ES2319728T3 - Dispositivo y procedimiento de soldadura. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de formación de una estructura (1) soldada, que comprende disponer sobre una superficie (2) de soporte, piezas constituyentes de la estructura que van a ser soldadas con una configuración deseada, grabar al menos una imagen en dos dimensiones de la disposición de las piezas constituyentes sobre la superficie (2) de soporte, determinar a partir de la(s) imagen(es) las posiciones de una pluralidad de puntos de soldadura escaneando o leyendo la imagen de dos dimensiones utilizando un aparato lector/escáner, controlar la soldadura de las piezas constituyentes con el citado aparato (4) de soldadura en base a las posiciones determinadas de los puntos de soldadura, y soldar con el aparato (4) de soldadura las piezas constituyentes entre sí en la pluralidad de puntos de soldadura para formar la estructura (1) soldada.
Description
Dispositivo y procedimiento de soldadura.
Esta invención se refiere a un procedimiento de
formación de una estructura soldada a partir de un número de piezas
constituyentes. La invención se refiere también a un dispositivo
para formar una estructura soldada.
En las operaciones de soldadura tradicionales
para la producción de pequeños lotes de estructuras soldadas, la
soldadura se realiza normalmente, al menos de manera principal, a
mano. Esto se debe a que las piezas principales de la mayor parte
de las estructuras no son técnicamente, ni económicamente, adecuadas
para la soldadura utilizando los actuales aparatos de soldadura
automáticos. En la soldadura de pequeños lotes, los aparatos de
soldadura conocidos son adecuados solamente para realizar
soldaduras muy accesibles, largas y rectas. Sin embargo, con
frecuencia, la mayoría de las soldaduras en una estructura soldada
están destinadas a unir estructuras intersectantes relativamente
cortas cuya accesibilidad está limitada por las construcciones
circundantes. Esto es un problema particular en la construcción de
barcos, en los que el número y el tamaño relativamente grande de las
diferentes piezas causan problemas. La soldadura manual de tales
estructuras es por tanto cara y consume tiempo.
Se han desarrollado sistemas de soldadura en los
que la estructura que se va a soldar se sigue de acuerdo con su
forma o configuración utilizando diferentes clases de dispositivos
de control. Un sistema de soldadura conocido de ese tipo se
encuentra descrito en el documento
DE-A-2240949, en el que se utiliza
un volante de dirección para controlar la trayectoria tomada por el
aparato de soldadura. En el documento
US-A-5307979 se revela un sistema
de soldadura diferente en el que se proporciona un dispositivo de
control en base a un raíl, para soldar estructuras
tridimensionales. En el documento
DE-A-2035498 se revela un sistema
para soldar neumáticos.
Sistemas de soldadura automáticos se encuentran
descritos en el documento
US-A-4737614, en el que un sistema
de control está basado en la intensidad de luz, y en el documento
US-A-5572102, en el que se emplea un
sistema robotizado de soldadura en base a luz fluorescente. El
documento US-A-59 99642 describe
escanear la pieza de trabajo utilizando dos cámaras, con lo que se
crea después un modelo tridimensional de la pieza de trabajo.
Se han desarrollado también bancos de soldadura
que pueden ser ajustados de acuerdo con la estructura que se va a
soldar; véase por ejemplo el documento
EP-A-0092533. También se conoce el
hecho de soldar automáticamente conductos según se describe en la
publicación SE 455581.
Existen considerables desventajas en cuanto a
las técnicas de soldadura conocidas, y en particular, en la mayor
parte de los casos, no es posible aplicarlas a la industria de la
construcción de barcos. En general, para un barco, se requieren
estructuras soldadas que tienen dimensiones relativamente grandes,
típicamente por encima de 10 m de ancho, y con frecuencia incluso
cerca de 20 m de largo. Cuando se sujetan construcciones
transversales y longitudinales a esas estructuras, la soldadura debe
realizarse normalmente a mano, lo que lleva un gran consumo de
tiempo. El uso de materiales delgados y el uso de, por ejemplo,
espesores de "cuello" reducidos, ha provocado adicionalmente
que la manera de soldar cambie. La soldadura ha resultado también
ergonómicamente difícil debido a las velocidades de soldadura
incrementadas. Además, la utilización de un soldador experto para
trabajos de soldadura relativamente simples pero tediosos, no es
práctico debido a que se desaprovecha la capacidad del soldador
experto. Resulta más apropiado utilizar la mano de obra para un
trabajo significativo que una máquina no pueda hacer.
