ITBO980218A1 - CONTACT DETECTION PROBE. - Google Patents
CONTACT DETECTION PROBE.Info
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:
“Sonda a rilevamento di contatto” "Contact detection probe"
Testo della descrizione Description text
La presente invenzione riguarda una sonda a rilevamento di contatto comprendente un involucro, che definisce un asse geometrico longitudinale e una superficie interna di supporto, un equipaggio parzialmente alloggiato nell'involucro e mobile rispetto ad esso con un elemento d'appoggio avente una porzione atta a cooperare, in una condizione di riposo dell'equipaggio, con detta superficie di supporto, e un braccio connesso all'elemento d’appoggio e recante un tastatore atto a toccare un pezzo da controllare, ed un dispositivo di rilevamento atto a fornire segnali indicativi della posizione dell’equipaggio rispetto all'involucro, comprendente almeno un dispositivo emettitore ed almeno un dispositivo ricevitore connesso a detto involucro. The present invention relates to a contact detection probe comprising a casing, which defines a longitudinal geometric axis and an internal support surface, a device partially housed in the casing and movable with respect to it with a support element having a portion suitable for cooperating, in a rest condition of the crew, with said support surface, and an arm connected to the support element and carrying a feeler able to touch a piece to be checked, and a detection device able to provide signals indicative of the position of the assembly with respect to the casing, comprising at least one emitting device and at least one receiving device connected to said casing.
Sonde a rilevamento di contatto, o “touch trigger", con equipaggi mobili che recano tastatori, sono impiegate in macchine di misura a coordinate ed in macchine utensili, in particolare centri di lavorazione e torni, per effettuare controlli su pezzi lavorati o da lavorare, sugli utensili, sulle tavole delle macchine, ecc. I controlli possono riguardare, ad esempio, la posizione o le dimensioni geometriche dei pezzi. In ciascuna di tali sonde, il contatto fra il tastatore e, ad esempio, un pezzo meccanico è segnalato da opportuni dispositivi che rilevano determinati movimenti dell'equipaggio mobile rispetto ad un involucro, e comandano la lettura di trasduttori associati alle slitte della macchina, i quali forniscono valori di misura rispetto ad una posizione od origine di riferimento. Probes with contact detection, or "touch trigger", with mobile devices carrying feelers, are used in coordinate measuring machines and in machine tools, in particular machining centers and lathes, to carry out checks on machined or to be machined pieces. on tools, on machine tables, etc. The checks may concern, for example, the position or the geometric dimensions of the pieces. In each of these probes, the contact between the probe and, for example, a mechanical piece is signaled by suitable devices which detect certain movements of the movable unit with respect to a casing, and control the reading of transducers associated with the slides of the machine, which provide measurement values with respect to a reference position or origin.
Alcune di queste sonde fanno uso di interruttori ottici per segnalare l’avvenuto contatto fra sonda e pezzo meccanico da controllare. Some of these probes make use of optical switches to signal contact between the probe and the mechanical piece to be checked.
La domanda di brevetto inglese GB-A-2238616 mostra diverse realizzazioni di sonde touch trigger che comprendono un membro mobile, rispetto ad un involucro sostanzialmente longitudinale, cui è fissato un braccio recante un tastatore e che è appoggiato, in condizione di riposo, a superfici di tale involucro. Una delle realizzazioni mostrate comprende un interruttore ottico con una sorgente luminosa posta in una cavità del membro mobile. Un piatto traslucido sul quale è stampata una griglia, è collegato al membro mobile e copre la cavità, consentendo il passaggio parziale della luce. Un ricevitore è disposto su una parte fissa, dalla parte opposta del piatto traslucido rispetto alla sorgente luminosa, ed è sempre investito dalla luce che attraversa il piatto. Quando il braccio e, conseguentemente, il membro mobile sono deflessi rispetto alla condizione di riposo in seguito al contatto del tastatore con un pezzo, le caratteristiche della luce che attraversa il piatto vengono alterate dalla mutata disposizione della grìglia su di esso stampata e, attraverso il ricevitore, tali alterazioni sono rilevate e viene segnalato l'awenuto contatto. The British patent application GB-A-2238616 shows various embodiments of touch trigger probes which comprise a movable member, with respect to a substantially longitudinal casing, to which an arm carrying a feeler is fixed and which rests, in rest condition, on surfaces of that envelope. One of the embodiments shown comprises an optical switch with a light source located in a cavity of the movable member. A translucent plate on which a grid is printed is connected to the movable member and covers the cavity, allowing partial passage of light. A receiver is arranged on a fixed part, on the opposite side of the translucent plate with respect to the light source, and is always hit by the light passing through the plate. When the arm and, consequently, the movable member are deflected with respect to the rest condition following the contact of the feeler with a piece, the characteristics of the light passing through the plate are altered by the changed arrangement of the grid printed on it and, through the receiver, such alterations are detected and contact is signaled.
In questa realizzazione, eventuali deformazioni di parti meccaniche (in particolare della griglia) dovute a variazioni di temperatura possono provocare analoghe alterazioni delle caratteristiche della luce ed essere causa di inaccurate o false segnalazioni dell'avvenuto contatto. Per ovviare a questo problema, ovvero per rendere trascurabili gli effetti meccanici delle derive termiche, è necessario che la segnalazione dell'awenuto contatto awenga solo quando le alterazioni della luce rilevate raggiungono entità relativamente elevate, e questo comporta una riduzione della sensibilità dello strumento. In this embodiment, any deformation of mechanical parts (in particular of the grid) due to temperature variations can cause similar alterations in the characteristics of the light and cause inaccurate or false signals that contact has occurred. To overcome this problem, or to make the mechanical effects of thermal drifts negligible, it is necessary that the signaling of the contact occurs only when the detected light alterations reach relatively high amounts, and this involves a reduction in the sensitivity of the instrument.
li certificato di inventore sovietico SU-A-1516786 mostra una sonda "touch trigger' comprendente un sistema ottico per rilevare spostamenti di un equipaggio comprendente un braccio mobile e una pluralità di guide ottiche disposte su piani radiali rispetto all’asse longitudinale della sonda. Ogni guida ottica collega un emettitore di luce ad un ricevitore ottico ed è divisa in due parti, separate da una porzione dell’equipaggio mobile. Quando, in seguito a movimenti dell’equipaggio, la porzione che separa le due parti si sposta, la luce può passare da una all’altra delle due parti realizzando il collegamento ottico fra emettitore e ricevitore. The Soviet inventor certificate SU-A-1516786 shows a "touch trigger" probe comprising an optical system for detecting movements of a crew comprising a movable arm and a plurality of optical guides arranged in radial planes with respect to the longitudinal axis of the probe. optical guide connects a light emitter to an optical receiver and is divided into two parts, separated by a portion of the mobile crew. When, following movements of the crew, the portion that separates the two parts moves, the light can pass from one to the other of the two parts making the optical connection between emitter and receiver.
