ITBO20060118A1 - Comparatore per il controllo di dimensioni radiali di pezzi meccanici. - Google Patents

Comparatore per il controllo di dimensioni radiali di pezzi meccanici. Download PDF

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    • B24B49/045—Specially adapted gauging instruments

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:
"Comparatore per il controllo di dimensioni radiali di pezzi meccanici",
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Comparatore per il controllo delle dimensioni radiali di un pezzo meccanico con una superficie cilindrica, comprendente un sistema di supporto con un involucro, un dispositivo di riferimento a V, rigidamente connesso all'involucro, atto a cooperare con la superficie cilindrica del pezzo, un tastatore atto a toccare la superficie cilindrica del pezzo e a compiere movimenti sostanzialmente lineari, un elemento di trasmissione, disposto in modo mobile nell'involucro e recante il tastatore, un trasduttore atto a fornire segnali indicativi della posizione del tastatore rispetto al dispositivo di riferimento a V, il trasduttore comprendendo un elemento mobile connesso all'elemento di trasmissione, e un sistema di tenuta fra l'elemento di trasmissione e l'involucro.
Comparatori aventi tali caratteristiche sono noti. Un esempio è mostrato nella domanda internazionale di brevetto WO-A-9712724 che si riferisce ad una particolare apparecchiatura, per il controllo del diametro di perni di biella in moto orbitale intorno ad un asse geometrico. Il comparatore - che è parte dell'apparecchiatura ed è mostrato nelle figure 6 e 7 della domanda internazionale - comprende un dispositivo di riferimento a V che si appoggia sul perno da controllare ed un involucro tubolare di guida all'interno del quale può traslare assialmente un'asta di rinvio con un tastatore che tocca la superficie del perno di biella da controllare. Gli spostamenti dell'asta vengono rilevati da un dispositivo di misura, con un trasduttore induttivo che comprende una parte solidale all'involucro tubolare ed un'altra mobile con l'asta di rinvio.
Nella particolare applicazione mostrata nella citata domanda internazionale, per un controllo nel corso di operazioni di rettifica di un albero motore, la parte fissa del comparatore - comprendente l'involucro tubolare, il dispositivo di riferimento a V ed una parte del trasduttore induttivo - è connessa ad un sistema di supporto che consente all'intero comparatore i movimenti necessari per mantenersi a contatto con il perno da controllare nel corso dei movimenti orbitali di quest'ultimo.
L'apertura dell'involucro tubolare dalla quale sporge l'estremità dell'asta di rinvio che reca il tastatore è chiusa con un sistema di tenuta per impedire l'ingresso del refrigerante presente nel corso della lavorazione o di altro materiale estraneo. In particolare è previsto un soffietto metallico avente le estremità fissate rispettivamente all'asta ed all'involucro, che svolge anche la funzione di impedire rotazioni assiali fra asta ed involucro ed evitare cosi che il tastatore assuma posizioni angolari improprie.
In alternativa, comparatori noti prevedono la presenza di guarnizioni tubolari esterne di altro tipo, ad esempio in gomma, fra l'involucro e l'elemento mobile che reca il tastatore, guarnizioni che realizzano il sistema di tenuta ma non svolgono sostanziali funzioni di antirotazione.
La crescente richiesta di motori a combustione interna con caratteristiche di estrema compattezza porta alla realizzazione di componenti aventi dimensioni conseguentemente ridotte. Uno di tali componenti è l'albero motore, le cui caratteristiche dimensionali richiedono un controllo estremamente accurato.
L'apparecchiatura della già citata domanda WO-A-9712724 può trovare dei limiti applicativi qualora le dimensioni nominali dell'albero motore da controllare scendano al di sotto di determinati valori. In particolare ove l'estensione longitudinale del perno di biella da controllare sia estremamente ridotta deve essere conseguentemente ridotto lo spessore della parte di comparatore che, durante il controllo, si trova a contatto con il perno o nelle immediate vicinanze e che deve alloggiare fra le pareti delle contrapposte maschiette alle estremità del perno. Questa parte comprende il dispositivo di iferimento a V, il tastatore, la relativa estremità dell'asta e dell'involucro ed il sistema di tenuta.
