ITBO960301A1 - Comparatore lineare a movimento assiale - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

«Comparatore lineare a movimento assiale»,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un comparatore lineare comprendente mezzi di supporto e protezione con un involucro atto a definire un asse geometrico longitudinale, un elemento allungato assialmente mobile rispetto ai mezzi di supporto e protezione ed avente forma sostanzialmente cilindrica, un elemento tastatore fissato ad una estremità dell'elemento allungato, un trasduttore di posizione, disposto tra l'involucro e l’elemento allungato, mezzi di spinta fra i mezzi di supporto e protezione e l'elemento tastatore, e mezzi di guida, per guidare movimenti assiali dell’elemento allungato rispetto all’involucro, con una pluralità di elementi di rotolamento atti a cooperare con l'elemento allungato.

Comparatori, o teste, lineari a movimento assiale con tali caratteristiche sono noti da tempo. Due esempi di realizzazione sono illustrati nel brevetto Statunitense US-A-4347492. Una prima testa, mostrata nella figura 1 del brevetto Statunitense come tecnica nota, ha la struttura tipica di tali comparatori, denominati "a matita", con un alberino cilindrico che scorre assialmente entro un involucro mediante un dispositivo di guida consistente in una bussola a sfere, e reca ad un'estremità un tastatore per toccare il pezzo da controllare ed all'altra estremità un nucleo ferromagnetico che trasla all'interno di relativi avvolgimenti, in seguito a movimenti assiali dell'alberino.

La bussola a sfere comprende una gabbia con fori che alloggiano le sfere, queste ultime essendo a contatto sia con la superficie esterna dell'alberino che con la superficie interna dell’involucro. Lo scorrimento dell’alberino cilindrico è consentito dal rotolamento delle sfere sulle due superfici con le quali è a contatto. Scorrimenti dell’alberino provocano di conseguenza scorrimenti dell'intera gabbia.

Le strutture delle teste a matita mostrate nel brevetto Statunitense presentano alcuni inconvenienti legati alla particolare delicatezza e cura richiesta dalle operazioni di assemblaggio del dispositivo di guida.

Le bussole a sfere richiedono infatti delicate operazioni di assemblaggio, in quanto per ottenere un corretto funzionamento è necessario che fra involucro, bussola a sfere ed alberino ci sia un accoppiamento con gioco teoricamente nullo, con tolleranza molto stretta. E’ altresì necessario che le varie parti assumano posizioni longitudinali mutue ben precise, per evitare improprie limitazioni al movimento della bussola durante gli scorrimenti fra alberino ed involucro. Questo implica che le parti componenti debbano essere realizzate l’una in funzione dell’altra e assemblate con particolare cura aumentando di conseguenza i costi.

Ulteriori problemi che possono presentarsi nelle teste “a matita” che utilizzano dispositivi di guida di questo tipo derivano da spostamenti indesiderati della gabbia recante le sfere rispetto alla precisa posizione longitudinale citata in precedenza, spostamenti dovuti ad esempio a vibrazioni cui è sottoposta la testa ed agli inevitabili giochi presenti in pratica. Tali spostamenti, più frequenti nelle applicazioni in cui l’asse di misura della testa è verticale, possono indebitamente limitare le possibilità di movimento della bussola e provocare un'alterazione nei possibili movimenti mutui fra alberino ed involucro con conseguente variazione del campo di misura, fino al bloccaggio dell'alberino.

Scopo della presente invenzione è ottenere una testa a matita che abbia una struttura particolarmente semplice, garantisca precisione, ripetibilità ed affidabilità molto elevate e consenta, rispetto alle strutture note, riduzioni nei costi e nei tempi di assemblaggio fra le diverse parti.

Raggiunge questo scopo un comparatore nel quale detti mezzi di guida comprendono almeno un cuscinetto assiale con un elemento cavo di supporto, fisso rispetto all'involucro, e superfici interne di rotolamento, detti elementi di rotolamento essendo alloggiati nell’elemento di supporto ed atti a cooperare con le superfici interne di rotolamento.

