Descrizione dell?invenzione avente per titolo:Description of the invention entitled:
?SISTEMA E METODO PER LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA MODULARE DI IMPIANTI ANTINCENDIO A LETTURA AUTOMATICA DI MODELLI GEOMETRICI TRIDIMENSIONALI??SYSTEM AND METHOD FOR THE RAPID MODULAR PROTOTYPING OF FIRE-FIGHTING SYSTEMS WITH AUTOMATIC READING OF THREE-DIMENSIONAL GEOMETRIC MODELS?
DescrizioneDescription
Campo della tecnicafield of technique
L?invenzione si riferisce ad un sistema di macchine robotizzate per la realizzazione di impianti antincendio modulari prefabbricati secondo una metodologia di prototipazione rapida che passa da una progettazione CAM 3D in grado di essere ?letta? autonomamente dalla macchina stessa.The invention refers to a system of robotic machines for the construction of prefabricated modular fire-fighting systems according to a rapid prototyping methodology which passes from a 3D CAM design capable of being ?read? independently of the machine itself.
Arte notaKnown art
La prototipazione rapida (RP) ? spesso definita come l?insieme di tutte le tecnologie che rendono possibile la produzione di un prototipo in tempi molto ridotti (rispetto alla prototipazione convenzionale) e con estrema facilit?, riducendo inoltre anche i costi di realizzazione. Generalmente si parte da un modello 3D realizzato con un software CAD (Computer Aided Design) tridimensionale. Attraverso varie fasi e sottoponendo il modello a diverse procedure, si arriva a ?tradurlo? in un modello fisico e reale che, di fatto, pu? costituire un vero e proprio prototipo. Tuttavia, sebbene i metodi additivi stiano cominciando a prendere piede sul mercato, ad oggi non esiste ancora una definizione univoca del processo di prototipazione rapida, nonch? di una sua ben comprovata metodologia di attuazione.Rapid prototyping (RP) ? often defined as the set of all the technologies that make it possible to produce a prototype in a very short time (compared to conventional prototyping) and with extreme ease, also reducing production costs. Generally we start from a 3D model created with a three-dimensional CAD (Computer Aided Design) software. Through various phases and by subjecting the model to various procedures, it is possible to ?translate it? in a physical and real model that, in fact, can? create a real prototype. However, although additive methods are starting to take hold on the market, to date there is still no unambiguous definition of the rapid prototyping process, as well as? of its well-proven implementation methodology.
Nel settore della componentistica meccanica complessa, inoltre, tale mancanza sistemica si manifesta in maniera ancor pi? evidente per via dell?ancor largo uso di lavorazioni convenzionali e metodologie cantieristiche obsolete.Furthermore, in the sector of complex mechanical components, this systemic lack manifests itself even more? evident due to the still widespread use of conventional processes and obsolete shipbuilding methodologies.
Da queste considerazioni, pertanto, nasce l?esigenza di codificare e sviluppare una nuova metodologia di prototipazione rapida che sia efficace, efficiente e modulare (ovvero scalabile per tutte le casistiche). Robotica e Cobotica (i.e. robotica collaborativa) rappresentano, ad oggi, la chiave tecnologica attorno cui ruota la nuova collaborazione tra uomo e robot in fabbrica. I cobot del futuro, dunque, si candidano autorevolmente come uno strumento ideale attraverso il quale piccole, medie e grandi imprese possono evolvere il proprio modello organizzativo trasformandosi in vere e proprie moderne smart manufacturing.From these considerations, therefore, arises the need to codify and develop a new rapid prototyping methodology that is effective, efficient and modular (that is, scalable for all cases). Robotics and Cobotics (i.e. collaborative robotics) represent, to date, the technological key around which the new collaboration between man and robot in the factory revolves. The cobots of the future, therefore, stand as an authoritative candidate as an ideal tool through which small, medium and large companies can evolve their organizational model, transforming themselves into real modern smart manufacturing.
Le isole robotizzate sono insiemi di macchine che comprendono uno o pi? robot ed il loro utilizzo diventer? nei prossimi anni sempre pi? diffuso nei sistemi industriali 4.0. I robot o cobot che fanno parte di un?isola robotizzata possono essere installati su rialzo, su colonna e su binario a terra o su portale, al fine di garantire una condizione di lavoro ottimale e funzionale allo spazio e alla lavorazione specifica che l?isola realizza. In sintesi, le isole robotizzate sono insiemi di macchine che consentono di semplificare la catena produttiva e raggiungere elevati gradi di precisione e qualit? difficilmente attuabili dal lavoro manuale.Robotic islands are sets of machines that include one or more robots and their use will become? in the coming years more and more widespread in industrial systems 4.0. The robots or cobots that are part of a robotized island can be installed on a riser, on a column and on a track on the ground or on a portal, in order to guarantee an optimal and functional working condition for the space and specific processing that the island accomplish. In summary, the robotic islands are sets of machines that simplify the production chain and achieve high levels of precision and quality. difficult to implement by hand.
I robot sono oggi utilizzati in misura crescente nei pi? svariati cicli produttivi per lo svolgimento di diverse operazioni con sempre maggior precisione e velocit?. Tuttavia, non esistono sul mercato isole robotizzate progettate specificatamente per eseguire il processo di realizzazione di sistemi antincendio modulari.Robots are now used increasingly in the most? various production cycles for carrying out various operations with increasing precision and speed. However, there are no robotic islands on the market specifically designed to carry out the process of building modular fire systems.
