ES2222022T3 - Procedimiento de gobierno de la deposicion de mechas por enrollamiento o en contacto sobre estructuras de grandes dimensiones y maquina para la puesta en marcha del procedimiento. - Google Patents
Procedimiento de gobierno de la deposicion de mechas por enrollamiento o en contacto sobre estructuras de grandes dimensiones y maquina para la puesta en marcha del procedimiento.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE INSTALACION DE BROCAS POR ENROLLAMIENTO O POR CONTACTO EN ESTRUCTURAS DE GRANDES DIMENSIONES Y A UNA MAQUINA PARA SU PUESTA EN PRACTICA. EL PROCEDIMIENTO EN EL QUE SE EFECTUA LA INSTALACION EN UN MANDRIL (1) ARRASTRADO EN ROTACION ALREDEDOR DE SU EJE ( ZE ), MEDIANTE UNA CABEZA DE INSTALACION (6) APROPIADA, AJUSTABLE EN POSICION SEGUN AL MENOS UN PRIMER EJE DE DESPLAZAMIENTO RECTILINEO (X) PARALELO AL EJE DE ROTACION ( ZE ) DEL MANDRIL Y UN SEGUNDO EJE DE DESPLAZAMIENTO RECTILINEO (Y) ORTOGONAL A DICHO EJE DEL MANDRIL, SE CARACTERIZA PORQUE CONSISTE EN: TOMAR COMO EJE MAESTRO EL EJE DE ROTACION ( ZE ) DEL MANDRIL (1) Y SOMETER LOS OTROS EJES (X, Y, BE , GA , 8, 9) A DICHO EJE MAESTRO, EN CONTROLAR EL EJE MAESTRO ( ZE ) POR REFERENCIAS DE VELOCIDAD SEGUN UN PROGRAMA PREESTABLECIDO, Y A PARTIR DE UNA TABLA DE TRAYECTORIA PREESTABLECIDA (21), EN SOMETER LOS EJES ESCLAVOS EN FUNCION DE LA POSICION ANGULAR DEL EJE MAESTRO, A PARTIR DE LA POSICION ANGULAR INSTANTANEA DEL EJE MAESTRO (ZE ), CALCULANDO A PARTIR DE DICHA TABLA DE TRAYECTORIA (21), PARA CADA POSICION INSTANTANEA, LOS VALORES DE REFERENCIA CORRESPONDIENTES DE CADA EJE ESCLAVO Y APLICANDO ESTAS REFERENCIAS A DICHOS EJES ESCLAVOS. APLICACION EN LAS ESTRUCTURAS DE MATERIAL COMPUESTO DE GRANDES DIMENSIONES.
Description
Procedimiento de gobierno de la deposición de
mechas por enrollamiento o en contacto sobre estructuras de grandes
dimensiones y máquina para la puesta en marcha del
procedimiento.
La presente invención se refiere a la realización
de estructuras a base de material compuesto, de grandes dimensiones,
y, de una manera general, a estructuras con diámetro evolutivo tales
como, por ejemplo, cuerpos de propulsores, más generalmente
denominados capacidades.
Una capacidad es una estructura generalmente
bobinada a base de un material compuesto y constituida por una
virola cilíndrica que une entre sí dos fondos extremos,
respectivamente anterior y posterior, por ejemplo, hemiesféricos,
cada uno de los cuales se halla provisto de una base metálica.
Para realizar una estructura de este tipo, se
utiliza un mandril rígido rotativo que sirve de soporte para el
bobinado y que se extrae después de la capacidad después de la
polimerización de la resina integrante del material compuesto.
El mandril se recubre por medio de mechas
depositadas formando capas bobinadas o en contacto, por ejemplo,
para la realización de refuerzos localizados.
Debe entenderse por mechas un grupo de filamentos
o fibrillas continuas, aglomeradas, en forma de cinta o banda,
almacenado sobre una bobina.
Por lo general, se depositan simultáneamente
varias mechas situadas unas al lado de otras.
Las técnicas actuales para la realización de las
indicadas capacidades por medio de un mandril dispuesto
horizontalmente y arrastrado por medio de un torno especial entre
cuyas puntas se halla montado el mandril, utilizan una forma de
gobierno, denominada temporal, de un conjunto de ejes de movilidad,
en el que los datos de posición, de velocidad y de aceleración de
cada uno de los ejes es función del tiempo. Un dispositivo basado
en esta técnica ha sido divulgado a través del documento EP 0 191
655 A1.
Las máquinas de bobinaje/deposición por contacto
utilizadas para la realización de estas capacidades comprenden un
cierto número de ejes motorizados y gobernados.
