ES2209360T3 - Instalacion de corte de metales provistas de una antorcha de corte y de una sonda capacitiva detectora. - Google Patents
Instalacion de corte de metales provistas de una antorcha de corte y de una sonda capacitiva detectora.Info
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Abstract
Instalación de trabajo, en particular de corte o de soldadura, de al menos una pieza metálica, que comprende: - al menos un bastidor-soporte fijo provisto de al menos una antorcha (1) de trabajo móvil; - al menos un dispositivo de detección (2, 3, 4) que comprende al menos una sonda capacitiva (2, 4) y medios de accionamiento (3); - un primer medio de conexión (7, 17) longilíneo y eléctricamente conducto conectado por un extremo río arriba (7¿, 17¿) a los indicados medios de accionamiento (3) y por un extremo río abajo (7¿, 17¿) a la indicada sonda capacitiva (2, 4), caracterizada porque comprende, además: - un segundo medio de conexión (8, 18) longilíneo y eléctricamente conductor, conectado por su extremo río arriba (8¿, 18¿) a los indicados medios de accionamiento (3) y cuyo extremo río abajo (8¿, 18¿) es libre.
Description
Instalación de corte de metales provista de una
antorcha de corte y de una sonda capacitiva detectora.
La invención se refiere a una máquina de trabajo,
en particular de corte, de piezas metálicas que utiliza, por una
parte, una antorcha de trabajo, en particular un soplete o una
antorcha de corte de plasma, y, por otra parte, una sonda capacitiva
detectora utilizada para determinar y regular la distancia que
separa la indicada antorcha de la pieza a trabajar, en particular a
cortar.
Habitualmente, cuando se desea realizar un corte
o una soldadura de una o varias piezas metálicas por medio de una
máquina automática que comprende una antorcha de trabajo, dicha
antorcha de soldadura o de corte, dispone de un sistema de control
y de regulación de la distancia que separa la antorcha de la pieza a
cortar o soldar.
La operación que trata de determinar y de ajustar
la distancia útil/pieza se denomina corrientemente detección.
Actualmente, los sistemas de detección utilizados
que equipan las instalaciones de corte que incorporan un soplete o
una antorcha automática de corte por plasma son captadores en forma
de anillos denominados sondas capacitivas.
Durante su funcionamiento, estos sistemas no
necesitan contacto directo entre el detector y la chapa o la pieza
metálica a trabajar, particularmente a cortar.
En efecto, el modo de funcionamiento de este tipo
de sonda capacitiva está basado en una determinación del valor de
capacidad existente en el espacio o intervalo que separa la sonda
capacitiva de la chapa a trabajar.
Después de la determinación, el valor de
capacidad se transmite a un sistema electrónico de accionamiento que
tiene en cuenta este valor de capacidad para accionar un
dispositivo de servomecanismo que permite desplazar la antorcha y la
sonda capacitiva fijada a esta, es decir el conjunto antorcha/sonda
capacitiva, en un plano sensiblemente paralelo al plano de la pieza
a trabajar, conservando un valor de capacidad sensiblemente
constante y por consiguiente una distancia igualmente constante
entre la antorcha y la pieza a trabajar. Un sistema de este tipo se
describe en Automobil - Industrie - Nº 4, 1982, páginas
435-438, un artículo de Karl-Heinz
Schmall. El preámbulo de la reivindicación 1 se basa en dicho
sistema.
En otras palabras, un dispositivo de detección
para máquina automática de corte o de soldadura de metales
comprende, en general, una sonda capacitiva, habitualmente en forma
de anillo, fijada a la antorcha, y un cable eléctrico de conexión
que permite la conexión entre la sonda capacitiva y los medios de
accionamiento.
Ahora bien, con el fin de poder mantener una
distancia sensiblemente constante entre el útil, es decir, la
antorcha y la pieza metálica, es necesario que el valor de
capacitancia de la sonda capacitiva no sea perturbado, durante su
funcionamiento, por variaciones de las capacitancias parásitas y
esto, no obstante del entorno hostil, a saber, particularmente, la
temperatura elevada, el humo generado y las proyecciones de metal
en fusión.
En efecto, el valor de la capacitancia que reina
entre la sonda capacitiva y la pieza a cortar es solamente de
algunos picofaradios, lo cual es un valor muy bajo.
Ahora bien, el valor de la capacitancia parásita
de un cable de conexión o de unión es habitualmente de 10 a 100
veces superior al de la medición útil y esto, incluso cuando se
tiene cuidado de utilizar cables coaxiales especiales, es decir
cables de capacidad muy baja intrínseca.
