IT201900013986A1 - Sistema di guida sensorizzato. - Google Patents

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Stefano Alessio Di
Sitta Lorenzo Abbondanti
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Description

SISTEMA DI GUIDA SENSORIZZATO
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di guida sensorizzato.
Nello stato della tecnica sono noti sistemi di guida sensorizzati per mezzo di sensori mobili che vengono montati temporaneamente all’esterno del sistema di guida per misurare caratteristiche fisiche di una rotella del sistema di guida durante un funzionamento nominale in fase di test.
Svantaggiosamente i sensori non sono fissi e non possono monitorare assiduamente e con continuità il sistema di guida durante un intero arco di vita di funzionamento del sistema di guida.
Svantaggiosamente i sensori e l’elettronica montati esteriormente al sistema di guida occupano un volume di spazio che limita un montaggio del sistema di guida in spazi angusti.
Svantaggiosamente è necessario smontare da una macchina complessa il sistema di guida per sottoporlo a test attraverso sensori.
Scopo della presente invenzione consiste nel fatto di realizzare un sistema di guida sensorizzato che monti in modo fisso sensori che monitorino costantemente caratteristiche fisiche del sistema di guida durante un intero arco di vita di funzionamento del sistema di guida, ridurre un volume occupato da sensori, manutenere e testare assiduamente e con continuità il sistema di guida senza smontarlo da una macchina complessa.
In accordo con l’invenzione tale scopo è raggiunto con un sistema di guida secondo la rivendicazione 1.
Altre caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:
la figura 1 è una vista in prospettiva di un sistema di guida sensorizzato secondo la presente invenzione; la figura 2 è una vista laterale del sistema di guida sensorizzato;
la figura 3 è una vista frontale del sistema di guida sensorizzato di figura 2;
la figura 4 è una vista in sezione del sistema di guida sensorizzato secondo la linea IV-IV di figura 2;
la figura 5 è un ingrandimento di figura 4 che mostra un perno di supporto comprendente una cavità per alloggiare uno stelo;
la figura 6 è un ingrandimento di figura 4 che mostra lo stelo comprendente una cavità dove è alloggiato un sensore che è una struttura micro elettromeccanica MEMS.
Con riferimento alle figure citate ed in particolare figura 4 viene mostrato un sistema di guida sensorizzato 100 comprendente una rotella 10 rotabilmente montata con un perno di supporto 20 intorno ad un asse geometrico di rotazione R per mezzo di elementi volventi 30, uno stelo 40 montato all’interno del perno di supporto 20 e comprendente una struttura micro elettromeccanica MEMS 50 che funge da sensore per temperatura, accelerazione e vibrazioni.
Il perno di supporto 20 comprende un corpo 21 ed una cavità 25 scavata nel corpo 21.
Il corpo 21 è provvista di una parete esterna 23 in corrispondenza della rotella 10. Tra la parete esterna 23 ed una parete interna della rotella 10 sono presenti gli elementi volventi 30.
Gli elementi volventi 30 mostrati in particolare in figura 4 sono cuscinetti cilindrici che ruotano su propri assi geometrici di rotazione e che permettono alla rotella 10 di ruotare intorno all’asse geometrico di rotazione R individuato dal perno di supporto 20.
La cavità 25 del corpo 21 del perno di supporto 20 comprende almeno una dimensione longitudinale che si estende lungo una direzione dell’asse geometrico di rotazione R della rotella 10.
La cavità 25 comprende una parete interna comprendente almeno una porzione filettata 24 di parete interna.
Lo stelo 40 comprende una parete esterna filettata 42 adatta ad essere ingaggiata con la porzione filettata 24 della parete interna della cavità 25.
Lo stelo 40 comprende una cavità 45 che alloggia il MEMS 50.
Il MEMS 50 è un sensore di accelerazione e di temperatura adatto a trasmettere un segnale di accelerazione, vibrazione e temperatura che identificano caratteristiche fisiche del sistema di guida sensorizzato 100. Il MEMS genera e trasmette un segnale di tensione di ordine di grandezza di pochi milliVolt.