Para el bobinaje, resultan necesarios cinco ejes,
a saber un eje de rotación del mandril, es decir, el eje de simetría
de la capacidad que se trata de realizar, un eje de desplazamiento
rectilíneo del cabezal de bobinado, paralelo al eje del mandril, un
eje de desplazamiento rectilíneo de dicho cabezal ortogonalmente con
respecto al eje del mandril, un eje de rotación del cabezal,
denominado "codo", vertical y ortogonal al eje precedente y, en
fin, un eje de rotación, denominado "muñeca", del cabezal,
ortogonal a los dos ejes precedentes.
Para llevar a cabo una deposición por contacto,
la máquina puede comprender dos ejes de rotación suplementarios,
paralelos al eje del mandril, respectivamente para el desplazamiento
en altura del cabezal y para la orientación del cabezal hacia el
eje del mandril, en vistas a aplicarlo contra la superficie de
deposición, en sentido perpendicular con respecto a la misma.
En el sistema de gobierno temporal, la posición,
la velocidad y la aceleración, para cada uno de los ejes, es una
función pre-programada del tiempo y la función del
sistema numérico de gobierno de la máquina estriba en realizar una
interpolación permanente de los parámetros del conjunto de los ejes
en vistas a la obtención de una sucesión tan perfecta como resulte
posible de las trayectorias que interesen.
El gobierno de una máquina de bobinar debe
responder, por una parte, a la precisión de seguimiento de una
trayectoria pre-definida, y, por otra parte, a una
minimización de los tiempos del ciclo de deposición mediante la
aplicación de aceleraciones y desaceleraciones sobre el conjunto de
los ejes permitiendo optimizar al máximo la velocidad de
desposición de las mechas sobre cualesquiera de los puntos del
mandril, aumentando la velocidad de rotación de este último sobre
los fondos cuando disminuye el diámetro de deposición.
Cabe añadir a estas exigencias, y éste el caso
especialmente de las capacidades de grandes dimensiones, la
necesidad de tener en cuenta unos diámetros y unas inercias que
pueden llegar a ser muy importantes. A titulo ilustrativo, la
invención se refiere a la realización de capacidades que pueden
sobrepasar un diámetro de 5 metros y presentar un momento de
inercia del orden de 800 000 N.m^{2} o incluso más,
La necesidad de tomar en consideración estos
diferentes criterios complica singularmente el sistema de gobierno,
y, muy especialmente, el sistema temporal.
En efecto, el gobierno de la posición de varios
ejes relativamente poco cargados puede realizarse de una manera
perfectamente eficaz mediante los sistemas numéricos de gobierno
actualmente conocidos, siendo gobernado cada uno de los ejes
independientemente de los restantes. Por el contrario, el gobierno
simultáneo a través de este sistema de varios ejes, uno al menos
de los cuales se halla sometido a una carga importante y no es
totalmente rígido, aparece como problemático e incluso imposible, a
partir de una determinada inercia.
En el caso de bobinado de grandes capacidades,
resulta evidente que es el eje del mandril, así como el conjunto de
la cadena de transmisión desde el motor de arrastre hasta el mismo,
los que quedan sometidos a intensos esfuerzos, dado que resulta
necesario que en cada momento de la realización el eje del mandril
se halle en la posición programada. Simultáneamente con respecto a
los restantes ejes, los cuales se hallan sometidos a cargas muy
inferiores, para describir la trayectoria definida.
Con este tipo de sistemas de gobierno, se produce
una diferencia temporal entre los datos de funcionamiento
transmitidos al motor y la reacción del mandril, desarrollando este
último las funciones de un muelle y almacenando una parte de la
energía suministrada por el motor.
Cada vez que el motor es impulsado a acelerar, se
produce una torsión en la línea de transmisión, lo que determina
que el mandril se retrase en la adopción de la posición gobernada.
Ello puede compensarse mediante unos sistemas anticipadores de
primer y de segundo orden, pero a cambio de una regulación muy fina
y precisa, en función de la rigidez de la transmisión con respecto
a la torsión y de su momento de inercia.
Desgraciadamente, estos parámetros varían no tan
sólo de una a otra capacidad, sino también para una misma capacidad,
durante el proceso de bobinado, a causa de la importancia de la
masa de compuesto depositada en la periferia, pudiendo la inercia
del material compuesto depositado llegar a representar, por
ejemplo, más del 10% de la inercia total al final del proceso de
bobinado, lo que significa que la motorización debe resistir una
variación de inercia de más de un 10% entre el inicio y el final del
proceso de bobinado.
De ello se desprende indefectiblemente, con este
tipo de sistemas de gobierno, la aparición de fenómenos de
"bombeo" durante la realización de las trayectorias que no
permite obtener el compromiso de velocidad/aceleraciones/
precisiones que se trata de alcanzar y que es susceptible, por otra
parte, a causa de las tensiones mecánicas engendradas en la cadena
mecánica de transmisión, de ocasionar averías en la misma o de
destruirla.
