 37 puede adoptar diversas formas de acuerdo con el intervalo de desviaciones esperadas y la precisión de medición deseada.
[0032] En referencia de nuevo a las FIGS. 5-7, el sistema de alimentación 36 puede accionarse para transportar la tira continua 35 de material de partida desde la fuente de material 34 hasta y/o a través del dispositivo de curvado 38. El sistema de alimentación 36 puede incluir cualquier equipo adecuado para mover la tira continua 35 según las técnicas tradicionales. Dicho equipo puede incluir, por ejemplo, brazos robóticos, pistones, servomotores, tornillos, accionadores, rodillos, impulsores, electroimanes o combinaciones de los mismos.
[0033] El dispositivo de curvado 38 puede aportar un grado controlable de curvatura a la tira continua 35 de material introducido en este, preferiblemente sin aportar deformación en el plano al metal. El dispositivo de curvado 38 puede incluir, por ejemplo, un banco 46 que incluye rodillos 48a, 48b, 48c colocados uno con respecto al otro y a la tira continua 35 para aportar curvatura a la tira continua 35 de material alimentada a través de los rodillos 48a, 48b, 48c. Cada rodillo 48a, 48b, 48c puede incluir, por ejemplo, una pluralidad de rodillos individuales que pueden girar independientemente entre sí y dispuestos a lo largo de un eje respectivo definido por el respectivo rodillo 48a, 48b, 48c.
[0034] El sistema de unión 42 puede acoplar mecánicamente la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 de la tira continua curva 35 entre sí a lo largo de la junta en espiral 22. El sistema de unión 42 puede incluir, por ejemplo, un soldador que suelda la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 entre sí a lo largo de la junta en espiral 22 utilizando cualquier técnica de soldadura adecuada. En la técnica se conocen una variedad de técnicas para soldar y pueden adaptarse para unir un borde según lo contemplado en el presente documento. Esto puede incluir, por ejemplo, cualquier técnica de soldadura que derrita el metal base u otro material a lo largo de la junta en espiral 22, opcionalmente junto con un material de relleno que se añade a la junta para mejorar la resistencia de la unión. Las técnicas de soldadura convencionales adecuadas para unir estructuralmente metal incluyen, a modo de ejemplo y sin carácter limitativo: soldadura por arco metálico con gas (GMAW), que incluye gas inerte de metal (MIG) y/o gas activo de metal (MAG); soldadura por arco sumergido (SAW); soldadura por láser; y soldadura por arco de tungsteno con gas (también conocida como soldadura de tungsteno, gas inerte o "TIG"); y muchos otros. Estas y cualesquiera otras técnicas adecuadas para formar una unión estructural entre la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 pueden adaptarse para su uso en un sistema de unión 42 según lo contemplado en este documento. El acoplamiento mecánico aportado por el sistema de unión 42 puede ser, por ejemplo, continuo a lo largo de la junta en espiral 22 para proporcionar una resistencia estructural mejorada del segmento cónico 16. El acoplamiento mecánico puede incluir también, o en cambio, un acoplamiento intermitente (por ejemplo, a distancias fijas) a lo largo de la junta en espiral 22 para facilitar, por ejemplo, un rendimiento más rápido para aplicaciones en las que la resistencia estructural del segmento cónico 16 no es un factor clave del diseño.
[0035] El primer sensor 41a puede dirigirse a la primera región de borde 24 y el segundo sensor 41b puede dirigirse a la segunda región de borde 26. El primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden ser, por ejemplo, sensores ópticos en comunicación con el sistema de control 44 y, en ciertas implementaciones, el primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden ser el mismo sensor, por ejemplo, donde una cámara captura una imagen de una región donde los bordes sobresalientes entran en contacto (o casi en contacto) antes de la unión estructural. Además, o alternativamente, el primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden ser una o más cámaras en comunicación con un sistema de visión artificial del sistema de control 44. El primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden incluir más generalmente cualquier sensor o combinación de sensores adecuados para detectar marcas visuales 37, como cualquiera de los descritos anteriormente que se han colocado a lo largo de los bordes de chapas de material, y más específicamente para detectar el desplazamiento relativo de las marcas visuales 37 a lo largo de los bordes adyacentes. En otro aspecto, además de las marcas visuales 37, o como alternativa a las marcas visuales 37, el primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden detectar cambios en una o más propiedades del material (por ejemplo, una propiedad magnética), de modo que se pueda controlar una o más propiedades del material a lo largo de cada uno de los bordes adyacentes durante la fabricación. En otro aspecto adicional, se pueden omitir las marcas visuales 37 y se pueden usar rodillos u otros sensores para medir de manera continua e independiente el recorrido lineal a lo largo de cada uno de los bordes adyacentes durante la fabricación. Independientemente de cómo se mida, cualquier diferencia detectada en el recorrido lineal puede emplearse como una señal de retroalimentación, o para generar una señal de retroalimentación, que resulta útil para controlar un proceso como se contempla en el presente documento.
[0036] El primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden estar orientados con respecto a la tira continua 35 para monitorizar las respectivas primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 en una posición aguas arriba del sistema de unión 42. Por ejemplo, el primer sensor 41a y el segundo sensor 41b pueden detectar, cada uno, las marcas visuales 37 a lo largo de las respectivas primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26, de manera que, al comparar el momento en el que las marcas visuales 37 fueron detectadas en las respectivas primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 conforme la tira continua 35 se mueve a una velocidad conocida en la dirección de alimentación "F", el sistema de control 44 puede detectar si la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 están dentro de una desviación aceptable (por ejemplo, dentro de una tolerancia geométrica predeterminada) con respecto a una relación objetivo (por ejemplo, alineación exacta o alineación dentro de una tolerancia predeterminada) entre las dos regiones de borde adyacentes 24, 26. Si la alineación de las marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 con las marcas visuales 37 de la segunda región de borde 26 se desvía más allá de la relación objetivo, el sistema de control 44 puede ejecutar una acción de corrección mediante, por ejemplo, el control del sistema empujador de borde 40 que se sitúa aguas arriba del sistema de unión 42.