La struttura della sonda, in particolare il sistema di rilevamento con le guide ottiche che devono essere disposte con notevole precisione nello spazio generalmente ristretto all'interno dell'involucro, richiede operazioni complesse e delicate per l'assemblaggio e la messa a punto, e per evitare che le guide ottiche interferiscano con il corretto funzionamento meccanico della sonda stessa. The structure of the probe, in particular the detection system with the optical guides that must be arranged with considerable precision in the generally restricted space inside the enclosure, requires complex and delicate operations for assembly and setup, and for avoid that the optical guides interfere with the correct mechanical functioning of the probe itself.
Scopo della presente invenzione è ottenere una sonda di semplice realizzazione, affidabile, con un notevole grado di accuratezza e ripetibilità e che fornisca un segnale sostanzialmente immune dagli effetti di derive termiche. The object of the present invention is to obtain a probe which is simple to manufacture, reliable, with a considerable degree of accuracy and repeatability and which provides a signal substantially immune to the effects of thermal drift.
Raggiunge questo ed altri scopi una sonda a rilevamento di contatto secondo la rivendicazione 1. L'invenzione sarà ora descritta in dettaglio con riferimento agli annessi disegni, dati a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nei quali: A contact detection probe according to claim 1 achieves this and other purposes. The invention will now be described in detail with reference to the attached drawings, given purely by way of non-limiting example, in which:
Figura 1 è una sezione longitudinale di una sonda a rilevamento di contatto secondo l’invenzione; Figure 1 is a longitudinal section of a contact detection probe according to the invention;
Figura 2 è una sezione trasversale della sonda di figura 1 secondo la traccia ll-II di figura 1; Figura 3 è uno schema a blocchi di un primo tipo di dispositivo di alimentazione, amplificazione ed elaborazione della sonda di figura 1 ; Figure 2 is a cross section of the probe of Figure 1 along the line 11-II of Figure 1; Figure 3 is a block diagram of a first type of device for feeding, amplifying and processing the probe of Figure 1;
Figura 4 è uno schema a blocchi di un secondo tipo di dispositivo di alimentazione, amplificazione ed elaborazione della sonda di figura 1; Figure 4 is a block diagram of a second type of device for feeding, amplifying and processing the probe of Figure 1;
Figura 5 è una sezione longitudinale della sonda di figura 1 in una diversa posizione operativa rispetto a figura 1 ; Figure 5 is a longitudinal section of the probe of Figure 1 in a different operating position with respect to Figure 1;
Figura 6 è una rappresentazione grafica di alcuni segnali relativi al dispositivo di alimentazione di figura 3; Figure 6 is a graphical representation of some signals relating to the power supply device of Figure 3;
Figura 7 è una rappresentazione grafica di alcuni segnali relativi al dispositivo dì alimentazione di figura 4; Figure 7 is a graphical representation of some signals relating to the power supply device of Figure 4;
Figura 8 è una sezione longitudinale di una sonda secondo una diversa forma di realizzazione dell’invenzione; Figure 8 is a longitudinal section of a probe according to a different embodiment of the invention;
Figura 9 è uno schema a blocchi di una parte del dispositivo di amplificazione ed elaborazione della sonda di figura 5; Figure 9 is a block diagram of a part of the amplification and processing device of the probe of Figure 5;
Figura 10 è una sezione longitudinale di una sonda secondo un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione; e Figure 10 is a longitudinal section of a probe according to a further embodiment of the invention; And
Figura 11 è una rappresentazione schematica del sistema optoelettronico di misura della sonda di figura 10. Figure 11 is a schematic representation of the optoelectronic measurement system of the probe of Figure 10.
La sonda schematicamente illustrata nelle figure 1 , 2 e 5 comprende mezzi di supporto e protezione con un involucro 1, che ha forma sostanzialmente cilindrica e definisce un asse geometrico longitudinale, comprendente una base inferiore, che definisce una superfìcie interna di supporto 16 sostanzialmente piana ed anulare, e una base superiore. Un equipaggio mobile 5 è parzialmente alloggiato nell'involucro 1 e comprende un elemento d'appoggio 7 che definisce una porzione o bordo anulare 8 a simmetria sostanzialmente cilindrica, un braccio 11 connesso all'elemento d'appoggio 7 e parzialmente sporgente dall’Involucro 1 attraverso un foro della base inferiore, e un tastatore 13 fissato ad un'estremità libera del braccio 11. The probe schematically illustrated in Figures 1, 2 and 5 comprises support and protection means with a casing 1, which has a substantially cylindrical shape and defines a longitudinal geometric axis, comprising a lower base, which defines an internal support surface 16 which is substantially flat and annular, and an upper base. A mobile unit 5 is partially housed in the casing 1 and comprises a support element 7 which defines a substantially cylindrical symmetrical annular portion or edge 8, an arm 11 connected to the support element 7 and partially protruding from the casing 1 through a hole in the lower base, and a feeler 13 fixed to a free end of the arm 11.