En los casos extremos, si se desea alcanzar el
grado deseado de precisión, se corre el riesgo de una
inestabilidad en la colocación en posición del mandril. En efecto,
los datos necesarios para poder obtener el mejor compromiso entre
el tiempo del ciclo y la precisión aumentan la frecuencia de
resonancia de la transmisión mecánica del mandril. Este fenómeno
resulta agravado por el aumento del diámetro que requiere un
posicionamiento angular más preciso.
La presente invención se encamina precisamente a
permitir el bobinado/deposición en contacto
de grandes capacidades recurriendo a un procedimiento de gobierno que pone remedio a los inconvenientes y limitaciones del sistema temporal de go-
bierno.
de grandes capacidades recurriendo a un procedimiento de gobierno que pone remedio a los inconvenientes y limitaciones del sistema temporal de go-
bierno.
A este efecto, la invención tiene por objeto un
procedimiento para el gobierno de la deposición de mechas por
enrollamiento o en contacto sobre estructuras de grandes
dimensiones, en el que la deposición se efectúa sobre un mandril
arrastrado en rotación alrededor de su eje por medio de un
dispositivo de soporte/arrastre apropiado, con ayuda de un cabezal
de deposición apropiado, que puede regularse en posición según un
primer eje de desplazamiento rectilíneo paralelo al eje de rotación
del mandril y un segundo eje de desplazamiento rectilíneo (Y)
ortogonal a dicho eje del mandril, que consiste principalmente:
- -
- en tomar como eje-maestro el eje de rotación del mandril,
- -
- en gobernar el eje-maestro por medio de unas consignas de velocidad de acuerdo con un programa preestablecido,
- -
- en obtener información sobre la posición angular instantánea del mandril durante su movimiento de rotación, y
- -
- a partir de una tabla de trayectoria preestablecida que integra la cinemática del eje-maestro y que da para cada uno de los ejes conducidos los valores de consigna correspondientes a unas posiciones angulares predeterminadas, en supeditar dichos ejes secundarios al eje-maestro en función de la posición angular adoptada por este último, y ello a partir de la posición angular instantánea del eje-maestro, calculando a partir de la referida tabla de trayectorias, para cada posición instantánea del eje-maestro, los valores de consigna correspondientes a cada uno de los ejes conducidos y aplicando dichas consignas a estos ejes secundarios.
Las ventajas esenciales de este sistema de
gobierno estriban en una total estabilidad del mandril y,
consecuentemente, en un mejor grado de precisión en la deposición de
las mechas dado que la misma se efectúa en función de la posición
real del mandril y no a partir de una consigna de posicionamiento
calculada.
Este sistema de gobierno resulta particularmente
apropiado para el bobinado de grandes estructuras que presenten
unas inercias importantes.
La invención tiene igualmente por objeto una
máquina para la puesta en práctica del indicado procedimiento, que
comprende:
- -
- unos medios para soportar y arrastrar en rotación alrededor de su eje horizontal un mandril,
- -
- un cabezal de deposición de mechas, que puede moverse según al menos un primer eje de desplazamiento rectilíneo, paralelo al eje del mandril, y un segundo eje de desplazamiento rectilíneo ortogonal al eje del mandril,
- -
- una estación de bobinas de mechas que alimenta el referida cabezal,
- -
- unos medios de gobierno/control informatizados que incluyen un gobierno numérico y su pupitre de control.
caracterizada porque el referido gobierno
numérico comprende un generador de consignas acoplado a los medios
de gobierno de los diferentes ejes de rotación o desplazamiento, un
interpolador, un gobierno de velocidad y una tabla de trayectorias,
un dispositivo codificador incremental de la posición angular
instantánea del conjunto rotativo del mandril que se halla acoplado
al referido interpolador.
De acuerdo con una forma de puesta en práctica,
el cabezal de deposición puede además orientarse con respecto al
mandril según al menos un eje de rotación y, preferentemente, según
un eje, denominado codo, vertical y ortogonal al referido segundo
eje de desplazamiento, denominado muñeca, ortogonal a los dos
últimos ejes.
De acuerdo con una variante que permite al mismo
tiempo la deposición por arrollamiento y la deposición en contacto,
la máquina comprende además al menos un eje de rotación para
orientar el cabezal de deposición con respecto al mandril.
Ventajosamente, y para permitir una deposición en
contacto más fácil y más precisa, la máquina se halla dotada de
dos ejes suplementarios de rotación del cabezal de deposición
paralelamente con respecto al eje del mandril, respectivamente,
destinados a permitir un desplazamiento en altura del cabezal y una
orientación de este último en dirección al eje del mandril.