[0037] Como se muestra en la Fig. 7, el sistema empujador de borde 40 puede incluir un primer empujador 50a y un segundo empujador 50b. El primer empujador 50a puede estar dispuesto a lo largo de una superficie interior 51a de la tira continua 35 de material, en o cerca de una posición en el sistema de fabricación 32 donde la tira continua 35 de material se ha curvado en el segmento cónico 16, pero aún no se ha unido a un borde adyacente. El segundo empujador 50b puede estar dispuesto en una posición complementaria a lo largo de una superficie exterior 51b de la tira continua 35 de material, también en o cerca de una posición en el sistema de fabricación 32 donde la tira continua 35 de material se ha curvado para formar el segmento cónico 16 pero aún no se ha unido. El primer empujador 50a y el segundo empujador 50b pueden cooperar para aplicar de forma controlada fuerzas normales al plano de una chapa de material para ajustar una alineación fuera de plano de un primer borde 72 con respecto a un segundo borde 74 a lo largo de la junta en espiral. Por ejemplo, el primer empujador 50a y el segundo empujador 50b pueden ejercer fuerzas normales en la chapa curvada en o cerca de una ubicación donde el primer borde 72 de la chapa curvada converge con un segundo borde 74, que también es curvada, conforme los dos bordes 72, 74 se juntan para soldar o para otra unión. Si bien el sistema empujador de borde 40 se describe aquí como incluyendo el primer empujador 50a y el segundo empujador 50b, el sistema empujador de borde 40 puede incluir un número menor o mayor de empujadores, o cualquier otra configuración o mecanismo adecuado para controlar una alineación plana de dos chapas de material a lo largo de un borde convergente, de manera que se permita el control de una desviación fuera de plano entre las dos chapas. De manera adicional o alternativa, cualquier otra configuración o combinación de configuraciones adecuada para ejercer fuerzas en la tira continua 35 de material para mover la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 entre sí se encuentra dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0038] Cada uno del primer empujador 50a y el segundo empujador 50b puede incluir un rodillo 52 y un accionador 54 acoplados mecánicamente al rodillo 52. El rodillo 52 del primer empujador 50a puede estar en contacto rodante con la superficie interior 51a de la tira continua 35 de material, y el rodillo 52 del segundo empujador 50b puede estar en contacto rodante con la superficie exterior 51b de la tira continua 35 de material. Más específicamente, cada rodillo 52 se puede mover de forma controlable mediante un accionador 54, de modo que, cuando se vaya a ajustar la alineación plana de los bordes 72, 74, este mueva el material en la dirección deseada. En general, cada accionador 54 puede ser accionable para mover uno respectivo de los rodillos 52 en una dirección perpendicular al respectivo borde 72, 74 que no se está moviendo de manera que el movimiento de cada accionador 54 mueva los bordes 72, 74 entre sí.
[0039] Además, uno o más de los accionadores 54 pueden estar en comunicación eléctrica con el sistema de control 44, de modo que el sistema de control 44 puede controlar la posición de uno o más de los accionadores 54 para controlar la desviación aportada por los rodillos 52 en la tira continua 35 de material. Por ejemplo, el primer empujador 50a puede empujar hacia abajo la superficie interior 51a de la tira continua 35 mientras que el sistema de control 44 controla la posición del accionador 54 del segundo empujador 52b con respecto a la superficie exterior 51b de la tira continua. Más específicamente, el primer empujador 50a puede crear una fuerza contraria para mantener la tira continua 35 en contacto con el rodillo 52 del segundo empujador 50b, mientras que el segundo empujador 50a se puede mover en una dirección perpendicular a la tira continua 35 para establecer la posición de la tira continua 35. Por tanto, debe apreciarse que este ejemplo de cooperación entre el primer empujador 51a y el segundo empujador 51b puede facilitar el movimiento de los bordes 72, 74 entre sí como parte de una o más de las acciones de corrección descritas en este documento para controlar un hueco fuera de plano 56 entre la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26.
[0040] Los accionadores 54 pueden incluir, por ejemplo, un motor y un tornillo, un gato u otros mecanismos similares. En implementaciones en las que el primer empujador 52a empuja hacia abajo la superficie interior 51a, el accionador 54 puede incluir, además o como alternativa, uno o más mecanismos de accionamiento adecuados para generar esta fuerza descendente sobre la tira continua 35, incluyendo, a modo de ejemplo no limitativo, un resorte mecánico, pistón neumático, resorte neumático y combinaciones de los mismos. A modo de ejemplo adicional no limitativo, debe apreciarse que el peso de la tira continua 35 y cualquier sección de material en forma de espiral unido a la tira continua 35 pueden generar, en ciertos casos, fuerzas descendentes para mantener el contacto entre la tira continua 35 y el rodillo 52 del segundo empujador 50b. En tales casos, si el peso es suficiente para mantener el contacto entre la tira continua 35 y el rodillo 52 del segundo empujador 52b, se puede utilizar un único empujador (por ejemplo, el empujador 52b) para mover los bordes 72, 74 entre sí mientras la fuerza de la gravedad mantiene la tira continua 35 en contacto con el rodillo 52 del segundo empujador.
[0041] Aunque se ha descrito que cada empujador 50a, 50b presenta un único rodillo 52, son posibles otras configuraciones de forma adicional o alternativa. Por ejemplo, uno o ambos empujadores 50a, 50b pueden incluir un par de rodillos sobre un balancín. Esto puede facilitar, por ejemplo, la distribución de la fuerza de empuje y reducir la probabilidad de daño local en la chapa en aplicaciones que requieren mayores fuerzas de empuje.