Un dispositivo di spinta comprende una molla a compressione 17 disposta fra superfici della base superiore dell'involucro 1 e dell'elemento d'appoggio 7 per spingere il bordo anulare 8 e la superficie di supporto 16 a contatto mutuo quando l'equipaggio 5 è in condizione di riposo, In assenza di contatto fra il tastatore 13 e un pezzo da controllare 15. In tale condizione, una cavità simmetrica 14 è definita fra l’elemento 7 e l’involucro 1. A thrust device comprises a compression spring 17 disposed between surfaces of the upper base of the casing 1 and of the support element 7 to push the annular edge 8 and the support surface 16 into mutual contact when the member 5 is in rest condition, In the absence of contact between the feeler 13 and a piece to be checked 15. In this condition, a symmetrical cavity 14 is defined between the element 7 and the casing 1.
Dispositivi di centraggio e di antirotazione (di tipo noto e non mostrato nelle figure) sono previsti, ad esempio fra l’equipaggio mobile 5 e l'involucro 1, per impedire movimenti mutui di traslazione trasversale e rotazione intorno all’asse longitudinale. Centering and anti-rotation devices (of a known type and not shown in the figures) are provided, for example between the mobile unit 5 and the casing 1, to prevent mutual movements of transverse translation and rotation around the longitudinal axis.
Un dispositivo di rilevamento, ad esempio di tipo optoelettronico, comprende dispositivi emettitori e dispositivi ricevitori. In particolare, due diodi emettitori di luce 21, 23, o “LED", sono fìssati alla base inferiore dell’involucro 1 e disposti in posizioni diametralmente opposte, sostanzialmente in corrispondenza del piano definito dalla superficie anulare 16. Due fotodiodi ricevitori 25, 27 sono pure fìssati alla base inferiore dell'involucro 1, sostanzialmente sullo stesso piano dei LED 21, 23 e ad essi affacciati. La disposizione mutua degli elementi di ciascuna delle coppie LED/fotodiodo 21/25 e 23/27 è tale che il fascio luminoso emesso dal LED raggiunge il relativo fotodiodo lungo una predeterminata traiettoria che consiste in un tratto trasversale a detto asse longitudinale dell'involucro 1. A detection device, for example of the optoelectronic type, comprises emitting devices and receiving devices. In particular, two light emitting diodes 21, 23, or "LED", are fixed to the lower base of the casing 1 and arranged in diametrically opposite positions, substantially in correspondence with the plane defined by the annular surface 16. Two receiving photodiodes 25, 27 they are also fixed to the lower base of the casing 1, substantially on the same plane as the LEDs 21, 23 and facing them. The mutual arrangement of the elements of each of the LED / photodiode pairs 21/25 and 23/27 is such that the light beam emitted by the LED it reaches the relative photodiode along a predetermined trajectory which consists of a section transversal to said longitudinal axis of the casing 1.
I due LED 21, 23 e i due fotodiodi 25, 27 sono collegati elettricamente ad un'unità di alimentazione ed elaborazione 31, attraverso cavi schematizzati in figura 1 con il riferimento 30. The two LEDs 21, 23 and the two photodiodes 25, 27 are electrically connected to a power supply and processing unit 31, through cables schematized in Figure 1 with the reference number 30.
Una guarnizione di tenuta 37 ha le estremità fissate rispettivamente alla base inferiore dell'involucro 1 e al braccio 11 e, oltre a proteggere l'equipaggio interno della sonda da corpi estranei, impedisce il passaggio di luce all'interno della sonda. A sealing gasket 37 has its ends fixed respectively to the lower base of the casing 1 and to the arm 11 and, in addition to protecting the internal equipment of the probe from foreign bodies, prevents the passage of light inside the probe.
Le figure 3 e 4 illustrano, mediante schemi a blocchi, due diverse realizzazioni di alcuni elementi dell'unità di alimentazione ed elaborazione 31, nei casi in cui i due LED 21 e 23, collegati in serie, vengano alimentati mediante corrente continua e corrente ad impulsi rispettivamente. Figures 3 and 4 illustrate, by means of block diagrams, two different embodiments of some elements of the power supply and processing unit 31, in cases where the two LEDs 21 and 23, connected in series, are powered by direct current and high current pulses respectively.
Nel primo caso, illustrato in figura 3, i due LED 21, 23 sono alimentati mediante un generatore di corrente continua G. Mezzi di amplificazione e di comparazione comprendono un amplificatore A che amplifica il segnale V, proveniente dai fotodiodi 25, 27, collegati in parallelo, e un comparatore C che confronta il segnale VA in uscita dall'amplificatore A con un valore dì soglia VTl opportunamente prefissato, e fornisce un segnale logico V0 indicativo del risultato di tale confronto. In the first case, illustrated in Figure 3, the two LEDs 21, 23 are powered by a direct current generator G. Amplification and comparison means comprise an amplifier A which amplifies the signal V, coming from the photodiodes 25, 27, connected in parallel, and a comparator C which compares the signal VA in output from amplifier A with a suitably predetermined threshold value VTl, and provides a logic signal V0 indicative of the result of this comparison.
Nel secondo caso, illustrato nella figura 4, i due LED 21, 23 sono alimentati mediante un generatore G’ che fornisce loro impulsi di corrente. Mezzi di amplificazione e comparazione comprendono un amplificatore A’ che amplifica il segnale Vr proveniente dai fotodiodi 25, 27 e un comparatore C, accoppiato mediante un filtro F al l'amplificatore A’, che confronta il segnale VA. in uscita da questo con una soglia VT opportunamente prefissata. Il segnale Vc. in uscita dal comparatore C viene ulteriormente elaborato da un temporizzatore T. In the second case, shown in Figure 4, the two LEDs 21, 23 are powered by a generator G 'which supplies them with current pulses. Means of amplification and comparison include an amplifier A 'which amplifies the signal Vr coming from the photodiodes 25, 27 and a comparator C, coupled by means of a filter F to the amplifier A', which compares the signal VA. outgoing from this with a suitably predetermined threshold VT. The Vc. at the output of the comparator C it is further processed by a timer T.
