ITBO20120693A1 - METHOD FOR CHECKING THE POSITION AND / OR DIMENSIONS OF A CORNER OF A MECHANICAL PIECE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“METODO PER IL CONTROLLO DELLA POSIZIONE E/O DELLE DIMENSIONI DI UNO SPIGOLO DI UN PEZZO MECCANICO†⠀ œMETHOD FOR CHECKING THE POSITION AND / OR DIMENSIONS OF AN EDGE OF A MECHANICAL PARTâ €
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per effettuare controlli dimensionali e/o di posizione di uno spigolo di un pezzo meccanico, rispetto ad una posizione di riferimento. The present invention relates to a method for carrying out dimensional and / or position checks of an edge of a mechanical piece, with respect to a reference position.
In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva, applicazione nel controllo del diametro degli spigoli circolari di un oggetto generati dall’intersezione di due superfici a simmetria di rotazione. L’oggetto può ad esempio essere, in un motore a combustione interna, un componente di un sistema ad iniezione con una sede per una valvola comprendente lo spigolo da controllare, o una sede valvola presente nella testata, oppure una valvola destinata ad alloggiare in tale sede. La descrizione che segue farà esplicito riferimento al controllo di uno spigolo interno di una sede valvola, senza per questo perdere in generalità . In particular, the present invention finds an advantageous, but not exclusive, application in controlling the diameter of the circular edges of an object generated by the intersection of two rotationally symmetrical surfaces. The object can for example be, in an internal combustion engine, a component of an injection system with a seat for a valve including the edge to be checked, or a valve seat present in the cylinder head, or a valve intended to house in this seat. The following description will explicitly refer to the control of an internal edge of a valve seat, without losing generality.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Nella sua forma più diffusa, un alloggiamento per valvola comprende una superficie svasata di tenuta in comunicazione con un’apertura cilindrica di guida. La superficie svasata di tenuta, destinata a cooperare con la testa della valvola, comprende tipicamente due o più superfici coniche adiacenti, ciascuna delle quali à ̈ inclinata di un certo angolo rispetto all’asse centrale dell’alloggiamento stesso. Il contatto fra la testa della valvola, che a sua volta definisce una superficie conica, e lo spigolo circolare generato da due superfici coniche adiacenti realizza la tenuta. In its most common form, a valve housing includes a countersunk sealing surface in communication with a cylindrical guiding opening. The countersunk sealing surface, intended to cooperate with the valve head, typically comprises two or more adjacent conical surfaces, each of which is inclined at a certain angle with respect to the central axis of the housing itself. The contact between the valve head, which in turn defines a conical surface, and the circular edge generated by two adjacent conical surfaces creates the seal.
E’ opportuno effettuare controlli dimensionali particolarmente accurati delle parti più direttamente coinvolte nel funzionamento del sistema, in particolare delle superfici operative, e fra esse dello spigolo circolare. Infatti, eventuali alterazioni rispetto alle dimensioni nominali sono causa di un appoggio insufficiente della valvola nell’alloggiamento preposto, con conseguenti perdita di tenuta, fughe, riduzione del rendimento del motore e aumento dei livelli di scarico. Particularly accurate dimensional checks should be carried out on the parts most directly involved in the operation of the system, in particular the operating surfaces, and between them the circular edge. In fact, any alterations with respect to the nominal dimensions are the cause of insufficient support of the valve in the housing provided, with consequent loss of seal, leaks, reduction of engine efficiency and increase in exhaust levels.
Le tecniche ad oggi note per il controllo delle superfici operative che possono comprendere lo spigolo circolare sfruttano tecnologie diverse e sono principalmente di due tipi. Un primo controllo noto à ̈ di tipo a contatto, come quello mostrato nella domanda di brevetto USA pubblicata con il numero US2010119104A1, per il quale si utilizza ad esempio una sonda tattile che esegue una scansione dell’oggetto in un numero di punti sufficiente alla ricostruzione di un’immagine digitale sulla quale effettuare le verifiche dell’oggetto stesso. Questo tipo di controllo, tuttavia, implica in genere la gestione di un numero elevato di dati che, nella maggior parte dei casi, necessita di strumenti costosi e/o lunghi tempi di elaborazione. Inoltre, non à ̈ impiegabile per il controllo di alloggiamenti per valvole aventi dimensioni ridotte. Un secondo controllo noto à ̈ di tipo senza contatto, quale quello mostrato nel brevetto USA numero US7643151B2, che utilizza ad esempio dispositivi di misura ottica che sfruttano la tecnica dell’interferometria per ricostruire in forma digitale l’immagine dell’oggetto sulla quale effettuare le verifiche. Questa seconda tecnica nota à ̈, però, tra le altre cose, estremamente sensibile alle vibrazioni e allo sporco, e generalmente non à ̈ applicabile nei controlli in ambiente d’officina. The techniques known to date for the control of the operative surfaces which can comprise the circular edge exploit different technologies and are mainly of two types. A first known control is of the contact type, such as that shown in the US patent application published with the number US2010119104A1, for which, for example, a tactile probe is used which scans the object in a number of points sufficient to reconstruction of a digital image on which to carry out the checks of the object itself. This type of control, however, generally involves the management of a large number of data which, in most cases, requires expensive tools and / or long processing times. Also, it cannot be used for controlling small valve housings. A second known control is of the contactless type, such as that shown in US patent number US7643151B2, which uses for example optical measuring devices that exploit the interferometry technique to reconstruct the image of the object in digital form on the which to perform the checks. This second known technique is, however, among other things, extremely sensitive to vibrations and dirt, and is generally not applicable in controls in the workshop environment.
