ITBO20090615A1 - CONTROL DEVICE AND ITS FULCRO DEVICE - Google Patents
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Description
“Dispositivo di controllo e relativo dispositivo a fulcro †⠀ œControl device and relative fulcrum device â €
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
L’invenzione riguarda un dispositivo a fulcro atto ad essere fissato fra una struttura di sostegno e un tastatore di un dispositivo di controllo dimensionale e/o di forma per consentire spostamenti del tastatore rispetto alla struttura di sostegno, il dispositivo a fulcro comprendendo una sezione deformabile che definisce un asse di rotazione e due zone da parti opposte rispetto alla sezione deformabile. The invention relates to a fulcrum device adapted to be fixed between a support structure and a feeler of a dimensional and / or shape control device to allow movement of the feeler with respect to the support structure, the fulcrum device comprising a section deformable which defines an axis of rotation and two zones on opposite sides with respect to the deformable section.
L’invenzione riguarda anche un dispositivo di controllo per controlli dimensionali e/o di forma di un pezzo meccanico, comprendente una struttura di sostegno, un tastatore, mobile rispetto alla struttura di sostegno, atto a toccare il pezzo meccanico da controllare, e un dispositivo a fulcro. Dispositivi di controllo e teste comparatrici per il controllo dimensionale e/o di forma di pezzi sono noti da tempo e impiegati, ad esempio, nell’industria meccanica per il controllo dimensionale o di forma di pezzi meccanici prima, durante o dopo la lavorazione su macchine utensili. The invention also relates to a control device for dimensional and / or shape checks of a mechanical piece, comprising a support structure, a feeler, movable with respect to the support structure, able to touch the mechanical piece to be checked, and a fulcrum device. Control devices and gauging heads for dimensional and / or shape control of pieces have been known for some time and used, for example, in the mechanical industry for dimensional or shape control of mechanical pieces before, during or after machining on machine tools.
Esempi di tali dispositivi e teste, con diverse strutture e per controlli di diverso tipo, sono mostrati nei seguenti brevetti: US-A-4385444, US-A4409737, US-A-4555855, US-A-4597184, US-A-6269546, US-A-7412778. Examples of such devices and heads, with different structures and for different types of controls, are shown in the following patents: US-A-4385444, US-A4409737, US-A-4555855, US-A-4597184, US-A-6269546 , US-A-7412778.
I dispositivi illustrati sono ottenuti mediante l’assemblaggio, ad una struttura di sostegno, dei diversi componenti, fra i quali almeno un tastatore per toccare il pezzo da controllare, almeno un fulcro che consente al tastatore di compiere limitati spostamenti rispetto alla struttura di sostegno e almeno un trasduttore che trasforma movimenti del tastatore – o dei tastatori – in segnali elettrici destinati a successive elaborazioni in opportune unità . Le operazioni di assemblaggio fra le diverse parti richiedono tempo e sufficiente perizia, specialmente in relazione al corretto posizionamento e al sicuro fissaggio del trasduttore rispetto al fulcro, al tastatore e agli altri componenti. The illustrated devices are obtained by assembling, to a support structure, the various components, including at least one feeler to touch the piece to be checked, at least one fulcrum that allows the feeler to make limited movements with respect to the support structure and at least one transducer that transforms movements of the feeler - or of the feelers - into electrical signals intended for subsequent processing in suitable units. The assembly operations between the different parts require time and sufficient expertise, especially in relation to the correct positioning and safe fixing of the transducer with respect to the fulcrum, the probe and the other components.
Scopo della presente invenzione à ̈ semplificare le operazioni di assemblaggio, limitando il numero di componenti, di un dispositivo di controllo garantendo l’affidabilità del dispositivo ottenuto e, al contempo, una notevole flessibilità e modularità di impiego di tali componenti. The purpose of the present invention is to simplify the assembly operations, by limiting the number of components, of a control device ensuring the reliability of the device obtained and, at the same time, a considerable flexibility and modularity of use of these components.
Questo ed altri scopi e vantaggi sono ottenuti da un dispositivo a fulcro e da un dispositivo di controllo secondo la presente invenzione come definiti dalla rivendicazione 1 e dalla 10, rispettivamente. This and other objects and advantages are achieved by a fulcrum device and a control device according to the present invention as defined by claim 1 and 10, respectively.