Se comprende pues fácilmente que realizar una
medición de capacitancia en estas condiciones no es cosa fácil.
Además, durante una operación de corte la sonda
capacitiva recibe a menudo, en el momento del inicio del corte,
escorias de metal en fusión que pueden fijarse sobre esta
produciendo entonces una variación intempestiva del valor de la
capacitancia y por consiguiente un desplazamiento no deseado de la
antorcha con relación a la pieza, de cuyo desplazamiento puede
resultar una baja notable de las calidades del corte, por ejemplo
una adherencia indeseable de escorias sobre los bordes del sangrado,
una anchura y/o una rectitud inapropiadas o inadecuadas de la
ranura de corte.
Por otro lado, la sonda capacitiva y su cable de
conexión experimentan habitualmente también variaciones de
temperatura bastante importantes que producen un cambio de las
características de su dieléctrico y por consiguiente, de forma
análoga, una variación del valor de capacidad y, por ello mismo, de
la altura de detección.
El problema que se plantea es por consiguiente
poder disponer de un sistema de medición fiable y preciso del valor
de capacitancia que no presente los inconvenientes anteriormente
mencionados, es decir de poder proponer un sistema de detección
eficaz que no sea afectado, en particular, por las capacitancias
parásitas producidas por los cables de conexión o análogos.
La presente invención se refiere entonces a una
instalación de trabajo, en particular de corte o de soldadura, de
al menos una pieza metálica, que comprende:
- -
- al menos un bastidor-soporte provisto de al menos una antorcha de trabajo móvil;
- -
- al menos un dispositivo de detección que comprende al menos una sonda capacitiva y medios de accionamiento;
- -
- un primer medio de conexión longilíneo y eléctricamente conductor conectado por un extremo río arriba a los indicados medios de accionamiento y por un extremo río abajo a la indicada sonda capacitiva, caracterizada porque comprende, además:
- -
- un segundo medio de conexión longilíneo y eléctricamente conductor, conectado por su extremo río arriba a los indicados medios de accionamiento y cuyo extremo río abajo es libre.
Según el caso, la instalación de acuerdo con la
invención comprende una o varias de las características
siguientes:
- -
- los indicados primero y segundos medios de conexión presentan aproximadamente las mismas propiedades o características de dieléctrico, es decir que el dieléctrico del primer medio de conexión es aproximadamente igual o equivalente al dieléctrico del segundo medio de conexión.
- -
- el primer medio de conexión tiene una primera longitud L1 y el segundo medio de conexión tiene una segunda longitud L2, siendo las indicadas primera y segunda longitudes L1, L2 sensiblemente iguales;
- -
- las primera y segunda longitudes L1, L2 están comprendidas entre 20 cm y 150 cm;
- -
- los primero y segundos medios de conexión están separados por una distancia D comprendida entre aproximadamente 2 mm y aproximadamente 30 mm;
- -
- los indicados primero y segundos medios de conexión están constituidos por un mismo material y/o tienen una misma sección;
- -
- los primero y segundos medios de conexión son elegidos entre los cables y las barras metálicas, de preferencia los primero y segundos medios de conexión son dos barras metálicas paralelas;
- -
- al menos una parte de los indicados primero y segundos medios de conexión está situada en el interior de una cubierta de protección, de preferencia un tubo metálico de protección;
- -
- la sonda capacitiva está fijada a la antorcha de corte o de soldadura, de preferencia por mediación de una articulación o de una pieza flexible;
- -
- la antorcha es elegida entre las antorchas de corte láser, las antorchas de corte por plasma o los sopletes de oxicorte.
Además, la invención se refiere igualmente a un
conjunto monobloque susceptible de constituir un dispositivo de
detección tal como se ha mencionado anteriormente.
La invención se describirá ahora con más detalle
con la ayuda de dos modos de realización, dados a título ilustrativo
pero no limitativo, y haciendo referencia a las figuras
adjuntas.
La figura 1 representa el esquema de un primer
modo de realización de una instalación según la invención, la cual
comprende una antorcha de corte 1 móvil según un eje vertical (z,
z') y provista de un dispositivo de detección que comprende, por una
parte, una sonda capacitiva 2 de detección y, por otra parte, de
medios de accionamiento 3 que comprenden una caja electrónica, es
decir un control de altura d que separa la antorcha 1 de la
superficie superior de la pieza metálica a trabajar, y un sistema de
control clásico que actúa sobre un sistema de desplazamiento
motorizado que permite desplazar la antorcha 1 hasta que la sonda 2
conectada con la antorcha 1 mida el valor de capacitancia deseado
que representa la altura d deseada y fijada por el control de
altura.