Inoltre, in entrambe le tecniche note viene eseguita una scansione puntuale del profilo delle superfici operative dell’oggetto. I dati discreti così ottenuti possono ad esempio essere interpolati per ricostruire l’immagine dell’oggetto. Salvo il caso fortuito e poco probabile in cui uno dei punti di scansione campioni il profilo delle superfici operative esattamente in corrispondenza dello spigolo di giunzione, a quest’ultimo sarà associata una posizione dipendente dalla scansione puntuale e dalla formula di interpolazione, posizione generalmente diversa da quella reale e che non tiene conto di non idealità quali ad esempio imperfezioni nella lavorazione, consumo o deposito di materiale. Furthermore, in both known techniques a precise scanning of the profile of the operative surfaces of the object is performed. The discrete data thus obtained can for example be interpolated to reconstruct the image of the object. Except in the unlikely and unlikely case in which one of the scanning points samples the profile of the operating surfaces exactly in correspondence with the junction edge, the latter will be associated with a position depending on the point scan and the interpolation formula, generally different position from the real one and which does not take into account non-idealities such as imperfections in the processing, consumption or storage of material.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo per determinare quantitativamente e in modo preciso la posizione radiale dello spigolo di un oggetto rispetto ad una posizione di riferimento, essendo tale metodo esente dagli inconvenienti sopra descritti e, allo stesso tempo, di facile ed economica realizzazione. The purpose of the present invention is to provide a method for quantitatively and precisely determining the radial position of the edge of an object with respect to a reference position, since this method is free from the drawbacks described above and, at the same time, easy and economical. realization.
In accordo con la presente invenzione, questo ed altri scopi sono raggiunti da un metodo di controllo secondo le rivendicazioni, che formano parte integrante della presente descrizione. In accordance with the present invention, this and other objects are achieved by a control method according to the claims, which form an integral part of the present description.
Un metodo secondo la presente invenzione può essere attuato da un sistema comprendente: una struttura di supporto e riferimento, elementi di controllo connessi alla struttura di supporto e riferimento e atti a cooperare con un pezzo meccanico lungo una direzione longitudinale, un sistema di trasduzione connesso agli elementi di controllo, e un’unità di elaborazione connessa al sistema di trasduzione. Gli elementi di controllo comprendono due elementi di riscontro che definiscono rispettive superfici di riscontro rastremate per cooperare con lo spigolo, e le superfici di riscontro hanno angoli di inclinazione rispetto alla direzione longitudinale diversi uno dall’altro; il sistema di trasduzione comprende almeno un elemento trasduttore, che fornisce segnali elettrici indicativi della cooperazione tra gli elementi di riscontro e lo spigolo del pezzo meccanico; l’unità di elaborazione riceve i segnali elettrici e li elabora al fine di determinare la posizione radiale dello spigolo rispetto ad una posizione di riferimento. A method according to the present invention can be implemented by a system comprising: a support and reference structure, control elements connected to the support and reference structure and able to cooperate with a mechanical piece along a longitudinal direction, a transduction system connected to the control elements, and a processing unit connected to the transduction system. The control elements comprise two abutment elements which define respective abutment surfaces tapered to cooperate with the edge, and the abutment surfaces have different inclination angles with respect to the longitudinal direction from each other; the transduction system comprises at least one transducer element, which provides electrical signals indicative of the cooperation between the abutment elements and the edge of the mechanical piece; the processing unit receives the electrical signals and processes them in order to determine the radial position of the edge with respect to a reference position.
Preferibilmente, le superfici di riscontro hanno forma conica o forma piramidale a base poligonale. Preferably, the abutment surfaces have a conical shape or a pyramidal shape with a polygonal base.
Un sistema di controllo, ad esempio per il controllo di dimensioni diametrali di uno spigolo circolare, può prevedere che i due elementi di riscontro siano tastatori atti a toccare lo spigolo da controllare, connessi alla struttura di supporto mediante almeno un alberino, essendo a quest’ultimo connesso l’elemento trasduttore che fornisce segnali elettrici indicativi della posizione longitudinale dell’alberino stesso e quindi dell’elemento di riscontro che esso reca. A control system, for example for checking the diametrical dimensions of a circular edge, can provide that the two abutment elements are feelers capable of touching the edge to be controlled, connected to the support structure by means of at least one shaft, being at this Last connected is the transducer element which provides electrical signals indicative of the longitudinal position of the shaft itself and therefore of the reference element it carries.
Vantaggiosamente, l’alberino à ̈ dotato di caratteristiche strutturali per il centraggio automatico di ciascuno dei due elementi di riscontro con il pezzo meccanico, in particolare con lo spigolo circolare, lungo una direzione longitudinale. Advantageously, the shaft is equipped with structural characteristics for the automatic centering of each of the two abutment elements with the mechanical piece, in particular with the circular edge, along a longitudinal direction.
Gli elementi di riscontro possono avere caratteristiche strutturali tali per cui essi possono cooperare simultaneamente o in modo sostanzialmente simultaneo con lo spigolo da controllare. The abutment elements can have structural characteristics such that they can cooperate simultaneously or substantially simultaneously with the edge to be controlled.
Alternativamente, un sistema di controllo può essere del tipo a fluido e comprendere una sorgente di fluido (ad esempio gas) in pressione, e un meccanismo di posizionamento degli elementi di riscontro, che di detti elementi di riscontro definisce posizioni predeterminate lungo la direzione longitudinale. In questo caso i segnali elettrici forniti dall’elemento trasduttore (ad esempio un convertitore pneumoelettrico) sono indicativi di variazioni di caratteristiche (ad esempio la portata o la pressione) di detto fluido in pressione al passaggio in una zona di cooperazione delimitata dalla superficie di riscontro di ciascun elemento di riscontro e dallo spigolo da controllare. Alternatively, a control system can be of the fluid type and comprise a source of fluid (for example gas) under pressure, and a mechanism for positioning the abutment elements, which of said abutment elements defines predetermined positions along the longitudinal direction. In this case, the electrical signals supplied by the transducer element (for example a pneumoelectric converter) are indicative of changes in characteristics (for example the flow rate or pressure) of said fluid under pressure as it passes through a cooperation area delimited by the surface of check of each check element and the edge to be checked.