In un dispositivo a fulcro secondo la presente invenzione à ̈ integrato un trasduttore, ad esempio di tipo estensimetrico, disposto in una sede ricavata in posizione trasversale rispetto all’asse di rotazione. Il dispositivo a fulcro à ̈ di forma sostanzialmente piatta con due lati principali contrapposti, e può comprendere due trasduttori integrati, in rispettive sedi ricavate in posizioni simmetriche sui due lati contrapposti. Il dispositivo a fulcro con sede/i e sezione/i deformabile/i può essere ricavato per lavorazione in un pezzo unico di metallo o altro materiale quale fibra di carbonio. Secondo una realizzazione alternativa e preferita il dispositivo a fulcro secondo l’invenzione à ̈ ricavato a partire da un elemento laminare flessibile – in acciaio per molle o altro materiale quale fibra di carbonio - mediante fissaggio di due porzioni rigide sagomate su una o su ciascuna delle facce, porzioni rigide che individuano le due zone mutuamente mobili e delimitano la sezione deformabile, e quindi definiscono l’asse di rotazione, e, almeno in parte, la sede (o le sedi, sui lati opposti) per il/i trasduttore/i. Nei dispositivi a fulcro secondo l’invenzione ciascuna sede con il rispettivo trasduttore à ̈ chiusa da un opportuno sistema di protezione, ad esempio con un soffietto o una guarnizione in gomma. Altra possibilità per realizzare il sistema di protezione, sostanzialmente a tenuta, à ̈ il riempimento della sede con opportuno materiale isolante, quale silicone. Ove siano impiegate parti in fibra di carbonio, una porzione aggiuntiva ancora in fibra di carbonio può essere incollata in corrispondenza dell’accesso alla sede per realizzare la chiusura a tenuta. Altre soluzioni che consentono la protezione a tenuta prevedono di impiegare una lastra di acciaio di pochi micron che copre l’accesso alla sede dove à ̈ alloggiato il trasduttore estensimetrico ed à ̈ fissata mediante saldatura laser. In a fulcrum device according to the present invention there is integrated a transducer, for example of the strain gauge type, arranged in a seat obtained in a transverse position with respect to the rotation axis. The fulcrum device has a substantially flat shape with two opposite main sides, and can include two integrated transducers, in respective seats obtained in symmetrical positions on the two opposite sides. The fulcrum device with seat (s) and deformable section (s) can be obtained by machining in a single piece of metal or other material such as carbon fiber. According to an alternative and preferred embodiment, the fulcrum device according to the invention is obtained starting from a flexible laminar element - in spring steel or other material such as carbon fiber - by fixing two rigid shaped portions on one or on each of the faces, rigid portions that identify the two mutually mobile areas and delimit the deformable section, and therefore define the rotation axis, and, at least in part, the seat (or seats, on opposite sides) for the i transducer / I. In the fulcrum devices according to the invention each seat with the respective transducer is closed by a suitable protection system, for example with a bellows or a rubber gasket. Another possibility to realize the protection system, substantially sealed, is the filling of the seat with suitable insulating material, such as silicone. Where carbon fiber parts are used, an additional portion still in carbon fiber can be glued at the access to the seat to make the seal. Other solutions that allow a tight protection foresee the use of a steel plate of a few microns that covers the access to the seat where the strain gauge transducer is housed and is fixed by laser welding.
Un dispositivo di controllo secondo l’invenzione comprende uno o più dispositivi a fulcro con le suddette caratteristiche. A control device according to the invention comprises one or more fulcrum devices with the above characteristics.
Le caratteristiche del dispositivo a fulcro con i mezzi trasduttori integrati garantiscono una notevole flessibilità di impiego. In particolare, gli stessi dispositivi a fulcro possono essere utilizzati in un’ampia gamma di dispositivi di controllo, quali teste comparatrici o di misura o altre applicazioni, con elementari operazioni di assemblaggio che ne semplificano la realizzazione. L'invenzione verrà ora descritta con riferimento agli annessi disegni, dati a solo titolo esemplificativo e non limitativo, nei quali: The characteristics of the fulcrum device with integrated transducer means guarantee a considerable flexibility of use. In particular, the same fulcrum devices can be used in a wide range of control devices, such as gauging or measuring heads or other applications, with elementary assembly operations that simplify their realization. The invention will now be described with reference to the attached drawings, given by way of non-limiting example, in which:
la figura 1 à ̈ una schematica vista prospettica di un dispositivo di controllo secondo l’invenzione, figure 1 is a schematic perspective view of a control device according to the invention,
la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica di un dispositivo a fulcro secondo una realizzazione della presente invenzione, Figure 2 is a perspective view of a fulcrum device according to an embodiment of the present invention,
la figura 3 à ̈ una vista prospettica esplosa di un dispositivo a fulcro secondo una diversa e preferita realizzazione dell’invenzione; figure 3 is an exploded perspective view of a fulcrum device according to a different and preferred embodiment of the invention;
la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica del dispositivo a fulcro di figura 3; Figure 4 is a perspective view of the fulcrum device of Figure 3;
la figura 5 à ̈ una sezione longitudinale centrale – in diversa scala - del dispositivo a fulcro delle figure 3 e 4, secondo la traccia V-V di figura 4; figure 5 is a central longitudinal section - in different scale - of the fulcrum device of figures 3 and 4, according to the trace V-V of figure 4;
la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica esplosa di un dispositivo a fulcro secondo una realizzazione simile a quella delle figure da 3 a 5 ma con un diverso sistema di protezione; figure 6 is an exploded perspective view of a fulcrum device according to an embodiment similar to that of figures 3 to 5 but with a different protection system;
la figura 7 Ã ̈ una vista prospettica del dispositivo a fulcro di figura 6; figure 7 is a perspective view of the fulcrum device of figure 6;
la figura 8 à ̈ una sezione longitudinale centrale – in diversa scala - del dispositivo a fulcro delle figure 6 e 7, secondo la traccia VIII-VIII di figura 7; la figura 9 à ̈ una vista prospettica esplosa di un dispositivo a fulcro secondo una differente ulteriore realizzazione; figure 8 is a central longitudinal section - in different scale - of the fulcrum device of figures 6 and 7, according to the trace VIII-VIII of figure 7; figure 9 is an exploded perspective view of a fulcrum device according to a different further embodiment;
la figura 10 à ̈ una vista prospettica del dispositivo a fulcro di figura 9; la figura 11 à ̈ una sezione longitudinale centrale – in diversa scala - del dispositivo a fulcro delle figure 9 e 10, secondo la traccia XI-XI di figura 10; e la figura 12 à ̈ una vista prospettica di un dispositivo a fulcro secondo una ulteriore realizzazione dell’invenzione. Figure 10 is a perspective view of the fulcrum device of Figure 9; figure 11 is a central longitudinal section - in different scale - of the fulcrum device of figures 9 and 10, according to trace XI-XI of figure 10; and figure 12 is a perspective view of a fulcrum device according to a further embodiment of the invention.