Il temporizzatore T fornisce in uscita un segnale V„. ad un livello logico basso, se al suo ingresso c'è un segnale a livello logico basso. Il segnale V„. passa ad un livello logico alto, e tale resta per un prefissato periodo di tempo di durata minima τγ ogni volta che il segnale in ingresso al temporizzatore T passa da un livello logico basso ad un livello logico alto. Quando all'Ingresso del temporizzatore T giunge un nuovo impulso e il segnale in uscita V„' è a livello alto, il temporizzatore T azzera il conteggio, vale a dire il segnale in uscita V0. rimane a livello alto per almeno un periodo τΤ a partire da quel momento. The timer T outputs a signal V „. at a low logic level, if there is a low logic level signal at its input. The V ”signal. it passes to a high logic level, and remains so for a predetermined period of time of minimum duration τγ every time the input signal to the timer T passes from a low logic level to a high logic level. When a new pulse arrives at the input of timer T and the output signal V „'is high, timer T clears the count, ie the output signal V0. it remains at a high level for at least a period τΤ starting from that moment.
Il funzionamento della sonda è il seguente. The operation of the probe is as follows.
In assenza di contatto fra tastatore 13 e pezzo 15 da misurare, l'equipaggio 5 si trova in una condizione di riposo nella quale il bordo 8 e superficie di supporto 16 sono a contatto mutuo anulare (figura 1) sotto l’azione della molla 17. In questa condizione, i fasci luminosi emessi dai LED 21, 23 non raggiungono i fotodiodi 25, 27 poiché porzioni opposte del bordo 8 giacciono lungo le relative traiettorie. In the absence of contact between the feeler 13 and the piece 15 to be measured, the assembly 5 is in a rest condition in which the edge 8 and the support surface 16 are in annular mutual contact (Figure 1) under the action of the spring 17 In this condition, the light beams emitted by the LEDs 21, 23 do not reach the photodiodes 25, 27 since opposite portions of the edge 8 lie along the relative trajectories.
Nel caso in cui i LED 21 , 23 sono alimentati in corrente continua (figura 3), in condizione di riposo in ingresso airamplificatore A c’è un segnale V, di valore nullo (figura 6). All’ingresso del comparatore C c’è un segnale VA di valore nullo o - come sarà meglio descritto nel seguito - comunque Inferiore alla soglia VT e, di conseguenza, il segnale V0 in uscita dal comparatore C si mantiene a livello logico basso. In the event that the LEDs 21, 23 are powered in direct current (Figure 3), in the rest condition at the input of the amplifier A there is a signal V, of null value (Figure 6). At the input of the comparator C there is a VA signal of null value or - as will be better described below - in any case lower than the VT threshold and, consequently, the signal V0 output from the comparator C remains at a low logic level.
Durante un movimento relativo fra sonda e pezzo 15 da controllare lungo la direzione trasversale X, successivamente al contatto in un istante t, fra il tastatore 13 e una superficie del pezzo 15, il braccio 11 e l’intero equipaggio mobile 5 si inclinano rispetto all'involucro 1 (figura 5) e il bordo 8 si solleva parzialmente dalla superfìcie anulare 16 consentendo il passaggio del fascio luminoso emesso da uno dei LED, nell’esempio di figura 5 il LED 23. Il fascio luminoso investe il relativo fotodiodo (27), che genera un segnale V, che viene amplificato dall’amplificatore A (VA) e confrontato, nel comparatore C, con la soglia VT (figura 6). In seguito al superamento del valore VT, In un istante t,+T, il segnale di uscita V„ si porta ad un livello alto segnalando in tal modo l'awenuto contatto fra tastatore 13 e pezzo 15. During a relative movement between the probe and the piece 15 to be checked along the transverse direction X, following the contact at an instant t, between the feeler 13 and a surface of the piece 15, the arm 11 and the entire mobile device 5 incline with respect to the casing 1 (figure 5) and the edge 8 partially rises from the annular surface 16 allowing the passage of the light beam emitted by one of the LEDs, in the example of figure 5 the LED 23. The light beam strikes the relative photodiode (27) , which generates a signal V, which is amplified by amplifier A (VA) and compared, in the comparator C, with the threshold VT (figure 6). Following the exceeding of the value VT, in an instant t, + T, the output signal V "goes to a high level, thus signaling the contact made between the feeler 13 and the piece 15.
Nel caso di movimento longitudinale fra sonda e pezzo 15, e contatto fra il tastatore 13 e una superficie trasversale del pezzo 15 lungo la direzione Z, si verifica un sollevamento del braccio 11 e dell'equipaggio mobile 5 che provoca un distacco del bordo 8 dalla superficie anulare 16. In tal caso il fascio luminoso di almeno uno dei LED 21, 23, raggiunge il relativo fotodiodo 25, 27, e l'elaborazione del segnale V, fornito da almeno uno di questi ultimi avviene come descritto in precedenza. In the case of longitudinal movement between the probe and the piece 15, and contact between the feeler 13 and a transversal surface of the piece 15 along the Z direction, a lifting of the arm 11 and of the movable element 5 occurs which causes a detachment of the edge 8 from the annular surface 16. In this case the light beam of at least one of the LEDs 21, 23 reaches the relative photodiode 25, 27, and the processing of the signal V, provided by at least one of the latter, takes place as previously described.
Questa soluzione ha il vantaggio di essere semplice e immune da eventuali accoppiamenti induttivi o capacitivi fra la corrente di alimentazione dei LEO 21, 23 e I fotodiodi 25, 27 o l’amplificatore A. This solution has the advantage of being simple and immune from any inductive or capacitive couplings between the power supply current of LEO 21, 23 and photodiodes 25, 27 or amplifier A.