In generale il MEMS 50 misura una caratteristica fisica da cui è possibile ricavare almeno una misura di almeno un osservabile fisico del sistema di guida sensorizzato 100 e trasmette almeno un segnale elettromagnetico comprendente la misura della caratteristica fisica. L’almeno un osservabile fisico del sistema di guida sensorizzato 100 è compreso in una lista comprendente una temperatura del sistema di guida sensorizzato 100, una accelerazione della rotella 10, una velocità della rotella 10, una vibrazione del sistema di guida sensorizzato 100.
Lo stelo 40 è montato all’interno della cavità 25 in corrispondenza con una porzione 26 del perno di supporto 20 sopra la quale è montata rotabilmente la rotella 10.La cavità 25 del perno di supporto 20 comprende una prima apertura passante 251 ed una seconda apertura passante 252.
La prima apertura passante 251 è adatta a permettere un inserimento dello stelo 40 lungo la direzione dell’asse geometrico di rotazione R.
Come mostrato in particolare in figura 5 la parete interna della cavità 25 comprende una porzione mediana 27 in corrispondenza con la porzione 26 del perno di supporto 20 sopra la quale è montata rotabilmente la rotella 10. La porzione mediana 27 della parete interna della cavità 25 comprende un diametro minore rispetto alle restanti porzioni della parete interna della cavità 25.
Lo stelo 40 comprende una porzione lamellata 47 in corrispondenza con la porzione mediana 27 della cavità 25 del perno 20. La porzione lamellata 47 comprende una molteplicità di lamelle.
La porzione lamellata 47 dello stelo 40 è fissata a pressione con la porzione mediana 27 della cavità 25 del perno 20. Quando la porzione lamellata 47 dello stelo 40 è fissata con la porzione mediana 27 della cavità 25, la molteplicità di lamelle della porzione lamellata 47 si flettono aumentando la pressione contro la porzione mediana 27 e trattenendo in modo fisso lo stelo 40 all’interno della cavità 25.
Il segnale del MEMS 50 viene trasmesso per mezzo di cavi 52, 61 ad una scatola di condizionamento del segnale 60. Il segnale del MEMS 50 comprende anche almeno un contributo di segnale di rumore.
Il segnale amplificato del MEMS 50 comprende un contributo di segnale amplificato di rumore.
Lo stelo 40 monta una molteplicità di cavi 52 connessi all’amplificatore che è connesso al MEMS 50. I cavi 52 fuoriescono dallo stelo 40 e si prolungano verso la prima apertura passante 251 della cavità 25 del perno di supporto 20.
Una estremità della molteplicità di cavi 52 monta un connettore 55 adatto ad essere ingaggiato con una porzione estrema della parete interna della cavità 25, dove la porzione estrema è disposta in corrispondenza della prima apertura passante 251 della cavità 25.
Il connettore 55 è montato con un connettore a T 66 e quest’ultimo è montato con un altro connettore complementare 65 connesso con ulteriori cavi 61 che trasportano il segnale del MEMS 50 verso la scatola di condizionamento del segnale 60.
I due connettori 55 e 65 ed il connettore a T 66 sono attacchi standard M8 a cinque poli. I cinque poli corrispondono a cinque cavi 52, 61 adatti a trasmettere i segnali di temperatura e accelerazione e a fornire l’alimentazione al MEMS 50 e all’amplificatore.
La scatola di condizionamento del segnale 60 comprende almeno l’amplificatore, almeno una memoria ed almeno un processore.
L’amplificatore amplifica il segnale del MEMS 50 nel segnale amplificato del MEMS 50.
Sia il segnale di tensione del MEMS 50 sia il segnale amplificato del MEMS 50 sono segnali elettromagnetici.
Il processore della scatola di condizionamento del segnale 60 acquisisce il segnale amplificato del MEMS 50 salvandolo nell’almeno una memoria e lo elabora.