Como se aprecia en la figura 1, la sonda 2
capacitiva comprende una parte de extremo en forma de anillo 4 que
rodea el extremo río debajo de la antorcha 1, es decir el extremo de
la antorcha 1 más próximo de la pieza 5 a cortar.
La sonda 2 está fijada a la antorcha 1 por
mediación de una articulación 6 tal que el extremo río debajo de la
antorcha 1 pueda posicionarse en el anillo 4.
Un primer cable 7 de conexión está fijado por su
extremo río abajo 7' a la sonda 2 capacitiva y por su extremo río
arriba 7'' a la caja electrónica 3.
De forma análoga, un segundo cable 8 de
preferencia paralelo al primer cable 7, tiene, en cuanto a él, su
extremo río arriba 8'' igualmente conectado con la caja electrónica
3 y su extremo río abajo 8' libre.
Por paralelo, se entiende que la distancia D de
separación de los dos cables 7 y 8 es sensiblemente constante, pero
que los dos cables 7 y 8 no son forzosamente rectilíneos.
Según la presente invención, se eligen dos cables
7 y 8 que presentan propiedades de dieléctrico respectivas idénticas
o muy parecidas una de la otra, de preferencia idénticas una de la
otra.
De preferencia, la distancia D que separa el
primer cable 7 del segundo cable 8 es del orden de 20 a 50 mm, de
preferencia del orden de 30 mm, de forma que los dos cables 7 y 8 se
encuentren en el mismo entorno local de trabajo, es decir sometidos
a las mismas tensiones.
La figura 2 representa un segundo modo de
realización de una instalación según la invención, en todo punto
análoga a la figura 1, a excepción del hecho de que, según la figura
2, los primero y segundo cables 7 y 8 flexibles de la figura 1 han
sido sustituidos por dos barras metálicas 17 y 18.
Más precisamente, la primera barra 17 permite
conectar la sonda capacitiva 2 a la caja electrónica 3, mientras que
la segunda barra metálica 18 solo está conectada por su extremo río
arriba a la caja 3, estando su extremo río abajo libre.
Las dos barras metálicas 17 y 18 están, por otro
lado, situadas en paralelo en el interior de una cubierta de
protección, tal como un tubo metálico 19, que sirve de pantalla a
todo elemento externo que pueda modificar la capacitancia de una u
otra de las indicadas barras 17 y 18.
De preferencia, las barras 17 y 18 presentan las
mismas características de dieléctrico, es decir que se eligen barras
17 y 18 sensiblemente idénticas, a saber barras de idéntico
material, por ejemplo barras de acero inoxidable.
En otras palabras, las barras 17 y 18 forman, con
el tubo 19, dos capacitancias sensiblemente idénticas y experimentan
variaciones muy similares en función de las variaciones del entorno
local, particularmente las tensiones de temperatura, de humedad, de
composición de la atmósfera...
Por ejemplo, cuando la temperatura ambiente
varía, la temperatura de las dos barras 17 y 18 varía de forma
análoga, lo cual tiene por consecuencia no perturbar la medición de
capacitancia, ya que los valores de capacitancias respectivas de
cada una de las dos barras 17 y 18 varían de la misma manera y en
paralelo con relación al tubo 19.
Además, se aprecia en la figura 2 que, según este
modo de realización, la sonda capacitiva 2 está fijada en el extremo
río debajo de la barra metálica 17 por mediación de una pieza 20
metálica flexible, con el fin de evitar las capacitancias parásitas
y otros problemas de contacto eléctrico.
Por otro lado, se aprecia igualmente que los
medios de accionamiento, es decir la electrónica de medición, están
introducidos en una caja 3 electrónica, cuya caja 3 electrónica está
directamente fijada por encima de las dos barras metálicas 17 y 18,
lo cual permite con ello también, evitar o minimizar las capacidades
parásitas y otros problemas de contacto eléctrico.