Inoltre, possibili variazioni indesiderate del segnale VA in condizioni di riposo dell'equipaggio 5, dovute agli effetti di variazioni di temperatura, sono limitate alle cosiddette derive termiche dell'amplificatore stesso, di entità generalmente ridotta. Infatti, la sonda secondo la presente invenzione risulta insensibile ai cosiddetti effetti meccanici delle derive termiche che, provocando limitate deformazioni nelle parti meccaniche dei dispositivi di misura, alterano, nelle sonde note, il segnale da amplificare, introducendo conseguenti variazioni di entità non trascurabile nel segnale amplificato. Nel caso della sonda secondo la presente invenzione, in condizioni di riposo il segnale da amplificare V, ha valore zero e, in normali condizioni di funzionamento, tale resta anche in seguito a limitate deformazioni delle parti meccaniche coinvolte provocate da variazioni di temperatura. Furthermore, possible undesired variations of the signal VA in conditions of rest of the crew 5, due to the effects of temperature variations, are limited to the so-called thermal drifts of the amplifier itself, of a generally small entity. In fact, the probe according to the present invention is insensitive to the so-called mechanical effects of thermal drifts which, by causing limited deformations in the mechanical parts of the measuring devices, alter, in known probes, the signal to be amplified, introducing consequent variations of a non-negligible entity in the signal. amplified. In the case of the probe according to the present invention, in rest conditions the signal to be amplified V has a value of zero and, in normal operating conditions, it remains so even after limited deformations of the mechanical parts involved caused by temperature variations.
In altre parole, indicando con K il guadagno dell'amplificatore A, il segnale VA soggetto a derive termiche può in generale essere espresso come In other words, indicating with K the gain of amplifier A, the signal VA subject to thermal drifts can in general be expressed as
dove K, e D rappresentano gli effetti delle derive termiche proprie dell'amplificatore A. where K, and D represent the effects of the thermal drift of amplifier A.
Poiché, come detto in precedenza, in condizioni di riposo V, resta, anche in seguito a limitate deformazioni delle parti meccaniche, stabilmente uguale a zero, il segnale VA può variare rispetto a zero della ridotta componente continua D. Since, as previously mentioned, in rest conditions V remains stably equal to zero, even after limited deformations of the mechanical parts, the signal VA can vary with respect to zero of the reduced direct component D.
Per evitare false segnalazioni, in condizioni di riposo, dell'avvenuto contatto fra tastatore 13 e pezzo 15, ovvero per garantire che, in tali condizioni, il valore del segnale di uscita V0 si mantenga ad un livello logico basso, è quindi sufficiente stabilire un valore di soglia VT che tenga conto solo della possibile limitata variabilità del segnale VA attribuibile alla componente D. La possibilità di stabilire un valore di soglia VT particolarmente basso garantisce una sensibilità particolarmente alta della sonda. Nel caso in cui i LED 21, 23 sono alimentati con corrente ad impulsi (figura 4), in assenza di contatto fra tastatore 13 e pezzo da controllare 15 e quindi in assenza di segnali provenienti dai fotodiodi 25, 27 gli effetti di eventuali derive in corrente continua dell’amplificatore A' vengono eliminati dal filtro passa alto F presente fra amplificatore A’ e comparatore C’. In seguito al contatto del tastatore 13 con il pezzo 15 ad un istante tt’ lungo la direzione X, e al conseguente passaggio del fascio luminoso dal LED 23 al fotodiodo 27, come descritto in precedenza (figura 5), il segnale Vr prodotto da tale fotodiodo 23 (figura 7), opportunamente amplificato da A’ (VA.), viene inviato, dopo averne eliminato la componente continua con il filtro F (VF), al comparatore C' To avoid false signals, in rest conditions, of the contact between feeler 13 and piece 15, or to ensure that, in such conditions, the value of the output signal V0 remains at a low logic level, it is therefore sufficient to establish a VT threshold value that takes into account only the possible limited variability of the VA signal attributable to the D component. The possibility of establishing a particularly low VT threshold value guarantees a particularly high sensitivity of the probe. If the LEDs 21, 23 are powered with pulsed current (Figure 4), in the absence of contact between the feeler 13 and the piece to be checked 15 and therefore in the absence of signals coming from the photodiodes 25, 27, the effects of any drifts in direct current of amplifier A 'are eliminated by the high pass filter F present between amplifier A' and comparator C '. Following the contact of the feeler 13 with the piece 15 at an instant tt 'along the X direction, and the consequent passage of the light beam from the LED 23 to the photodiode 27, as previously described (Figure 5), the signal Vr produced by this photodiode 23 (figure 7), suitably amplified by A '(VA.), is sent, after having eliminated the continuous component with the filter F (VF), to the comparator C'
Quando il valore di picco di quest'ultimo segnale VF supera la soglia VT, il segnale logico V? in uscita dal comparatore C’ assume un valore alto o basso con una predeterminata frequenza uguale a quella della corrente che attraversa i LED 21, 23. Se il perìodo ττ definito dal temporizzatore T è leggermente maggiore del periodo della corrente di alimentazione dei LED 21, 23, all'uscita del temporizzatore T vi è un segnale V0. che, quando il braccio 11 è deflesso, rimane stabilmente al livello logico alto e che passa a livello logico basso quando il braccio 11 torna nella posizione di riposo, con un ritardo che è al più uguale al perìodo TT del temporizzatore T. When the peak value of the latter signal VF exceeds the threshold VT, the logic signal V? at the output of the comparator C 'it assumes a high or low value with a predetermined frequency equal to that of the current flowing through the LEDs 21, 23. If the period ττ defined by the timer T is slightly greater than the period of the supply current of the LEDs 21, 23, at the output of the timer T there is a signal V0. which, when the arm 11 is deflected, remains stably at the high logic level and which passes to the low logic level when the arm 11 returns to the rest position, with a delay which is at most equal to the period TT of the timer T.
La definizione del valore di soglia VT è effettuata con criteri analoghi a quelli visti in precedenza per la soglia VT che contribuiscono all'elevata sensibilità della sonda. The definition of the VT threshold value is carried out with similar criteria to those seen previously for the VT threshold which contribute to the high sensitivity of the probe.
La sonda illustrata in figura 8 è in molti aspetti uguale a quella descritta con riferimento alle figure 1 e 2 e per questo le parti in comune sono identificate con gli stessi numeri di riferimento. The probe illustrated in Figure 8 is in many respects the same as that described with reference to Figures 1 and 2 and for this reason the parts in common are identified with the same reference numbers.