El cabezal de deposición se hallará
preferentemente montado de manera intercambiable, en especial en
vistas a sustituir un cabezal de deposición en contacto por un
cabezal de deposición por bobinado.
El dispositivo codificador de la posición angular
instantánea del conjunto del mandril comprende un único codificador
montado, preferentemente, sobre el mandril, pero puede igualmente
hallarse montado sobre el árbol motor, o pueden igualmente preverse
dos codificadores, uno de ellos montado sobre el mandril y el otro
sobre el árbol motor.
De acuerdo con otra característica de la máquina,
se realiza un desacoplamiento en los desplazamientos rectilíneos del
cabezal de deposición paralelamente con respecto al eje del mandril,
disponiendo el cabezal y la estación que determina la tensión de
las mechas sobre un carro de bobinaje montado de manera que puede
moverse paralelamente al eje del mandril sobre un carro que, a su
vez, puede moverse paralelamente con respecto a dicho eje del
mandril. Una disposición de este tipo permite compaginar unas
elevadas aceleraciones del cabezal de deposición con unos modestos
desplazamientos de la masa importante representada por las bobinas
de las mechas, que no se ven implicadas en aquellas.
Otras características y ventajas se desprenderán
de la descripción que sigue relativa al procedimiento que
constituye objeto de la invención y a unas modalidades de su puesta
en práctica, descripción que se da únicamente a título de ejemplo y
haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática en
perspectiva de una máquina de bobinado/deposición en contacto de
grandes capacidades;
- la figura 2 es un bloque de diagramas
ilustrando el principio de gobierno objeto de la invención, y
- la figura 3 es un esquema ilustrando el
principio de desacoplamiento del desplazamiento paralelamente al eje
del mandril del conjunto constituido por las bobinas y el cabezal
de deposición.
En la figura 1 se ha representado con la
referencia 1 un mandril destinado a servir de soporte para el
bobinado de una capacidad de grandes dimensiones, por ejemplo, una
virola cilíndrica provista de unos fondos hemiesféricos anterior y
posterior, que presenta un diámetro de entre cinco y seis metros y
una longitud de una decena de metros.
El mandril 1 se halla montado horizontalmente
entre dos puntas o muñones 2 y 3, uno de los cuales (2) es motriz,
coincidiendo el eje de estas puntas, designado con la referencia
\theta con el eje del mandril 1.
El muñón motor 2 es fijo, mientras que el otro
muñón 3 puede moverse linealmente en dirección hacia el muñón motor
en vistas a posibilitar la recepción de diferentes longitudes, de
acuerdo con la capacidad que en cada caso se trate de realizar.
Lateralmente al mandril 1 y paralelamente al eje
\theta del mismo, puede desplazarse según la dirección X un
primer carro 4 que soporta un segundo carro 5, móvil con respecto
al carro 4 según una dirección horizontal Y, ortogonal al eje
\theta.
El segundo carro 5 soporta un cabezal 6 de
bobinado-deposición en contacto, montado en la
extremidad de un brazo 7 dirigido hacia el mandril 1 y montado de
manera que puede oscilar por su otra extremidad con respecto al
carro 5, alrededor de un eje 8 paralelo al eje \theta.
Por otra parte, el eje 6 se halla montado
rotativo sobre la extremidad de un brazo según tres ejes
cartesianos, a saber, un eje vertical, \beta denominado
"codo", un eje horizontal y ortogonal al eje \theta,
denominado "muñeca", y un eje horizontal 9 de orientación del
cabezal 6 en dirección hacia el eje \theta.
La máquina que se ha esquematizado en la figura 1
comporta, pues, siete ejes de movilidad que permiten que el cabezal
6 quede en disposición de llevar a cabo un bobinado o una deposición
en contacto.
Como se comprende, la disposición que se ha
representado con objeto de obtener los siete ejes de movilidad es
simplemente ilustrativa, dado que resulta posible prever diferentes
esquemas cinemáticos conocidos para conferir al cabezal de
deposición 6 el número de ejes que se desee.
Cada uno de los indicados ejes se halla
gobernado y controlado por medios apropiados, en particular, por un
motor eléctrico.
El mandril 1 es arrastrado por una cadena
cinemática que comprende un motor eléctrico que arrastra, a través
de un reductor, un árbol solidario del mandril.
Un variador de velocidad permite regular la
velocidad de rotación del árbol motor.
Los otros ejes se hallan dotados de medios de
arrastre montados, respectivamente, sobre los carros 4, 5, el brazo
7 el cabezal de deposición 6.