Le tubature restano l?elemento dominante di un generico impianto antincendio; per cui, la loro lavorazione rappresenta un fattore cruciale sia sotto l?aspetto tecnico che sotto quello economico.The pipes remain the dominant element of a generic fire-fighting system; therefore, their processing represents a crucial factor both from a technical and an economic point of view.
Attualmente non esistono soluzioni automatizzate per effettuare l?operazione di scanalatura a livello industriale all?interno di un?isola robotizzata. Sul mercato, infatti, ? possibile trovare soltanto prodotti per effettuare la scanalatura manuale come, ad esempio, la scanalatrice RIGDID 916, la cui trasportabilit? ne consente l?uso direttamente sul cantiere in cui installare l?impianto.Currently, there are no automated solutions for carrying out the grooving operation on an industrial level within a robotic cell. In fact, on the market? It is possible to find only products for manual grooving such as, for example, the RIGDID 916 grooving machine, whose portability? allows its use directly on the building site where the system is to be installed.
Sulla base delle nuove conoscenze generate in fase di analisi dello stato dell?arte, ? risultato evidente che non esistono isole robotizzate in grado di eseguire le operazioni di scanalatura, foratura e saldatura in maniera automatica (soltanto la foratura e la saldatura esistono in forma automatizzata e per altri scopi). ? altres? chiaro che la presenza di un?interfaccia grafica in grado di ricevere in ingresso un modello tridimensionale e tradurlo in istruzioni macchina rappresenta un aspetto fortemente innovativo in quanto non riscontrato in altri scenari industriali.Based on the new knowledge generated during the state of the art analysis phase, ? evident result that there are no robotic islands capable of performing the grooving, drilling and welding operations automatically (only drilling and welding exist in an automated form and for other purposes). ? otherwise? It is clear that the presence of a graphical interface capable of receiving a three-dimensional model as input and translating it into machine instructions represents a highly innovative aspect as it is not found in other industrial scenarios.
Scopo del presente brevetto ? quindi quello di coprire l?invenzione di un?isola robotizzata originale e creativa, specificatamente destinata alla realizzazione dei processi di scanalatura, foratura/taglio e saldatura a partire dalla lettura automatica di modelli tridimensionali realizzati secondo una nuova metodologia di prototipazione rapida modulare.Purpose of this patent? then that of covering the invention of an original and creative robotic island, specifically intended for the realization of grooving, drilling/cutting and welding processes starting from the automatic reading of three-dimensional models created according to a new modular rapid prototyping methodology.
Descrizione dell?invenzioneDescription of the invention
Secondo la presente invenzione viene realizzato un sistema automatizzato per la prototipazione rapida modulare di impianti antincendio a lettura automatica di modelli geometrici tridimensionali che risolve efficacemente le problematiche suesposte.According to the present invention an automated system is provided for the rapid modular prototyping of fire-fighting systems with automatic reading of three-dimensional geometric models which effectively solves the above problems.
Il detto sistema ? caratterizzato dal fatto di saper leggere e comprendere modelli CAD (Computer Aided Design) tridimensionali per la prototipazione modulare di impianti antincendio attraverso la realizzazione automatizzata di operazioni di scanalatura, foratura e taglio, e saldatura delle tubature. I modelli CAD/CAM 3D, per poter essere letti in ingresso dal macchinario compreso nel sistema oggetto dell?invenzione, devono essere realizzati secondo specifiche che tengano conto di alcuni fondamentali aspetti della prototipazione rapida applicata all?impiantistica antincendio:The said system? characterized by being able to read and understand three-dimensional CAD (Computer Aided Design) models for the modular prototyping of fire-fighting systems through the automated realization of grooving, drilling and cutting operations, and welding of pipes. The CAD/CAM 3D models, in order to be read as input by the machinery included in the system object of the invention, must be made according to specifications that take into account some fundamental aspects of rapid prototyping applied to fire-fighting systems:
- predisposizione al passaggio di cavi/tubazioni all?interno dei modelli realizzati;- predisposition for the passage of cables/pipes inside the models made;
- facilit? di assemblaggio derivante dalla realizzazione stessa del modello 3D da inviare al macchinario;- ease? of assembly deriving from the actual realization of the 3D model to be sent to the machine;
- tolleranze dimensionali che tengano conto di condizioni ambientali di esercizio non convenzionali.- dimensional tolerances that take into account unconventional environmental operating conditions.