La figura 1 mostra, in modo estremamente schematico e con molti componenti omessi per semplicità , un dispositivo di controllo 1, ad esempio una testa comparatrice o di misura, con una struttura di sostegno 2, comprendente una base 3 e un montante 4, un supporto-tastatore mobile 6, in particolare un braccio di forma allungata, e un tastatore 8 fissato presso un’estremità del braccio 6 e destinato a toccare la superficie di un pezzo meccanico – non mostrato in figura - di cui si vogliano effettuare controlli di dimensione e/o forma. Figure 1 shows, in an extremely schematic way and with many components omitted for simplicity, a control device 1, for example a comparator or measuring head, with a support structure 2, comprising a base 3 and an upright 4, a support -movable feeler 6, in particular an elongated arm, and a feeler 8 fixed at one end of the arm 6 and intended to touch the surface of a mechanical piece - not shown in the figure - of which one wishes to carry out checks in size and / or shape.
Il tastatore 8 - attraverso il supporto-tastatore mobile o braccio 6 - à ̈ connesso alla base 3 della struttura di sostegno 2 mediante un dispositivo a fulcro con un elemento sostanzialmente piatto o piastrina 10 che presenta due lati principali contrapposti, una sezione 11 a spessore ridotto e due zone 12 e 13 di estremità . La piastrina 10, in particolare la sezione a spessore ridotto 11 ricavata, nell’esempio mostrato, per lavorazione in corrispondenza di uno dei lati principali, definisce un asse di rotazione R rispetto al quale le zone 12 e 13, fissate mediante viti 14 alla base 3 e al braccio 6, rispettivamente, si vengono a trovare da parti opposte. La sezione a spessore ridotto 11 à ̈ deformabile e consente alla zona 12, e al braccio 6 ad essa fissato, di compiere spostamenti rispetto alla zona 13, ovvero alla struttura di sostegno 2 con la base 3. In particolare, vengono consentite, in seguito al contatto del tastatore 8 con la superficie del pezzo meccanico 5, ridotte rotazioni mutue intorno all’asse R fra braccio 6 e struttura di sostegno 2. Elementi 15 di limitazione meccanica di dette rotazioni mutue di precorsa ed extracorsa sono fissati al montante 4 e atti a cooperare con il braccio 6 in modo di per sé noto. Altri componenti di per sé noti, quali eventuali molle di spinta fra braccio 6 e montante 4, un involucro di protezione, ed altro, non sono mostrati per motivi di semplicità . The feeler 8 - through the mobile support-feeler or arm 6 - is connected to the base 3 of the support structure 2 by means of a fulcrum device with a substantially flat element or plate 10 which has two opposite main sides, a thick section 11 reduced and two end zones 12 and 13. The plate 10, in particular the reduced thickness section 11 obtained, in the example shown, by machining at one of the main sides, defines an axis of rotation R with respect to which the zones 12 and 13, fixed by screws 14 to the base 3 and arm 6, respectively, are found on opposite sides. The reduced thickness section 11 is deformable and allows the zone 12, and the arm 6 fixed to it, to make displacements with respect to the zone 13, that is to the support structure 2 with the base 3. In particular, they are allowed, subsequently upon contact of the feeler 8 with the surface of the mechanical piece 5, reduced mutual rotations around the axis R between arm 6 and support structure 2. Elements 15 for mechanical limitation of said mutual pre-stroke and over-stroke rotations are fixed to the upright 4 and adapted to cooperate with arm 6 in a per se known manner. Other components known per se, such as possible thrust springs between arm 6 and upright 4, a protective casing, and the like, are not shown for reasons of simplicity.