In generale il processore elabora il segnale elettromagnetico amplificato per mezzo di algoritmi matematici calcolando la misura dell’ameno un osservabile fisico del sistema di guida sensorizzato 100.
Il processore ottiene una misura dell’accelerazione della rotella 10 del sistema di guida sensorizzato 100 attraverso algoritmi matematici il primo dei quali consiste nell’acquisire il segnale amplificato di accelerazione del MEMS 50 ad intervalli di tempo compresi tra 0.3 e 0.8 secondi, preferibilmente 0.64 secondi, trasformandolo in un segnale amplificato di accelerazione digitalizzato.
Il processore elabora il segnale amplificato di accelerazione digitalizzato calcolando una trasformata di Fourier con frequenza di campionamento compresa tra 5500 e 7500 Hz, preferibilmente 6400 Hz ottenendo uno spettro di segnale.
Il processore ripete le operazioni per mezzo degli algoritmi matematici di cui sopra ogni quattro volte ed acquisisce quattro spettri di segnale salvandoli nell’almeno una memoria.
Il processore media questi quattro spettri di segnale attraverso un altro algoritmo matematico di media mobile in modo di ridurre il rumore ottenendo uno spettro di segnale mediato dove il contributo di rumore amplificato risulta ridotto.
Il processore ottiene una misura di accelerazione misurando lo spettro di segnale mediato.
Il processore applica lo stesso metodo anche per ottenere misure di temperatura e di vibrazione del sistema di guida sensorizzato 100.
In generale l’almeno un processore della scatola di condizionamento di segnale 60 attua una prima operazione acquisendo l’almeno un segnale elettromagnetico amplificato ad intervalli di tempo compresi tra 0.3 e 0.8 secondi trasformando l’almeno un segnale elettromagnetico amplificato attraverso algoritmi matematici in almeno un segnale amplificato digitalizzato.
L’almeno un processore attua una seconda operazione elaborando detto almeno un segnale amplificato digitalizzato calcolando per mezzo di algoritmi matematici una trasformata di Fourier con frequenza di campionamento compresa tra 5500 e 7500 Hz ed ottenendo almeno uno spettro di segnale.
L’almeno un processore ripete la prima operazione e la seconda operazione per una molteplicità di volte ed acquisisce una molteplicità di spettri di segnale salvandoli all’interno dell’almeno una memoria.
L’almeno un processore media la molteplicità di spettri di segnale per mezzo di un algoritmo matematico di media mobile ed ottiene almeno uno spettro di segnale mediato.
L’almeno un processore elabora l’almeno uno spettro di segnale mediato e calcola l’almeno una misura dell’almeno un osservabile fisico del sistema di guida sensorizzato.
Vantaggiosamente il sistema di guida sensorizzato 100 secondo la presente invenzione monta in modo fisso sensori MEMS 50 che monitorano costantemente caratteristiche fisiche del sistema di guida sensorizzato 100 durante l’intero arco di vita di funzionamento del sistema di guida sensorizzato 100, riducendo un volume occupato dai sensori MEMS 50 all’interno di una cavità 25 del perno di supporto 20 senza inficiare sensibilmente le caratteristiche di resistenza meccanica del perno di supporto 20.
Vantaggiosamente è possibile manutenere e testare assiduamente e con continuità il sistema di guida sensorizzato 100 senza smontarlo da una macchina complessa.
Vantaggiosamente il sistema di guida sensorizzato 100 può essere utilizzato per misurare temperatura, vibrazione, velocità e altre osservabili fisiche utilizzando un connettore industriale standard come ad esempio il connettore del tipo M8 a cinque poli.
E’ possibile prevedere come mostrato in particolare in figura 4 che la parete esterna 23 sia una parete obliqua di elementi separabilmente montabili che vengono montati intorno al perno 20. La parete obliqua può essere sia separabilmente montata con il perno 20 sia alternativamente può essere una parte integrale del perno 20. In ogni caso la parete esterna 23 risulta in corrispondenza della porzione 26 del perno di supporto 20 intorno la quale è montata rotabilmente la rotella 10.