Un objetivo de la presente invención consiste en
eliminar esas desventajas asociadas a las técnicas de soldadura
conocidas, y conseguir una solución completamente novedosa para
soldar entre sí una pluralidad de piezas configuradas de forma
típicamente diferente, siendo la operación de soldadura fácil de
controlar y de adaptarse a diferentes circunstancias. También se
pretende estar en condiciones de adaptar la invención a diferentes
campos técnicos en los que exista la necesidad de soldar piezas que
tengan una gran diversidad y multiplicidad de formas. Ejemplos de
campos en los que la invención tiene aplicabilidad son las máquinas
de fabricación de papel, aplicaciones de construcción en general,
puentes y construcciones ferroviarias, y vehículos pesados, por
ejemplo la fabricación de autocamiones.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento de formación de una
estructura soldada según se reivindica en la reivindicación 1 que
sigue.
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención se proporciona un dispositivo de soldadura para la
formación de una estructura soldada a partir de una pluralidad de
piezas componentes según se reivindica en la reivindicación 15 que
sigue.
La invención se basa en la idea de que las
piezas que han de ser soldadas se colocan sobre una superficie de
soporte en sus posiciones finales. La superficie de soporte puede
ser una superficie inmóvil o una base móvil o una superficie de
suelo, cuya posición sea conocida. De manera adecuada una estructura
de soporte está soportada sobre la superficie de soporte o sobre
raíles laterales y tramos a través de la superficie de soporte. Una
cámara o un medio de fotografía para grabar fotográficamente la
disposición de las piezas que van a ser soldadas, y posiblemente
también el aparato de soldadura, han sido montados convenientemente
sobre la estructura de soporte. Tanto la cámara o los medios
fotográficos como el aparato de soldadura, están previsto
preferentemente para ser montados de forma móvil sobre, o con
relación a, la superficie de soporte según los ejes X, Y y Z. Se
pueden prever una o más cámaras o medios fotográficos, y/o se puede
prever uno o más aparatos de soldadura.
La invención permite que las piezas
constituyentes de una o más estructuras sean soldadas entre sí. Las
dimensiones de la estructura y de sus piezas componentes son
grabadas fotográficamente para permitir que se puedan determinar
los diferentes puntos de soldadura. Estos puntos de soldadura pueden
ser determinados escaneando o leyendo la información fotográfica
grabada, y pasando la información escaneada o leída a los medios de
control. Los medios de control se utilizan para controlar la
soldadura conjunta de las piezas de la estructura que ha de ser
soldada en base a las posiciones determinadas de los puntos de
soldadura. La información fotográfica escaneada o leída puede ser
almacenada o grabada en medios de memoria, por ejemplo de un aparado
de escaneo/lectura, del aparato de soldadura y/o de la cámara o de
los medios de fotografía.
Uno o más dispositivos de visualización que
muestran, por ejemplo, las posiciones de los puntos de soldadura,
pueden haber sido previstos para permitir que un usuario anule el
control automático del aparato de soldadura durante la soldadura de
la estructura. Alternativamente, sin embargo, la operación de
soldadura puede ser llevada a cabo de forma automática o
semiautomática por medio del aparato de soldadura en forma de robot
o manipulador de soldadura.
De manera conveniente, la cámara o los medios de
fotografía se utilizan para obtener vistas de la estructura que ha
de ser soldada, siendo utilizadas estas vistas fotografiadas para
permitir que el aparato de lectura/ escáner, ya sea de forma
automática o ya sea con la ayuda de un usuario, identifique y defina
las posiciones de los puntos de soldadura. Una vez que los puntos
de soldadura han sido definidos de esa manera, los mismos pueden
ser utilizados para la soldadura manual, semiautomática o automática
de las piezas constitutivas de la estructura que ha de ser soldada.
La soldadura real puede ser realizada mediante soldadura de arco,
por ejemplo soldadura de arco con gas, con el aparato de soldar,
siguiendo la configuración o la forma de la estructura y realizando
las operaciones de soldadura en diversos puntos de soldadura
determinados. Puesto que el aparato de soldadura es preferentemente
móvil tanto horizontalmente como verticalmente sobre la estructura,
está capacitado para soldar la estructura a diferentes alturas y en
diferentes posiciones sobre la superficie de soporte. Las piezas
pueden ser muy grandes; por ejemplo, la invención hace que resulte
fácil y económico soldar piezas, por ejemplo, de un barco, una
máquina de fabricación de papel, un edificio, un tren o un
autocamión.