Preferibilmente, la struttura di supporto e riferimento include due stazioni di controllo, ciascuna delle quali comprende un elemento trasduttore e uno dei due elementi di riscontro. Preferably, the support and reference structure includes two control stations, each of which comprises a transducer element and one of the two abutment elements.
In alternativa, la struttura di supporto e riferimento può includere una macchina di misure a coordinate, che monta alternativamente su un braccio mobile gli elementi di riscontro ed effettua controlli sequenziali sul pezzo meccanico. Alternatively, the support and reference structure can include a coordinate measuring machine, which alternately mounts the gage elements on a movable arm and carries out sequential checks on the mechanical piece.
In un metodo secondo la presente invenzione, per effettuare controlli mediante un sistema con le caratteristiche fin qui citate, gli elementi di riscontro sono portati in una condizione di controllo nella quale la rispettiva superficie di riscontro coopera con lo spigolo da controllare, ad esempio si appoggia a tale spigolo, vengono rilevati segnali forniti dal sistema di trasduzione indicativi della cooperazione fra ciascuna superficie di riscontro e lo spigolo da controllare, ad esempio segnali relativi alla posizione longitudinale degli elementi di riscontro nella condizione di controllo, e tali segnali sono elaborati con segnali di riferimento indicativi della cooperazione fra ciascuna superficie di riscontro e uno spigolo di riferimento per determinare lo scostamento radiale dello spigolo rispetto allo spigolo di riferimento. In a method according to the present invention, in order to carry out checks by means of a system with the characteristics mentioned up to now, the abutment elements are brought into a control condition in which the respective abutment surface cooperates with the edge to be checked, for example it rests at this edge, signals supplied by the transduction system indicative of the cooperation between each abutment surface and the edge to be controlled are detected, for example signals relating to the longitudinal position of the abutment elements in the control condition, and these signals are processed with references indicative of the cooperation between each abutment surface and a reference edge to determine the radial deviation of the edge with respect to the reference edge.
Scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue, relativa ad una forma di attuazione preferita dell’invenzione, riportata solo a titolo di esempio e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. The objects and advantages of the present invention will become clear from the detailed description that follows, relating to a preferred embodiment of the invention, reported only by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano un esempio di attuazione esemplificativo e non limitativo, dei quali: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which represent an exemplary and non-limiting example of implementation, of which:
- la figura 1 Ã ̈ una rappresentazione schematica di un sistema che attua un metodo di controllo secondo la presente invenzione, e di un pezzo meccanico da controllare parzialmente sezionato; - figure 1 is a schematic representation of a system which implements a control method according to the present invention, and of a partially sectioned mechanical piece to be controlled;
- la figura 2 à ̈ un’illustrazione schematica che mostra il principio di funzionamento del sistema di controllo di figura 1; - figure 2 is a schematic illustration showing the operating principle of the control system of figure 1;
- le figure 3a e 3b mostrano schematicamente due diverse condizioni di un metodo secondo la presente invenzione per il controllo della posizione radiale dello spigolo di un oggetto rispetto ad una posizione di riferimento; e Figures 3a and 3b schematically show two different conditions of a method according to the present invention for checking the radial position of the edge of an object with respect to a reference position; And
- la figura 4 illustra schematicamente due diverse condizioni di detto metodo di controllo. Figure 4 schematically illustrates two different conditions of said control method.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
La figura 1 mostra i componenti principali di un sistema per il controllo della posizione radiale dello spigolo di un pezzo meccanico 1, in particolare per il controllo di dimensioni diametrali di un sistema ad iniezione per motore a combustione interna, con un alloggiamento 2 per valvola che definisce un asse longitudinale. Il sistema include, ad esempio, un telaio 10 di supporto che comprende due stazioni A e B di controllo sostanzialmente identiche, a ciascuna delle quali appartengono un elemento trasduttore, ad esempio un trasduttore induttivo, schematizzato in figura 1 e indicato con il riferimento 11, e un alberino 12 connesso al trasduttore induttivo 11 e assialmente mobile rispetto al telaio 10 di supporto. Gli elementi trasduttori delle due stazioni A e B sono parte di uno stesso sistema di trasduzione. Ad una estremità libera dell’alberino 12 à ̈ connesso un elemento di riscontro, in particolare un tastatore 6 (7), sostanzialmente a simmetria di rotazione, che comprende una superficie di riscontro rastremata, in particolare una superficie di riscontro 8 (9) di forma conica. I tastatori 6 e 7 delle due stazioni A e B di controllo si differenziano l’uno dall’altro per una diversa inclinazione delle rispettive superfici di riscontro 8 e 9. Un’unità 13 di elaborazione, comprendente dispositivi di visualizzazione, à ̈ connessa ai trasduttori induttivi 11 e da questi riceve segnali M indicativi della posizione assiale dei rispettivi alberini 12. Figure 1 shows the main components of a system for controlling the radial position of the corner of a mechanical part 1, in particular for checking the diameter dimensions of an injection system for an internal combustion engine, with a valve housing 2 which defines a longitudinal axis. The system includes, for example, a support frame 10 which comprises two substantially identical control stations A and B, each of which includes a transducer element, for example an inductive transducer, schematized in Figure 1 and indicated with the reference 11, and a shaft 12 connected to the inductive transducer 11 and axially movable with respect to the support frame 10. The transducer elements of the two stations A and B are part of the same transduction system. Connected to a free end of the shaft 12 is an abutment element, in particular a feeler 6 (7), substantially rotationally symmetrical, which includes a tapered abutment surface, in particular a abutment surface 8 (9) conical in shape. The probes 6 and 7 of the two control stations A and B differ from each other due to a different inclination of the respective striking surfaces 8 and 9. A processing unit 13, including display devices, à It is connected to the inductive transducers 11 and from these it receives signals M indicative of the axial position of the respective shafts 12.