Alternativamente è possibile prevedere che la cavità 25 scavata nel corpo 21 del perno di supporto 20 abbia una sola apertura passante 251 adatta a permettere l’inserimento dello stelo 40.
Alternativamente è possibile prevedere che la seconda apertura passante 252 sia adatta ad inserire un mezzo di avvitamento adatto ad avvitare lo stelo 40 con la porzione filettata 24 della parete interna della cavità 25 del perno di supporto 20.
Alternativamente il MEMS è affogato all’interno dello stelo 40. In detta alternativa il MEMS 50 è montato all’interno del perno di supporto 20 in corrispondenza della porzione 26 del perno di supporto 20 intorno la quale è montata rotabilmente la rotella 10.
Alternativamente il MEMS e l’amplificatore sono affogati all’interno del perno di supporto 20.
Alternativamente è possibile prevedere che all’interno della cavità 45 dello stelo 40 è alloggiato almeno un amplificatore (non mostrato nelle figure) adatto ad amplificare un segnale di tensione del MEMS 50 in un segnale amplificato del MEMS 50. Secondo questa alternativa il segnale amplificato del MEMS 50 viene trasmesso per mezzo di cavi 52, 61 ad una scatola di condizionamento del segnale 60, avendo come vantaggio il fatto di poter trasmettere più facilmente il segnale amplificato del MEMS 50 lungo i cavi 52, 61.
Alternativamente è possibile prevedere che un amplificatore sia montato all’interno del perno di supporto 20 e che ci possa essere anche un altro amplificatore all’interno della scatola di condizionamento del segnale 60.
Alternativamente è possibile prevedere che la cavità 45 dello stelo 40 possa alloggiare anche un encoder adatto a misurare una velocità della rotella 10 oppure una cella di carico adatta a misurare il carico della rotella 10. Il processore della scatola di condizionamento del segnale 60 calcola la velocità ed il carico con lo stesso procedimento descritto per l’accelerazione e per la temperatura.
Alternativamente è possibile utilizzare due connettori 55 e 65 con attacchi diversi dallo standard M8 a cinque poli.
Alternativamente il connettore a T 66 può essere sostituito con un altro connettore standard M8 a cinque poli, oppure può essere sostituito da altri attacchi diversi dallo standard M8 a cinque poli.
Alternativamente è possibile prevedere che il sistema di guida sensorizzato 100 comprenda la rotella 10 e il perno di supporto 20, ma non comprenda affatto i cuscinetti volventi 30, piuttosto che comprenda cuscinetti volventi sferici o di altro tipo.
Alternativamente è possibile prevedere di miniaturizzare la scatola di condizionamento di segnale 60 trasformandola in un microprocessore dotato di almeno il processore e di almeno la memoria che sia montato con l’amplificatore montato con il MEMS 50 all’interno dello stelo 40 alloggiato nella cavità 25 del perno di supporto 20.
Alternativamente è possibile prevedere che ogni perno di supporto 20 possa montare una molteplicità di rotelle 10.
In quest’ultima alternativa è possibile prevedere che ci possano essere una molteplicità di grani 40 comprendenti rispettivi MEMS 50 disposti in corrispondenza e sotto ad ogni rispettiva rotella 10 della molteplicità di rotelle 10 montate con il perno di supporto 20.
L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di guida sensorizzato (100) comprendente un perno di supporto (20), almeno una rotella (10) rotabilmente montata con detto perno di supporto (20) intorno ad un asse geometrico di rotazione (R), una struttura micro elettromeccanica MEMS (50) montato all’interno di detto perno di supporto (20), dove detto MEMS (50) misura una caratteristica fisica da cui è possibile ricavare almeno una misura di almeno un osservabile fisico di detto sistema di guida sensorizzato (100) e trasmette almeno un segnale elettromagnetico comprendente detta misura, almeno un amplificatore che amplifica detto almeno un segnale elettromagnetico in almeno un segnale elettromagnetico amplificato, almeno un cavo di trasmissione (52, 61) adatto a trasmettere detto almeno un segnale elettromagnetico, una scatola di condizionamento di segnale (60) connessa a detto almeno un cavo di trasmissione (52, 61) e comprendente almeno un processore ed almeno una memoria, dove detto almeno un processore acquisisce detto almeno un segnale elettromagnetico amplificato ed elabora detto almeno un segnale elettromagnetico amplificato per mezzo di algoritmi matematici calcolando detta almeno una misura di detto almeno un osservabile fisico, dove detto almeno un osservabile fisico è compreso in una lista comprendente una temperatura di detto sistema di guida sensorizzato (100), una accelerazione di detta rotella (10), una velocità di detta rotella (10), una vibrazione di detto sistema di guida sensorizzato (100).
