Estado del arte en la fabricación de grandes productos

Mikel Zatarain mzatarain@ideko.es Ideko-IK4

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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

Interferómetro láser. Rectitud, perpendicularidad, calibración lineal Necesidad de calibración volumétrica Posibilidades:

Láser tracker (Proyecto Alexandria) Láser tracer

Modelo de corrección de errores

Métodos de calibración

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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

Problemática en máquinas de grandes dimensiones

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Módulo laser tracer, Multilateralización

Problemática en máquinas de grandes dimensiones

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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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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

Problemática en máquinas de grandes dimensiones

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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

P1 P

3

P2

=

=

=

Colocación de marcadores codificados y no codificados Identificación de marcadores codificados Cálculo de posiciones de las cámaras Identificación de marcadores no codificados Cálculo de posiciones de las cámaras y coordenadas de los marcadores

Alexandria.

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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

Triangulación mediante línea láser + cámara. Escaneado de la zona de interés Dos imágenes + procesamiento mediante visión artificial

Centrado de pieza sobre performas

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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

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

Ideko

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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

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.

Alexandria

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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

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)

Alexandria.

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