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento de soldadura de una
estructura que comprende un número de piezas constituyentes, que
incluye identificar puntos óptimos de soldadura para unir las
piezas de la estructura y guiar el aparato de soldadura hasta los
diferentes puntos de soldadura. Opcionalmente, un usuario está en
condiciones de modificar o de hacer caso omiso respecto al
posicionamiento del aparato de soldadura. Por ejemplo, el usuario
está capacitado, ya sea para ratificar o ya sea para rechazar un
procedimiento seleccionado de forma automática, para soldar la
estructura en cada punto de soldadura.
La estructura puede ser escaneada por la cámara
o por los medios fotográficos moviendo la estructura de soporte
sobre la superficie de soporte y disponiendo la cámara o los medios
fotográficos de modo que se muevan transversalmente y verticalmente
arriba y abajo según se precise. Alternativamente, la estructura de
soporte puede ser estacionaria o inmóvil y las piezas que van a ser
soldadas pueden ser movidas, por ejemplo, sobre una superficie de
soporte móvil, a mano, de forma semiautomática o de forma
automática, por debajo de la construcción de soporte. De esa forma,
las piezas de la estructura que van a ser soldadas son
"fotografiadas" y se genera un mapa ilustrado y se crea un
mapa de soldadura con la ayuda de un ordenador.
De manera conveniente, el sistema de soldadura,
basado en el mapa de soldadura, reconoce automáticamente las
denominadas soldaduras estándar, cuyas características pueden estar,
por ejemplo, pre-aprendidas por el ordenador, de
modo que el sistema puede instruir automáticamente a un robot de
soldadura o similar para que comience la soldadura.
También es posible para un usuario, ver el mapa
de soldadura, para seleccionar puntos de inicio alternativos para
una operación de soldadura, y para elegir procedimientos de
soldadura adecuados para tipos específicos de soldadura, con lo que
el usuario puede instruir al (a los) robot(s) de soldadura
para que comience(n) la operación de soldadura. Se pueden
montar varios aparatos de soldadura diferentes en la propia
construcción de soporte dependiendo de los materiales que han de
ser soldados.
Mediante la invención, se obtienen beneficios
sustanciales. En particular, se puede proporcionar un sistema de
soldadura de bajo coste en el que se puede enseñar al aparato de
soldadura (robots) a soldar piezas separadas entre sí.
Adicionalmente, el sistema está capacitado para proveer la soldadura
conjunta de piezas que tienen formas y tamaños diferentes.
Típicamente, el procedimiento de soldadura puede ser utilizado para
programar la soldadura de pequeños lotes de producción, la
soldadura de productos de fabricación en serie, y la soldadura de
prototipos o similares.
Las realizaciones de la invención van a ser
descritas ahora, a título de ejemplo únicamente, con referencia
particular a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 es una vista de un dispositivo de
soldadura que incorpora una construcción de soporte;
La Figura 2 es una fotografía de una estructura
que va a ser soldada, tomada por una cámara o por medios
fotográficos;
La Figura 3 es una representación de la
estructura que va a ser soldada formada por evaluación de la
fotografía mostrada en la Figura 2, y
La Figura 4 es una representación esquemática de
un sistema de control, para controlar la soldadura de una
estructura.
estructura.
La Figura 1 muestra una estación o dispositivo
de soldadura, en el que una pluralidad de piezas componentes de una
estructura 1 que van a ser soldadas, están soportadas en una
superficie 2 de soporte. Las piezas pueden ser movidas sobre la
superficie de soporte manualmente, con una grúa o con medios
automatizados de manipulación de material. Una cámara 3 y una
máquina 4 de soldadura, están sujetas a una construcción 5 de
soporte transversal, que se extiende sobre la superficie 2 de
soporte, y que es móvil por encima de la superficie de soporte, a
lo largo de su longitud, mediante la provisión de raíles 7
laterales, montados en el suelo 6, y que discurren a cada lado de
la superficie 2 de soporte. Dispositivos 8 operativos para operar la
construcción 5 de soporte y/o dispositivos 8 operativos para operar
el aparato 4 de soldadura y/o dispositivos 8 operativos para operar
la cámara 3, pueden estar situados en relación de proximidad
inmediata a la construcción 5 de soporte.