Detto sistema integrante inoltre:This system also integrates:
? almeno un software dedicato con logiche di machine learning per la traduzione di un modello CAD in istruzioni sequenziali da fornire a un PLC (Programmable Logic Controller) atti all?automatizzazione dell?intero sistema;? at least one dedicated software with machine learning logics for translating a CAD model into sequential instructions to be supplied to a PLC (Programmable Logic Controller) suitable for automating the entire system;
? almeno un pannello di interfacciamento uomo-macchina che mostri il quadro elettrico di controllo e consenta all?operatore di monitorare, su un dispositivo di visualizzazione, lo stato delle macchine e prendere decisioni di alto livello;? at least one man-machine interface panel showing the electrical control panel and allowing the operator to monitor, on a display device, the status of the machines and make high-level decisions;
? almeno due macchine scanalatrici;? at least two slotting machines;
? almeno due macchine foratrici;? at least two drilling machines;
? almeno due macchine saldatrici;? at least two welding machines;
? robot e cobot atti all?automatizzazione dei processi di lavorazione di tutti le macchine sulle dette tubature;? robots and cobots suitable for automating the manufacturing processes of all the machines on said pipes;
e operante nelle seguenti fasi:and operating in the following phases:
? almeno una fase di carico/scarico della tubatura in cui un operatore esegue le operazioni di carico/scarico delle tubature sui/dai macchine corrispondenti con appositi servomezzi, se necessari;? at least one loading/unloading phase of the pipeline in which an operator performs the loading/unloading operations of the pipelines on/from the corresponding machines with appropriate servo means, if necessary;
? una fase di scanalatura in cui vengono lavorate le due estremit? delle tubature mediante almeno una detta macchina scanalatrice;? a phase of the groove in which the two ends are worked? of the pipes by means of at least one said grooving machine;
? una fase di foratura in cui le tubature vengono forate mediante dette macchine foratrici;? a drilling step in which the pipes are drilled by means of said drilling machines;
? una fase di saldatura in cui a detti fori vengono attaccati comuni manicotti in ferro.? a welding step in which ordinary iron sleeves are attached to said holes.
Il detto software ? in grado di ricevere ed elaborare almeno le seguenti informazioni:The said software ? able to receive and process at least the following information:
? la ricetta indicante il tipo di tubatura su cui si intende lavorare;? the recipe indicating the type of pipe on which you intend to work;
? il tipo di manicotto, la quantit? e il posizionamento dello stesso;? the type of sleeve, the quantity? and its placement;
? inserirvi (nel detto software) il detto file CAD, che viene automaticamente tradotto nella sequenza di istruzioni da inviare al detto PLC, e le sezioni di storico, che mostra le varie istruzioni salvate ed effettuate e permette che esse vengano eseguite nuovamente; il tutto mostrato sul pannello di interfacciamento uomo-macchina.? inserting (in said software) said CAD file, which is automatically translated into the sequence of instructions to be sent to said PLC, and the log sections, which show the various instructions saved and carried out and allow them to be carried out again; all shown on the man-machine interface panel.
Il pannello di interfacciamento uomo-macchina invece ? costituito da un quadro elettrico di potenza e gestione del detto sistema e composto dai seguenti azionamenti:The man-machine interface panel instead? consisting of an electrical panel for the power and management of said system and composed of the following drives:
? almeno due motori con velocit? controllati atti al controllo della velocit? di scanalatura;? at least two engines with speed? controlled acts to control the speed? of groove;
? almeno un motore con velocit? controllata atto al controllo della velocit? di foratura;? at least one engine with speed? controlled act to control the speed? drilling;
? almeno due strumenti di azionamento movimentazione atti alla movimentazione delle macchine scanalatrici;? at least two movement actuation tools suitable for moving the grooving machines;
? almeno due strumenti di movimentazione atti alla movimentazione delle macchine foratrici su almeno due assi;? at least two handling tools suitable for handling the drilling machines on at least two axes;
? almeno uno strumento di azionamento movimentazione atto alla rotazione della tubatura in lavorazione.? at least one movement actuation tool suitable for rotating the pipe being worked.
I detti robot/cobot sono integrati a coprire almeno le seguenti funzioni:The said robots/cobots are integrated to cover at least the following functions:
? comuni strutture di perimetrazione;? common perimeter structures;
? comuni dispositivi di presa;? common gripping devices;
? comuni quadri di controllo;? common control panels;
? comuni sistemi di rilevazione;? common detection systems;
? comuni sistemi di aspirazione.? common suction systems.
Riguardo le macchine impiegate le dette macchine scanalatrici sono costituite dai seguenti componenti:With regard to the machines used, the said grooving machines consist of the following components:
? un tool per la scanalatura fisso a terra;? a grooving tool fixed to the ground;
? un tool di lavorazione mobile, libero di traslare lungo l?asse di detta tubatura per permettere le operazioni di carico e scarico dello stesso da parte di un operatore con appositi servomezzi.? a mobile working tool, free to move along the axis of said pipe to allow the loading and unloading operations of the same by an operator with suitable servo means.
Mentre le dette macchine foratrici sono costituite dai seguenti componenti:While the said drilling machines are made up of the following components:
? una ruota folle;? an idler wheel;
? una ruota motrice;? a driving wheel;
? almeno un tool di foratura su asse lineare con encoder assoluto per consentire la foratura automatica di detta tubatura;? at least one drilling tool on a linear axis with absolute encoder to allow automatic drilling of said pipe;
? almeno un tool di avanzamento costituito da un azionamento a controllo numerico con piccola escursione, un sistema per blocco del tubo oscillante, il tutto ad azionamento pneumatico e solidale all?asse lineare.? at least one feed tool consisting of a numerically controlled drive with small excursion, a system for blocking the oscillating tube, all pneumatically operated and integral with the linear axis.