Per meglio illustrare il funzionamento del sistema di controllo, la figura 2 mostra schematicamente sovrapposti i tastatori 6 e 7 nel caso di un controllo dello stesso pezzo meccanico 1 nella rispettiva stazione di controllo A e B (come anche le figure 3a, 3b e 4 cui si farà riferimento più avanti). L’alberino 12 definisce un asse Z che, durante il controllo del pezzo meccanico 1, si trova ad essere sostanzialmente sovrapposto all’asse longitudinale dell’alloggiamento 2 grazie ad opportuni sistemi di riferimento per il pezzo meccanico 1 presenti nelle stazioni di controllo e non mostrati in figura. Tipicamente, l’alberino 12 à ̈ opportunamente dimensionato e ha caratteristiche strutturali di ridotta flessibilità che consentono limitati spostamenti trasversali del relativo tastatore 6 o 7, tali da assicurare il centraggio di detti tastatori rispetto al pezzo meccanico 1, permettendo la sovrapposizione dell’asse Z dell’alberino 12 con l’asse longitudinale dell’alloggiamento 2. To better illustrate the operation of the control system, figure 2 schematically shows the feelers 6 and 7 superimposed in the case of a control of the same mechanical piece 1 in the respective control station A and B (as well as figures 3a, 3b and 4 which referenced later). The shaft 12 defines a Z axis which, during the inspection of the mechanical piece 1, is found to be substantially superimposed on the longitudinal axis of the housing 2 thanks to suitable reference systems for the mechanical piece 1 present in the control and not shown in the figure. Typically, the shaft 12 is suitably sized and has structural characteristics of reduced flexibility which allow limited transversal displacements of the relative feeler 6 or 7, such as to ensure the centering of said feelers with respect to the mechanical piece 1, allowing the superimposition of the Z axis of shaft 12 with the longitudinal axis of housing 2.
Rispetto all’asse Z, la superficie di riscontro 8 del tastatore 6 à ̈ inclinata di un angolo α, mentre la superficie di riscontro 9 del tastatore 7 à ̈ inclinata di un angolo β. With respect to the Z axis, the abutment surface 8 of the probe 6 is inclined by an angle Î ±, while the abutment surface 9 of the probe 7 is inclined by an angle β.
L’alloggiamento 2 comprende due superfici di forma sostanzialmente conica, in particolare una superficie centrale 3 e una superficie interna 4. Generalmente, rispetto all’asse longitudinale definito dall’alloggiamento 2, la superficie centrale 3 à ̈ inclinata di un angolo ampio, ad esempio maggiore di 45°, mentre la superficie interna 4 à ̈ inclinata di un angolo più stretto, ad esempio minore di 45°. L’intersezione tra la superficie centrale 3 e la superficie interna 4 forma uno spigolo circolare 5, del quale si vogliono controllare le dimensioni diametrali. L’angolo α della superficie di riscontro 8 che contraddistingue il tastatore 6 à ̈ di poco inferiore rispetto all’angolo di inclinazione della superficie centrale 3 dell’alloggiamento 2, mentre l’angolo β della superficie di riscontro 9 che contraddistingue il tastatore 7 ha un valore inferiore ad entrambi ma di poco maggiore rispetto all’angolo di inclinazione della superficie interna 4. The housing 2 comprises two substantially conical surfaces, in particular a central surface 3 and an internal surface 4. Generally, with respect to the longitudinal axis defined by the housing 2, the central surface 3 is inclined by an angle wide, for example greater than 45 °, while the inner surface 4 is inclined by a narrower angle, for example less than 45 °. The intersection between the central surface 3 and the internal surface 4 forms a circular edge 5, whose diametrical dimensions are to be controlled. The angle Î ± of the striking surface 8 that distinguishes the probe 6 is slightly lower than the angle of inclination of the central surface 3 of the housing 2, while the angle β of the striking surface 9 which distinguishes the feeler 7 has a lower value than both but slightly greater than the angle of inclination of the internal surface 4.
Nella propria stazione di controllo, ciascuno dei tastatori 6 e 7 può compiere movimenti di avanzamento/arretramento lungo l’asse Z per effettuare spostamenti longitudinali S, à ̈ spinto a contatto con lo spigolo 5 e assume posizioni dipendenti dalla quota assiale e dalle dimensioni diametrali dello spigolo 5 stesso. In ciascuna delle stazioni di controllo A e B dove il pezzo à ̈ controllato in sequenza, l’alberino 12 trasmette al trasduttore induttivo 11 gli spostamenti longitudinali S del rispettivo tastatore 6 e 7. Il trasduttore induttivo 11 invia segnali elettrici M all’unità 13 di elaborazione, tali segnali elettrici M essendo indicativi della posizione assiale dell’alberino 12 e quindi del tastatore 6 o 7. L’unità 13 elabora i segnali M provenienti da entrambe le stazioni di controllo A e B allo scopo di rilevare la differenza tra le dimensioni diametrali dello spigolo circolare 5 e le dimensioni diametrali nominali, e visualizzarle in un opportuno display. In its own control station, each of the probes 6 and 7 can perform forward / backward movements along the Z axis to perform longitudinal movements S, it is pushed into contact with the edge 5 and assumes positions depending on the axial dimension and the dimensions diameters of the edge 5 itself. In each of the control stations A and B where the piece is controlled in sequence, the spindle 12 transmits to the inductive transducer 11 the longitudinal displacements S of the respective probe 6 and 7. The inductive transducer 11 sends electrical signals M to the processing unit 13, these electrical signals M being indicative of the axial position of the shaft 12 and therefore of the feeler 6 or 7. The unit 13 processes the signals M coming from both control stations A and B in order to detect the difference between the diametrical dimensions of the circular edge 5 and the nominal diametrical dimensions, and visualize them on an appropriate display.