[0042] El sistema empujador de borde 40 puede incluir un sensor de hueco 58 en comunicación con el sistema de control 44 y dirigido a la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 para medir el hueco fuera de plano 56, y/o para proporcionar una señal indicativa de las posiciones individuales o relativas de las regiones de borde 24, 26. El sensor de hueco 58 puede incluir un sensor óptico, un sensor de visión artificial, un sensor de contacto o cualquier sensor o combinación de sensores que utilicen, por ejemplo, fuerzas ópticas, mecánicas, acústicas, electromagnéticas u otras fuerzas para detectar una alineación relativa entre las regiones de borde 24, 26.
[0043] El sistema de control 44 puede recibir, desde el primer sensor 41a y desde el segundo sensor 41b, señales respectivas que indican la posición de las marcas visuales 37 dentro de la primera región de borde 24 y la posición de las marcas visuales 37 dentro de la segunda región de borde 26. En función de las señales recibidas desde el primer sensor 41a y desde el segundo sensor 41b, el sistema de control 44 puede detectar si las marcas visuales 37 a lo largo de la porción monitorizada de la primera región de borde 24 y las marcas visuales 37 a lo largo de la porción monitorizada de la segunda región de borde 26 se desvían de una relación objetivo entre sí. En ciertas implementaciones, el sistema de control 44 también recibe una señal desde el sensor de hueco 58. En función de la desviación detectada de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde con respecto a una relación objetivo entre sí y, opcionalmente, la señal recibida desde el sensor de hueco 58, el sistema de control 44 puede ajustar el hueco fuera de plano 56 entre la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26. Por ejemplo, el sistema de control 44 puede controlar el diámetro de envoltura de la primera región de borde 24 con respecto al diámetro de envoltura de la segunda región de borde 26 mediante el control del primer empujador 50a y/o el segundo empujador 50b del sistema empujador de borde 40.
[0044] Las FIGS. 9A-9B son representaciones esquemáticas de técnicas para controlar el hueco fuera de plano 56 para alinear las marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 con las correspondientes marcas visuales 37 de la segunda región de borde para mantener una relación objetivo entre la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26. La FIG. 9A corresponde a una vista superior de la acción de corrección para alinear la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 entre sí. La FIG. 9B es una vista lateral de la misma acción de corrección mostrada en la FIG. 9A. Como se muestra en las FIGS. 9A-9B, existe una desviación L detectada entre las marcas visuales 37 en el área A, que puede corresponder a porciones de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 monitorizadas por el primer sensor 41a y el segundo sensor 41b, como se muestra, por ejemplo, en las FIGS. 5-6.
[0045] A través de una o más acciones de corrección, tales como las acciones de corrección descritas con respecto a las FIGS. 10-12 a continuación, un sistema de control (como cualquiera de los sistemas de control descritos en este documento) puede mover la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 entre sí, por ejemplo, controlando un sistema empujador de borde (como cualquiera de los sistemas empujadores de borde descritos en este documento), de modo que las respectivas marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 se alinean entre sí cuando las chapas adyacentes de material alcanzan el área B. En la siguiente descripción de cada una de las acciones de corrección, la primera región de borde 24 encabeza la segunda región de borde 26, de manera que la acción de corrección se aplica a la primera región de borde 24 para hacer que la primera región de borde 24 se mueva a lo largo de una trayectoria más larga que el borde adyacente, mientras que ambos bordes se mueven a lo largo de una junta en espiral ideal entre los dos. Esto puede continuar con la primera región de borde 24 siguiendo una trayectoria más larga con respecto a la segunda región de borde 26 hasta que las respectivas marcas visuales 37 dentro de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 vuelvan a estar alineadas. Debería apreciarse que esta convención se usa con fines explicativos, y que las acciones de corrección descritas en este documento pueden incluir cualquier combinación de movimiento de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 entre sí. Por ejemplo, las acciones de corrección pueden aplicarse también, o en cambio, a la segunda región de borde 26 en los casos en los que la segunda región de borde 26 encabeza la primera región de borde 24. Como otro ejemplo, las acciones de corrección se pueden aplicar también, o en cambio, a la primera región de borde 24 o bien a la segunda región de borde 26, independientemente de qué región de borde esté por delante, dado que la aplicación de una acción de corrección para hacer que una región de borde adquiera una trayectoria más larga puede producir el mismo resultado que hacer que la otra región de borde adquiera una trayectoria más corta. Además, debe apreciarse que las acciones de corrección se pueden aplicar a la primera región de borde 24 y/o a la segunda región de borde 26 de la misma chapa 18, como cuando la chapa 18 está formada en espiral con un diámetro lo suficientemente pequeño para envolver la chapa 18 sobre sí misma.
[0046] En referencia a la FIG. 10, las respectivas marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 pueden alinearse entre sí, por ejemplo, cambiando el radio de curvatura de la primera región de borde 24 en relación con el radio de curvatura de la segunda región de borde 26 en un ángulo de corrección 0 para controlar un hueco fuera de plano 56, lo que da como resultado efectivamente la envoltura de la chapa 18 correspondiente a la primera región de borde 24 en un radio de curvatura diferente al de la chapa 18 correspondiente a la segunda región de borde 26. El resultado es que, en el ángulo de corrección 0, la longitud de una de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 es menor que la otra de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26. Esta diferencia de longitud puede hacer que las respectivas marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 se alineen entre sí en el área B. Se entenderá que esta técnica es ventajosamente bidireccional. Es decir, el borde controlado (el borde con un radio de curvatura variable) puede controlarse para aumentar o disminuir su longitud en relación con el borde no variable, facilitando así la realineación en cualquier dirección según sea necesario.
[0047] La magnitud de la desviación detectada L es la cantidad del error de alineación que debe corregirse y puede expresarse de la siguiente manera para una acción de corrección en la que un radio de curvatura de la primera región de borde 24 debe cambiarse con respecto al radio de curvatura de la segunda región de borde 26:
L = Rn 9n —Rg9g Ec1
donde:
R n = radio de curvatura de la segunda región de borde 26, que es igual al radio nominal del tubo;
0 n = ángulo de envoltura en el que se debe corregir la desviación L detectada;
R g = radio de curvatura aportado en la primera región de borde 24; y
0 g = ángulo de envoltura equivalente para la curva de la primera región de borde 24.