Un comparatore lineare secondo l'invenzione può essere costruito secondo la forma di realizzazione preferita descritta di seguito con riferimento agli annessi disegni, dati a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nei quali:

Figura 1 è una sezione longitudinale di un comparatore secondo una realizzazione dell'invenzione;

Figura 2 è una sezione trasversale ingrandita del comparatore di figura 1, secondo la traccia II - Il di figura 1; e

Figura 3 è una sezione longitudinale di un particolare del comparatore di figura 1 secondo la traccia lll-lll di figura 2.

II comparatore a movimento assiale mostrato in figura 1 comprende mezzi di supporto e protezione con un involucro tubolare 1, realizzato in acciaio ed avente forma sostanzialmente cilindrica, che definisce un asse geometrico longitudinale, una superficie interna 2 sostanzialmente cilindrica con un rilievo anulare di limitazione 2’ ed una porzione filettata di estremità 6, ed un elemento di chiusura posteriore 3 connesso (in particolare, incollato) all'involucro 1. Un rocchetto 4 alloggia nell'involucro 1 e definisce un'apertura longitudinale 5 e tre sedi anulari esterne 7, 8 e 9.

Un elemento allungato, o alberino, 10 è inserito all’interno dell'involucro 1, mobile rispetto ad esso, ed un elemento tastatore con un palpatore sferico 12, atto ad entrare in contatto con un pezzo da controllare 48, è fissato (ad esempio, avvitato), ad un’estremità dell’alberino 10 che sporge dall'involucro tubolare 1.

Un trasduttore differenziale induttivo di posizione comprende un avvolgimento primario 13, due avvolgimenti secondari 14 e 15 ed un nucleo 16 in materiale ferromagnetico. Gli avvolgimenti 13, 14, e 15 sono strettamente avvolti al rocchetto 4, secondo una tecnica nota, in corrispondenza delle sedi anulari 7, 8 e 9 rispettivamente, mentre il nucleo 16, è fissato (ad esempio, incollato) ad uno stelo 17 connesso all'alberino 10, presso l'estremità opposta a quella che reca l'elemento tastatore 12.

Il rocchetto 4 con i relativi avvolgimenti 13, 14 e 15 è fissato all’involucro tubolare 1 mediante incollaggio della superficie esterna degli avvolgimenti 13, 14, 15 alla superficie interna 2 dell'involucro tubolare 1.

Mezzi di guida, per guidare movimenti assiali dell'alberino 10 rispetto all'involucro 1, comprendono due cuscinetti assiali 18, 19, di per sé noti, alloggiati nell'involucro 1 in posizioni longitudinalmente distanziate l’una rispetto all’altra, con elementi di rotolamento, in particolare sfere 29, a contatto con la superficie esterna dell'alberino 10. Ciascuno di tali cuscinetti 18 e 19, come mostrato anche in figura 2, presenta un elemento cavo di supporto 20 (e 20') di forma sostanzialmente cilindrica, con un foro passante longitudinale 21, nel quale è inserito parzialmente l'alberino 10. Il foro passante 21 definisce una superficie cilindrica 22 dell'elemento di supporto 20, che presenta fessure longitudinali 28. Elementi divisori 11, presenti all’interno dell'elemento cavo 20, definiscono superfici interne di rotolamento 23 che delimitano piste di circolazione interna 24, in cui alloggiano le sfere 29. Ogni pista 24 presenta un primo tratto longitudinale 25, un secondo tratto longitudinale 26, sostanzialmente paralleli fra di loro, e tratti di raccordo 27 fra tali tratti longitudinali 25, 26. La disposizione degli elementi divisori 11 è tale che i tratti longitudinali 25 e 26 di ciascuna pista 24 si trovano adiacenti l'uno all'altro ed alla superficie cilindrica 22. Le fessure 28 presenti sulla superficie cilindrica 22 sono disposte in corrispondenza del primo tratto longitudinale 25 di ciascuna pista di circolazione interna 24 ed hanno dimensioni tali da trattenere le sfere 29 all'interno della corrispondente pista di rotolamento 24 e da consentire a tali sfere 29, quando si trovano nel corrispondente primo tratto longitudinale 25, di sporgere parzialmente rispetto alla superficie cilindrica 22 e di toccare la superficie esterna dell'alberino 10.