La differenza fondamentale consiste nella presenza di due finestre 39, 41 presenti nell’elemento d'appoggio 7 in prossimità del bordo 8 e sostanzialmente in corrispondenza delle coppie LED-fotodiodo 21, 25 e 23, 27. Nelle finestre 39, 41 è presente un materiale che attenua l’intensità della luce trasmessa dai LED 21, 23 ai rispettivi fotodiodi 25, 27. Tale attenuatore ottico può, ad esempio, essere ottenuto in modo noto mediante deposito a vuoto di un sottile strato di speciali leghe metalliche su un substrato di vetro trattato termicamente. The fundamental difference consists in the presence of two windows 39, 41 present in the support element 7 near the edge 8 and substantially in correspondence with the LED-photodiode pairs 21, 25 and 23, 27. In the windows 39, 41 there is a material that attenuates the intensity of the light transmitted by the LEDs 21, 23 to the respective photodiodes 25, 27. This optical attenuator can, for example, be obtained in a known way by vacuum depositing a thin layer of special metal alloys on a substrate of heat treated glass.
In figura 9 sono rappresentati, mediante uno schema a blocchi, i mezzi di elaborazione di un’unità di elaborazione 31” relativa alla seconda forma di realizzazione dell'invenzione, nel caso in cui i LED 21, 23 siano alimentati in conente continua. In particolare, un amplificatore A" riceve i segnali provenienti dai fotodiodi 25, 27 ed è connesso a mezzi di comparazione che comprendono due comparatori C1 e C2 e mezzi di elaborazione logica OR che effettuano la somma logica dei segnali in uscita da questi ultimi. Figure 9 shows, by means of a block diagram, the processing means of a processing unit 31 "relating to the second embodiment of the invention, in the case in which the LEDs 21, 23 are powered by a continuous supply. In particular, an amplifier A "receives the signals coming from the photodiodes 25, 27 and is connected to comparison means which comprise two comparators C1 and C2 and logic OR processing means which perform the logical sum of the output signals from the latter.
Poiché, in condizione di riposo dell’equipaggio mobile 5, la luce trasmessa dai LED 21 , 23 raggiunge i fotodiodi 25, 27, sia pure con intensità attenuata, attraverso le finestre 39, 41, in ingresso all’amplificatore A” - e conseguentemente alla sua uscita - è presente un segnale di valore basso ma non nullo. Tale segnale viene inviato all'ingresso invertente del comparatore C2 che lo confronta con una soglia V„ e all’ingresso non invertente del comparatore C1 che lo confronta con una soglia VT1+ VT2. Since, in the rest condition of the mobile unit 5, the light transmitted by the LEDs 21, 23 reaches the photodiodes 25, 27, albeit with attenuated intensity, through the windows 39, 41, at the input of the amplifier A "- and consequently at its output - there is a low value signal but not zero. This signal is sent to the inverting input of the comparator C2 which compares it with a threshold V "and to the non-inverting input of the comparator C1 which compares it with a threshold VT1 + VT2.
I valori delle due soglie VT1 e VT2 sono scelti in modo tale che se il braccio 11 non è deflesso, ovvero quando solo la luce che attraversa le finestre 39 e 41 raggiunge i fotodiodi 25 e 27, il segnale in uscita dall'amplificatore A" risulta essere superiore alla soglia VT2, e inferiore alla soglia VT1+ VT2 e quindi le uscite di entrambi i comparatori sono basse e l'uscita V0. dell’unità OR è bassa. Se invece il braccio è deflesso, il segnale in uscita dall’amplificatore A” ha valore superiore sia a quello della soglia VT2 che a quello della soglia VT1+ V·,, per cui l’uscita del comparatore C2 é a livello logico basso, mentre l'uscita del comparatore C1 è a livello logico alto, quindi l’uscita V0- dell'unità OR è a livello logico alto. The values of the two thresholds VT1 and VT2 are chosen in such a way that if the arm 11 is not deflected, ie when only the light passing through the windows 39 and 41 reaches the photodiodes 25 and 27, the output signal from the amplifier A " results to be higher than the VT2 threshold, and lower than the VT1 + VT2 threshold and therefore the outputs of both comparators are low and the output V0. of the OR unit is low. If, on the other hand, the arm is deflected, the output signal from the amplifier A "has a value higher than both that of the threshold VT2 and that of the threshold VT1 + V · ,, so that the output of the comparator C2 is at a low logic level, while the output of the comparator C1 is at a high logic level, therefore the the V0- output of the OR unit is at a high logic level.
Nel caso di guasto al dispositivo di rilevamento comprendente i LED 21, 23 ed i fotodiodi 25, 27, ovvero qualora un’anomalia faccia si che il segnale trasmesso dai fotodiodi 25, 27 all’amplificatore A" abbia valore sostanzialmente nullo, l’uscita di tale amplificatore A” risulta inferiore ad entrambe le soglie (VT2 e VT1+ νπ). In tal caso, mentre l’uscita del comparatore C1 resta a livello logico basso, l’uscita del comparatore C2 , e conseguentemente l’uscita VO- dell'unità OR, risulta essere a livello logico alto. In pratica viene segnalata una deflessione dell'equipaggio 5 in assenza di contatto fra tastatore 13 e pezzo 15, da cui risulta chiaro lo stato di avaria della sonda . In the event of failure of the detection device comprising the LEDs 21, 23 and the photodiodes 25, 27, or if an anomaly causes the signal transmitted by the photodiodes 25, 27 to the amplifier A "to have a substantially null value, the output of such amplifier A "is lower than both thresholds (VT2 and VT1 + νπ). In this case, while the output of comparator C1 remains at a low logic level, the output of comparator C2, and consequently the output VO- of The OR unit is at a high logic level In practice, a deflection of the assembly 5 is signaled in the absence of contact between the feeler 13 and the piece 15, from which the fault status of the probe is clear.