[0048] En general, R n es un parámetro conocido impuesto por el diseño de la estructura que se forma en espiral, y RG y 0N se determinan en función de una magnitud lineal máxima permitida d del hueco fuera de plano 56, como se ilustra mediante un hueco máximo 57 en la Fig. 9B. Por ejemplo, la magnitud d del hueco fuera de plano 56 puede estar limitada por una especificación de producto (por ejemplo, una variabilidad especificada por el usuario final) o la magnitud d puede establecerse por limitaciones físicas en un proceso de soldadura u otra técnica utilizada para unir los bordes. Rg y 0g están relacionados entre sí de la siguiente manera:
s m ( ^ ) = ^ s m ( ^ ) Ec. 2
[0049] La magnitud d del hueco fuera de plano está relacionada con estos parámetros mediante:
d = RN ( l - eos ( y ) ) Rg (eos ( j - ) ~ i ) Ec.3
En función de esta relación, los límites para RG y 0g se pueden determinar mediante la Ec. 2 y la Ec. 3 cuando se especifica la magnitud lineal máxima permitida d del hueco fuera de plano 56.
[0050] En referencia a la FIG. 11, como un ejemplo adicional o alternativo, las respectivas marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 pueden alinearse entre sí aplicando un cambio considerable en el radio de la primera región de borde 24 y luego manteniendo el respectivo radio de curvatura para cada borde. En esta forma de realización, se mantiene una magnitud d2 del hueco fuera de plano 56 hasta que la desalineación de las respectivas marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 se resuelve dentro de un grado aceptable de alineación. Para este tipo de acción de corrección, la magnitud de la desviación L detectada que se está corrigiendo se puede expresar de la siguiente manera:
L = Rj\j 2&2 ~ (2 ¿ r (^¿V2 _ ^ 2) ^ 2) Ec. 4
donde:
Lt = una longitud de transición
RN2 = radio de curvatura de la segunda región de borde 26, que es igual al radio nominal del tubo; y 0n = ángulo de envoltura en el que se debe corregir la desviación detectada L.
La longitud de transición Lt (no representada en la FIG. 11) tiene en cuenta la longitud finita requerida para aportar el hueco fuera de plano 56 deseado cuando se inicia el cambio, y para eliminar el hueco fuera de plano 56 cuando los bordes se vuelven a alinear y el ajuste va a terminar. La magnitud de LT depende de la forma de la región de transición y depende, por ejemplo, de las limitaciones físicas o prácticas impuestas por el material que se utiliza, los accionadores, el sistema de control y otro hardware. En general, no obstante, cuanto más larga sea la trayectoria en la que se corrige la alineación, menor será el efecto del área de transición. Para un valor determinado de la magnitud lineal máxima permitida d del hueco fuera de plano 56, el ángulo de envoltura en el que se resuelve el error se expresa de la siguiente manera:
_ L+2Lt Ec. 5
2 d2
[0051] En referencia a la FIG. 12, como ejemplo adicional o alternativo, las respectivas marcas visuales 37 de la primera región de borde 24 y la segunda región de borde 26 pueden alinearse entre sí aportando una oscilación a una de la primera región de borde 24 o la segunda región de borde 26 mientras que la otra de la primera región de borde 24 o la segunda región de borde 26 se mantiene en el radio nominal de la estructura que se forma en espiral, por ejemplo, a lo largo de una junta en espiral idealizada para la estructura. Esta oscilación aporta una trayectoria relativa más larga a una de las regiones de borde, de modo que el otro borde puede alcanzar un estado realineado conforme ambas chapas atraviesan la junta en espiral idealizada.
[0052] En cada punto a lo largo del segmento oscilante, cuando la oscilación tiene la forma de una onda sinusoidal, la posición (radio) de la chapa oscilante, Rs, se puede calcular mediante:
Rs = R N 3 + Ass \n ( 2 n Y j Ec. 6
donde:
0 = distancia angular a lo largo de la trayectoria;
Rn3 = radio nominal de curvatura de la segunda región de borde, que es igual al radio nominal del tubo As = longitud de onda angular de la onda sinusoidal
As = amplitud de la onda sinusoidal
Por tanto, la longitud del segmento oscilante, Ls, se puede calcular mediante:
Figure imgf000011_0001
donde:
(ú — — 2n i Ec -. o 8
y 0A, 0B son los ángulos de envoltura en los que comienza y termina la oscilación, respectivamente. Por lo tanto, el error de alineación que se corrige es:
^ — ^N 3^3 Ls Ec. 9
[0053] En general, una longitud de onda más corta y una mayor amplitud permiten corregir el error de alineación, L, en una distancia más corta. La longitud de onda y la amplitud pueden estar limitadas, en general, por las capacidades de fabricación, los materiales, las especificaciones del producto o cualquier otro criterio relevante.
[0054] En referencia ahora a la FIG. 13, se muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de método 130 de formación en espiral de una estructura. Debe apreciarse que el método 130 se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante cualquiera de los sistemas de fabricación descritos en este documento para formar cualquiera de las estructuras descritas en este documento, que incluyen, aunque sin carácter limitativo, un cilindro, un cono o un segmento o estructura troncocónica. Por ejemplo, una o más etapas en el ejemplo de método 130 pueden llevarse a cabo mediante una unidad de procesamiento de un sistema de control (por ejemplo, la unidad de procesamiento 60 del sistema de control 44 en la FIG. 5). Además, o alternativamente, una o más etapas en el ejemplo de método 130 pueden ser realizadas por un operario que proporcione entradas (por ejemplo, a través de un teclado, un ratón y/o una interfaz gráfica de usuario) a un sistema de control, tal como el sistema de control 44 de la FIG. 5.