Ogni fase comprende un ciclo operativo che si ripete per ogni tubatura. Nella detta fase di scanalatura vengono impiegate almeno due macchine scanalatrici, di cui almeno una fissa ed almeno una libera di muoversi lungo l?asse della tubatura, e detta fase di scanalatura costituita dal seguente ciclo operativo:Each phase includes an operating cycle that is repeated for each pipe. In said grooving phase at least two grooving machines are used, of which at least one is fixed and at least one is free to move along the axis of the pipe, and said grooving phase consists of the following operating cycle:
? un operatore procede all?attrezzamento di dette macchine scanalatrici per adeguamento al diametro o tipo di detta tubatura, ovvero, eventuale sostituzione dei supporti per la tubatura e regolazione delle altezze per consentire la centratura della tubatura sulle teste scanalatrici;? an operator proceeds with the equipping of said grooving machines for adaptation to the diameter or type of said pipe, or, if necessary, replacing the supports for the pipe and adjusting the heights to allow the centering of the pipe on the grooving heads;
? un operatore procede al posizionamento manuale della scanalatrice mobile per garantire la battuta sulla testa del tubo;? an operator proceeds with the manual positioning of the mobile groover to guarantee the abutment on the head of the pipe;
? un operatore seleziona e avvia il programma previsto (nel caso sia necessario variare i parametri in base al tubo);? an operator selects and starts the foreseen program (in case it is necessary to vary the parameters according to the pipe);
? dette macchine scanalatrici effettuano la scanalatura e, al termine, accende il segnale di ciclo terminato;? said grooving machines carry out the grooving and, at the end, turn on the cycle finished signal;
? un operatore procede allo spostamento manuale di detta scanalatrice mobile per consentire lo scarico del tubo;? an operator manually moves said mobile groover to allow the pipe to be unloaded;
? un operatore effettua lo scarico del tubo lavorato.? an operator unloads the processed tube.
Le dette fasi di foratura e saldatura sono invece costituite dal seguente ciclo operativo:The said drilling and welding phases are instead made up of the following operating cycle:
? un operatore procede all?attrezzamento di dette macchine foratrici per adeguamento al diametro o il tipo di tubatura, ovvero, operazioni che consistono nella:? an operator equips said drilling machines for adaptation to the diameter or type of pipe, or rather, operations which consist of:
i. o sostituzione dei supporti della tubatura;the. o replacement of pipe supports;
ii. o sostituzione delle punte per la foratura;ii. o replacement of the drill bits;
? un operatore procede al carico tubo e chiusura paratia automatica;? an operator loads the pipe and closes the automatic bulkhead;
? un operatore richiama e avvia il programma previsto;? an operator recalls and starts the expected program;
? dette macchine foratrici effettuano l?esecuzione del programma foratura; ? dette macchine foratrici accendono il segnale di richiesta di carico manicotti;? said drilling machines carry out the execution of the drilling program; ? said drilling machines turn on the sleeve loading request signal;
? un operatore apre la paratia e procede al carico dei manicotti da saldare con le apposite manine di fissaggio;? an operator opens the bulkhead and proceeds to load the sleeves to be welded with the special fixing hands;
? un operatore chiude le paratie e riavvia il ciclo delle macchine;? an operator closes the bulkheads and restarts the machine cycle;
? un robot di saldatura effettua le saldature dei manicotti e torna a riposo; ? dette macchine saldatrici accendono il segnale di ciclo terminato;? a welding robot performs the welding of the sleeves and returns to rest; ? said welding machines turn on the cycle finished signal;
? un operatore procede allo scarico manuale del tubo.? an operator proceeds with the manual unloading of the tube.
I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora pi? chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata.The advantages offered by the present invention are evident in the light of the description set forth up to now and will be even more clear thanks to the annexed figures and the relative detailed description.
Descrizione delle figureDescription of the figures
L?invenzione verr? qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l?ausilio delle figure annesse, nelle quali:The invention will come described hereinafter in at least one preferred embodiment by way of explanation and not of limitation with the aid of the accompanying figures, in which:
- FIGURA 1 mostra un?illustrazione del detto sistema 100;- FIGURE 1 shows an illustration of said system 100;
- FIGURA 2 mostra il diagramma di flusso riportante le fasi di lavorazione delle dette tubature;- FIGURE 2 shows the flow diagram showing the processing phases of said pipes;
- FIGURA 3 mostra uno schema della disposizione delle macchine per la scanalatura 110 delle dette tubature;- FIGURE 3 shows a diagram of the arrangement of the machines 110 for grooving said pipes;
- FIGURA 4 mostra una rappresentazione schematica dei componenti di dette macchine foratrici 120;- FIGURE 4 shows a schematic representation of the components of said drilling machines 120;
- FIGURA 5 mostra un?illustrazione del pannello di interfacciamento uomomacchina 500.- FIGURE 5 shows an illustration of the man-machine interface panel 500.
Descrizione dettagliata dell?invenzioneDetailed description of the invention
La presente invenzione verr? ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano alcune realizzazioni relativamente al presente concetto inventivo.This invention will come now illustrated purely by way of example but not in a limiting or binding way, making use of the figures which illustrate some embodiments with respect to the present inventive concept.
Con riferimento alla FIG. 1 ? mostrato il layout dell?intero sistema automatizzato per la prototipazione rapida modulare di impianti antincendio a lettura automatica di modelli geometrici tridimensionali 100, al quale per il resto del paragrafo vi si far? riferimento con il nome di isola robotizzata.Referring to FIG. 1 ? shown the layout of the entire automated system for rapid modular prototyping of fire-fighting systems with automatic reading of three-dimensional geometric models 100, to which for the rest of the paragraph we will refer? reference with the name of robotic island.