Mezzi trasduttori sono integrati nella piastrina 10 del dispositivo a fulcro. In particolare, la piastrina 10 comprende una sede 18 sul lato principale opposto a quello lavorato per ricavare la sezione a spessore ridotto 11 e mezzi trasduttori integrati, in particolare un trasduttore estensimetrico, o estensimetro, 20 à ̈ disposto in tale sede, connesso alla piastrina 10, ad esempio incollato, in corrispondenza della sezione deformabile a spessore ridotto 11, disposta trasversalmente rispetto all’asse di rotazione R. La sede à ̈ chiusa sostanzialmente a tenuta mediante un elemento di chiusura 19, ad esempio una guarnizione in gomma. Si noti che nella figura 1 la sede 18 à ̈ in realtà coperta dalla guarnizione 19 mentre l’estensimetro 20 à ̈ mostrato con linea tratteggiata. L’estensimetro 20, ad esempio di tipo resistivo, à ̈ elettricamente connesso mediante conduttori, schematizzati in figura con i fili 22, ad un’unità di alimentazione, elaborazione e visualizzazione – non mostrata in figura. L’estensimetro 20 può essere realizzato in modo noto, ad esempio utilizzando una griglia di sottile filo metallico, oppure con fogli di materiale semiconduttore quale silicio. Questa seconda soluzione offre notevoli vantaggi in termini di migliorata sensibilità , oltre che per la notevole riduzione delle dimensioni e dei costi. Transducer means are integrated in the plate 10 of the fulcrum device. In particular, the plate 10 comprises a seat 18 on the main side opposite to the machined one to obtain the reduced thickness section 11 and integrated transducer means, in particular a strain gauge transducer, or strain gauge, 20 is arranged in this seat, connected to the plate 10, for example glued, in correspondence with the deformable section with reduced thickness 11, arranged transversely with respect to the axis of rotation R. The seat is substantially sealed by means of a closing element 19, for example a rubber gasket. Note that in figure 1 the seat 18 is actually covered by the gasket 19 while the strain gauge 20 is shown with a dashed line. The strain gauge 20, for example of the resistive type, is electrically connected by means of conductors, schematized in the figure with the wires 22, to a power supply, processing and display unit - not shown in the figure. The strain gauge 20 can be made in a known way, for example using a grid of thin metal wire, or with sheets of semiconductor material such as silicon. This second solution offers considerable advantages in terms of improved sensitivity, as well as a significant reduction in dimensions and costs.
Il dispositivo di controllo 1 à ̈ pertanto ottenibile mediante l’assemblaggio alla struttura 2 di due essenziali componenti, ovvero il supporto-tastatore mobile o braccio 6 con il tastatore 8 ed il dispositivo a fulcro con la piastrina 10 ed i mezzi trasduttori 20 integrati. E’ in particolare il poter disporre di quest’ultimo componente che rende l’insieme particolarmente flessibile ed efficiente. The control device 1 can therefore be obtained by assembling two essential components to the structure 2, namely the mobile feeler support or arm 6 with the feeler 8 and the fulcrum device with the plate 10 and the integrated transducer means 20 . It is in particular the availability of this last component that makes the whole particularly flexible and efficient.
Il funzionamento della testa 1 à ̈ di per sé noto e viene qui solo brevemente menzionato. Quando il tastatore 8 tocca una superficie del pezzo meccanico 5, la piastrina 10, ed in particolare la sezione deformabile a spessore ridotto 11 consente al braccio 6 di spostarsi rispetto alla base 3, compiendo limitate rotazioni (in senso sostanzialmente antiorario, con riferimento alla figura 1) intorno all’asse R. Tali rotazioni sono rilevate nell’unità di alimentazione, elaborazione e visualizzazione che riceve dall’estensimetro 20 segnali indicativi della conseguente deformazione. The functioning of head 1 is known per se and is only briefly mentioned here. When the feeler 8 touches a surface of the mechanical piece 5, the plate 10, and in particular the deformable section with reduced thickness 11, allows the arm 6 to move with respect to the base 3, performing limited rotations (substantially counterclockwise, with reference to the figure 1) around the R axis. These rotations are detected in the power supply, processing and display unit which receives 20 signals from the strain gauge indicating the consequent deformation.
Nella piastrina 10 sono integrate le funzioni di fulcro – ovvero collegamento del supporto-tastatore mobile 6 alla struttura di sostegno 2 che consente movimenti del tastatore 8 con rotazioni intorno ad un preciso asse di rotazione R – e di trasduzione di tali movimenti in segnali elettrici, o variazioni di segnali elettrici. The fulcrum functions are integrated in the plate 10 - that is, the connection of the mobile probe-support 6 to the support structure 2 which allows movements of the probe 8 with rotations around a precise rotation axis R - and of transduction of these movements in electrical signals, or variations in electrical signals.