[0055] El ejemplo de método 130 incluye la monitorización 132a de una primera región de borde de un material laminado, la monitorización 132b de una segunda región de borde del material laminado, la detección 134 de una desviación con respecto a una relación objetivo entre la primera región de borde y la segunda región de borde, el ajuste 136 una forma de la primera región de borde y una forma de la segunda región de borde entre sí para reducir la desviación, y la unión 138 de la primera región de borde a la segunda región de borde. Debe apreciarse que, si no se detecta desviación 134, la primera región de borde y la segunda región de borde pueden unirse 138 entre sí sin ajustar 136 la forma de la primera región de borde y la forma de la segunda región de borde entre sí. La segunda región de borde es adyacente y está unida a la primera región de borde a lo largo de una junta en espiral formada en el material laminado. La primera región de borde puede estar a lo largo de una primera chapa laminada, y la segunda región de borde puede estar a lo largo de una segunda chapa laminada que, en ciertas implementaciones, se une a un extremo de la primera chapa laminada.
[0056] La espiral puede extenderse circunferencialmente alrededor de un eje del material laminado, generalmente con un radio mayor que un espesor del material laminado. En algunas implementaciones, una distancia radial desde el eje hasta la espiral es sustancialmente constante a lo largo de la dimensión axial del material laminado, de manera que el material es cilindrico. En algunas implementaciones, una distancia radial desde el eje hasta la espiral cambia a una velocidad constante, de modo que el material laminado es cónico. Pueden formarse otras estructuras útiles con otros cambios de radio que disminuyen monótonamente. Debe apreciarse que generalmente no se requiere una precisión geométrica estricta, y la forma resultante de la estructura formada en espiral puede ser sustancialmente cilindrica o cónica, por ejemplo, dentro de las tolerancias de fabricación u otras especificaciones.
[0057] La monitorización 132a de la primera región de borde del material laminado y la monitorización 132b de la segunda región de borde del material laminado pueden incluir la recepción de señales de uno o más sensores que detectan las respectivas marcas visuales en la primera región de borde y la segunda región de borde. El uno o más sensores para monitorizar 132a la primera región de borde y para monitorizar 132b la segunda región de borde pueden ser cualquiera de los tipos de sensores descritos en este documento. Adicionalmente, o alternativamente, la monitorización 132a de la primera región de borde del material laminado y la monitorización 132b de la segunda región de borde del material laminado puede incluir la recepción de una entrada desde un dispositivo de entrada gestionado por un operario que observa la primera región de borde y la segunda región de borde.
[0058] La monitorización 132a de la primera región de borde y la monitorización 132b de la segunda región de borde se pueden realizar, por ejemplo, en una posición aguas arriba de la unión 138 de la primera región de borde a la segunda región de borde de la junta en espiral. En tales implementaciones, una desalineación detectada en una posición determinada a lo largo de la primera región de borde y la segunda región de borde puede corregirse antes de unir 138 la primera región de borde a la segunda región de borde de la junta en espiral.
[0059] Además, o alternativamente, la monitorización 132a de la primera región de borde y la monitorización 132b de la segunda región de borde se pueden realizar en una primera posición a lo largo de las respectivas regiones de borde, y la forma de la primera región de borde y la forma de la segunda región de borde se pueden ajustar 136 en una segunda posición a lo largo de las respectivas regiones de borde. En tales implementaciones, la primera posición está separada espacialmente con respecto a la segunda posición de borde. Por ejemplo, la monitorización 132a de la primera región de borde y la monitorización 132b de la segunda región de borde puede realizarse en una primera posición aguas abajo de la unión 138 de la primera región de borde y la segunda región de borde, mientras que la forma de la primera región de borde y la forma de la segunda región de borde se pueden ajustar 136 en una segunda posición aguas arriba de la unión 138 de la primera región de borde y la segunda región de borde. En dichas implementaciones, el ajuste 136 en la segunda posición se basa en la monitorización 132a, 132b en la primera posición.
[0060] En ciertas implementaciones, la monitorización 132a de la primera región de borde y/o la monitorización 132b de la segunda región de borde incluye la monitorización de partes específicas de cada respectiva región de borde. Por ejemplo, cada región de borde puede presentar marcas visuales, como marcas de graduación, que se controlan para la alineación entre sí. Dicha monitorización de la alineación de las marcas visuales a lo largo de la primera región de borde y la segunda región de borde se puede realizar de forma semiautomática y, por ejemplo, puede incluir la recepción de una entrada de un operario en relación con el nivel de alineación en función de la inspección visual. Además, o alternativamente, dicha monitorización de la alineación de las marcas visuales a lo largo de la primera región de borde y la segunda región de borde puede incluir la monitorización automática de la alineación, por ejemplo, recibiendo, desde un sensor óptico dirigido al material laminado, una señal óptica indicativa de la respectiva región de borde o segunda región de borde (por ejemplo, indicativa de la posición de las marcas visuales a lo largo de cada región de borde). Como otro ejemplo adicional o alternativo, la primera región de borde y la segunda región de borde pueden incluir partes específicas con diferentes propiedades ópticas, mecánicas o magnéticas que difieren de las del conjunto del material laminado, y la monitorización puede incluir la detección de cambios correspondientes conforme el material pasa por sensores durante un proceso de fabricación.
[0061] La monitorización 132a de la primera región de borde y/o la monitorización 132b de la segunda región de borde puede incluir también, o en cambio, la monitorización continua de cada región de borde respectiva, por ejemplo, mediante la monitorización de un rodillo superficial en contacto con el material laminado, una señal de distancia laminada correspondiente a la respectiva primera región de borde o segunda región de borde.