Particolarmente critica risulta la riduzione delle dimensioni del sistema di tenuta qualora lo spazio disponibile sia inferiore, ad esempio ad 8-10 mm. E' infatti problematico realizzare soffietti metallici o guarnizioni tubolari di altro tipo che abbiano ingombro trasversale adeguato, un sicuro fissaggio alle parti mutuamente mobili e caratteristiche tali da garantire le necessarie cedevolezza e tenuta.
Scopo della presente invenzione è realizzare un comparatore che garantisca ottime prestazioni nel controllo di dimensioni radiali di parti meccaniche e presenti ridotto ingombro per consentire di superare i problemi dei comparatori noti in applicazioni con spazio limitato per l'accesso alle parti da controllare.
Raggiunge questo scopo un comparatore del tipo precisato all'inizio, nel quale il sistema di tenuta comprende un condotto pneumatico attraverso il quale aria sotto pressione è soffiata dall'interno all'esterno dell'involucro.
In un comparatore secondo l'invenzione possono quindi essere omesse guarnizioni tubolari esterne, o soffietti metallici, consentendo, con un dimensionamento opportuno degli altri componenti interessati, l'effettuazione di operazioni di controllo anche ove lo spazio di accesso sia estremamente limitato. Un esempio è quello descritto in precedenza, in un'applicazione per controllo di un perno di biella orbitante di limitate dimensioni assiali, ove le dimensioni di tale perno e/o altre parti meccaniche dell'applicazione impediscano l'accesso a componenti di ingombro trasversale superiore a 8-10 mm.
Una particolare realizzazione della presente invenzione, che prevede la presenza addizionale di una guarnizione interna, sostanzialmente solidale o all'involucro o all'elemento di trasmissione, consente di garantire una ottima tenuta nei confronti di materiale estraneo anche in una condizione non operativa del comparatore stesso, senza la necessità di mantenere in tale condizione il passaggio di aria sotto pressione.
L'invenzione viene ora descritta in dettaglio con riferimento ad una forma di realizzazione preferita illustrata negli annessi disegni, da intendersi comunque come esemplificativi e non limitativi, nei quali:
la figura 1 è una sezione longitudinale, con alcuni elementi mostrati in vista, di una realizzazione preferita di un comparatore secondo la presente invenzione;
la figura 2 è una sezione trasversale del comparatore di figura 1, secondo la traccia II-II di figura 1;
la figura 3 è una sezione longitudinale parziale del comparatore delle figure 1 e 2, secondo la traccia III-III di figura 2;
la figura 4 è una sezione trasversale del comparatore di figura 1, Secondo la traccia IV- IV di figura 1;
le figure 5 e 6 sono sezioni longitudinali ingrandite e con alcuni componenti semplificati per motivi di chiarezza di un particolare del comparatore di figura 1, in corrispondenza di una posizione non operativa e, rispettivamente, operativa; e
la figura 7 è una vista laterale del comparatore di figura 1, con alcuni particolari in sezione, durante il controllo di un perno di biella di un albero motore.