Le tubazioni d?interesse analizzate nell?ambito della presente invenzione sono rappresentate dalle seguenti classi:The pipes of interest analyzed within the scope of the present invention are represented by the following classes:
? tubi in acciaio al carbonio S 195T senza saldatura per impianti civili ed industriali, rivestiti a caldo con resine epossidiche di lunghezza pari a 6 m (estremit? lisce tagliate perpendicolarmente all?asse del tubo) e con diametri variabili da ?? (1.905 cm) a 12? (30.480 cm);? S 195T seamless carbon steel pipes for civil and industrial systems, hot coated with epoxy resins 6 m long (smooth ends cut perpendicularly to the axis of the pipe) and with diameters ranging from ?? (1,905cm) at 12? (30.480cm);
? tubi in acciaio al carbonio P235/TR2 senza saldatura per impianti civili ed industriali, verniciati in resina epossidica, di lunghezza pari a 6 m (estremit? lisce, tagliate perpendicolarmente all?asse del tubo) e con diametri variabili da ?? (1.905 cm) a 12? (30.480 cm);? seamless P235/TR2 carbon steel pipes for civil and industrial systems, painted in epoxy resin, 6 m long (smooth ends, cut perpendicular to the axis of the pipe) and with diameters ranging from ?? (1,905cm) at 12? (30.480cm);
? tubi in acciaio al carbonio S 195T zincati secondo la norma UNI EN 10240, di lunghezza pari a 6 m (estremit? lisce tagliate perpendicolarmente all?asse del tubo) e con diametri variabili da ?? (1.905 cm) a 12? (30.480 cm). Inoltre, le operazioni e lavorazioni da effettuare sulle tubature per la prototipazione di impianti antincendio modulari risultano essere le seguenti:? S 195T carbon steel pipes galvanized according to the UNI EN 10240 standard, 6 m long (smooth ends cut perpendicular to the axis of the pipe) and with diameters ranging from ?? (1,905cm) at 12? (30.480cm). Furthermore, the operations and processes to be carried out on the pipes for the prototyping of modular fire-fighting systems are as follows:
? Scanalatura ? processo da effettuare alle due estremit? della tubazione; ? Foratura ? il numero di fori mediamente varia da 3 a 5 e non risulta mai maggiore di 10 con un diametro compreso tra ?? (1.905 cm) a 1? (2.54 cm); inoltre, i fori che devono essere effettuati sulla stessa tubatura presentano la medesima dimensione geometrica;? Groove ? process to be carried out at both ends? of the pipeline; ? Drilling ? the number of holes on average varies from 3 to 5 and is never greater than 10 with a diameter between ?? (1,905cm) to 1? (2.54cm); moreover, the holes which must be made on the same pipe have the same geometrical dimension;
? Saldatura ? processo da effettuare ai fori praticati per l?attacco di manicotti in ferro. Questi ultimi possono essere standard oppure a sella, ovvero, svasati. Il processo di saldatura invece deve essere di tipo MAG (Metal Active Gas). In generale, nella saldatura ad arco elettrico il bagno di fusione ? esposto all?azione ossidante dell?ossigeno presente nell?aria che comporta l?inevitabile formazione di ossidi superficiali. Difatti, la funzione protettiva svolta dal rivestimento dell?elettrodo non ? sufficiente per ovviare questo problema; per questo motivo si adotta l?uso di gas attivi portando al procedimento di saldatura definito MAG. Tale procedimento, essendo a filo continuo, oltre a garantire una migliore qualit? del bagno di saldatura presenta anche un?elevata produttivit?.? Welding ? process to be carried out at the holes made for the attachment of iron sleeves. The latter can be standard or saddle-shaped, that is, flared. The welding process, on the other hand, must be of the MAG (Metal Active Gas) type. In general, in electric arc welding, is the weld pool ? exposed to the oxidizing action of the oxygen present in the air which leads to the inevitable formation of surface oxides. In fact, the protective function performed by the coating of the electrode is not? sufficient to overcome this problem; for this reason the use of active gases is adopted leading to the welding procedure defined as MAG. This procedure, being a continuous thread, in addition to ensuring a better quality? of the weld pool also has a high productivity.
Nella detta isola robotizzata 100 la lavorazione delle tubature antincendio viene realizzata in maniera totalmente autonoma. Con riferimento alla FIG. 2 la detta isola robotizzata 100, dovr? essere in grado di eseguire le operazioni di scanalatura, foratura/taglio e saldatura, e quindi deve essere costituita dai seguenti blocchi logici di processo:In said robotic island 100 the processing of the fire-fighting pipes is carried out in a totally autonomous way. Referring to FIG. 2 the said robotic island 100, will have to? be able to perform grooving, drilling/cutting and welding operations, and therefore must consist of the following process logic blocks:
? macchine scanalatrici 110;? slotting machines 110;
? macchine foratrici 120;? drilling machines 120;
? macchine saldatrici 130.? welding machines 130.
In particolare, le macchine scanalatrici 110 presentano un verso di lavorazione, di conseguenza al fine di scanalare ambo le estremit? possono essere adottato le seguenti soluzioni:In particular, the grooving machines 110 have a working direction, consequently in order to groove both ends? the following solutions can be adopted:
? utilizzare due macchine scanalatrici: l?uso di due macchine comporta una maggiore lunghezza dell?isola ed un maggior dispendio economico nell?acquisto dell?hardware.? use two grooving machines: the use of two machines involves a greater length of the island and a greater economic expenditure in the purchase of hardware.
? ruotare lo strumento di scanalatura: la rotazione della macchina scanalatrice comporta un dispendio energetico in funzione del peso della macchina stessa oltre a necessitare di un?elevata precisione nel posizionamento risultante dalla rotazione.? rotate the grooving tool: the rotation of the grooving machine involves an expenditure of energy according to the weight of the machine itself as well as requiring high precision in the positioning resulting from the rotation.