La sonda illustrata nella figura 10 differisce da quella descritta con riferimento alle figure 1 e 2 sostanzialmente per la disposizione ed alcuni componenti del sistema optoelettronico di misura. Sia gli emettitori 21, 23 che i ricevitori 25, 27 sono fissati alla base superiore dell’Involucro 1. Gli emettitori 21 e 23 sono disposti in posizioni diametralmente opposte della base superiore dell’involucro 1 e sono orientati in modo da emettere il fascio luminoso lungo un primo tratto longitudinale di traiettoria diretto verso la base inferiore dell'involucro 1. 1 ricevitori 25, 27 sono affiancati agli emettitori 21 e 23, disposti ad una certa distanza da essi lungo la stessa direzione diametrale, e sono rivolti verso la base inferiore dell’involucro 1 per ricevere il fascio luminoso lungo un secondo tratto longitudinale di traiettoria. Quattro elementi riflettenti, comprendenti ad esempio specchi 42, 43, 44, 45, sono connessi alla base inferiore dell'involucro 1, sostanzialmente in corrispondenza delle posizioni precedentemente occupate dagli emettitori 21, 23 e dai ricevitori 25, 27 nella realizzazione illustrata con riferimento alla figura 1, e sono inclinati, rispetto al piano principale trasversale della base inferiore dell’involucro 1, di un angolo di 45 gradi. Lo specchio 42 è orientato in modo tale da ricevere il fascio luminoso emesso dall’emettitore 21 lungo il primo tratto longitudinale di traiettoria, e da rifletterlo almeno parzialmente lungo un tratto trasversale di traiettoria verso lo specchio 43. Quest'ultimo è a sua volta orientato in modo tale da riflettere almeno parzialmente il fascio luminoso proveniente lungo detto tratto trasversale e dirigerlo lungo il secondo tratto longitudinale della traiettoria verso il ricevitore 25. Il fascio luminoso emesso dall’emettitore 23 segue una traiettoria predeterminata del tutto simile, che comprende, oltre ai tratti longitudinali fra l'emettitore 23 e lo specchio 44 e fra lo specchio 45 ed il ricevitore 27, un tratto trasversale diretto fra gli specchi 44 e 45. L’elemento d'appoggio 7 presenta due fori longitudinali 46 e 47 per consentire il passaggio della luce parzialmente riflessa dagli specchi 43 e 45 verso i ricevitori 25, 27 (secondi tratti longitudinali delle rispettive traiettorie). Il funzionamento è del tutto analogo a quello della sonda illustrata con riferimento alle figure 1 e 2. Infatti, anche in questo caso, in condizione di riposo dell'equipaggio 5 porzioni del bordo 8 giacciono lungo le traiettorie dei fasci luminosi, in particolare in corrispondenza dei relativi tratti trasversali, e in seguito al sollevamento del bordo 8 dalla superficie di supporto 16, i fasci luminosi possono raggiungere i relativi fotodiodi. L'elaborazione dei segnali forniti dai fotodiodi 25, 27 avviene nel modo descritto in precedenza. The probe illustrated in Figure 10 differs from that described with reference to Figures 1 and 2 substantially in the arrangement and some components of the optoelectronic measurement system. Both the emitters 21, 23 and the receivers 25, 27 are fixed to the upper base of the Enclosure 1. The emitters 21 and 23 are arranged in diametrically opposite positions of the upper base of the Enclosure 1 and are oriented so as to emit the light beam along a first longitudinal trajectory section directed towards the lower base of the casing 1. The receivers 25, 27 are placed side by side with the emitters 21 and 23, arranged at a certain distance from them along the same diametrical direction, and are turned towards the lower base of the casing 1 to receive the light beam along a second longitudinal trajectory section. Four reflecting elements, comprising for example mirrors 42, 43, 44, 45, are connected to the lower base of the casing 1, substantially in correspondence with the positions previously occupied by the emitters 21, 23 and by the receivers 25, 27 in the embodiment illustrated with reference to Figure 1, and are inclined, with respect to the main transverse plane of the lower base of the casing 1, by an angle of 45 degrees. The mirror 42 is oriented in such a way as to receive the light beam emitted by the emitter 21 along the first longitudinal trajectory portion, and to reflect it at least partially along a transverse trajectory portion towards the mirror 43. The latter is in turn oriented in such a way as to at least partially reflect the light beam coming along said transverse section and direct it along the second longitudinal section of the trajectory towards the receiver 25. The light beam emitted by the emitter 23 follows a predetermined trajectory which is entirely similar, which includes, in addition to longitudinal sections between the emitter 23 and the mirror 44 and between the mirror 45 and the receiver 27, a direct transverse section between the mirrors 44 and 45. The support element 7 has two longitudinal holes 46 and 47 to allow the passage of the light partially reflected by the mirrors 43 and 45 towards the receivers 25, 27 (second longitudinal sections of the respective trajectories) . The operation is completely similar to that of the probe illustrated with reference to Figures 1 and 2. In fact, even in this case, in the rest condition of the crew 5 portions of the edge 8 lie along the trajectories of the light beams, in particular in correspondence of the relative transversal portions, and following the lifting of the edge 8 from the support surface 16, the light beams can reach the relative photodiodes. The processing of the signals supplied by the photodiodes 25, 27 takes place in the manner described above.
La sonda di figura 10 può essere modificata per comprendere finestre con attenuatore ottico, secondo quanto descritto con riferimento a figura 8. The probe of figure 10 can be modified to include windows with optical attenuator, as described with reference to figure 8.