[0062] De manera más general, debe apreciarse que cualquiera de los sensores descritos en este documento, solos o en combinación entre sí, puede utilizarse para monitorizar 132a el primer borde y/o para monitorizar 132b el segundo borde sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0063] De manera similar, la monitorización puede incluir generalmente marcar el material a intervalos predeterminados con marcas visuales u otras marcas adecuadas para facilitar la monitorización. Esto puede incluir, por ejemplo, grabado, pintura, tinta, imantación, aplicación de pegatinas, etc. Los intervalos pueden ser intervalos fijos, o los intervalos pueden variar, por ejemplo, de acuerdo con la sensibilidad deseada de las mediciones.
[0064] La detección 134 de la desviación con respecto a la relación objetivo entre la primera región de borde y la segunda región de borde puede incluir la comparación entre la primera región de borde monitorizada y la segunda región de borde monitorizada y/o un patrón. Por ejemplo, detectar 134 la desviación con respecto a la relación objetivo puede incluir detectar si la primera región de borde coincide con la segunda región de borde dentro de una tolerancia predeterminada (por ejemplo, una tolerancia de fabricación especificada). En ciertas implementaciones, las marcas de seguimiento se pueden indicar en la primera región de borde y/o la segunda región de borde, de tal manera que la detección 134 de la desviación con respecto a la relación objetivo incluye detectar si una ubicación de las marcas en la primera región de borde coincide con una ubicación de las marcas en la segunda región de borde dentro de la tolerancia deseada.
[0065] La detección 134 de la desviación con respecto a la relación objetivo entre la primera región de borde y la segunda región de borde puede realizarse por medio o con la ayuda de una unidad de procesamiento de un sistema de control tal como cualquiera de los sistemas de control descritos en el presente documento. Si bien esto puede incluir una monitorización y corrección completamente automatizadas, por ejemplo, utilizando las técnicas anteriormente expuestas, esto también puede incluir técnicas semiautomatizadas. Por ejemplo, la detección 134 de la desviación con respecto a la relación objetivo entre la primera región de borde y la segunda región de borde puede incluir recibir una entrada manual de un operario que indique la presencia y/o el grado de la desviación detectada. En una forma de realización, el operario puede comparar visualmente una señal recibida de una primera región de borde 132a monitorizada y una segunda región de borde 132b monitorizada y proporcionar una entrada manual al sistema de control si el operario determina que la primera región de borde y la segunda región de borde están desalineadas. La entrada manual del operario puede, por ejemplo, iniciar una etapa de ajuste 136 de la forma de la primera región de borde y la segunda región de borde entre sí utilizando cualquiera de las técnicas descritas en este documento.
[0066] El ajuste 136 de la forma de la primera región de borde y la segunda región de borde puede incluir llevar a cabo una o más de las acciones de corrección descritas en este documento. Por ejemplo, ajustar 136 la forma de la primera región de borde y la segunda región de borde entre sí puede incluir controlar un hueco fuera de plano entre la primera región de borde y la segunda región de borde si la primera región de borde y la segunda región de borde no coinciden entre sí dentro de una tolerancia predeterminada. El hueco fuera de plano se puede controlar, por ejemplo, envolviendo la primera región de borde en un primer diámetro y envolviendo la segunda región de borde en un segundo diámetro distinto del primer diámetro. De manera adicional o alternativa, el control del hueco fuera de plano entre la primera región de borde y la segunda región de borde puede incluir mantener un hueco fuera de plano máximo hasta que ya no se detecta la desviación con respecto a la relación objetivo entre la primera región de borde y la segunda región de borde. Por ejemplo, el hueco fuera de plano correctivo se puede mantener durante no más de una circunferencia completa del material laminado para que la desalineación se corrija rápidamente. Como otro ejemplo no exclusivo, el hueco fuera de plano se puede dimensionar para que coincida con una parte predeterminada de la primera región de borde con una parte predeterminada de la segunda región de borde para que la desalineación se resuelva en una posición predeterminada.
[0067] En algunas implementaciones, ajustar 136 la forma de la primera región de borde y la segunda región de borde entre sí incluye hacer coincidir partes discretas de la primera región de borde con partes respectivas de la segunda región de borde. En general, cuando cada una de la primera región de borde y la segunda región de borde incluye unas respectivas marcas visuales a lo largo de partes específicas de las respectivas regiones de borde, ajustar 136 la forma de la primera región de borde y la segunda región de borde entre sí puede incluir hacer coincidir partes específicas de las regiones de borde entre sí. Las partes específicas pueden estar separadas, por ejemplo, a intervalos regulares a lo largo de la primera región de borde y a lo largo de los mismos o diferentes intervalos regulares a lo largo de la segunda región de borde, de modo que la primera región de borde y la segunda región de borde se ajusten 136 entre sí al menos en los intervalos regulares marcados por las respectivas marcas visuales a lo largo de la primera región de borde y a lo largo de la segunda región de borde, y de una manera que mueva las marcas visuales de nuevo a la alineación según sea necesario.
[0068] La unión 138 de la primera región de borde a la segunda región de borde puede incluir soldar la primera región de borde a la segunda región de borde usando cualquier técnica de soldadura adecuada u otro proceso adecuado para unir estructuralmente chapas de acero u otro material de construcción. En tales implementaciones, una unidad de soldadura puede permanecer estacionaria para dirigir la energía de soldadura a un punto fijo mientras que la primera región de borde y la segunda región de borde giran como parte del proceso de formación en espiral.
[0069] En referencia ahora a la FIG. 14, se muestra un diagrama de flujo de otro ejemplo de método 140 de formación en espiral de una estructura. El método 140 se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante cualquiera de los sistemas de fabricación descritos en este documento para formar una estructura tal como un segmento cónico. Por ejemplo, una o más etapas en el ejemplo de método 140 pueden llevarse a cabo mediante una unidad de procesamiento de un sistema de control. Además, o alternativamente, una o más etapas del ejemplo de método 140 pueden ser realizadas por un operario que proporciona entradas (por ejemplo, a través de un teclado, un ratón y/o una interfaz gráfica de usuario) a un sistema de control.