La figura 2 mostra una piastrina 30, con una sezione deformabile a spessore ridotto 31, che realizza un dispositivo a fulcro con estensimetro integrato secondo una diversa variante. Rispetto alla piastrina 10 di figura 1, la piastrina 30 non ha i fori per il fissaggio mediante le viti. In questo caso la connessione alla struttura di sostegno 2 e al supporto-tastatore mobile 6 può avvenire in modo sostanzialmente permanente, ad esempio, mediante saldatura laser. Figure 2 shows a plate 30, with a deformable section with reduced thickness 31, which forms a fulcrum device with integrated strain gauge according to a different variant. With respect to the plate 10 of figure 1, the plate 30 does not have the holes for fixing by means of the screws. In this case the connection to the support structure 2 and to the mobile feeler support 6 can take place in a substantially permanent way, for example, by laser welding.
In figura 2 non à ̈ mostrato, per scopi illustrativi, l’elemento di chiusura 19 ed à ̈ visibile la sede 18 nella quale à ̈ disposto l’estensimetro 20 e un’apertura 17 per il passaggio dei fili 22. Figure 2 does not show, for illustrative purposes, the closing element 19 and the seat 18 in which the strain gauge 20 is arranged and an opening 17 for the passage of the wires 22 is visible.
Le figure da 3 a 5 si riferiscono ad una diversa forma realizzativa di un dispositivo a fulcro secondo l’invenzione, in particolare una piastrina 40 comprendente diversi componenti fra i quali un elemento laminare 44 flessibile – ottenuto ad esempio in acciaio per molle dello spessore di uno o pochi decimi di millimetro – ed elementi sagomati connessi su una o entrambe le facce dell’elemento laminare 44 in modo tale da delimitare, come sarà illustrato nel seguito, sia la sezione deformabile del dispositivo a fulcro che la sede o le sedi per i mezzi trasduttori. In particolare, coppie di primi elementi piatti sagomati 46 e 56 e di secondi elementi piatti sagomati 47 e 57, sostanzialmente rigidi, sono connessi ciascuno all’elemento laminare 44 in corrispondenza di zone 42 e 43 di estremità , rispettivamente. I due elementi piatti sagomati di ciascuna coppia 46, 56 e 47, 57 sono fissati alle due facce contrapposte dell’elemento laminare 44 e, su ciascuna faccia, porzioni dei bordi del primo 46 (56) e del secondo 47 (57) elemento piatto sagomato sono disposti mutuamente paralleli e a distanza opportuna – ad esempio alcuni centesimi di millimetro o più - così da delimitare una zona a spessore ridotto 41 della piastrina 40, ovvero definire la posizione dell’asse di rotazione R in corrispondenza di una sezione deformabile nella quale lo spessore della piastrina 40 à ̈ limitato a quello dell’elemento laminare 44 flessibile. Il primo 46 (56) e il secondo 47 (57) elemento piatto sagomato affiancati su ogni faccia dell’elemento laminare 44 hanno aperture contrapposte che delimitano una sede 48 (e, sull’altra faccia, un’ulteriore sede 58), e i mezzi trasduttori comprendono ad esempio una coppia di estensimetri 20 (uno di essi à ̈ visibile in figura 3, entrambi in figura 5) fissati – ad esempio incollati – ciascuno su una faccia dell’elemento laminare 44 in corrispondenza delle sedi 48 e 58. Gli elementi piatti sagomati 46, 47, 56 e 57, realizzati ad esempio in acciaio, sono fissati alle facce dell’elemento laminare 44 in modo permanente, ad esempio mediante saldatura laser. Figures 3 to 5 refer to a different embodiment of a fulcrum device according to the invention, in particular a plate 40 comprising various components including a flexible laminar element 44 - obtained for example in spring steel with a thickness of one or a few tenths of a millimeter - and shaped elements connected on one or both faces of the laminar element 44 in such a way as to define, as will be shown below, both the deformable section of the fulcrum device and the seat or seats for transducer means. In particular, pairs of first flat shaped elements 46 and 56 and of second flat shaped elements 47 and 57, substantially rigid, are each connected to the laminar element 44 in correspondence with end areas 42 and 43, respectively. The two flat shaped elements of each pair 46, 56 and 47, 57 are fixed to the two opposite faces of the laminar element 44 and, on each face, portions of the edges of the first 46 (56) and of the second 47 (57) element shaped plate are arranged mutually parallel and at a suitable distance - for example a few hundredths of a millimeter or more - so as to delimit a reduced thickness area 41 of the plate 40, or to define the position of the rotation axis R in correspondence with a deformable section in which the thickness of the plate 40 is limited to that of the flexible laminar element 44. The first 46 (56) and the second 47 (57) shaped flat element placed side by side on each face of the laminar element 44 have opposite openings that delimit a seat 48 (and, on the other face, a further seat 58) , and the transducer means comprise for example a pair of strain gauges 20 (one of them is visible in figure 3, both in figure 5) fixed - for example glued - each on one face of the laminar element 44 in correspondence of the seats 48 and 58. The shaped flat elements 46, 47, 56 and 57, made for example of steel, are permanently fixed to the faces of the laminar element 44, for example by laser welding.