Un metodo di controllo della posizione radiale dello spigolo di un oggetto secondo la presente invenzione à ̈ descritto nel seguito con riferimento alle figure 3a e 3b. Ad esempio, il controllo della posizione radiale di uno spigolo circolare T di un alloggiamento 2T appartenente ad un oggetto 1T può essere funzionale al controllo della dimensione diametrale D di detto spigolo circolare T, essendo assicurato il centraggio dei tastatori 6 e 7 rispetto al pezzo meccanico da controllare, ovvero la sostanziale sovrapposizione dell’asse Z all’asse longitudinale dell’alloggiamento 2T. La forma di attuazione che segue illustra una tale applicazione del metodo secondo la presente invenzione. A method of controlling the radial position of the corner of an object according to the present invention is described below with reference to Figures 3a and 3b. For example, the control of the radial position of a circular edge T of a housing 2T belonging to an object 1T can be functional to the control of the diametrical dimension D of said circular edge T, the centering of the feelers 6 and 7 with respect to the mechanical piece being ensured. to check, that is the substantial overlap of the Z axis to the longitudinal axis of the 2T housing. The following embodiment illustrates such an application of the method according to the present invention.
Il metodo può comprendere una condizione di calibrazione preliminare e almeno una successiva condizione di controllo. Durante la condizione di calibrazione, ciascuno dei tastatori 6 e 7 nella rispettiva stazione di controllo A e B, non mostrate in figura, viene portato in una posizione di calibrazione definita dal contatto fra la rispettiva superficie di riscontro 8 e 9 ed uno spigolo circolare di riferimento R di un alloggiamento 2R di un master di calibrazione 1R, tale spigolo circolare di riferimento R avendo dimensione diametrale di riferimento Dr nota. In tale condizione di calibrazione, il trasduttore induttivo 11 trasmette segnali di riferimento M6r (e M7r) indicativi di una posizione longitudinale di riferimento S6r (e S7r) del relativo tastatore 6 (e 7) all’unità 13, che li memorizza e li associa a detta dimensione diametrale di riferimento Dr. Durante la condizione di controllo, ciascuno dei tastatori 6 e 7 nella rispettiva stazione di controllo A e B viene portato in una posizione di controllo definita dal contatto della rispettiva superficie di riscontro 8 e 9 con lo spigolo circolare T da controllare. Il trasduttore induttivo 11 trasmette all’unità 13 segnali M6 (e M7) indicativi della posizione longitudinale S6 (e S7) del relativo tastatore 6 (e 7). L’unità 13, elaborando i segnali M6 e M7 con i segnali di riferimento M6r e M7r, confronta le posizioni longitudinali S6 e S7 con le posizioni longitudinali di riferimento S6r e S7r. Da questo confronto, e dalle caratteristiche geometriche note dei due tastatori 6 e 7 impiegati, in particolare gli angoli α e β delle rispettive superfici di riscontro 8 e 9, l’unità 13 risale alla differenza fra la dimensione diametrale di riferimento Dr e la dimensione diametrale D da controllare. Conoscendo la dimensione diametrale di riferimento Dr e tale differenza, la dimensione diametrale D può essere determinata in modo semplice e preciso. The method may include a preliminary calibration condition and at least one subsequent control condition. During the calibration condition, each of the feelers 6 and 7 in the respective control station A and B, not shown in the figure, is brought into a calibration position defined by the contact between the respective abutment surface 8 and 9 and a circular edge of reference R of a housing 2R of a calibration master 1R, this circular reference edge R having a known diametrical reference dimension Dr. In this calibration condition, the inductive transducer 11 transmits reference signals M6r (and M7r) indicative of a longitudinal reference position S6r (and S7r) of the relative probe 6 (and 7) to the unit 13, which stores them and associates with said reference diametrical dimension Dr. During the control condition, each of the feelers 6 and 7 in the respective control station A and B is brought into a control position defined by the contact of the respective abutment surface 8 and 9 with the edge circular T to be checked. The inductive transducer 11 transmits to the unit 13 signals M6 (and M7) indicative of the longitudinal position S6 (and S7) of the relative feeler 6 (and 7). The unit 13, processing the signals M6 and M7 with the reference signals M6r and M7r, compares the longitudinal positions S6 and S7 with the longitudinal reference positions S6r and S7r. From this comparison, and from the known geometric characteristics of the two probes 6 and 7 used, in particular the angles Î ± and β of the respective abutment surfaces 8 and 9, the unit 13 derives from the difference between the reference diametrical dimension Dr and the diametrical dimension D to be checked. Knowing the reference diametrical dimension Dr and this difference, the diametrical dimension D can be determined in a simple and precise way.
Per meglio illustrare il metodo di controllo della posizione radiale dello spigolo di un oggetto secondo la presente invenzione, si richiama lo schema di figura 4, nella quale la distanza tra lo spigolo circolare di riferimento R e lo spigolo circolare T da controllare à ̈ volutamente ed esageratamente sovradimensionata ai fini di una maggiore chiarezza. Detta distanza può essere scomposta in una componente longitudinale DZ e una componente radiale DX. To better illustrate the method of controlling the radial position of the edge of an object according to the present invention, the diagram of figure 4 is recalled, in which the distance between the reference circular edge R and the circular edge T to be controlled is deliberately and exaggeratedly oversized for the purpose of greater clarity. This distance can be broken down into a longitudinal component DZ and a radial component DX.