El término "cámara" está previsto que cubra
cualquier medio de formación de imagen susceptible de proporcionar
una imagen de la estructura que va a ser soldada, y puede comprender
un aparato fotográfico convencional, por ejemplo una cámara de
video o incluso una cámara, medios de formación de imágenes que
graben radiación infrarroja o ultravioleta, medios láser o
similares. Se pueden prever más de una de tales cámaras 3.
La Figura 2 es una imagen en forma de fotografía
9 de la estructura que va a ser soldada, tomada por la cámara 3. La
fotografía se ha marcado, de forma manual o automática, con círculos
10 blancos con diferentes puntos de unión para las diversas piezas
de la estructura que indican los diferentes puntos que van a ser
soldados (es decir, "puntos de soldadura"). Un usuario está
capacitado para hacer referencia a los puntos de soldadura, para
proporcionar más información respecto al tipo de soldaduras
requeridas y para definir un procedimiento de soldadura adecuado
para cada punto de soldadura.
La Figura 3 ilustra una representación visual de
la estructura 1 que va a ser soldada, fabricada ya sea de forma
automática, y/o ya sea con la ayuda de una entrada de usuario, a
partir de un pantógrafo mostrado en la Figura 2. La representación
visual identifica, ya sea de forma automática o ya sea con la ayuda
de una entrada de usuario, diferentes piezas 11a, 11b y 11c, y
diferentes piezas de fijación (es decir, puntos de soldadura) 11d,
11e y 11f, y también proporciona instrucciones para soldar las
piezas de soldadura entre sí. Al usuario se le da la oportunidad de
confirmar o rechazar los puntos 11d, 11e u 11f de inicio del
procedimiento de soldadura, y si aprueba o rechaza los métodos de
soldadura propuestos por el sistema. El sistema de soldadura puede
ser así considerado como semiautomático. La Figura 4 muestra un
diagrama de una forma de sistema de control, para controlar la
operación de soldadura. La cámara 3 fotografía, en primer lugar, la
estructura 1 que va a ser soldada y transmite esta información 16
utilizando un aparato 12 lector o escáner hasta un sistema 13 de
control de un dispositivo 17 externo. El aparato 12 lector, ya sea
de forma automática o ya sea con la ayuda de un usuario 15,
suministra información 14 de control al aparato 4 de soldadura. El
usuario 15 está capacitado para seguir los movimientos de la cámara
3 y/o del aparato de soldadura en un dispositivo 18 de
visualización. El aparato 12 lector/escáner y/o el sistema 13 de
control pueden estar situados en, o sobre, la cámara 3, o en, o
sobre, el aparato 4 de soldadura, o en, o sobre, una combinación de
ambos. El aparato de soldadura puede ser, por ejemplo, un robot o
un manipulador de soldadura.
El sistema de soldadura permite así que se pueda
llevar a cabo un procedimiento de soldadura de forma completamente
automática o con una entrada de control por parte de un usuario.
Adicionalmente, la flexibilidad del sistema proporciona
posibilidades para soldar muchas clases de estructuras sin necesidad
de consumir tiempo para fijar el aparato y realizar
calibraciones.
La cámara 3 puede estar montada en el aparato 4
de soldadura. La construcción 6 de soporte puede ser accionada, por
ejemplo, de forma neumática, hidráulica o electromecánica.
Otras realizaciones de la invención son
factibles dentro del alcance de las reivindicaciones que siguen.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citadas por el
solicitante se proporciona únicamente por conveniencia para el
lector. Ésta no forma parte del documento de Patente Europea.
Incluso aunque se ha puesto un gran cuidado en el listado de las
referencias, no se excluyen los errores u omisiones y la EPO declina
toda responsabilidad en ese sentido.