Le sedi 48 e 58 consentono di proteggere in modo adeguato gli estensimetri 20 mediante un opportuno sistema di protezione che chiude, almeno parzialmente, le sedi stesse. Le figure 3-5 mostrano elementi di chiusura 49 e 59 consistenti in guarnizioni in gomma fissate, ad esempio incollate, a rispettivi primi 46, 56 e secondi 47, 57 elementi piatti sagomati. Ciascuno dei secondi elementi sagomati 47 e 57 presenta un incavo 45 e, rispettivamente, 55 in corrispondenza del lato unito all’elemento laminare 44, mentre l’elemento laminare 44 presenta un’apertura 52 in posizione tale da definire, insieme agli incavi 45 e 55, un passaggio per i fili 22 di collegamento elettrico degli estensimetri 20. The seats 48 and 58 allow the strain gauges 20 to be adequately protected by means of an appropriate protection system which closes, at least partially, the seats themselves. Figures 3-5 show closing elements 49 and 59 consisting of rubber gaskets fixed, for example glued, to respective first 46, 56 and second 47, 57 shaped flat elements. Each of the second shaped elements 47 and 57 has a recess 45 and, respectively, 55 in correspondence with the side joined to the laminar element 44, while the laminar element 44 has an opening 52 in such a position as to define, together with the recesses 45 and 55, a passage for the wires 22 for the electrical connection of the strain gauges 20.
Le zone 42 e 43 sono naturalmente destinate ad essere connesse ad una struttura di sostegno e ad un tastatore o a un braccio mobile, ad esempio mediante saldatura laser o altro sistema di fissaggio. Possono essere presenti, solidali alle zone 42 e 43, elementi di fissaggio con fori per viti e caratteristiche di per sé note e qui non descritte o illustrate per motivi di semplicità . The zones 42 and 43 are naturally intended to be connected to a support structure and to a feeler or to a movable arm, for example by laser welding or other fixing system. There may be, integral with zones 42 and 43, fastening elements with holes for screws and features per se known and not described or illustrated here for reasons of simplicity.
Rientra nella presente invenzione anche un dispositivo a fulcro simile a quello delle figure 3-5 ma dove la piastrina sia composta dall’elemento laminare 44 flessibile con solo un primo 46 ed un secondo 47 elementi sagomati fissati ad una sola faccia, un solo estensimetro 20 nella sede 48 ed il solo elemento di chiusura 49. Tuttavia, la realizzazione delle figure 3-5 risulta particolarmente vantaggiosa, in quanto la presenza dei due estensimetri 20 sulle facce opposte dell’elemento laminare 44 flessibile consente di compensare in modo semplice ed efficace effetti di deriva termica dovuti a variazioni di temperatura in corrispondenza della zona dove entrambi gli estensimetri 20 operano. I due estensimetri 20 garantiscono inoltre un incremento della sensibilità nella risposta dei mezzi trasduttori a movimenti mutui fra le due zone 42 e 43 e un miglioramento, confermato sperimentalmente, nella linearità della risposta stessa. The present invention also includes a fulcrum device similar to that of figures 3-5 but where the plate is composed of the flexible laminar element 44 with only a first 46 and a second 47 shaped elements fixed to a single face, a single strain gauge 20 in the seat 48 and only the closing element 49. However, the realization of figures 3-5 is particularly advantageous, since the presence of the two strain gauges 20 on the opposite faces of the flexible laminar element 44 allows to compensate in a simple and effective thermal drift effects due to temperature variations in the area where both strain gauges 20 operate. The two strain gauges 20 also guarantee an increase in the sensitivity in the response of the transducer means to mutual movements between the two zones 42 and 43 and an improvement, experimentally confirmed, in the linearity of the response itself.
La larghezza della zona a spessore ridotto 41 definita dalla distanza fra primi 46,56 e secondi 47, 57 elementi sagomati può variare, come già citato, da pochi centesimi, per una definizione dell’asse di rotazione R particolarmente precisa, a dimensioni anche maggiori, fino ad esempio a qualche decimo, paragonabili alla lunghezza degli estensimetri 20, per sfruttare meglio gli effetti della deformazione di questi ultimi ed incrementare il campo di misura. The width of the reduced thickness area 41 defined by the distance between the first 46.56 and the second 47, 57 shaped elements can vary, as already mentioned, from a few hundredths, for a particularly precise definition of the rotation axis R, to dimensions even greater, up to for example a few tenths, comparable to the length of the strain gauges 20, to better exploit the effects of the deformation of the latter and increase the measuring range.