Todos estos medios se hallan conexionados a un
pupitre de control simbolizado con la referencia 10, en el que se
hallan agrupados el gobierno numérico de la máquina, así como
todos los órganos de gobierno y de visualización necesarios para el
funcionamiento del automatismo y un supervisor que permite el
conjunto de las interacciones con el operador con ayuda de un
logiciel de supervisión específico y, de una manera general, todos
los medios de gobierno, control, señalización del funcionamiento
de la máquina.
Sobre el carro 5 se halla montado un conjunto 11
de suministro de mechas al cabezal de deposición 6, comprendiendo
una estación de bobinas y una estación de puesta en tensión de las
muchas suministradas al cabezal de deposición.
La máquina debe poder llevar a cabo, según sean
las necesidades de cada caso, un bobinado longitudinal, con un
ángulo de deposición que puede variar entre 0º y 90º, un bobinado
circunferencial y un bobinado en contacto, y ello utilizando mechas
impregnadas o no.
Cada una de las mechas procede de una de las
bobinas de la estación 11 y se reagrupan varias mechas a nivel de
la estación de tensado para constituir una capa que es suministrada
al correspondiente cabezal de deposición 6.
El bobinado y la deposición en contacto
requieren dos cabezales 6 distintos, siendo ésta la razón de que el
cabezal se halle montado sobre el brazo 7 de una manera
amovible.
Para las operaciones de bobinado, los ejes 8 y 9
se hallan inmóviles y la máquina utiliza cinco ejes, a saber los
ejes \theta, X, Y y \beta y \gamma, debiendo orientarse el
cabezal sobre el eje de la napa en proceso de arrollamiento sobre
el mandril.
Para las operaciones de deposición en contacto se
utilizan los siete ejes, debiendo posicionarse el cabezal 6 en
altitud con respecto al eje 9 en dirección hacia este último con
objeto de entrar en contacto con el mandril según una perpendicular
a la superficie del mismo en el punto de contacto.
El conjunto de la instalación que se ha descrito
es en si bien conocido, al mismo tiempo en lo que afecta a su
estructura como en lo que respecta a su funcionamiento, y no hace
falta describirlo de una manera más detallada.
El sistema funciona habitualmente, por ejemplo,
para llevar a cabo un bobinado, según una forma de gobierno
denominada temporal, en la que cada uno de los ejes \theta, X, Y,
\beta, \gamma, es gobernado independientemente de los restantes,
en función del tiempo, a partir a partir de curvas de trayectorias
preestablecidas.
Si bien este sistema de gobierno resulta adecuado
para realizar estructuras bobinadas de pequeñas o medianas
dimensiones en relación con las cuales la máquina de bobinaje no
presenta ningún eje cargado de manera importante, no sucede lo mismo
cuando se trata de estructuras de grandes dimensiones, a causa de
la masa de las mismas que carga de una forma excesivamente
importante uno de los ejes, concretamente el eje \theta de
rotación del mandril de soporte, lo que, tal como se ha indicado
anteriormente, determina errores de posicionamiento del mandril que
ocasionan una deposición incorrecta de la napa sobre dicho mandril
por el cabezal de deposición.
De acuerdo con la invención, el gobierno temporal
es sustituido por un gobierno del tipo
mando-conducido en el que el eje más cargado, a
saber el eje \theta que arrastra en rotación el mandril 1, es
designado como eje conductor y queda sujeto en su
velocidad-aceleración a unas consignas
preestablecidas, mientras que los restantes ejes X, Y, \beta,
\gamma y eventualmente 8 y 9, constituyen ejes conducidos que se
adaptan a la posición del eje \theta por medio de unas tablas de
trayectorias igualmente preestablecidas y a partir de las
informaciones proporcionadas por un dispositivo codificador sobre
la posición angular instantánea del mandril en el curso de su
movimiento de rotación.
En la figura 2 se ha representado
esquemáticamente un bloque de diagramas de esta forma de
gobierno.
En esta figura 2 se ha representado con la
referencia 12 el motor eléctrico que arrastra el mandril 1,
conexionado a un generador de consignas 13 por medio de un bucle de
determinación de la velocidad 14 que comprende esencialmente un
generador taquimátrico 15.
El generador de consignas 13 se halla igualmente
conexionado en paralelo a cada uno de los ejes gobernados y, más
precisamente, a cada uno de los motores afectados a los ejes X, Y,
\beta, \gamma, 8 y 9.
A efectos de alcanzar una mayor claridad, en la
figura 2 se ha representado uno tan solo de los indicados motores,
concretamente el motor eléctrico 16 que determina, por ejemplo, el
desplazamiento en X del carro 4. Paralelamente con respecto a la
cadena de gobierno del eje X, se hallan acopladas al generador
principal 13 las otras cadenas de gobierno Y, \beta, \gamma, 8
y 9 (que no han sido representadas).
Cada una de las cadenas, tal como la cadena X, se
halla dotada de un bucle 17 de gobierno de la velocidad que
comporta un generador taquimétrico 18.