De preferencia, el conjunto constituido por la
sonda 2 capacitiva, las barras metálicas 17 y 18 y la caja
electrónica 3 está fijado en un sistema 10 de subida y bajada según
el eje (z, z'), por ejemplo un sistema por gato neumático que
permite alejar la sonda capacitiva 2 de la chapa 5 a cortar en el
momento del inicio del corte y evitar así que la sonda 2 capacitiva
sea deteriorada o perturbada por proyecciones de escorias.
En otras palabras, durante le inicio del sistema
10 es accionado para provocar un alejamiento momentáneo del anillo 4
de la chapa a cortar; el dispositivo de detección que queda, en
cuanto al mismo, momentáneamente inmovilizado, tal como se ha
esquematizado en la figura 3.
Así, se puede observar, comparando las figuras 2
y 3, que el anillo 4 de la sonda 2 de detección se encuentra más
alejado de la pieza 5 a cortar, cuando la antorcha 1 se encuentra en
posición de inicio del corte (figura 3) que cuando ésta se encuentra
en posición de trabajo, es decir de corte propiamente dicho (figura
2).
En efecto, en posición de inicio la distancia d'
entre el anillo 4 y la pieza 5 es claramente superior a la distancia
d' entre el anillo 4 y la pieza 5, en posición de corte.
El modo de realización de la figura 2 presenta
una ventaja indiscutible con relación al modo de realización de la
figura 1, dado, en el caso de la figura 2, que el conjunto
monobloque constituido por la sonda 2 capacitiva, las barras 17 y 18
y la caja 3 electrónica forman un conjunto monobloque que puede
colocarse sin modificar el equilibrio de los valores de capacitancia
parásita.
Hay que notar que una instalación según la
presente invención puede estar provista de varios sopletes o
antorchas, tales como antorchas de corte láser o plasma.
Las figuras 4 y 5 ilustran, en cuanto a las
mismas, el principio de funcionamiento de la sonda 2 capacitiva y de
la caja 3 electrónica o medios de accionamiento.
Así como se ha mencionado, una sonda capacitiva 2
es un órgano de detección que permite detectar el valor de
capacitancia en el espacio situado entre el anillo 4 de la sonda y
la pieza 5 a trabajar, midiéndose este valor de capacitancia por la
caja 3 electrónica de control, transformándose luego en un dato
representativo de la tensión eléctrica.
Así como se ha representado en la figura 5, se
aprecia que la imagen de la distancia d que separa el anillo 4 de la
sonda 2 capacitiva de la pieza 5 puede representarse por un valor de
tensión U (en voltios) que aumenta cuando la distancia d (en mm)
disminuye.
Se aprecia, en la figura 5, que la tensión U
disminuye de 9 voltios a 2 voltios, cuando la distancia d aumenta
progresivamente de 0 a 20 mm.
Así, para una tensión de aproximadamente 5
voltios, la distancia d es de aproximadamente 3 mm, mientras que
para una tensión de 2 voltios, la distancia d es de aproximadamente
20 mm, en este caso.
En otras palabras, la tensión eléctrica U varía
aumentando brutalmente cuando la distancia d se vuelve muy
pequeña.
Habida cuenta de lo que antecede, es igualmente
posible utilizar la forma geométrica y la posición de la sonda 2
capacitiva como dispositivo de detección de colisión además de la
función primera de detección.
En efecto, durante una operación de corte de
pieza metálica, la antorcha de corte se desplaza habitualmente en un
plano paralelo (x, x', y, y') a la chapa 5 a cortar, y la distancia
d entre el extremo de la antorcha 1 de corte, por consiguiente entre
la sonda 2 y la chapa 5 a cortar, se encuentra generalmente
comprendida entre 5 y 20 mm según la potencia que deba
utilizarse.
Una operación de corte de este tipo de una pieza
5 en el seno de una chapa 5' de mayores dimensiones, ha sido
representada en la figura 6 donde se aprecia una antorcha 1 de corte
que realiza una ranura 30 en el seno de la chapa 5'.
La indicada antorcha 1 se mantiene a una
distancia d sensiblemente constante de la chapa 5' gracias a un
sistema de detección que comprende una sonda capacitiva 2 provista
de un anillo 4 terminal. Este sistema de detección está directamente
fijado al cuerpo de antorcha 1 y se desplaza con la indicada
antorcha 1 en el plano (x, x', y, y') o verticalmente según el eje
(z, z'). Se observa que este dispositivo de detección no es según la
invención, ya que en la figura 6 no existen segundos medios de
conexión.