Elementi di posizionamento e serraggio longitudinale comprendono un primo ed un secondo elemento distanziale 30 e 31, entrambi di forma tubolare, alloggiati nell'involucro 1 e disposti rispettivamente fra il rilievo anulare 2* e l'elemento di supporto 20 del cuscinetto 18 e fra gli elementi di supporto 20 e 20' dei due cuscinetti 18 e 19, ed una ghiera filettata di serraggio 32, pure tubolare, connessa alla porzione filettata di estremità 6 dell’involucro 1, e avente un’estremità a battuta con una superficie di base dell’elemento cavo 20’ del cuscinetto 19.

Una spina 33 è fissata radialmente all'alberino 10, e reca all'estremità libera una rotellina folle 34. Un’asola 35 ricavata longitudinalmente nel secondo elemento distanziale 31, alloggia, con limitato gioco angolare, la rotellina 34 che in essa scorre durante il movimento longitudinale dell’alberino 10 rispetto all’involucro 1, limitando così la rotazione dell’alberino 10 attorno al proprio asse.

Mezzi di spinta comprendono un anello di riscontro 37, fissato all'alberino 10 e ad esso coassiale, ed una molla elicoidale a compressione 36 disposta fra una superficie di base dell'elemento di supporto 20' del cuscinetto 19 e l'anello di riscontro 37.

Un altro anello di riscontro 38, fissato all’alberino 10 è a battuta con una superficie di base di una ghiera di registrazione 39, connessa internamente alla ghiera di serraggio 32 mediante accoppiamento filettato, per definire e registrare la posizione longitudinale dell'alberino 10, spinto dalla molla 36, in assenza di contatto fra palpatore 12 e pezzo 48.

Una superficie di battuta 41, solidale al rocchetto 4, ed una superficie di riscontro 40 dell’alberino 10 sono atte a cooperare per definire il limite della corsa dell’alberino 10, in seguito al contatto del palpatore 12 con il pezzo 48, in opposizione alla spinta della molla 36.

Una guarnizione flessibile di tenuta 44 di forma tubolare è fissata alle estremità, da un lato in corrispondenza della zona di collegamento fra tastatore 12 ed alberino 10, e dall'altro in corrispondenza della porzione di estremità 6 dell’involucro tubolare 1.

L’elemento di chiusura posteriore 3 ha un foro passante 45 che consente la connessione elettrica degli avvolgimenti 13, 14, e 15 del trasduttore differenziale a dispositivi esterni di alimentazione, visualizzazione ed elaborazione (schematicamente indicati in figura 1 con il riferimento 46), per mezzo dei fili di un cavo 47.

Il montaggio dei diversi componenti della testa illustrata e descritta avviene in modo particolarmente semplice e rapido. In particolare, dopo avere fissato all'involucro 1 il rocchetto 4 che reca gli avvolgimenti 13, 14, 15, incollando questi ultimi come già descritto, sono accoppiati al l'alberino 10 alcuni componenti, ovvero l'anello di riscontro 38, il cuscinetto 19, la spina 33, l'anello 37, il secondo elemento distanziale 31 e la molla 36. Vengono quindi inseriti nell'involucro 1, in successione, il primo elemento distanziale 30, il cuscinetto 18, e l'alberino 10 recante i componenti sopra citati, ed il tutto è serrato mediante la ghiera 32. La posizione dei cuscinetti 18 e 19, in particolare le posizioni longitudinali dei rispettivi elementi di supporto 20, 20' nell'involucro 1, sono così definite e fissate mediante l'azione di spinta della ghiera di serraggio 32 e la presenza degli elementi distanziali 30 e 31.