El generador principal 13 recibe unos valores de
consigna calculados por un interpolador 19 y ponderados por un
factor de gobierno de la velocidad determinado por un gobierno
potenciométrico simbolizado con la referencia 20.
El interpolador 19 se halla conexionado a una
tabla de trayectorias 21, realizada en CFAO y cargada en la memoria
del gobierno numérico CN de la máquina.
El cuadro de trayectorias 21 estable la
correspondencia entre las posiciones de cada uno de los ejes
gobernados y las posiciones incrementales del eje \theta en el
curso de la rotación del mismo para la realización del
correspondiente programa de
bobinado-deposición.
El eje \theta se halla gobernado en velocidad y
la representación gráfica de la variación de velocidad \theta en
el tiempo se efectúa por aproximaciones mediante arcos de parábola
y por segmentos (para los escalones de velocidad), mientras que las
representaciones gráficas de la evolución de los otros ejes (X, Y,
\beta, \gamma, 8 y 9) con respecto a \theta son segmentos de
línea recta, siendo constantes para cada eje, en relación con e las
pendientes de las variaciones de posición de los ejes
\left(\frac{dXi}{d\theta}\right)
El gobierno de la velocidad del mandril se
preestablece en función de las características de la capacidad que
en cada caso se trate de realizar y de acuerdo con la modelización
de la cadena cinemática constituida por el mandril 1, su árbol de
arrastre, el motor de arrastre 12 y el correspondiente reductor,
así como el sistema de variación de la velocidad (bucle 14).
Esta modelización permite determinar la función
de transferencia del sistema motormandril y se utilizará para
definir las variable útiles que se utilizarán seguidamente para
establecer el referido cuadro de trayectorias 21.
Se preven unos bucles de determinación de la
posición del eje X, constituidos por un filtro de corrección
proporcional e integral 22 que utiliza el error de posición (con
ayuda de un codificador 23 conexionado al generador taquimétrico
18) y de un filtro anticipador 24, del primero y del segundo orden,
estando respectivamente acoplados los filtros 22 y 24 al generador
básico 13 y al interpolador 19.
Se prevén unos bucles de gobierno de la posición
del eje X, constituidos por un filtro corrector proporcional e
integral 22 que utiliza el error de posicionamiento (con auxilio
de un codificador 23 acoplado al generador taquimétrico 18) y de un
filtro anticipador 24, del primero y del segundo orden, estando
respectivamente acoplados los filtros 22 y 24 al generador básico 13
y al interpolador 19.
El interpolador 19, por medio de un dispositivo
codificador incremental 25 acoplado al generador taquimétrico 15,
recupera la posición real del eje \theta del mandril 1.
Explorando y utilizando el cuadro de trayectoria 21, este
interpolador calcula las consignas teóricas para la velocidad
\theta (\thetac), así como las posiciones (Xcl) de los
restantes ejes (X, Y, \beta, \gamma, 8, 9).
Además, el interpolador transmite a los
anticipadores (24) de los otros ejes los valores de la
pendiente
\left(\frac{dXi}{d\theta}\right)
de cada eje para el segmento de
bobinado-deposición que se está
efectuando.
El generador de consigna 13 recupera los valores
de consigna calculado por el interpolador 19, los pondera, tal
como se ha indicado anteriormente, del factor de gobierno de
velocidad de \theta y actúa sobre los bucles de gobierno de
\theta y de los restantes ejes (X, Y, \beta, \gamma, 8 y
9).
Los filtros de corrección 22 y el anticipador 24
recuperan las consignas calculadas por el generador 13, las
pendientes suministradas por el interpolador 19 y las informaciones
de los codificadores (23) para calcular los gobiernos de los
motores (16).
El dispositivo codificador 25 puede comprender un
solo codificador asociado al motor 12, tal como se ha representado
en la figura 2, o al mandril 1, o bien dos codificadores distintos
uno de ellos acoplado al motor 12 y el otro al mandril 1, siendo en
este último caso función de estos dos codificadores la señal
transmitida al sistema numérico de gobierno CN.
Si el conficador 25 se halla instalado sobre el
motor 12, en la modelización de la cadena cinemática debe tenerse en
cuenta la torsión del árbol de la transmisión.
Por otra parte, resulta necesario que el
condificador de posición 25 sea de alta resolución y posea un número
de puntos tan elevado como resulte posible, con objeto de poder
alcanzar el grado de precisión y de resolución requeridos en la
deposición de las mechas.
Una forma de gobierno de este tipo garantiza una
total estabilidad del mandril y, consecuentemente, un mayor grado
de precisión en la deposición de las mechas dado que la misma se
efectúa en función de la posición real del mandril y ya no como
consecuencia de una consigna de posición calculada para cada
eje.