- - DE 2240949 A
- - US 5572102 A
- - US 5307979 A
- - US 5999642 A
- - DE 2035498 A
- - EP 0092533 A
- - US 4737614 A
- - SE 455581
Claims (19)
1. Un procedimiento de formación de una
estructura (1) soldada, que comprende disponer sobre una superficie
(2) de soporte, piezas constituyentes de la estructura que van a ser
soldadas con una configuración deseada, grabar al menos una imagen
en dos dimensiones de la disposición de las piezas constituyentes
sobre la superficie (2) de soporte, determinar a partir de
la(s) imagen(es) las posiciones de una pluralidad de
puntos de soldadura escaneando o leyendo la imagen de dos
dimensiones utilizando un aparato lector/escáner, controlar la
soldadura de las piezas constituyentes con el citado aparato (4) de
soldadura en base a las posiciones determinadas de los puntos de
soldadura, y soldar con el aparato (4) de soldadura las piezas
constituyentes entre sí en la pluralidad de puntos de soldadura
para formar la estructura (1) soldada.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la al menos una
imagen se graba en la memoria del aparato (12) lector.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la al menos una
imagen se graba en la memoria de los medios (3) de cámara y/o en la
memoria del aparato (4) de soldadura y/o en una memoria combinada
para los medios (3) de cámara y el aparato (4) de soldadura.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la al menos una
imagen se graba en la memoria de un dispositivo (17) externo.
5. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque el procedimiento comprende además
presentar las posiciones de los puntos de soldadura sobre un
dispositivo de visualización para ayudar a un usuario a controlar
el guiado del aparato (4) de soldadura.
6. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un usuario
anula el control automático de la soldadura de las piezas
constituyentes.
7. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque el movimiento del aparato (4) de
soldadura se guía utilizando información (14) de control.
8. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza
porque la soldadura de la estructura se realiza de forma automática
o semiautomática.
9. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque el aparato (4) de soldadura comprende un
robot o un manipulador de soldadura.
10. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que se caracteriza porque las posiciones de
los puntos de soldadura se determinan a partir de la al menos una
imagen, ya sea de forma automática o ya sea con la ayuda de un
usuario.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, que se caracteriza porque, después de que
se han determinado las posiciones de los puntos de soldadura, se
determina el tipo de soldadura de cada punto de soldadura y si la
soldadura se realiza manualmente, semiautomáticamente o
automáticamente.
12. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque la soldadura se realiza mediante
soldadura de arco, por ejemplo soldadura de arco con gas.
13. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque el aparato de soldadura sigue la
configuración o forma de la estructura durante la soldadura.
14. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque la estructura soldada es de tamaño
grande, por ejemplo una pieza o piezas de un barco, de una máquina
de fabricación de papel, de una construcción, de un tren o de un
autocamión.
15. Un dispositivo de soldadura para formar una
estructura (1) soldada a partir de una pluralidad de piezas
constituyentes, que comprende una superficie (2) de soporte para
soportar las piezas constituyentes en la configuración de la
estructura que va a ser soldada, y un aparato (4) de soldar para
soldar entre sí las piezas constituyentes de una estructura (1) que
va a ser soldada, soportadas sobre la superficie de soporte,
comprendiendo además el dispositivo medios de evaluación para
determinar las posiciones de los puntos de soldadura de una
estructura (1) que va a ser soldada por el aparato (4) de soldadura
soportada sobre la superficie de soporte, comprendiendo los medios
de evaluación un aparato lector/escáner para determinar las
posiciones de los puntos de soldadura mediante lectura o escaneando
la imagen de dos dimensiones, y que incluye medios (3) de cámara
para proporcionar una imagen de dos dimensiones de la estructura (1)
que va a ser soldada, con lo que las posiciones de los puntos de
soldadura determinadas por los medios de evaluación son utilizadas
en la soladura de la estructura por parte del aparato (4) de
soldadura.
soldadura.
16. Un dispositivo de soldadura de acuerdo con
la reivindicación 15, que se caracteriza porque los medios
de evaluación incluyen medios para identificar las piezas
constituyentes de una estructura que va a ser soldada, y para
determinar el procedimiento óptimo de soldadura de las piezas
constituyentes identificadas.
17. Un dispositivo de soldadura de acuerdo con
la reivindicación 15 ó 16, que incluye medios de control para guiar
el aparato (4) de soldadura durante la soldadura de una
estructura.
18. Un dispositivo de soldadura de acuerdo con
la reivindicación 15, 16 ó 17, que incluye medios de anulación
para que un usuario anule el control del aparato (4) de
soldadura.
19. Un dispositivo de soldadura de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, que incluye medios
de anulación para que un usuario, o bien apruebe o bien rechace el
control automático del aparato de soldadura, y para controlar la
soldadura de cualquier pieza, o piezas, de la estructura que
haya(n) de ser soldada(s), si se ha rechazado el
control automático.
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