Soprattutto quando la larghezza della zona a spessore ridotto 41 à ̈ estremamente limitata, le superfici affacciate dei primi 46 (56) e dei secondi 47 (57) elementi piatti sagomati corrispondenti ai relativi spessori definiscono inoltre superfici di riscontro atte a cooperare una con l’altra per limitare i movimenti mutui di rotazione fra le zone 42 e 43 intorno all’asse di rotazione R definito dalla sezione deformabile in corrispondenza della zona a spessore ridotto 41. Especially when the width of the reduced thickness zone 41 is extremely limited, the facing surfaces of the first 46 (56) and the second 47 (57) shaped flat elements corresponding to the relative thicknesses also define abutment surfaces suitable for cooperating one with the The other to limit mutual rotational movements between zones 42 and 43 around the rotation axis R defined by the deformable section in correspondence with the reduced thickness zone 41.
Le guarnizioni in gomma 49 e 59 possono essere omesse ed il sistema di protezione essere realizzato in altro modo, ad esempio mediante riempimento delle sedi 48 e 58 con opportuno materiale isolante, quale silicone. The rubber gaskets 49 and 59 can be omitted and the protection system can be made in another way, for example by filling the seats 48 and 58 with suitable insulating material, such as silicone.
Le figure 6-8 mostrano un dispositivo a fulcro con una piastrina 60 del tutto simile alla piastrina 40 delle figure precedenti, e per questo non si ripeterà la descrizione delle diverse parti. Unica differenza à ̈ la realizzazione del sistema di protezione, che comprende un soffietto 69, ad esempio in gomma, che abbraccia sostanzialmente a tenuta gli altri componenti della piastrina 60 in corrispondenza della zona a spessore ridotto e delle sedi per gli estensimetri. Figures 6-8 show a fulcrum device with a plate 60 quite similar to the plate 40 of the previous figures, and for this reason the description of the various parts will not be repeated. The only difference is the construction of the protection system, which comprises a bellows 69, for example made of rubber, which substantially hermetically embraces the other components of the plate 60 in correspondence with the reduced thickness zone and the seats for the strain gauges.
Il dispositivo a fulcro delle figure 9-11 consiste in una piastrina 70 comprendente una elemento laminare centrale 74, con caratteristiche di flessibilità ad esempio simili a quelle dell’elemento 44 delle figure 3-5. Sulle due facce dell’elemento laminare centrale 74 sono ricavate sedi contrapposte 78, 88 nelle quali alloggiano una coppia di estensimetri 20, mentre un foro 75 consente il passaggio dei fili 22 dei due estensimetri 20. Un sistema di protezione e chiusura a tenuta comprende due elementi di chiusura realizzati con lastre di acciaio 79, 89, dello spessore di pochi micron, fissate alle facce dell’elemento laminare centrale 74 ad esempio mediante saldatura laser. Questo consente di realizzare una chiusura sostanzialmente a tenuta delle sedi 78, 88. La piastrina 70 non presenta, di per sé, sezioni a spessore ridotto. Una sezione deformabile 71 che definisce l’asse di rotazione R viene delimitata in fase di assemblaggio del dispositivo di controllo dal fissaggio (ad esempio mediante saldatura laser) della piastrina stessa 70 ad elementi di connessione a parti fisse e mobili quali la struttura di sostegno 2 e il braccio 6 di figura 1. La zona di fissaggio di tali elementi di connessione - mostrati in modo estremamente schematico con i profili 72 e 76 in figura 11 – e la distanza mutua individuano e delimitano la sezione deformabile in modo analogo a quanto viene ottenuto, nella piastrina 40 delle figure 3-5, mediante il fissaggio all’elemento laminare 44 degli elementi sagomati 46, 47 (e/o 56, 57). The fulcrum device of figures 9-11 consists of a plate 70 comprising a central laminar element 74, with flexibility characteristics similar for example to those of element 44 of figures 3-5. Opposite seats 78, 88 are obtained on the two faces of the central laminar element 74 in which a pair of strain gauges 20 are housed, while a hole 75 allows the passage of the wires 22 of the two strain gauges 20. A protection and sealing system includes two closing elements made with steel plates 79, 89, with a thickness of a few microns, fixed to the faces of the central laminar element 74 for example by laser welding. This allows to achieve a substantially hermetic closure of the seats 78, 88. The plate 70 does not, per se, have sections with reduced thickness. A deformable section 71 which defines the rotation axis R is delimited during the assembly phase of the control device by the fixing (for example by laser welding) of the plate 70 itself to connecting elements to fixed and mobile parts such as the support structure 2 and the arm 6 of figure 1. The fixing area of these connection elements - shown in an extremely schematic way with the profiles 72 and 76 in figure 11 - and the mutual distance identify and delimit the deformable section in a similar way to what is obtained, in the plate 40 of figures 3-5, by fixing the shaped elements 46, 47 (and / or 56, 57) to the laminar element 44.
