Problemática en máquinas de grandes dimensiones

Problemática en máquinas de grandes dimensiones

Estado del arte en la fabricación
de grandes productos
Mikel Zatarain
Ideko-IK4
[email protected]
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Interés de la fabricación e inspección de piezas de grandes
dimensiones
• Motivación
• La producción en serie se desplaza a países de menores
costes de mano de obra
• Sectores que tiran de la actividad industrial europea: piezas muy
singulares, piezas de grandes dimensiones
• Industria aeronáutica
• Ferrocarril
• Energía eólica
• Otros
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Potencia eólica instalada en el mundo
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Problemática de las piezas de grandes dimensiones
Problemática de las máquinas grandes
Centrado de la pieza en la máquina
Amarre de la pieza
Alternativas a las máquinas grandes (máquina sobre máquina,
máquinas portables)
• Inspección no destructiva de la pieza
•
•
•
•
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones: fundación,
alineación, calibración
Bancada de altura reducida.
Mayor recorrido  menor
bancada
Rigidez proporcionada por la
fundación
Precisión obtenida por
repetitividad y calibración
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones
Guiado debería ser isostático
• Guias de rodadura
• Guías hidrostáticas
Guiado isostático da lugar a buena repetibilidad
• Posibilidad de obtener buena precisión
mediante calibración
Grandes masas, frecuencias naturales bajas,
limitaciónes de aceleración, jerk, precisión de
interpolación
¡¡¡OJO CON EL AJUSTE DE LOS LAZOS DE
CONTROL!!!
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones
Métodos de calibración
Interferómetro láser. Rectitud, perpendicularidad, calibración lineal
Necesidad de calibración volumétrica
Posibilidades:
Láser tracker (Proyecto Alexandria)
Láser tracer
Modelo de corrección de errores
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones
Sistema para calibración por multilateralización
Múltiples sistemas láser de
seguimiento
Proporcionan solamente
medida de distancia
Algoritmo matemático que
permite calcular la posición
de cada módulo y las cotas
XYZ del corner cube
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones
Módulo laser tracer, Multilateralización
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones
Deformaciones térmicas
Son del orden de varias décimas en máquinas no muy grandes
Corrección por diseño (evacuación de calor por refrigeración, aislamiento de fuentes...)
Influencia del ambiente. Imposible de evitar en máquinas grandes
Corrección por estimación de la distorsión térmica a través de sensores de
temperatura ???
Diseño juicioso del proceso de mecanizado
Fiduciales
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Problemática en máquinas de grandes dimensiones
Fiduciales
Universidad de Zaragoza
IBS Precision
Calibración de tridimensionales
Precisión de giro de cabezales
Utilización como fiducial
Deformaciones térmicas
Piezas mayores que el
recorrido de la máquina
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Fiduciales
Alexandria
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Bogie ferrocarril, problemática de centrado en máquina
Garantizar sobremateriales
Proporcionar rigidez para el
mecanizado
No deformar la pieza al
amarrar
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Bogie de ferrocarril, centrado en máquina, deformaciones por el
utillaje
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Torneado hélice, centrado en máquina
Garantizar sobremateriales
Preforma de la hélice
quede razonablemente
centrada
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Piezas grandes, centrado de pieza en bruto
Sobremateriales
Mantenimiento de
ejes pieza en el
reamarre
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Centrado de pieza en bruto. 1/3 Caracterización de la pieza
Alexandria.
Colocación de marcadores
codificados y no codificados
Identificación de marcadores
codificados
=
=
=
P
2
P
1
P
3
Cálculo de posiciones de las
cámaras
Identificación de marcadores no
codificados
Cálculo de posiciones de las
cámaras y coordenadas de los
marcadores
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Caracterización de la pieza
Centrado de la pieza en bruto. 2/3 extracción de la geometría
de la pieza acabada y ajuste
Alexandria
Centrado de la pieza en bruto. 2/3 extracción de la geometría
de la pieza acabada y ajuste
Alexandria
Centrado de la pieza en bruto. 3/3 Ajuste de ejes de pieza y ejes
de máquina.
Alexandria
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Centrado de la pieza bruta. Extremo de una pala eólica
Centrado de pieza sobre performas
Triangulación mediante línea láser + cámara.
Escaneado de la zona de interés
Dos imágenes + procesamiento mediante visión
artificial
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Referencias de pieza por visión artificial
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Amarre de piezas grandes. Problemática
Las piezas grandes suelen requerir rigidez adicional para
Mecanizado sin vibración
Evitar deformaciones por su propio peso
Sistemas de amarre hiperestáticos (rigidez)
No se controlan las fuerzas, deformación no controlada de la pieza,
que da lugar a errores después de la suelta
Dificultad en el centrado de la pieza (cuánto desplazamiento aplicar a
cada amarre?)
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Deformaciones por el amarre: amarres inteligentes
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Deformaciones de la pieza por el amarre: Amarres inteligentes
Ideko
Amarres inteligentes:
Capacidad de desplazamiento
Medida de la fuerza y
desplazamiento en cada
módulo
Cálculo de las modificaciones
requeridas para
Centrado de la pieza
Minimizar la distorsión
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Deformación por eliminación de material con tensiones
residuales
Las tensiones del material eliminado pueden considerarse un esfuerzo
que deformaba la pieza y que se elimina
Cuando se libera la pieza de su amarre adquiere una nueva situación
Se pierde la precisión (planitud, paralelismo...) que ha producido la
máquina
Necesidad de desarrollo de soluciones
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Tricept (cinco ejes) sobre grandes desplazamientos en 3 ejes
Máquina de elevada dinámica y
desplazamientos limitados sobre
máquina de grandes desplazamientos
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Máquinas portables: fresadora de extremos de tubos
Soluciones dependientes de la
aplicación
Traslado de la máquina manual o
automatizado
Fijación de la máquina sobre la
pieza a mecanizar
Referencias!!!
láser tracker
fotogrametría
visión artificial / estereo
fotogrametría
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Máquinas portables
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Máquinas portables. Sistema de localización de la máquina
respecto a la pieza
Alexandria
Semirremolque.
Unión de largueros y puentes atornillada.
Semirremolque sobre bastidor-volteador (15 m).
Marcadores reflectantes para referencia.
Unidad móvil de taladrado.
Marcadores reflectantes para seguimiento con
el sistema estereométrico.
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Inspección no destructiva de daños
Piezas de elevada responsabilidad
Daños por defectos en el material
Daños producidos por el proceso de mecanizado
Grietas
Tensiones residuales, especialmente de tracción
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Inspección no destructiva de daños
Técnicas de detección de daños
Alexandria.
Ultrasonidos (medio acoplante)
Termografía activa
EMATs (ElectroMagnetic Acoustic Transducers)
Microondas (Teraherzios, materiales compuestos no
conductores)
Inspección termográfica de resistencia a fatiga
Difractometría de rayos X (tensiones residuales)
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