? ruotare la tubazione: la rotazione della tubazione, invece, comporta un minor consumo energetico a discapito, tuttavia, dell?ingombro risultante dalla rotazione dello stesso.? rotate the pipe: the rotation of the pipe, on the other hand, involves a lower energy consumption at the expense, however, of the encumbrance resulting from the rotation of the same.
Con riferimento a FIG. 3, sulla base di risultati ottenuti durante la progettazione funzionale della detta isola robotizzata 100 ? stata individuata come soluzione ottimale per la scanalatura delle tubature la disposizione di due macchine scanalatrici all?estremit? del tubo oggetto di lavorazione. La prima 310 sar? fissa a terra mentre la seconda 320 sar? libera di muoversi lungo l?asse del tubo per permettere le operazioni di carico e scarico dello stesso da parte dell?operatore con appositi servomezzi, se necessari. Il posizionamento della seconda scanalatrice verr? effettuato manualmente dall?operatore. Il motore del tool di lavorazione sar? di tipo tradizionale (motore asincrono) con regolazione della velocit? tramite inverter. Il tool di regolazione della pressione di contatto sar? costituito da un azionamento a controllo numerico con piccola escursione.Referring to FIG. 3, on the basis of results obtained during the functional design of said robotic island 100 ? Was identified as an optimal solution for the grooving of the pipes the arrangement of two grooving machines at the end? of the tube being processed. The first 310 will be? fixed to the ground while the second 320 sar? free to move along the axis of the pipe to allow the loading and unloading operations of the same by the operator with suitable servomechanisms, if necessary. The positioning of the second grooving machine will carried out manually by the operator. The engine of the machining tool will be? traditional type (asynchronous motor) with speed regulation? via inverter. The contact pressure adjustment tool will be? consisting of a numerically controlled drive with small excursion.
Con riferimento alla FIG. 4 ? mostrato uno schema la detta macchina foratrice 120 delle tubature. Esso sfrutta un braccio 410 dotato di una punta incisiva che dev?essere cambiata con una certa frequenza. Pertanto, l?operazione di foratura ? caratterizzata dallo sfruttamento di un sistema di foratura atto a cambiare l?apposita punta in maniera automatizzata e perci? detto sistema ? costituito da un organo terminale, atto ad alloggiare la punta ed inserirla correttamente sul detto braccio, che quindi sia attivo, e da un apposito dispositivo, contenente tutte le possibili punte necessarie alla lavorazione. La detta macchina per la foratura e la saldatura ? inoltre dotata di un attrezzo supporto tubi 420. Questo deve essere cambiato manualmente da un operatore in funzione del diametro del tubo da lavorare. La specifica operazione di foratura rappresenta un?operazione piuttosto comune nell?ambito industriale; difatti esistono diverse soluzioni da parte di diverse aziende. A seconda della particolare applicazione si possono utilizzare delle apposite macchine come la macchina FRC 900 R 4000, che effettua in maniera automatica anche la selezione della punta. Oltre a macchine apposite, per effettuare l?operazione in esame, vengono usati anche manipolatori robotici con opportuni utensili montati sull?organo terminale. Dal punto di vista tecnico, il processo di foratura pu? essere effettuato realizzando degli opportuni tagli circolari mediante tagli laser o al plasma.Referring to FIG. 4 ? a diagram of said pipe drilling machine 120 is shown. It uses a 410 arm equipped with an incisive tip that must be changed with a certain frequency. Therefore, the? drilling operation ? characterized by the exploitation of a drilling system capable of changing the? appropriate tip in an automated way and therefore? said system? consisting of a terminal member, suitable for housing the bit and inserting it correctly on said arm, which is therefore active, and of a suitable device, containing all the possible bits necessary for the machining. The said drilling and welding machine ? it is also equipped with a pipe support tool 420. This must be changed manually by an operator according to the diameter of the pipe to be machined. The specific drilling operation represents a rather common operation in the industrial field; in fact, there are different solutions from different companies. Depending on the particular application, special machines can be used such as the FRC 900 R 4000 machine, which also automatically selects the tip. In addition to special machines, robotic manipulators with suitable tools mounted on the terminal organ are also used to carry out the operation in question. From a technical point of view, the drilling process can be carried out by making suitable circular cuts using laser or plasma cuts.
Le dette operazioni inoltre avverranno nelle seguenti distinte fasi:The said operations will also take place in the following distinct phases:
? una fase di carico/scarico X in cui la tubatura viene posizionata o scaricata dalle dette macchine scanalatrici 110, frontalmente o lateralmente, con comuni macchine di carico e scarico;? a loading/unloading phase X in which the pipe is positioned or unloaded by said grooving machines 110, frontally or laterally, with common loading and unloading machines;
? una fase di scanalatura A una fase di foratura B e saldatura C, atte alla lavorazione delle tubature.? a grooving phase A a drilling phase B and welding C, suitable for machining the pipes.