Nel normale funzionamento della testa, in assenza di contatto fra il palpatore 12 ed il pezzo 48, nella condizione illustrata in figura 1, la molla 36 spinge l'alberino 10 in una posizione di riposo definita dalla cooperazione fra l'anello di riscontro 38 e la ghiera di registrazione 39. In seguito al contatto fra il palpatore 12 ed una superficie del pezzo 48 (contatto provocato in un qualunque modo noto non illustrato né descritto, con procedimenti manuali o automatici), l'alberino 10 si muove, rispetto all'involucro 1 ed in opposizione all'azione della molla 36, guidato dai cuscinetti 18 e 19, lungo un percorso rettilineo, parallelo all'asse longitudinale dell’involucro 1.

In particolare, le sfere 29 attraverso le fessure 28 toccano la superficie esterna dell'alberino 10, e rotolano da un lato su di essa e dall'altro sulle corrispondenti superfici interne 23 in seguito alla spinta cui è sottoposto l'alberino 10 stesso, circolando all'interno delle piste 24.

Al movimento dell'alberino 10 corrisponde uno spostamento del nucleo 16 all'interno degli avvolgimenti 13, 14 e 15 ed una conseguente variazione nella tensione di uscita ai capi degli avvolgimenti secondari 14 e 15 secondo il funzionamento noto di un trasduttore differenziale induttivo. Attraverso il collegamento elettrico comprendente i fili del cavo 47, la variazione di tensione rispetto ad una condizione di zero (definita in modo noto in una precedente fase di azzeramento della testa) viene rilevata nei dispositivi esterni 46 e vengono visualizzate informazioni relative all'entità dello spostamento dalla posizione di riposo.

L'impiego dei cuscinetti assiali di guida 18 e 19 nel comparatore lineare descritto ed illustrato, presenta particolari caratteristiche di semplicità, affidabilità ed economia. L’utilizzo dei cuscinetti assiali 18 e 19 consente, tra l'altro, di assemblare i diversi componenti in modo estremamente semplice, come brevemente descritto in precedenza. Questo perché, contrariamente a quanto avviene nei dispositivi noti impieganti boccole a sfere che, per consentire movimenti reciproci fra alberino ed involucro, devono muoversi anch'esse rispetto all'alberino e all'involucro, non è necessario accoppiare le diverse parti (involucro, alberino, guida con sfere) e definirne la posizione mutua con elevatissima precisione e gioco teoricamente nullo. Un ridotto gioco radiale fra i cuscinetti 18, 19 e l'alberino 10 non crea infatti problemi di spostamenti indesiderati, essendo i cuscinetti 18, 19 mantenuti nella corretta posizione tramite gli elementi distanziali 30, 31 e la ghiera di serraggio 32. D'altra parte, un gioco di entità ridotta ( ad esempio dell’ordine di uno o due μτη), è facilmente ottenibile e non è tale da influire sulle caratteristiche di precisione e ripetibilità della testa.

Un comparatore secondo l’invenzione può presentare differenze nei materiali e/o nelle forme e/o nel numero dei componenti rispetto a quanto illustrato e fin qui descritto.

Può essere impiegato un solo cuscinetto assiale, avente ad esempio una maggiore estensione longitudinale rispetto ai cuscinetti 18, 19 illustrati, o, al contrario, possono essere previsti più di due cuscinetti.

La disposizione mutua dei cuscinetti 18, 19 e del rocchetto 4 che reca gli avvolgimenti 13, 14, 15, e la connessione del nucleo 16 all'alberino 10, possono inoltre essere diversi (i cuscinetti 18 e 19 possono ad esempio essere disposti ai lati del rocchetto 4).