En efecto, sobre el eje \theta, que es el más
cargado, se realiza una buena precisión de gobierno, mientras que
para los restantes ejes, que presentan una inercia y una
flexibilidad despreciables, puede realizarse fácilmente el gobierno
de su posición a partir de las consignas proporcionadas por el
Calculo. Sea cual sea el grado de flexibilidad del eje \theta y
su dificultad para hallarse en una posición programada en un
instante determinado, se tiene siempre la seguridad de que los ejes
X, Y, \beta, \gamma, 8 y 9 estarán acordados al eje
\theta.
Esta forma de gobierno no queda sujeta a ninguna
limitación en términos de inercia y de flexibilidad del eje
\theta y no requiere ninguna regulación especial en lo que afecta
a los cambios que pueda experimentar la inercia de la capacidad o
de la estructura que se trate de bobinar.
El sistema, por otra parte, resulta totalmente
adaptable a la descripción sucesiva de motivos de deposición
idénticos, como ocurre en el caso de un bobinado, en el que una
capa se halla constituida por la repetición de n bucles descritos
siguiendo la misma trayectoria, encadenándose cada bucle en la
continuidad del bucle precedente.
Sin embargo, al estar constituido por la rotación
del eje del mandril el parámetro de evolución del seguimiento de la
trayectoria, el sistema de gobierno que constituye objeto de la
invención halla un límite más allá de un determinado nivel de
velocidad de rotación del eje \theta, pudiendo tropezarse con
esta limitación en el supuesto de una deposición en contacto o en el
supuesto de un bobinado con un ángulo de deposición excesivamente
reducido o nulo (bobinado longitudinal).
Puede subsanarse parcialmente este inconveniente
utilizando un codificador 25 de muy alta resolución.
De una manera más general, de acuerdo con otra
característica de la máquina objeto de la invención, resultará
necesario conmutar la misma desde la forma de gobierno
conductor-conducido hacia una forma temporal de
tipo tradicional.
A este efecto, y de una manera muy simple, el
mando numérico CN puede programarse para sustituir en las entradas
del generador de consigna 13 un sistema de gobierno de la velocidad
de cada uno de los ejes X, Y, \beta, \gamma 8 y 9
independientemente, en función del tiempo, en lugar de los elementos
13, 19, 20 y 21 de la figura 2. Un sistema de gobierno de la
velocidad de este tipo opera por simple lectura de un cuadro de
trayectorias que comprende las posiciones calculadas en el tiempo
para cada uno de los referidos ejes.
La conmutación permite igualmente utilizar la
misma máquina para bobinar capacidades de reducida inercia (en un
sistema de gobierno temporal) y capacidades de gran inercia (en un
sistema de gobierno conductor-conducido).
En la figura 3 se ha ilustrado una variante de
realización de la máquina en la que se ha realizado un
desacoplamiento del desplazamiento según el eje X.
A este efecto, el carro 4', móvil en X, soporta
la estación de bobinas 11' así como un carro 4'', denominado de
bobinaje, montado móvil sobre el carro 4' según un eje X' paralelo
al eje X.
El carro 4'' soporta un brazo oscilante 7',
análogo al brazo 7, así como la estación 11'' de tensado y
presentación de las mechas al cabezal de deposición 6' en la
extremidad del brazo 7'. La basculación del brazo 7' garantiza el
desplazamiento en Y del cabezal de deposición de las mechas M sobre
el correspondiente mandril 1.
Una disposición de este tipo permite alcanzar una
notable aceleración del cabezal de deposición sin implicar el
desplazamiento de la masa importante de las bobinas de la estación
11' montadas sobre el carro seguidor 4' que se desplaza una
velocidad inferior a la del carro 4''.
Como se comprende, la invención no queda
limitada a las formas de puesta en práctica que han sido
representadas y han quedado descritas, sino que, por el contrario,
cubre todas las variantes y puede aplicarse a otras configuraciones
de máquinas, en particular en lo que hace referencia a los
diferentes ejes de movilidad del cabezal de deposición con respecto
a la máquina.