La figura 12 à ̈ un’immagine relativa ad una piastrina 90 che realizza un dispositivo a fulcro secondo l’invenzione in diverso materiale, in particolare fibra di carbonio. La piastrina 90 non presenta differenze sostanziali rispetto, ad esempio, alla piastrina 10 di figura 1 o alla piastrina 30 di figura 2, salvo lo spessore che à ̈ maggiore in virtù del diverso coefficiente elastico tipico del materiale. Un estensimetro à ̈ fissato alla piastrina 90 in corrispondenza di una sede realizzata sul lato principale inferiore nell’orientamento di figura 12. Estensimetro, sede, ed un rispettivo sistema di protezione, sostanzialmente a tenuta, non sono visibili in figura 12 ma sono realizzati in modo sostanzialmente identico a quanto mostrato nelle figure 1 e 2, salvo dettagli costruttivi e la possibilità di avere sistemi di protezione differenti, ad esempio con elementi di chiusura realizzati nello stesso materiale della piastrina 90 (fibra di carbonio) e ad essa incollati. Figure 12 is an image relating to a plate 90 which realizes a fulcrum device according to the invention in different material, in particular carbon fiber. The plate 90 has no substantial differences with respect to, for example, the plate 10 of Figure 1 or the plate 30 of Figure 2, except for the thickness which is greater due to the different elastic coefficient typical of the material. A strain gauge is fixed to the plate 90 in correspondence with a seat made on the main lower side in the orientation of figure 12. Strain gauge, seat, and a respective protection system, substantially sealed, are not visible in figure 12 but are made substantially identical to that shown in Figures 1 and 2, except for construction details and the possibility of having different protection systems, for example with closing elements made of the same material as the plate 90 (carbon fiber) and glued to it.
Dispositivi a fulcro simili alle piastrine 40, 60, 70 viste sopra possono anche essere realizzati con componenti in fibra di carbonio o altro materiale. Fulcrum devices similar to the plates 40, 60, 70 seen above can also be made with components in carbon fiber or other material.
Un dispositivo di controllo secondo l’invenzione può comprendere componenti diversi da quelli illustrati e descritti in figura 1 e nelle figure 2-12 relative al dispositivo a fulcro. A control device according to the invention can comprise components other than those illustrated and described in figure 1 and in figures 2-12 relating to the fulcrum device.
Molti possono essere i modi di integrare i mezzi trasduttori 20 nel dispositivo a fulcro, ivi compresi l’incollaggio già citato, sistemi di bloccaggio meccanico o “clampaggio†, tecniche di deposizione o stampaggio note, la scelta di particolari materiali e/o lavorazioni per rendere la sezione deformabile del dispositivo a fulcro – ad esempio in fibra di carbonio - di per sé in grado di rilevare e segnalare, con opportuni collegamenti, variazioni di resistenza o di altre grandezze elettriche, ed altri ancora. Ove vengano utilizzati materiali che prevedono particolari lavorazioni à ̈ inoltre possibile, durate tali lavorazioni, inglobare i mezzi trasduttori 20 nel dispositivo a fulcro, ad esempio fra le già citate fibre di carbonio in fase di stesura delle stesse. There may be many ways of integrating the transducer means 20 into the fulcrum device, including the aforementioned gluing, mechanical locking systems or â € œclampingâ €, known deposition or molding techniques, the choice of particular materials and / or processes to make the section deformable of the fulcrum device - for example in carbon fiber - in itself capable of detecting and signaling, with appropriate connections, variations in resistance or other electrical quantities, and others. Where materials requiring particular processing are used, it is also possible, during such processing, to incorporate the transducer means 20 in the fulcrum device, for example between the aforementioned carbon fibers during their preparation.
Dispositivi a fulcro con due estensimetri contrapposti quali quelli delle figure 5 e 8 possono anche essere ottenuti con architetture differenti, ad esempio lavorazioni dal pieno di piastrine simili a quelle delle figure 1 e 2. Possibili dispositivi di controllo secondo l’invenzione possono avere forme, dimensioni e/o configurazioni anche assai diverse fra loro. Solo a titolo di esempio non limitante si citano quelle schematicamente mostrate nelle domande di brevetto BO2009A000444 e BO2009000445 depositate dallo stesso titolare della presente domanda. Fra le possibili varianti, il supportotastatore può essere integrato nel dispositivo a fulcro, ed il tastatore essere pertanto direttamente fissato ad una delle zone di estremità (12, 13, o 42, 43), e la struttura di sostegno cui à ̈ connesso il dispositivo a fulcro può essere esterna al dispositivo di controllo. Fulcrum devices with two opposing strain gauges such as those of figures 5 and 8 can also be obtained with different architectures, for example machining from solid plates similar to those of figures 1 and 2. Possible control devices according to the invention can have shapes , dimensions and / or configurations also very different from each other. Only by way of non-limiting example are those schematically shown in patent applications BO2009A000444 and BO2009000445 filed by the same owner of the present application. Among the possible variants, the probe support can be integrated into the fulcrum device, and the probe can therefore be fixed directly to one of the extremity areas (12, 13, or 42, 43), and the support structure to which the device is connected fulcrum can be external to the control device.
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- 2009-09-25 IT ITBO2009A000615A patent/IT1399152B1/en active
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