Le figure mostrano un comparatore per il controllo di diametri esterni, o "comparatore a forchetta", 1 secondo l'invenzione. Il comparatore 1 comprende un sistema di supporto con un involucro 2 di forma allungata, un dispositivo di riferimento a V 4 connesso in modo registrabile ad un'estremità dell'involucro 2, ad esempio mediante viti schematizzate in figura 1 con il riferimento 3. L'involucro 2 ha un'apertura assiale 6 che lo attraversa da parte a parte, nella quale alloggia un'asta 8 che può traslare longitudinalmente guidata da dispositivi di guida con una prima boccola 12 e da una seconda boccola 14. Una parte terminale IO dell'asta 8 ha diametro ridotto e sporge dall'involucro 2 in corrispondenza del dispositivo di riferimento a V 4. Un tastatore 20, destinato a toccare la superficie di un pezzo da controllare, come sarà illustrato nel seguito, è fissato alla parte terminale 10 dell'asta 8 e un elemento mobile o nucleo 23 di un trasduttore induttivo 22 è connesso all'estremità opposta dell'asta 8 mediante uno stelo 21. Il trasduttore 22 comprende anche una parte fissa 24, connessa all'involucro 2 in corrispondenza di una zona allargata dell'apertura assiale 6, con avvolgimenti all'interno dei quali può traslare il nucleo 23. Gli avvolgimenti - non mostrati in figura 1 - sono connessi, attraverso fili elettrici di un cavo 26, ad un'unità di elaborazione e visualizzazione di tipo noto, schematizzata in figura con il riferimento 25.
L'asta 8 rappresenta un elemento di trasmissione che trasmette movimenti del tastatore 20 - conseguenti il contatto con la superficie del pezzo da controllare - al nucleo 23 del trasduttore 22.
Dispositivi di spinta comprendono una molla a compressione 28 che esercita una spinta assiale fra superfici della zona allargata dell'apertura assiale 6 e l'asta 8 agendo, nell'esempio di figura 1, su una flangia 29 connessa all'asta 8 e spingendo verso l'esterno la parte terminale 10 che reca il tastatore 20. La seconda boccola 14, disposta in prossimità del dispositivo di riferimento a V 4 e meglio visibile nelle figure 4, 5 e 6, comprende una porzione di guida 13 dei movimenti di traslazione longitudinale dell'asta 8 ed una porzione a diametro allargato 15 in corrispondenza della quale è ricavata una cavità ircolare 16 che alloggia parzialmente una guarnizione anulare o "O-Ring" 18.
La guarnizione anulare 18 sporge rispetto alla superficie interna della boccola e definisce un elemento di tenuta con il quale coopera, sotto la spinta della molla 28, una superficie di riscontro dell'asta 8, sostanzialmente in corrispondenza della zona di raccordo 9 con la parte terminale 10 a diametro ridotto.
La porzione di guida 13 presenta tre aperture o intagli longitudinali 17 a 120° che consentono il passaggio dell'aria compressa.
Un dispositivo antirotazione con un soffietto metallico 30 ha le estremità connesse all'asta 8 e all'involucro 2 e alloggia nella zona allargata dell'apertura assiale 6. Rispetto a quanto mostrato nella domanda internazionale di brevetto WO-A-9712724 citata in precedenza, il soffietto metallico 30 ha qui la sola funzione di impedire sostanzialmente rotazioni assiali fra l'asta 8 e l'involucro 2.
Una sorgente di aria compressa, schematizzata in figura con il riferimento 40, è connessa mediante un tubo 42 ad un foro laterale 44 dell'involucro 2 che mette in comunicazione con l'esterno la zona allargata dell'apertura assiale 6. Un foro di passaggio 46 - visibile nelle figure 2 e 3 - è definito nell'involucro 2 fra la suddetta zona allargata ed una zona dell'apertura assiale 6 fra la prima boccola 12 e la seconda boccola 14. Il foro di passaggio 46 e zone dell'apertura assiale 6 definiscono così parti di un condotto pneumatico per il passaggio - all'interno dell'involucro 2 e verso l'apertura in corrispondenza del dispositivo di riferimento a V 4 - dell'aria compressa generata dalla sorgente 40.
Il comparatore a forchetta 1 può essere connesso ad un supporto esterno, schematicamente mostrato in figura 1 con il riferimento 50, ad esempio ad una struttura mobile analoga a quella descritta ed illustrata nella citata domanda internazionale di brevetto WO-A-9712724, per il controllo di perni di biella in moto di rotazione orbitale.