I cuscinetti possono inoltre comprendere elementi di rotolamento diversi dalle sfere 29, quali rulli cilindrici o di altra forma nota.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Comparatore lineare comprendente - mezzi di supporto e protezione (1, 3) con un involucro (1 ) atto a definire un asse geometrico longitudinale, - un elemento allungato (10) assialmente mobile rispetto ai mezzi di supporto e protezione (1, 3) ed avente forma sostanzialmente cilindrica, - un elemento tastatore (12) fissato ad un'estremità dell'elemento allungato (10), - un trasduttore di posizione, disposto tra l'involucro (1) e l’elemento allungato (10), - mezzi di spinta (36) fra i mezzi di supporto e protezione (1, 3) e l'elemento tastatore (12), e - mezzi di guida (18, 19), per guidare movimenti assiali dell’elemento allungato (10) rispetto all'involucro (1), con una pluralità di elementi di rotolamento (29) atti a cooperare con l'elemento allungato (10), caratterizzato dal fatto che i mezzi di guida comprendono almeno un cuscinetto assiale (18, 19) con un elemento cavo di supporto (20), fisso rispetto all'involucro (1), e superfici interne di rotolamento (23), detti elementi di rotolamento (29) essendo alloggiati nell’elemento di supporto (20) ed atti a cooperare con le superfici interne di rotolamento (23).
2. 2. Comparatore secondo la rivendicazione 1, nel quale, detti elementi di rotolamento (29) hanno forma sferica, e l'elemento cavo di supporto (20) ha sostanzialmente forma cilindrica con un foro passante longitudinale (21) atto ad alloggiare una porzione dell'elemento allungato (10), il foro passante (21) definendo una superficie cilindrica (22) dell’elemento di supporto (20) con fessure longitudinali (28) atte a consentire agli elementi di rotolamento (29) di toccare detta posizione dall’elemento allungato (10).
3. 3. Comparatore secondo la rivendicazione 2, nel quale dette superfici interne di rotolamento (23) definiscono piste di circolazione interna (24) per gli elementi di rotolamento, dette piste comprendendo un primo (25) ed un secondo (26) tratto longitudinale sostanzialmente paralleli uno rispetto all’altro e due tratti di raccordo (27) fra i tratti longitudinali (25, 26), dette fessure (28) essendo disposte in corrispondenza del primo tratto longitudinale (25) di ciascuna pista di circolazione interna (24).
4. 4. Comparatore secondo la rivendicazione 3, nel quale detto secondo tratto longitudinale (26) di ciascuna pista di circolazione (24) è disposto sostanzialmente adiacente a detto primo tratto (25) ed alla superficie cilindrica (22) dell'elemento cavo di supporto (20).
5. 5. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, nel quale i mezzi di guida comprendono almeno un ulteriore cuscinetto assiale (19), sostanzialmente simile a detto cuscinetto assiale (18, 19), con un ulteriore elemento cavo di supporto (20') fisso rispetto all'involucro (1), gli elementi cavi di supporto (20, 20') essendo disposti in posizioni mutuamente distanziate in direzione longitudinale.
6. 6. Comparatore secondo la rivendicazione 5, nel quale i mezzi di supporto e protezione comprendono elementi di posizionamento e serraggio longitudinale (30, 31, 32) atti a cooperare con l’involucro (1) e con gli elementi cavi di supporto (20, 20'), per definire e fissare dette posizioni degli elementi cavi di supporto (20, 20') rispetto all’involucro (1).
7. 7. Comparatore secondo la rivendicazione 6, nel quale detti elementi di posizionamento e serraggio longitudinale (30, 31, 32) comprendono - almeno un elemento distanziale (31), sostanzialmente tubolare, alloggiato nell'involucro (1) e longitudinalmente disposto fra gli elementi cavi di supporto (20, 20’), e - una ghiera filettata di serraggio (32), l'involucro (1) definendo una porzione filettata di estremità (6) atta a cooperare con detta ghiera filettata (32),
8. 8. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, nel quale detto trasduttore comprende avvolgimenti elettrici (13, 14, 15) un rocchetto (4), fisso rispetto all'involucro (1) ed atto ad alloggiare detti avvolgimenti ed un nucleo (16) in materiale ferromagnetico connesso all'elemento allungato (10), il rocchetto definendo un’apertura longitudinale (5), coassiale rispetto all'involucro (1), all'interno della quale è mobile detto nucleo (16) del trasduttore.
9. 9. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, nel quale, detti mezzi di spinta comprendono un anello di riscontro (37) fissato all’elemento allungato (10) e ad esso coassiale, e una molla elicoidale a compressione (36) disposta fra detto anello di riscontro (37) e l'elemento di supporto (20) di detto cuscinetto assiale (18).