La detta fase di scanalatura a sua volta ? caratterizzata dal seguente ciclo operativo:The said grooving phase in turn ? characterized by the following operating cycle:
? l?operatore procede all?attrezzamento delle macchine per adeguamento al diametro o tipo di tubo, ovvero, eventuale sostituzione dei supporti per il tubo e regolazione delle altezze per consentire la centratura del tubo sulle teste di scanalatura;? the operator equips the machines for adaptation to the diameter or type of pipe, or, if necessary, replaces the supports for the pipe and adjusts the heights to allow the centering of the pipe on the grooving heads;
? l?operatore procede al posizionamento manuale della scanalatrice mobile 320 per garantire la battuta sulla testa del tubo;? the operator proceeds with the manual positioning of the mobile groover 320 to guarantee the abutment on the head of the pipe;
? l?operatore seleziona e avvia il programma previsto (nel caso sia necessario variare i parametri in base al tubo);? the operator selects and starts the foreseen program (in case it is necessary to vary the parameters according to the tube);
? le macchine effettuano la scanalatura e, al termine, accende il segnale di ciclo terminato;? the machines carry out the grooving and, at the end, the cycle finished signal lights up;
? l?operatore procede allo spostamento manuale della scanalatrice mobile per consentire lo scarico del tubo;? the operator moves the mobile groover manually to allow the pipe to be unloaded;
? l?operatore effettua lo scarico del tubo lavorato.? the operator unloads the processed tube.
Le dette fasi di foratura B e saldatura C sono caratterizzate dal seguente ciclo operativo:The said drilling B and welding C phases are characterized by the following operating cycle:
? l?operatore procede all?attrezzamento delle macchine per l?adeguamento al diametro / tipo di tubo, ovvero, operazioni che consistono nella:? the operator equips the machines for adaptation to the diameter/type of pipe, i.e. operations which consist of:
? o sostituzione dei supporti del tubo;? o replacement of pipe supports;
? o sostituzione delle punte per la foratura;? o replacement of the drill bits;
? l?operatore procede al carico del tubo e alla chiusura paratia automatica; ? l?operatore richiama e avvia il programma previsto;? the operator loads the pipe and closes the automatic bulkhead; ? the operator recalls and starts the foreseen program;
? le macchine effettuano l?esecuzione del programma foratura;? the machines execute the drilling program;
? le macchine accendono il segnale di richiesta di carico manicotti;? the machines turn on the sleeve loading request signal;
? l?operatore apre la paratia e procede al carico dei manicotti da saldare con le apposite manine di fissaggio;? the operator opens the bulkhead and proceeds to load the sleeves to be welded with the special fixing hands;
? l?operatore chiude le paratie e riavvia il ciclo della macchina;? the operator closes the bulkheads and restarts the machine cycle;
? il robot di saldatura effettua le saldature dei manicotti e torna a riposo; ? le macchine accendono il segnale di ciclo terminato;? the welding robot performs the welding of the sleeves and returns to rest; ? the machines turn on the cycle finished signal;
? l?operatore procede allo scarico manuale del tubo.? the operator proceeds with the manual unloading of the tube.
Le dette macchine saldatrici 130 delle tubature sono dotate di un robot con generatore di saldatura e pulisci-torcia. Il detto robot, il pulisci-torcia, il generatore di saldatura e la bobina di filo saranno posizionati su asse lineare per consentire la saldatura automatica dei particolari sul tubo. L?automatizzazione dell?operazione di saldatura ? molto diffusa in ambito industriale, principalmente per via del settore automotive. Le tecnologie pi? diffuse sono di tipo MIG e MAG, ovvero con l?uso di gas inerte o attivo per la protezione del bagno di saldatura.Said pipe welding machines 130 are equipped with a robot with welding generator and torch cleaner. Said robot, the torch cleaner, the welding generator and the wire reel will be positioned on a linear axis to allow the automatic welding of the parts on the tube. The automation of the welding operation? widespread in the industrial sector, mainly due to the automotive sector. The most popular technologies widespread are of the MIG and MAG type, i.e. with the use of inert or active gas for the protection of the weld pool.
Un?ulteriore specifica della presente invenzione ? rappresentata dalla possibilit? di fornire un modello tridimensionale dell?impianto da realizzare nella detta fase di carico/scarico X mediante opportuna interfaccia utente, ovvero, la Human Machine Interface (HMI). In tal modo la posizione e dimensione dei singoli fori viene letta direttamente dal file input senza la necessit? da parte dell?operatore di dover settare i parametri a mano. Le interfacce grafiche sono largamente utilizzate in ambito industriale in quanto consentono all?operatore di monitorare il processo e prendere decisioni di alto livello senza la necessit? di avere una conoscenza analitica di come avvengono le varie operazioni. Di conseguenza, anche in questo caso, a livello hardware esistono diverse soluzioni sul mercato; tuttavia, non risultano disponibili pacchetti software per gestire in maniera automatizzata file CAD. Nello specifico, la presente invenzione ? caratterizzata dal possedere un software dedicato, con logiche di machine learning, per la traduzione di un modello CAD in istruzioni sequenziali da fornire al PLC (Programmable Logic Controller). Quest?ultimo riceve la ricetta da elaborare che indichi il tipo di tubo, il tipo di manicotto e la quantit?. Per la posizione dei manicotti dovranno essere specificate le coordinate lineari del centro del foro. Tale software, inoltre, ? dotato delle sezioni di progettazione e storico. Nella sezione di progettazione sar? possibile inserire il file CAD, che verr? automaticamente tradotto nella sequenza di istruzioni da inviare al PLC. Queste vengono visualizzate a schermo, e possibilmente inviate al PLC per eseguirle, oppure salvarle per poterle poi inviare in futuro. La sezione storico mostrer? le varie istruzioni salvate ed effettuate e sar? possibile eseguirle nuovamente. Con riferimento