In condizioni non operative, l'asta 8 si trova, sotto la spinta della molla 28, nella posizione delle figure 1 e 5. Tale posizione è definita da dispositivi di limitazione di tipo noto, non mostrati nelle figure, con battute meccaniche spinte l'una contro l'altra dall'azione della molla 28. In corrispondenza della zona di raccordo 9, la superficie di riscontro dell'asta 8 è spinta contro, la guarnizione anulare 18, garantendo così la tenuta del comparatore 1. In altre parole l'apertura 6 è chiusa e non accessibile a liquidi o materiale estraneo.
Per effettuare operazioni di controllo il comparatore 1 è portato, in modo manuale o automatico, a contatto con una superfìcie cilindrica del pezzo da controllare 60, ad esempio un perno di biella di un albero motore 66 parzialmente e schematicamente mostrato in figura 7. Il dispositivo di riferimento a V 4 va a contatto con la superficie del pezzo 60 (figura 6) e, nell'esempio citato, mantiene tale contatto durante rotazioni orbitali del pezzo 60 ad esempio grazie all'effetto della forza di gravità (su questo punto, si rimanda alla descrizione della citata domanda di brevetto WO-A-9712724). Sul tastatore 20 è applicata una spinta opposta a quella esercitata dalla molla 28 e i conseguenti movimenti del tastatore 20 sono trasmessi, mediante traslazione dell'asta 8, al nucleo 23 del trasduttore 22. Quest'ultimo fornisce segnali indicativi di tali movimenti all'unità di elaborazione e visualizzazione 25 che elabora i segnali e fornisce indicazioni circa le dimensioni del pezzo 60. Tali indicazioni possono ad esempio essere impiegate per controllare le operazioni di rettifica dell'albero motore 66 se il comparatore è impiegato in un controllo "in-process" su macchina utensile (rettificatrice).
Aria compressa che, dalla sorgente 40 è soffiata all'interno dell'involucro 2 attraverso il foro laterale 44, attraversa longitudinalmente l'involucro 2 nel condotto pneumatico definito dal foro di passaggio 46, dagli spazi liberi dell'apertura assiale 6, dagli intagli longitudinali 17 e dalla porzione a diametro allargato 15 della seconda boccola 14. Quando, in seguito al contatto fra tastatore 20 e superficie del pezzo 60, la superficie di riscontro dell'asta 8 si allontana dalla guarnizione 18 l'aria può uscire all'esterno. L'uscita dell'aria dall'involucro 2 respinge ed impedisce l'ingresso a materiale estraneo eventualmente presente nei pressi della zona di contatto fra tastatore 20 e pezzo 60, realizzando così un sistema di tenuta. La tenuta è particolarmente importante in applicazioni "in-process" nelle quali il pezzo lavorato su macchina utensile è investito e ricoperto da liquido refrigerante che, penetrando nell'involucro 2, potrebbe alterare negativamente il funzionamento del comparatore 1 e danneggiarne i componenti, in particolar modo il trasduttore 22.
Quando il comparatore 1 è allontanato dal pezzo 60, la molla 28 spinge nuovamente la superficie di riscontro dell'asta 8 contro la guarnizione 18 chiudendo a tenuta l'apertura 6. L'aria proveniente dalla sorgente 40 resta di conseguenza all'interno dell'involucro 2, in pressione. Il consumo di aria viene così vantaggiosamente limitato alle sole fasi di controllo nelle quali il tastatore 20 si muove. In alternativa, la generazione di aria compressa può essere disattivata fino alla successiva operazione di controllo.
Il comparatore 1 garantisce in questo modo ottime caratteristiche di tenuta pur in assenza di dispositivi di tenuta esterni, quali guarnizioni tubolari in gomma o metallo che, per assicurare le prestazioni richieste, non possono avere dimensioni inferiori a certi valori limite. La possibilità di fare a meno delle guarnizioni esterne consente la realizzazione di comparatori nei quali le parti destinate a cooperare con il pezzo da controllare hanno dimensioni trasversali estremamente ridotte. Sono così possibili applicazioni per il controllo di parti diffìcilmente accessibili, quali perni di biella la cui estensione longitudinale è delimitata da parti meccaniche molto vicine una all'altra (ad (esempio 8-10 mm.), come schematicamente illustrato in figura 7.
