Estado del arte en la fabricación de grandes productos Mikel Zatarain Ideko-IK4 mzatarain@ideko.es 1
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 2
Potencia eólica instalada en el mundo 3
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 4
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 5
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!!! 6
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 7
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 8
Problemática en máquinas de grandes dimensiones Módulo laser tracer, Multilateralización 9
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 10
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 11
Fiduciales Alexandria 12
Bogie ferrocarril, problemática de centrado en máquina Garantizar sobremateriales Proporcionar rigidez para el mecanizado No deformar la pieza al amarrar 13
Bogie de ferrocarril, centrado en máquina, deformaciones por el utillaje 14
Torneado hélice, centrado en máquina Garantizar sobremateriales Preforma de la hélice quede razonablemente centrada 15
Piezas grandes, centrado de pieza en bruto Sobremateriales Mantenimiento de ejes pieza en el reamarre 16
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 17
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 21
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 22
Referencias de pieza por visión artificial 23
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?) 24
Deformaciones por el amarre: amarres inteligentes 25
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 26
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 27
Tricept (cinco ejes) sobre grandes desplazamientos en 3 ejes Máquina de elevada dinámica y desplazamientos limitados sobre máquina de grandes desplazamientos 28
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 29
Máquinas portables 30
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. 31
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 32
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) 33