alla FIG. 5 ? mostrato come il detto sistema automatizzato per la prototipazione rapida modulare di impianti antincendio a lettura automatica di modelli geometrici tridimensionali 100, sar? perci? caratterizzato dal fatto che su ogni macchina sia installato un pannello di interfacciamento uomo-macchina 500, costituito da un quadro elettrico di potenza e gestione del detto sistema e composto dai seguenti azionamenti:A further specification of the present invention is represented by the possibility to provide a three-dimensional model of the plant to be created in said loading/unloading phase X by means of an appropriate user interface, i.e. the Human Machine Interface (HMI). In this way the position and size of the individual holes is read directly from the input file without the need? by the operator of having to set the parameters by hand. Graphical interfaces are widely used in the industrial sector as they allow the operator to monitor the process and make high-level decisions without the need to to have an analytical knowledge of how the various operations take place. Consequently, also in this case, at the hardware level there are different solutions on the market; however, there are no software packages available for automated CAD file management. Specifically, the present invention ? characterized by having a dedicated software, with machine learning logics, for the translation of a CAD model into sequential instructions to be supplied to the PLC (Programmable Logic Controller). The latter receives the recipe to be elaborated which indicates the type of tube, the type of sleeve and the quantity. For the position of the sleeves, the linear coordinates of the center of the hole must be specified. Furthermore, this software equipped with sections of design and history. In the design section sar? it is possible to insert the CAD file, which will come? automatically translated into the sequence of instructions to be sent to the PLC. These are displayed on the screen, and possibly sent to the PLC to execute them, or save them to be able to send them in the future. The historical section will show the various instructions saved and carried out and sar? can be done again. Referring to FIG. 5 ? shown how said automated system for rapid modular prototyping of fire-fighting systems with automatic reading of three-dimensional geometric models 100, will be? why? characterized in that a man-machine interface panel 500 is installed on each machine, consisting of an electrical panel for the power and management of said system and composed of the following drives:
? almeno due motori con velocit? controllati atti al controllo della velocit? operativa di dette macchine scanalatrici 110;? at least two engines with speed? controlled acts to control the speed? operation of said grooving machines 110;
? almeno un motore con velocit? controllata atto al controllo della velocit? di foratura;? at least one engine with speed? controlled act to control the speed? drilling;
? almeno due strumenti di azionamento movimentazione atti alla movimentazione delle macchine scanalatrici 110;? at least two movement actuation tools suitable for moving the grooving machines 110;
? almeno due strumenti di movimentazione atti alla movimentazione delle macchine foratrici 120, su almeno due assi;? at least two handling tools suitable for handling the drilling machines 120, on at least two axes;
? almeno uno strumento di azionamento movimentazione atto alla rotazione della tubatura in lavorazione.? at least one movement actuation tool suitable for rotating the pipe being worked.
? infine chiaro che all?invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall?ambito di tutela che ? fornito dalle rivendicazioni annesse.? finally, it is clear that modifications, additions or variations that are obvious to a person skilled in the art can be made to the invention described up to now, without thereby departing from the scope of protection which ? provided by the appended claims.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000018251AIT202100018251A1 (en) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | SYSTEM AND METHOD FOR THE RAPID MODULAR PROTOTYPING OF FIRE-FIGHTING SYSTEMS WITH AUTOMATIC READING OF THREE-DIMENSIONAL GEOMETRIC MODELS |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000018251AIT202100018251A1 (en) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | SYSTEM AND METHOD FOR THE RAPID MODULAR PROTOTYPING OF FIRE-FIGHTING SYSTEMS WITH AUTOMATIC READING OF THREE-DIMENSIONAL GEOMETRIC MODELS |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100018251A1true IT202100018251A1 (en) | 2023-01-12 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000018251AIT202100018251A1 (en) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | SYSTEM AND METHOD FOR THE RAPID MODULAR PROTOTYPING OF FIRE-FIGHTING SYSTEMS WITH AUTOMATIC READING OF THREE-DIMENSIONAL GEOMETRIC MODELS |
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT202100018251A1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6274839B1 (en)* | 1998-12-04 | 2001-08-14 | Rolls-Royce Plc | Method and apparatus for building up a workpiece by deposit welding |
| US20030187624A1 (en)* | 2002-03-27 | 2003-10-02 | Joze Balic | CNC control unit with learning ability for machining centers |
| US10144530B1 (en)* | 2015-05-04 | 2018-12-04 | The Boeing Company | Model-based definition for machining aircraft parts |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6274839B1 (en)* | 1998-12-04 | 2001-08-14 | Rolls-Royce Plc | Method and apparatus for building up a workpiece by deposit welding |
| US20030187624A1 (en)* | 2002-03-27 | 2003-10-02 | Joze Balic | CNC control unit with learning ability for machining centers |
| US10144530B1 (en)* | 2015-05-04 | 2018-12-04 | The Boeing Company | Model-based definition for machining aircraft parts |
| Title |
|---|
| ALBERTO J Ã LVARES ET AL: "An integrated web-based CAD/CAPP/CAM system for the remote design and manufacture of feature-based cylindrical parts", JOURNAL OF INTELLIGENT MANUFACTURING, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, BO, vol. 19, no. 6, 16 June 2008 (2008-06-16), pages 643 - 659, XP019644126, ISSN: 1572-8145, DOI: 10.1007/S10845-008-0117-1* |
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