La presenza e la disposizione della guarnizione 18 garantisce inoltre la tenuta nella condizione non operativa del comparatore 1, anche quando il comparatore 1 è in posizione ritratta rispetto al pezzo da controllare o è riposto ad esempio in un magazzino. In tali condizioni infatti, pur meno esposte, sarebbe comunque necessario aumentare in modo massiccio il consumo di aria compressa per evitare che polvere o altro materiale estraneo si accumuli all'ingresso dell'involucro 2 e possa penetrare in esso. La presenza e la disposizione della guarnizione 18 consente di mantenere l'aria in pressione all'interno dell'involucro e/o di disattivare l'erogazione dell'aria stessa quando al comparatore 1 non sono richieste operazioni di controllo, senza che questo comporti rischi per la corretta tenuta del comparatore 1 stesso.
Comparatori secondo l'invenzione comprendono soluzioni realizzative diverse rispetto a quanto mostrato nelle figure e fin qui descritto.
La tenuta in corrispondenza della seconda boccola 14 può essere realizzata in un diverso modo, nel quale ad esempio la guarnizione 18 o un elemento con analoghe caratteristiche, è fissato ad una opportuna zona dell'asta 8 e con essa mobile, mentre la superfìcie interna della boccola 14 è opportunamente conformata per cooperare con tale guarnizione e ottenere la tenuta nella condizione non operativa del comparatore 1. Anche i dispositivi di spinta possono essere realizzati in diverso modo, ad esempio con meccanismi di diversa forma e disposizione, con elementi magnetici, o altro. Il dispositivi di guida possono comprendere la sola boccola 14, opportunamente dimensionata, oppure altri elementi di guida, ad esempio una bussola a sfera al posto della prima boccola 12.
Altra variante può riguardare la disposizione dell'asta 8 e della relativa direzione di traslazione, rispetto all'angolo definito dalle superfici di appoggio del dispositivo di riferimento a V 4. In particolare la direzione di traslazione del tastatore 20, ovvero l'apertura assiale 6 dove l'asta 8 è guidata, può sostanzialmente coincidere con la bisettrice di tale angolo, o può essere leggermente inclinata rispetto ad essa.
Inoltre, il trasduttore induttivo 22 può essere rimpiazzato da una testa a movimento assiale, con parte mobile a contatto con una superficie di estremità dell'asta 8, sostanzialmente come mostrato nelle figure 6 e 7 della già citata domanda internazionale di brevetto WO-A-9712724. Altri tipi di trasduttori noti possono essere impiegati (ad esempio ottici). Risulta comunque vantaggioso avvalersi di un dispositivo pneumatico dedicato alla realizzazione della tenuta e separato dal circuito di trasduzione dei movimenti del tastatore 20. Tale separazione consente da un lato di scegliere il trasduttore in base ad altri criteri applicativi per ottenere le migliori prestazioni metrologiche, dall'altro di realizzare in modo estremamente semplice ed economico il suddetto circuito pneumatico di tenuta. Infatti quest'ultimo non richiede, ad esempio, l'impiego di stabilizzatori per ottenere il controllo della pressione, ma può al contrario avvalersi dell'aria normalmente disponibile per altri scopi negli ambienti di officina ("aria di stabilimento").