Benché le forme di realizzazione illustrate nei disegni e descrìtte in precedenza comprendano elementi (l’involucro 1 e l’equipaggio mobile 5) che definiscono superici anulari piane, a forma di corona circolare, (la superficie interna di supporto 16 e il bordo anulare 8 rispettivamente) spinte a contato mutuo, l’invenzione può essere realizzata anche con l'impiego di elementi che definiscono superfici concave/convesse a simmetria di rotazione spinte a contatto mutuo, quando il tastatore non è soggetto a forze, lungo una circonferenza di contatto. Ad esempio, l’invenzione può essere applicata in una sonda con un sistema di vincolo che comprende un elemento con una superfìcie toroidale, oppure a forma di zona sferica e un elemento con superficie interna a forma di tronco di cono, purché la testa sia realizzata in modo che lo spostamento del tastatore causi in ogni caso, come avviene nelle realizzazioni illustrate e descritte in precedenza, un distacco fra le due superfici tale da consentire al fascio luminoso di almeno uno dei LED 21 , 23 di raggiungere il relativo fotodiodo 25, 27. Although the embodiments illustrated in the drawings and described above comprise elements (the casing 1 and the movable assembly 5) which define flat annular surfaces, in the shape of a circular crown, (the internal support surface 16 and the annular edge 8 respectively) pushed to mutual contact, the invention can also be realized with the use of elements defining concave / convex surfaces with rotation symmetry pushed to mutual contact, when the probe is not subjected to forces, along a contact circumference. For example, the invention can be applied in a probe with a constraint system that includes an element with a toroidal surface, or in the shape of a spherical zone and an element with an internal surface in the shape of a truncated cone, provided that the head is made in such a way that the displacement of the feeler causes in any case, as occurs in the embodiments illustrated and described above, a separation between the two surfaces such as to allow the light beam of at least one of the LEDs 21, 23 to reach the relative photodiode 25, 27 .
La sonde descritte ed illustrate comprendono due coppie emettitore/ricevitore disposte sullo stesso piano diametrale delle figure 1, 5, 8, 10, e consentono di rilevare spostamenti del tastatore 13 su tale piano, in particolare spostamenti provocati da contatti fra tastatore 13 e pezzo 15 lungo gli assi X e/o Z. Il numero e la disposizione di tali coppie emettitore/ricevitore può tuttavia variare, essendo sufficiente un solo fascio luminoso per rilevare contatti in un solo verso (ad esempio X), ed essendo ad esempio previste, per rilevare spostamenti lungo qualsiasi direzione dello spazio, tre coppie emettitore/ricevitore e relativi fasci luminosi lungo tre distinte traiettorie giacenti su piani diametrali angolarmente disposti a 120° l'uno dall'altro. The probes described and illustrated comprise two emitter / receiver pairs arranged on the same diametrical plane of Figures 1, 5, 8, 10, and allow to detect movements of the feeler 13 on this plane, in particular movements caused by contacts between the feeler 13 and workpiece 15 along the X and / or Z axes. The number and arrangement of these emitter / receiver pairs can however vary, as only one light beam is sufficient to detect contacts in one direction only (for example X), and for example being provided for detecting displacements along any direction of space, three emitter / receiver pairs and relative light beams along three distinct trajectories lying on diametrical planes angularly arranged at 120 ° from each other.
Altre variazioni sono possibili rispetto a quanto descritto ed illustrato. Ad esempio, rispetto alla configurazione delle figure 1, 8 e 10, la posizione di uno o di entrambi i LED e i relativi fotodiodi può essere invertita. Può anche essere prevista la presenza di un unico emettitore posto all'interno della cavità 14 e atto a diffondere la luce in tutte le direzioni, e di più fotodiodi all’esterno di tale cavità, ad esempio fissati all'involucro 1, per rilevare la luce emessa da tale emettitore quando il braccio 11 viene deflesso e il bordo 8 si separa almeno parzialmente dalla superficie 16. Other variations are possible with respect to what has been described and illustrated. For example, with respect to the configuration of Figures 1, 8 and 10, the position of one or both of the LEDs and the related photodiodes can be reversed. The presence of a single emitter placed inside the cavity 14 and able to diffuse the light in all directions, and of several photodiodes outside this cavity, for example fixed to the casing 1, can also be provided for detecting the light emitted by this emitter when the arm 11 is deflected and the edge 8 separates at least partially from the surface 16.
E' possibile utilizzare emettitori e rivelatori di tipo diverso da quelli descritti, in particolare i fotodiodi possono essere sostituiti con dispositivi CCD (Charge Coupled Devices) o fototransistori. E’ anche possibile utilizzare sistemi di tipo non ottico, ad esempio ad ultrasuoni o a microonde, al posto degli accoppiamenti LED-fotodiodo. It is possible to use emitters and detectors of different types from those described, in particular the photodiodes can be replaced with CCD devices (Charge Coupled Devices) or phototransistors. It is also possible to use non-optical systems, such as ultrasound or microwave systems, instead of the LED-photodiode couplings.
Le unità di alimentazione ed elaborazione 31 e 31” illustrate in modo estremamente schematico nelle figure, possono essere alloggiate nell’involucro 1, ad esempio in opportune sedi, non visibili delle figure, realizzate nella base superiore dell'involucro 1. The power supply and processing units 31 and 31 "illustrated in an extremely schematic way in the figures, can be housed in the casing 1, for example in suitable seats, not visible in the figures, made in the upper base of the casing 1.
Gli elementi riflettenti 42, 43, 44, 45, descritti con riferimento alle figure 10 e 11, possono essere realizzati in modo integrale nell'Involucro 1, ad esempio, ricavando il numero necessario di superici opportunamente inclinate in corrispondenza della base inferiore dell'involucro 1 e sottoponendole a lappatura per renderle riflettenti. The reflecting elements 42, 43, 44, 45, described with reference to figures 10 and 11, can be made integrally in the envelope 1, for example, obtaining the necessary number of suitably inclined surfaces at the lower base of the envelope 1 and lapping them to make them reflective.
Molti aspetti della struttura meccanica della sonda schematicamente illustrata nelle figure possono inoltre essere modificati senza uscire dall’ambito dell'invenzione. Many aspects of the mechanical structure of the probe schematically illustrated in the figures can also be modified without departing from the scope of the invention.
Il bordo anulare 8 può, ad esempio, essere sostituito da un certo numero di elementi d'appoggio separati l'uno dall'altro, con le coppie LED/fotodiodo (o le coppie di specchi inclinati) disposte da parti opposte di tali elementi d'appoggio. The annular edge 8 can, for example, be replaced by a certain number of support elements separated from each other, with the LED / photodiode pairs (or the pairs of inclined mirrors) arranged on opposite sides of these elements. 'support.
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