Durante la condizione di calibrazione, ad esempio, il tastatore 6 (e 7), avanzando lungo l’asse Z all’interno della propria stazione di controllo A (e B) non mostrata in figura, viene portato a contatto con lo spigolo circolare di riferimento R, in una posizione longitudinale di riferimento S6r (e S7r) che l’unità 13 di elaborazione associa alla dimensione diametrale di riferimento Dr. Sempre ai fini di una maggiore chiarezza, nella parte alta dello schema di figura 4 i tastatori 6 e 7 mostrano superfici superiori piane allineate quando le rispettive superfici di riscontro 8 e 9 cooperano con lo spigolo circolare di riferimento R. Nella condizione di controllo, il tastatore 6 (e 7), avanzando lungo l’asse Z, viene portato a contatto con lo spigolo circolare T da controllare, in una posizione longitudinale S6 (e S7). During the calibration condition, for example, the probe 6 (and 7), advancing along the Z axis inside its control station A (and B) not shown in the figure, is brought into contact with the edge circular reference R, in a longitudinal reference position S6r (and S7r) that the processing unit 13 associates with the reference diametrical dimension Dr. Again for the purpose of greater clarity, in the upper part of the diagram in figure 4 the probes 6 and 7 show flat upper surfaces aligned when the respective abutment surfaces 8 and 9 cooperate with the circular reference edge R. In the control condition, the probe 6 (and 7), advancing along the Z axis, is brought to contact with the circular edge T to be checked, in a longitudinal position S6 (and S7).
DS6 e DS7 sono le differenze delle posizioni longitudinali S6 e S7 degli elementi di riscontro 6 e 7 nella suddetta condizione di controllo rispetto alle posizioni longitudinali di riferimento S6r e S7r, rispettivamente DS6=S6–S6r e DS7=S7–S7r, e sono dovute sia alla componente longitudinale DZ che alla componente radiale DX della distanza tra gli spigoli circolari R e T. Mentre il contributo della componente longitudinale DZ à ̈ uguale per entrambi i tastatori 6 e 7, quello della componente radiale DX à ̈ diverso, ed à ̈ legato all’angolo di inclinazione α e β delle superfici di riscontro 8 e 9. DS6 and DS7 are the differences in the longitudinal positions S6 and S7 of the abutment elements 6 and 7 in the aforementioned control condition with respect to the longitudinal reference positions S6r and S7r, respectively DS6 = S6â € "S6r and DS7 = S7â €" S7r, and are due both to the longitudinal component DZ and to the radial component DX of the distance between the circular edges R and T. While the contribution of the longitudinal component DZ is the same for both probes 6 and 7, that of the radial component DX is different, and It is related to the inclination angle Î ± and β of the contact surfaces 8 and 9.
In particolare, le posizioni longitudinali dei tastatori 6 e 7 hanno subito variazioni, ad esempio, pari a In particular, the longitudinal positions of the feelers 6 and 7 have undergone variations, for example, equal to
DS6 = DZ DX/tangα, e DS6 = DZ DX / tangÎ ±, e
DS7 = DZ DX/tangβ DS7 = DZ DX / tangβ
rispettivamente. respectively.
Ricavando da entrambe le formule l’espressione della componente longitudinale DZ e uguagliando i secondi membri delle espressioni ricavate, si può ottenere in modo semplice e preciso l’espressione della componente radiale DX, ad esempio By obtaining the expression of the longitudinal component DZ from both formulas and equating the second members of the expressions obtained, it is possible to obtain the expression of the radial component DX in a simple and precise way, for example
DX = tangα· tangβ · [DS7 – DS6]. DX = tangÎ ± · tangβ · [DS7 â € “DS6].
(tangα – tangβ) (tangÎ ± â € “tangβ)
Dalla componente radiale DX così calcolata, ovvero lo scostamento radiale dello spigolo circolare T da controllare rispetto allo spigolo di riferimento R, e dalla dimensione diametrale di riferimento Dr, può essere determinata la dimensione diametrale D, applicando ad esempio la formula D = Dr 2· DX. From the radial component DX calculated in this way, that is the radial deviation of the circular edge T to be checked with respect to the reference edge R, and from the reference diametrical dimension Dr, the diametrical dimension D can be determined, by applying for example the formula D = Dr 2 DX.
Un metodo di controllo secondo la presente invenzione può anche essere utilizzato, ad esempio, per controllare la posizione radiale di uno spigolo formato dall’intersezione tra due superfici che verifichino almeno una delle seguenti condizioni: la superficie centrale 3 sia piatta e perpendicolare all’asse longitudinale dell’alloggiamento 2, oppure la superficie interna 4 sia cilindrica e parallela rispetto allo stesso asse. A control method according to the present invention can also be used, for example, to control the radial position of an edge formed by the intersection between two surfaces that meet at least one of the following conditions: the central surface 3 is flat and perpendicular to the Longitudinal axis of the housing 2, or the internal surface 4 is cylindrical and parallel with respect to the same axis.
Un sistema che attui un metodo di controllo secondo la presente invenzione può presentare diverse varianti costruttive rispetto a quanto schematicamente descritto. A system which implements a control method according to the present invention can have different construction variants with respect to what is schematically described.
Ad esempio, il telaio 10 di supporto può includere un gruppo di bloccaggio del pezzo meccanico 1. Tale gruppo di bloccaggio può avere caratteristiche strutturali che consentono al pezzo stesso limitati spostamenti trasversali, per assicurare la sovrapposizione dell’asse Z dell’alberino 12 con l’asse longitudinale dell’alloggiamento 2 di detto pezzo meccanico 1 e il centraggio della misura, in sostituzione delle o in aggiunta alle citate caratteristiche di ridotta flessibilità dell’alberino 12. For example, the support frame 10 can include a clamping group of the mechanical piece 1. This clamping group can have structural characteristics that allow the piece itself limited transversal displacements, to ensure the overlapping of the Z axis of the shaft 12 with the longitudinal axis of the housing 2 of said mechanical piece 1 and the centering of the measurement, replacing or in addition to the aforementioned characteristics of reduced flexibility of the shaft 12.