[0070] El ejemplo de método 140 incluye la monitorización 142a de partes específicas a lo largo de una primera región de borde de un material laminado (por ejemplo, una pluralidad de chapas unidas de extremo a extremo), la monitorización 142b de partes específicas a lo largo de una segunda región de borde de un material laminado, determinar 144 si una o más de las porciones específicas a lo largo de la primera región de borde está alineada, dentro de una tolerancia predeterminada, con una o más de las porciones específicas correspondientes a lo largo de la segunda región de borde a lo largo de una espiral, y modificar 146 el material laminado para alinear las respectivas porciones específicas a lo largo de la primera región de borde y la segunda región de borde. La segunda región de borde es opuesta a la primera región de borde a lo largo de una junta en espiral, y la modificación 146 del material laminado para alinear las respectivas partes específicas de la primera región de borde y la segunda región de borde puede incluir una o más de las acciones de corrección descritas en este documento, o cualquier otra modificación física del material laminado que pueda emplearse de manera útil para ajustar de manera correctiva las regiones del borde sobresaliente para abordar cualquier desalineación que se detecte. Además, las partes específicas de la primera región de borde y la segunda región de borde se pueden delimitar usando cualquiera de las técnicas de marcado u otras técnicas de detección descritas en este documento.
[0071] En referencia ahora a la FIG. 15, se muestra un diagrama de flujo de otro ejemplo de método 150 de formación en espiral de una estructura. El método 150 puede llevarse a cabo mediante cualquiera de los sistemas de fabricación descritos en el presente documento para formar una estructura tal como el segmento cónico. Por ejemplo, una o más etapas del ejemplo de método 150 puede llevarse a cabo mediante una unidad de procesamiento de un sistema de control. Además, o alternativamente, una o más etapas del ejemplo de método 150 pueden ser realizadas por un operario que proporciona entradas (por ejemplo, a través de un teclado, un ratón y/o una interfaz gráfica de usuario) a un sistema de control.
[0072] El ejemplo de método 150 incluye colocar 152 una primera región de borde de un material laminado adyacente a una segunda región de borde del material laminado e introducir 154 una desalineación fuera de plano en la primera región de borde con respecto a un borde sobresaliente de la segunda región de borde. La segunda región de borde se coloca 152 opuesta a la primera región de borde a lo largo de una espiral de acuerdo con uno o más de los métodos descritos en este documento. En general, la espiral puede seguir una trayectoria de una junta en espiral para un proceso de fabricación idealizado. La desalineación fuera de plano se puede introducir 154 a lo largo de la espiral para controlar una alineación, en la dirección de laminación, de la primera región de borde a la segunda región de borde a lo largo del borde sobresaliente, de modo que las dos regiones de borde se ajusten mientras se mantiene sustancialmente la trayectoria prevista para la junta en espiral. El control 154 de esta desalineación fuera de plano se puede llevar a cabo de acuerdo con una o más de las acciones de corrección descritas en este documento.
[0073] Aunque se han descrito ciertas formas de realización, son posibles adicional o alternativamente otras formas de realización.
[0074] Por ejemplo, aunque se ha descrito que la unión de una primera región de borde a una segunda región de borde incluye soldadura, son posibles adicional o alternativamente otros métodos para unir regiones de borde entre sí. Ejemplos de tales otros métodos incluyen unión adhesiva, soldadura por puntos, bloqueo de uniones y/o sujeción mecánica con pernos, remaches y similares, así como combinaciones de los anteriores.
[0075] Como otro ejemplo, en la medida en que uno o más de los ejemplos de métodos descritos en este documento se han descrito como llevados a cabo por un sistema de control, debe apreciarse que, además o como alternativa, uno o más aspectos de los ejemplos de métodos descritos en el presente documento puede ser realizado por un operario humano. Por ejemplo, un operario puede llevar a cabo una o más acciones de corrección de los ejemplos de métodos descritos en este documento proporcionando entradas directas (por ejemplo, a través de una palanca de mando) a uno o más accionadores mecánicos, tales como los del sistema empujador de borde 40 de la FIG. 5.
[0076] Los anteriores sistemas, dispositivos, métodos, procesos y similares se pueden realizar en hardware, software o cualquier combinación adecuada de estos para el control, la adquisición de datos y el procesamiento de datos descritos en este documento. Esto incluye la realización en uno o más microprocesadores, microcontroladores, microcontroladores integrados, procesadores de señales digitales programables u otros dispositivos programables o circuitos de procesamiento, junto con la memoria interna y/o externa. Esto puede incluir también, o en cambio, uno o más circuitos integrados específicos de aplicación, matrices de puertas programables, componentes lógicos de matrices programables o cualquier otro dispositivo o dispositivos que puedan configurarse para procesar señales electrónicas. Además, se apreciará que una realización de los procesos o dispositivos descritos anteriormente puede incluir un código ejecutable por ordenador creado usando un lenguaje de programación estructurado, tal como C, un lenguaje de programación orientado a objetos como C++, o cualquier otro lenguaje de programación de alto o bajo nivel (incluidos los lenguajes ensambladores, los lenguajes de descripción de hardware y los lenguajes y tecnologías de programación de bases de datos) que pueden almacenarse, compilarse o interpretarse para ejecutarse en uno de los dispositivos anteriores, así como combinaciones heterogéneas de procesadores, arquitecturas de procesadores o combinaciones de diferente hardware y software. Al mismo tiempo, el procesamiento puede distribuirse a través de dispositivos tales como los diversos sistemas descritos anteriormente, o toda la funcionalidad puede integrarse en un dispositivo autónomo dedicado. Todas estas permutaciones y combinaciones están destinadas a situarse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0077] Las formas de realización descritas en el presente documento pueden incluir productos de programas informáticos que comprenden código ejecutable por ordenador o código que puede utilizar un ordenador que, cuando se ejecuta en uno o más dispositivos informáticos, realiza cualquiera y/o todas las etapas de los sistemas de control anteriormente descritas. El código puede almacenarse de manera no transitoria en una memoria de ordenador, que puede ser una memoria desde la que se ejecuta el programa (como una memoria de acceso aleatorio asociada con un procesador), o un dispositivo de almacenamiento, tal como una unidad de disco, memoria flash o cualquier otro dispositivo óptico, electromagnético, magnético, infrarrojo u otro dispositivo o combinación de dispositivos. En otro aspecto, cualquiera de los sistemas de control anteriormente descritos se puede realizar en cualquier medio de transmisión o propagación adecuado que lleve código ejecutable por ordenador y/o cualquier entrada o salida del mismo.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de fabricación (32) que comprende:
una pluralidad de rodillos (48a, 48b, 48c) posicionados uno respecto del otro para doblar una tira continua (35) que se mueve en una dirección de laminación a través de una pluralidad de rodillos (48a, 48b, 48c) en una forma curvilínea que presenta una relación colindante borde a borde de una primera región de borde (24) y una segunda región de borde (26) de la tira continua (35) a lo largo de una junta en espiral (22);
al menos un sensor (41a, 41b) dispuesto con respecto a la tira continua (35) que sale de la pluralidad de rodillos (48a, 48b, 48c) para detectar información de posición de la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la relación colindante borde a borde a lo largo de la junta en espiral (22);
uno o más empujadores (50a, 50b) accionables para moverse con respecto a la tira continua (35) para ejercer una fuerza normal a la tira continua (35) a lo largo de la junta en espiral (22); y
un controlador (44) en comunicación con el al menos un sensor (41a, 41b) y el uno o más empujadores (50a 50b), estando el controlador (44) configurado para recibir, del al menos un sensor (41a, 41b), la información de posición de la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26),
el sistema de fabricación que se caracteriza en que el controlador además está configurado para,
según la información de posición, determinar si la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la relación colindante borde a borde coinciden entre sí con una tolerancia predeterminada en la dirección laminada, y
si la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la relación colindante borde a borde no coinciden entre sí dentro de la tolerancia predeterminada en la dirección laminada, accionar el uno o más empujadores (50a, 50b) con respecto a la forma curvilínea de la tira continua (35) para controlar un espacio fuera del plano entre la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) a lo largo de la junta en espiral (22), reduciendo el espacio fuera del plano una desviación de una relación objetivo de la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la dirección laminada.
2. Sistema de la reivindicación 1, donde el controlador (44) se configura para accionar el uno o más empujadores (50a, 50b) con respecto a la forma curvilínea de la tira continua (35) para formar el espacio fuera del plano con una forma oscilante hasta que una posición relativa de la primera región de borde (24) respecto a la segunda región de borde (26) en la dirección laminada esté dentro de la tolerancia predeterminada en la dirección laminada.
3. Sistema de la reivindicación 1, donde el al menos un sensor (41a, 41b) incluye uno o más sensores ópticos configurados para detectar marcas visuales en la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) de la tira continua (35) que salen de la pluralidad de rodillos (48a, 48b, 48c) en la dirección laminada.
4. Sistema de la reivindicación 1, donde el al menos un sensor (41a, 41b) incluye uno o más sensores magnéticos en proximidad de la forma curvilínea de la tira continua (35) para medir una señal magnética de una o más de la primera región de borde (24) o la segunda región de borde (26).
5. Sistema de la reivindicación 1, donde el uno o más empujadores (50a, 50b) incluye un primer empujador (50a) y un segundo empujador (50b), el primer empujador (50a) accionable para moverse con respecto a la tira continua (35) para ejercer una primera fuerza normal en una superficie interior de la tira continua (35) a lo largo de la junta en espiral (22), el segundo empujador (50b) accionable para moverse con respecto a la tira continua (35) para impartir una segunda fuerza normal en una superficie exterior de la tira continua (35) a lo largo de la junta en espiral (22).
6. Producto de programa informático codificado en uno o más medios de almacenamiento informático no transitorios (62), comprendiendo el producto de programa informático instrucciones que, cuando ejecuta el controlador del sistema de fabricación de la reivindicación 1, provoca que el controlador lleve a cabo operaciones que comprenden:
recibir información de posición de una primera región de borde (24) y una segunda región de borde (26), la primera región de borde (24) en una relación colindante borde a borde con la segunda región de borde (26) a lo largo de una porción de una junta en espiral (22) formada en una forma curvilínea de una tira continua (35); y caracterizado por provocar que el controlador lleve a cabo operaciones de determinación, según la información de posición, donde la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la relación colindante borde a borde coinciden entre sí dentro de una tolerancia predeterminada en una dirección laminada de la forma curvilínea de la tira continua (35); y
si la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la relación colindante borde a borde no coinciden entre sí dentro de la tolerancia predeterminada en la dirección laminada, que acciona uno o más empujadores (50a, 50b) con respecto a la forma curvilínea de la tira continua (35) para controlar un espacio fuera del plano entre la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) a lo largo de la junta en espiral, reduciendo el espacio fuera del plano una desviación de una relación objetivo de la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) en la dirección laminada.
7. Producto de programa informático de la reivindicación 6, donde el accionamiento de uno o más empujadores (50a, 50b) incluye el accionamiento de un primer empujador (50a) para ejercer una primera fuerza normal en una superficie interior de la tira continua (35) y el accionamiento de un segundo empujador (50b) para ejercer una segunda fuerza normal en una superficie exterior de la tira continua (35).
8. Producto de programa informático de la reivindicación 6, donde el accionamiento del uno o más empujadores (50a, 50b) incluye la formación de un espacio fuera del plano entre la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) de acuerdo con un patrón oscilante.
9. Producto de programa informático de la reivindicación 6, donde el accionamiento del uno o más empujadores (50a, 50b) incluye el mantenimiento de un espacio fuera del plano entre la primera región de borde (24) y la segunda región de borde (26) de acuerdo con un patrón oscilante en un valor máximo hasta que la primera región de borde coincida con la segunda región de borde dentro de la tolerancia predeterminada en la dirección laminada.
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