  2. 2. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere uno stelo (40) montato all’interno di detto perno di supporto (20) e comprendente detto MEMS (50).
  3. 3. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto perno di supporto (20) comprende un corpo (21) ed una cavità (25) scavata all’interno di detto corpo (21), detta cavità (25) di detto perno di supporto (20) comprende almeno una dimensione longitudinale che si estende lungo una direzione di detto asse geometrico di rotazione (R) di detta almeno una rotella (10), detto stelo (40) essendo montato all’interno di detta cavità (25).
  4. 4. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta cavità (25) comprende una parete interna comprendente almeno una porzione filettata (24) di parete interna e che detto stelo (40) comprende una parete esterna filettata (42) adatta ad essere ingaggiata con detta porzione filettata (24) di detta parete interna di detta cavità (25).
  5. 5. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-4, caratterizzato dal fatto che detto stelo (40) comprende una cavità (45) che alloggia detto MEMS (50).
  6. 6. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, caratterizzato dal fatto che detta almeno una rotella (10) è montata rotabilmente sopra una porzione (26) di detto perno di supporto (20) e detto MEMS (50) è montato all’interno del perno di supporto (20) in corrispondenza di detta porzione (26) di detto perno di supporto (20).
  7. 7. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto che detto almeno un processore di detta scatola di condizionamento di segnale (60) attua una prima operazione acquisendo detto almeno un segnale elettromagnetico amplificato ad intervalli di tempo compresi tra 0.3 e 0.8 secondi trasformando detto almeno un segnale elettromagnetico amplificato attraverso algoritmi matematici in almeno un segnale amplificato digitalizzato, che detto almeno un processore attua una seconda operazione elaborando detto almeno un segnale amplificato digitalizzato calcolando per mezzo di algoritmi matematici una trasformata di Fourier con frequenza di campionamento compresa tra 5500 e 7500 Hz ed ottenendo almeno uno spettro di segnale, che detto almeno un processore ripete detta prima operazione e detta seconda operazione per una molteplicità di volte ed acquisisce una molteplicità di spettri di segnale salvandoli in detta almeno una memoria, che detto almeno un processore media detta molteplicità di spettri di segnale per mezzo di un algoritmo matematico di media mobile ed ottiene almeno uno spettro di segnale mediato, che detto almeno un processore elabora detto almeno uno spettro di segnale mediato e calcolando detta almeno una misura di detto almeno un osservabile fisico di detto sistema di guida sensorizzato (100).
  8. 8. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto che detto almeno un amplificatore è montato all’interno di detto perno di supporto (20) e che detto amplificatore è connesso a detto MEMS (50).
  9. 9. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto stelo (40) comprende detta cavità (45) che alloggia detto amplificatore.
  10. 10. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8-9, caratterizzato dal fatto che un primo cavo di trasmissione (52) di detto almeno un cavo di trasmissione (52, 61) è connesso con detto almeno un amplificatore è connesso con un connettore a T (66) e che un secondo cavo di trasmissione (61) di detto almeno un cavo di trasmissione (52, 61) è connesso con detto connettore a T (66) e con detta scatola di condizionamento di segnale (60).
  11. 11. Sistema di guida sensorizzato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9, caratterizzato dal fatto che detto almeno un amplificatore è montato all’interno di detta scatola di condizionamento di segnale (60).
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