I tastatori 6 e 7 possono presentare superfici di riscontro 8 e 9 rastremate di forma diversa da quella conica, ad esempio piramidale a base poligonale. In questo caso, un metodo di controllo secondo la presente invenzione quale quello fin qui illustrato assume che il contatto fra i tastatori 6 e 7 e lo spigolo circolare 5 (e R e T) avvenga in corrispondenza degli spigoli convergenti della superficie piramidale, ma non presenta differenze rispetto a quanto in precedenza descritto. The feelers 6 and 7 may have tapered abutment surfaces 8 and 9 of a shape different from the conical one, for example pyramidal with a polygonal base. In this case, a control method according to the present invention such as the one illustrated so far assumes that the contact between the feelers 6 and 7 and the circular edge 5 (and R and T) occurs at the converging edges of the pyramidal surface, but not differs from what was previously described.
Secondo una possibile realizzazione alternativa rispetto a quella illustrata e fin qui descritta, i tastatori 6 e 7 possono avere caratteristiche strutturali tali per cui essi possono cooperare simultaneamente o in modo sostanzialmente simultaneo con lo spigolo da controllare. Ad esempio, uno dei tastatori 6 (o 7) può essere dotato di una cavità interna, per alloggiare l’altro tastatore 7 (o 6), e di aperture passanti sulla superficie di riscontro 8 (o 9) per consentire a porzioni della superficie di riscontro 9 (o 8) dell’altro tastatore 7 (o 6), opportunamente sagomata, di sporgere e trovarsi radialmente allineate con porzioni della superficie di riscontro 8 (o 9) del primo tastatore 6 (o 7). In questo caso, un metodo di controllo secondo la presente invenzione si differenzia rispetto a quanto in precedenza descritto in quanto la cooperazione fra il tastatore 6 e lo spigolo 5 (e R e T) e la cooperazione fra il tastatore 7 e lo stesso spigolo 5 (e R e T) possono avvenire in modo essenzialmente simultaneo. Questa soluzione alternativa consente di ridurre i tempi del controllo. According to a possible alternative embodiment with respect to the one illustrated and described up to now, the feelers 6 and 7 can have structural characteristics such that they can cooperate simultaneously or substantially simultaneously with the edge to be controlled. For example, one of the feelers 6 (or 7) can be equipped with an internal cavity, to house the other feeler 7 (or 6), and with through openings on the contact surface 8 (or 9) to allow portions of the abutment surface 9 (or 8) of the other probe 7 (or 6), suitably shaped, to protrude and be radially aligned with portions of the abutment surface 8 (or 9) of the first probe 6 (or 7). In this case, a control method according to the present invention differs from what was previously described in that the cooperation between the feeler 6 and the edge 5 (and R and T) and the cooperation between the feeler 7 and the edge 5 itself (and R and T) can occur essentially simultaneously. This alternative solution allows to reduce the time of the inspection.
Altri possibili sistemi che attuano il metodo di controllo secondo la presente invenzione hanno tastatori di forma diversa, ad esempio con superfici di riscontro interne per il controllo di diametri esterni, e possono essere impiegati per il controllo dello spigolo di una valvola destinata ad alloggiare in una relativa sede con il compito di chiudere i condotti di aspirazione e di scarico che fanno capo alla camera di combustione nella testata di un motore a combustione interna. Altri possibili sistemi di controllo possono presentare differenti varianti costruttive per ulteriori tipi di controlli dimensionali o di posizione di spigoli, chiusi o aperti, con profili diversi da quello illustrato nelle figure. Other possible systems that implement the control method according to the present invention have feelers of different shapes, for example with internal abutment surfaces for checking external diameters, and can be used for controlling the edge of a valve intended to be housed in a relative seat with the task of closing the intake and exhaust ducts that lead to the combustion chamber in the head of an internal combustion engine. Other possible control systems may have different construction variants for further types of dimensional or position control of edges, closed or open, with profiles different from that illustrated in the figures.
In una diversa realizzazione del sistema che attua l’invenzione, un sistema di controllo a fluido, ad esempio pneumatico, consente di effettuare controlli senza contatto diretto con il pezzo meccanico 1, e i tastatori 6 e 7 possono essere sostituiti ad esempio da due elementi di riscontro che non toccano lo spigolo 5 da controllare ma sono destinati ad assumere, grazie ad un opportuno meccanismo di posizionamento, posizioni predeterminate lungo la direzione longitudinale, nelle quali le rispettive superfici di riscontro rastremate si trovato affacciate a tale spigolo 5 e con esso delimitano una zona di cooperazione. Gli elementi di riscontro conservano le caratteristiche strutturali dei tastatori 6 e 7, in particolare si distinguono per i diversi angoli α e β di inclinazione rispetto all’asse Z della superficie di riscontro rastremata che comprendono. A detto sistema di controllo a fluido appartiene una sorgente di fluido in pressione, ad esempio una sorgente di gas, e l’elemento trasduttore à ̈ ad esempio un convertitore pneumoelettrico che, sia per l’uno che per l’altro elemento di riscontro, rileva variazioni di caratteristiche del fluido, ad esempio variazioni di pressione o di portata, in detta zona di cooperazione, trasforma tali variazioni in segnali elettrici M e li invia all’unità 13 di elaborazione. In a different embodiment of the system that implements the invention, a fluid control system, for example pneumatic, allows to carry out checks without direct contact with the mechanical piece 1, and the feelers 6 and 7 can be replaced, for example, by two elements that do not touch the edge 5 to be checked but are intended to assume, thanks to an appropriate positioning mechanism, predetermined positions along the longitudinal direction, in which the respective tapered abutment surfaces face this edge 5 and with it delimit a cooperation area. The abutment elements retain the structural characteristics of the probes 6 and 7, in particular they are distinguished by the different angles Î ± and β of inclination with respect to the Z axis of the tapered abutment surface they include. A source of pressurized fluid belongs to said fluid control system, for example a gas source, and the transducer element is for example a pneumoelectric converter which, both for one and for the other element check, detects changes in the characteristics of the fluid, for example changes in pressure or flow, in said cooperation area, transforms these changes into electrical signals M and sends them to the processing unit 13.