Un comparatore secondo l'invenzione può inoltre essere connesso a supporti esterni di altro tipo o essere utilizzato in modo indipendente, ad esempio manuale.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Comparatore (1) per il controllo delle dimensioni radiali di un pezzo meccanico (60) con una superficie cilindrica, comprendente un sistema di supporto con un involucro (2), un dispositivo di riferimento a V (4), rigidamente connesso all'involucro (2), atto a cooperare con la superficie cilindrica del pezzo (60), un tastatore (20) atto a toccare detta superficie cilindrica del pezzo (60) e a Compiere movimenti sostanzialmente lineari, un elemento di trasmissione (8), disposto in modo mobile nell'involucro (2) e recante detto tastatore (20), un trasduttore (22) atto a fornire segnali indicativi della posizione del tastatore (20) rispetto al dispositivo di riferimento a V (4), il trasduttore (22) comprendendo un elemento mobile (23) connesso all'elemento di trasmissione (8), e un sistema di tenuta (18, 40-46) fra l'elemento di trasmissione (8) e l'involucro (2), caratterizzato dal fatto che detto sistema di tenuta comprende un condotto pneumatico (6, 42-46) attraverso il quale aria sotto pressione è soffiata dall'interno all'esterno dell'involucro (2).
  2. 2. Comparatore secondo la rivendicazione 1, nel quale il sistema di tenuta (18, 40-46) comprende un elemento di tenuta (18) connesso ad uno di detti involucro (2) ed elemento di trasmissione (8) e atto a cooperare con una superficie di riscontro dell'altro di detti involucro (2) ed elemento di trasmissione (8) per realizzare la tenuta.
  3. 3. Comparatore secondo la rivendicazione 2, comprendente dispositivi di spinta (28) atti ad applicare una spinta assiale all'elemento di trasmissione (8) tendente a mantenere a contatto mutuo detto elemento di tenuta (18) e detta superfìcie di riscontro.
  4. Comparatore secondo la rivendicazione 3, nel quale detti dispositivi di spinta comprendono una molla (28) disposta fra l'involucro (2) e l'elemento di trasmissione (8).
  5. 5. Comparatore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, nel quale l'elemento di trasmissione comprende un'asta (8), l'involucro (2) definendo un 'apertura assiale (6), detta asta (8) essendo alloggiata nell'apertura assiale (6) e assialmente mobile in essa.
  6. 6. Comparatore secondo la rivendicazione 5, nel quale detto condotto pneumatico comprende almeno parte di detta apertura assiale (6).
  7. 7. Comparatore secondo la rivendicazione 6, comprendente dispositivi di guida (12, 14) atti a guidare movimenti assiali di detta asta (8) nell'apertura assiale (6), i dispositivi di guida comprendono almeno una boccola (14) cbnnessa all'involucro (2) in prossimità del dispositivo di riferimento a V (4), il condotto pneumatico comprendendo aperture (17) di detta almeno una boccola (14).
  8. 8. Comparatore secondo la rivendicazione 7, nel quale detta almeno una bpccola (14) definisce una superficie interna (13, 15) e l'elemento di tenuta (18) è connesso a detta superficie interna (13, 15), l'asta (8) definendo detta superficie di riscontro.
  9. 9; Comparatore secondo la una delle rivendicazioni da 5 a 8, nel quale detto dispositivo di riferimento a V (4) definisce superfici di appoggio che formano un angolo, detta apertura assiale (6) essendo disposta sostanzialmente secondo la bisettrice di detto angolo.
  10. 10. Comparatore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 9, nel quale l'elemento di tenuta comprende una guarnizione anulare (18).
  11. 11. Comparatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale il trasduttore (22) comprende una parte fissa (24) solidale all'involucro (2).
  12. 12. Comparatore secondo la rivendicazione 11, nel quale il trasduttore (22) è di tipo induttivo.
  13. 13. Comparatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un dispositivo antirotazione con un soffietto metallico (30) alloggiato nell'involucro (2) e connesso all'elemento di trasmissione (8) e all'involucro (2).
  14. 14. Uso di un comparatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale, durante il controllo, il pezzo meccanico (60) è in rotazione orbitale e il dispositivo di riferimento a V (4) resta in contatto con la superficie cilindrica del pezzo (60).
  15. 15. Uso di un comparatore secondo la rivendicazione 14, per il controllo di un perno di biella (60) di un albero motore (66) durante operazioni di rettifica su una macchina utensile.
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