Inmediatamente después de haber sido cortadas,
las piezas 5 pueden no estar inmóviles y bascular brutalmente sobre
el soporte o la mesa de corte, antes de que el dispositivo de
detección 2, 4 haya tenido el tiempo de retroceder la antorcha
1.
Pueden entonces producirse colisiones entre la
antorcha 1 y/o la sonda 2, 4 y la pieza 5 durante su basculamiento,
cuyas colisiones son perjudiciales a la antorcha 1 y/o para la sonda
y susceptibles de producir una parada intempestiva de la
instalación, un coste de reparación y pérdidas de productividad.
Para remediarlo, es posible utilizar la sonda 2
capacitiva como sistema de detección de colisión entre la antorcha 1
y la sonda 2, por otra parte, y la chapa 5 o las piezas a cortar,
por otra parte.
Para ello, se puede programar, a nivel de la caja
electrónica 3 de medición, un umbral de colisión con un valor de
tensión U predeterminada, por ejemplo igual a 6 voltios.
Entonces, en caso de contacto de la sonda 2 con
una pieza 5 a cortar, la tensión pasará brutalmente del valor de
trabajo, por ejemplo aproximadamente 3 voltios al valor de contacto,
es decir aproximadamente 9 voltios, y disparar la señal de colisión,
cuya señal de colisión será inmediatamente usada por la caja
electrónica 3 para detener el movimiento de los útiles y evitar así
su deterioro.
Para ellos, basta con añadir una tarjeta
electrónica en la caja electrónica de control 3.
En este caso, la sonda capacitiva cumple dos
funciones, a saber la función de captador de detección al comienzo y
durante la operación de corte y la función de captador de colisión
al final de la operación de corte.
Claims (9)
1. Instalación de trabajo, en particular de corte
o de soldadura, de al menos una pieza metálica, que comprende:
- -
- al menos un bastidor-soporte fijo provisto de al menos una antorcha (1) de trabajo móvil;
- -
- al menos un dispositivo de detección (2, 3, 4) que comprende al menos una sonda capacitiva (2, 4) y medios de accionamiento (3);
- -
- un primer medio de conexión (7, 17) longilíneo y eléctricamente conducto conectado por un extremo río arriba (7'', 17'') a los indicados medios de accionamiento (3) y por un extremo río abajo (7', 17') a la indicada sonda capacitiva (2,4), caracterizada porque comprende, además:
- -
- un segundo medio de conexión (8, 18) longilíneo y eléctricamente conductor, conectado por su extremo río arriba (8'', 18'') a los indicados medios de accionamiento (3) y cuyo extremo río abajo (8', 18') es libre.
2. Instalación según la reivindicación 1,
caracterizada porque los indicados primero (7, 17) y segundos
(8, 18) medios de conexión presentan unas
propiedades dieléctricas respectivas
sensiblemente idénticas, de preferencia los indicados primero (7,
17) y segundos (8, 18) medios de conexión están constituidos por un
mismo material y/o tienen una misma sección.
3. Instalación según una de las reivindicaciones
1 ó 2, caracterizada porque el primer medio de conexión (7,
17) tiene una primera longitud (L1) y el segundo medio (8, 18) de
conexión tiene una segunda longitud (L2), siendo las indicadas
primera y segundas longitudes (L1, L2) sensiblemente
iguales.
iguales.
4. Instalación según la reivindicación 3,
caracterizada porque las primera y segunda longitudes (L1,
L2) se encuentran comprendidas entre 20 cm y 150 cm.
5. Instalación según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizada porque los primero (7, 17) y segundos
(8,18) medios de conexión están separados por una distancia d
comprendida entre 2 mm y 50 mm, de preferencia del orden de 30
mm.
6. Instalación según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizada porque los primero (7, 17) y segundos
(8, 18) medios de conexión son elegidos entre los cables y las
barras metálicas, de preferencia los primero (7, 17) y segundos (8,
18) medios de conexión son dos barras metálicas paralelas y de
idéntica longitud.
7. Instalación según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizada porque al menos una parte de los
indicados primero (7, 17) y segundos (8, 18) medios de conexión está
situada en el interior de una cubierta (19) de protección, de
preferencia un tubo metálico de protección.
8. Instalación según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizada porque la sonda capacitiva (2, 4) está
fijada a la antorcha (1) de trabajo, de preferencia por mediación de
una articulación (6, 20) o de una pieza flexible.
9. Instalación según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizada porque la antorcha (1) es elegida entre
las antorchas de corte láser, las antorchas de corte de por plasma o
los sopletes de oxicorte.
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