Un metodo di controllo secondo tale diversa realizzazione può comprendere, analogamente a quanto descritto in precedenza, una condizione di calibrazione preliminare e una successiva condizione di controllo. In ciascuna condizione, gli elementi di riscontro vengono portati in sequenza in una posizione di calibrazione, ovvero in una posizione di controllo, che in entrambi i casi à ̈ definita dalla suddetta posizione predeterminata lungo la direzione longitudinale, fissata ad esempio dal contatto con un piano o elemento di battuta che realizza il cosiddetto meccanismo di posizionamento. In tale posizione predeterminata, nella condizione di calibrazione gli elementi di riscontro si trovano ad una distanza dallo spigolo circolare di riferimento R nota e non nulla, nella condizione di controllo gli elementi di riscontro si trovano ad una distanza dallo spigolo circolare T da controllare non nota. In ciascuna condizione e per ciascun elemento di riscontro, il convertitore pneumoelettrico esegue, in modo di per sé noto, il controllo in base alle caratteristiche del fluido che attraversa la zona di cooperazione fra superficie di riscontro e spigolo, e trasmette i risultati all’unità 13. L’unità 13 elabora tali segnali elettrici e le informazioni note a priori, in particolare detti angoli α e β, per risalire alla differenza fra la dimensione diametrale di riferimento Dr e la dimensione diametrale D da controllare. A control method according to this different embodiment can include, similarly to what has been described above, a preliminary calibration condition and a subsequent control condition. In each condition, the abutment elements are brought in sequence to a calibration position, that is to a control position, which in both cases is defined by the aforementioned predetermined position along the longitudinal direction, fixed for example by contact with a plane or abutment element which realizes the so-called positioning mechanism. In this predetermined position, in the calibration condition the abutment elements are at a known and non-zero distance from the circular reference edge R, in the control condition the abutment elements are at an unknown distance from the circular edge T to be checked . In each condition and for each abutment element, the pneumoelectric converter performs, in a per se known manner, the control based on the characteristics of the fluid that crosses the cooperation zone between the abutment surface and the edge, and transmits the results to the Unit 13. Unit 13 processes these electrical signals and the information known a priori, in particular said angles Î ± and β, to trace the difference between the reference diametrical dimension Dr and the diametrical dimension D to be controlled.
In alternativa alle due stazioni di controllo A e B, il sistema può includere una macchina di misura a coordinate (Coordinate Measuring Machine, CMM) per effettuare controlli sequenziali su un pezzo del quale si conosce in ogni momento la posizione esatta. Tale CMM può comprendere in modo di per sé noto un magazzino nel quale sono collocati i tastatori 6 e 7, un apposito meccanismo di cambio automatico e un organo per il fissaggio degli stessi. In questa realizzazione, i tastatori 6 e 7 sono montati alternativamente sul braccio mobile della CMM per cooperare prima con il master di calibrazione 1R, poi con il pezzo meccanico 1T da controllare. Il metodo di controllo à ̈ lo stesso descritto in precedenza. As an alternative to the two control stations A and B, the system can include a coordinate measuring machine (CMM) to carry out sequential checks on a piece whose exact position is known at any time. Said CMM can comprise in a per se known manner a magazine in which the feelers 6 and 7 are located, a suitable automatic change mechanism and a device for fixing them. In this embodiment, the feelers 6 and 7 are mounted alternately on the movable arm of the CMM to cooperate first with the calibration master 1R, then with the mechanical piece 1T to be checked. The control method is the same as described above.
In un metodo secondo la presente invenzione, le posizioni longitudinali di riferimento S6r e S7r possono essere ottenute come fin qui descritto ad ogni operazione di controllo, o essere il risultato di operazioni di calibrazione effettuate solo una volta all’inizio del controllo di una serie di pezzi meccanici e/o periodicamente dopo un certo numero di pezzi meccanici controllati, oppure possono essere un dato noto a priori. In a method according to the present invention, the longitudinal reference positions S6r and S7r can be obtained as described up to now at each control operation, or be the result of calibration operations carried out only once at the beginning of the control of a series of mechanical pieces and / or periodically after a certain number of mechanical pieces checked, or they may be a prior known datum.
Sono chiari i vantaggi derivanti dall’applicazione della presente invenzione. The advantages deriving from the application of the present invention are clear.
Innanzitutto un metodo secondo l’invenzione consente di effettuare un controllo diretto della posizione o delle dimensioni di uno spigolo, evitando controlli indiretti delle superfici adiacenti e conseguenti interpolazioni. First of all, a method according to the invention allows to carry out a direct control of the position or size of an edge, avoiding indirect controls of the adjacent surfaces and consequent interpolations.
Anche per questo, il numero di dati da gestire per il controllo à ̈ sensibilmente inferiore rispetto a quello richiesto dalla tecnica ad oggi nota. Also for this reason, the number of data to be managed for the control is significantly lower than that required by the technique known to date.
Conseguentemente e grazie all’applicazione di una formula analitica che à ̈ funzione dalle caratteristiche geometriche note degli elementi di riscontro impiegati, i tempi di elaborazione sono notevolmente ristretti. Consequently, and thanks to the application of an analytical formula that is a function of the known geometric characteristics of the reference elements used, processing times are considerably short.
Gli elementi di riscontro possono essere scelti per effettuare controlli dimensionali anche su pezzi di dimensioni ridotte. The abutment elements can be chosen to carry out dimensional checks even on small pieces.
Il metodo oggetto della presente invenzione richiede l’utilizzo di componenti semplici, robusti e compatti, ed il relativo controllo risulta poco sensibile ai disturbi (vibrazioni, sporco) presenti in ambiente d’officina. The method object of the present invention requires the use of simple, robust and compact components, and the relative control is not very sensitive to disturbances (vibrations, dirt) present in the workshop environment.
Claims (9)
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