Claims (12)
1. Procedimiento de gobierno de la deposición de
mechas por enrollamiento o en contacto sobre estructuras de grandes
dimensiones, en el que la deposición se efectúa sobre un mandril
(1) arrastrado en rotación alrededor de su eje (\theta) por un
dispositivo de soporte/arrastre apropiado, por medio de un cabezal
de deposición (6) apropiado, regulable en posición según al menos un
primer eje de desplazamiento rectilíneo (X) paralelo al eje de
rotación (\theta) del mandril y un segundo eje de desplazamiento
rectilíneo (Y) ortogonal al referido eje del mandril,
caracterizado porque consiste:
- -
- en tomar como eje maestro el eje de rotación (\theta) del mandril,
- -
- en gobernar el eje maestro (\theta) por medio de consignas de velocidad siguiendo un programa preestablecido,
- -
- en obtener información de la posición angular instantánea del mandril en el curso de su rotación, y
- -
- a partir de una tabla de trayectoria preestablecida (21) que integra la cinemática del eje maestro y que da para cada eje conducido los valores de consigna correspondientes a dos posiciones angulares predeterminadas del eje maestro, en subordinar los restantes ejes (X, Y, \beta, \gamma, 8, 9) denominados ejes conducidos el eje maestro en función de la posición angular de este último y ello, a partir de la posición angular instantánea del eje maestro (\theta), calculando a partir de dicha tabla de trayectoria (21), para cada posición instantánea del eje maestro, los valores de consiga correspondientes de cada uno de los ejes conducidos y aplicando estas consignas a los referidos ejes conducidos (X, Y, \beta, \gamma 8, 9).
2. Máquina para la puesta en práctica del
procedimiento según la reivindicación1, comprendiendo:
- -
- medios (2, 3) para soportar y accionar en rotación un mandril (1), en posición horizontal, alrededor de su eje (\theta);
- -
- un cabezal (6) de deposición de mechas, móvil según al menos un primer eje de desplazamiento rectilíneo (X) paralelo al eje (\theta) del mandril y un segundo eje de desplazamiento rectilíneo (Y) ortogonal al eje del mandril;
- -
- una estación (11) de bobinas de mechas que alimenta el referido cabezal (6);
- -
- medios (10) de gobierno/control informatizados incluyendo un gobierno numérico (CN) y su pupitre de control;
caracterizada porque el referido gobierno
numérico (CN) comprende un generador (13) conecionado a los medios
de gobierno de los diferentes ejes de rotación o desplazamiento
(\beta, \gamma, X, Y), un interpolador (19), un sistema de
gobierno de la velocidad (20) y un cuadro de trayectoria (21),
estando conexionado a dicho interpolador (19) un dispositivo
codificador incremental (25) de la posición angular instantánea del
conjunto rotativo del mandril.
3. Máquina según la reivindicación 2,
caracterizada porque comporta además al menos un eje de
rotación (\beta) del cabezal de deposición (6).
4. Máquina según la reivindicación 3,
caracterizada porque comprende un eje de rotación del cabezal
(6) denominado codo (\beta), vertical y ortogonal al segundo eje
de desplazamiento (Y) y un eje de rotación del cabezal (6),
denominado muñeca (\gamma), ortogonal a los dos últimos ejes.
5. Máquina según la reivindicación 4,
caracterizada porque presenta, además, dos ejes
suplementarios (8, 9) de rotación del cabezal de deposición (6)
paralelamente al eje (\theta) del mandril (1), con objeto de
permitir una deposición en contacto por medio de un cabezal
apropiado.
6. Máquina según una de las reivindicaciones 2 a
5, caracterizada porque el dispositivo codificador comprende
un codificador asociando al motor (12) de arrastre del mandril
(1).
7. Máquina según una de las reivindicaciones 2 a
5, caracterizada porque el dispositivo codificador comprende
un codificador asociado al mandril (1).
8. Máquina según una de las reivindicaciones 2 a
5, caracterizada porque el dispositivo codificador comprende
dos codificadores, uno de ellos asociado al motor (12) de
accionamiento del mandril (1) y el otro asociado al mandril
(1).
9. Máquina según una de las reivindicaciones 2 a
8, caracterizada porque el motor (12) de arrastre del
mandril (1) es gobernado por un bucle de velocidad (14).
10. Máquina según una de las reivindicaciones 2 a
9, caracterizada porque el motor de gobierno de cada uno de
los ejes secundarios (X, Y, \beta, \gamma, 8, 9) es gobernado
por un bucle de velocidad (17).
11. Máquina según la reivindicación 10,
caracterizada porque cada uno de los ejes secundarios (X, Y,
\beta, \gamma, 8, 9) se halla además gobernado en posición por
medio de un filtro corrector proporcional e integral (22) que toma
en consideración los errores de posición detectador por medio de un
codificador (23) y de un filtro anticipador (24).
12. Máquina según una de las reivindicaciones 2 a
11, caracterizada porque se realiza un desacoplamiento entre
los desplazamientos rectilíneos (X) del cabezal de deposición
paralelamente al eje (\theta) del mandril, disponiendo el cabezal
(6') y la estación de tensado de las mechas (11') sobre un carro de
bobinaje (4'') montado móvil paralelamente con respecto al eje del
mandril, sobre un carro (4') que, a su vez, se halla montado de
manera que puede moverse paralelamente con respecto al referido eje
del mandril.
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