ITBO980219A1 - Testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

"Testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi in macchine utensili o macchine di misura, con una struttura di supporto, un equipaggio mobile comprendente un braccetto recante un tastatore atto a toccare il pezzo da controllare, mezzi di spinta disposti tra la struttura di supporto e l'equipaggio mobile, un primo sistema di vincolo avente una configurazione a simmetria di si rotazione rispetto ad un primo asse geometrico ed un secondo sistema di vincolo di tipo diverso dal primo sistema di vincolo, il primo ed il secondo sistema di vincolo essendo disposti tra la struttura di supporto e l'equipaggio mobile, per eliminare, sotto l'azione dei mezzi di spinta, i sei gradi di libertà dell'equipaggio mobile, i gradi di libertà eliminati dal primo sistema di vincolo comprendendo la traslazione dell'equipaggio mobile secondo detto primo asse geometrico, ed un dispositivo di rilevamento atto a fornire un segnale in dipendenza dalla posizione dell'equipaggio mobile.

Teste a rilevamento di contatto, o "sonde touch trigger", e teste di misura vengono usate in macchine di misura a coordinate e 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. Queste teste comprendono generalmente un equipaggio mobile con un braccio recante uno o più tastatori, un dispositivo di spinta per spingere 1'equipaggio mobile contro una struttura di supporto e un dispositivo di rilevamento con uno o più interruttori, o altri dispositivi atti a fornire un segnale di commutazione, o con trasduttori di posizione.

Nel caso delle teste a rilevamento di contatto, lo spostamento del tastatore dovuto al contatto con il pezzo causa la commutazione del dispositivo di rilevamento che a sua volta comanda la lettura di trasduttori associati alle slitte della macchina, i quali forniscono valori di misura rispetto ad una posizione od origine di riferimento.

Requisiti fondamentali di queste teste sono la ripetibilità ossia la corrispondenza tra determinate posizioni del tastatore e la commutazione del dispositivo di rilevamento o, per le teste di misura, i valori dei segnali dei trasduttori delle teste-, l'affidabilità, la robustezza, il piccolo ingombro ed un costo limitato.

Un valore indicativo dell'errore di ripetibilità ammissibile per queste teste è di 1 μπι, o anche meno.

Alcune delle teste note sono anisotrope per quanto riguarda la commutazione del dispositivo di rilevamento in seguito a spostamenti trasversali del tastatore. A tale riguardo, si precisa che solitamente gli spostamenti trasversali non sono di pura traslazione, ma corrispondono, ad esempio, a movimenti di rotazione dell'equipaggio mobile. Tuttavia, stante l'entità esigua degli spostamenti del tastatore, si suole parlare appunto di spostamenti del tastatore nelle direzioni degli assi trasversali.

Il concetto di anisotropia consiste in sostanza nel fatto che al variare della direzione dello spostamento trasversale, la commutazione del dispositivo di rilevamento avviene in corrispondenza di diverse eccentricità del tastatore rispetto all'asse geometrico longitudinale della testa.

Un esempio di testa marcatamente anisotropa è illustrato nelle figure 1-3 del brevetto US-A-4.153.998.

Un'altra testa anisotropa è descritta nella domanda di brevetto giapponese pubblicata con il numero 63-263406.

Altre teste note, ad esempio quelle descritte nel brevetto US-A-5.299.360, nella domanda di brevetto GB-A-2.205.650 e nel certificato d'autore SU-A-1516786 e alcune di quelle descritte nel brevetto US-A-5.146.691, in particolare la testa illustrata nelle figure 1-3 di tale brevetto, sono, almeno concettualmente, di tipo isotropo.

Altre differenze tra le teste note riguardano i sistemi di vincolo dell’equipaggio mobile rispetto alla struttura di supporto.

Come è noto, un corpo rigido libero nello spazio ha sei gradi di libertà che, con riferimento ad un sistema di coordinate cartesiano, consistono nella possibilità di traslazioni secondo gli assi X, Y e Z e di rotazioni intorno agli stessi assi.

A titolo di esempio, l'equipaggio mobile delle teste descritte nel brevetto US-A-5.299.360 ha, in assenza di forze agenti sul tastatore, due gradi di libertà (possibilità di compiere rotazioni intorno agli assi X e Y). L'equipaggio mobile della testa mostrata nelle figure 1-3 del brevetto US-A-4 .153.998, che è accoppiato alla struttura di supporto mediante un sistema di vincolo costituito dal cosiddetto "giunto di Boys" (tre elementi cilindrici fissati all'equipaggio e tre coppie di sfere fissate alla struttura di supporto), non ha, sempre in assenza di forze agenti sul tastatore, alcun grado di libertà.

I sistemi di vincolo dell'equipaggio mobile alla struttura di supporto possono essere cinematici a chiusura di forza e/o a deformazione.

Nei sistemi di vincolo cinematici (vincoli di forma a chiusura di forza), i gradi di libertà (uno o più) vengono eliminati sotto l'azione di forze, ad esempio forze elastiche, che "chiudono", mantenendoli a contatto, elementi concettualmente rigidi del sistema. Allorché il tastatore è soggetto a forze di entità superiori a dette forze elastiche, esso si sposta eliminando il relativo vincolo, senza causare (concettualmente, ossia nel caso di corpi rigidi ideali) deformazioni del sistema di vincolo. Un esempio di testa con sistema di vincolo totalmente a chiusura di forza è la testa, già citata, mostrata nelle figure 1-3 del brevetto US-A-4.153.998, che utilizza un giunto di Boys, ossia un sistema tipicamente a struttura anisotropa.

Viceversa, nel caso di sistemi di vincolo a deformazione, come ad esempio la lamina della testa descritta nella domanda di brevetto GB-A-2.205.650, lo spostamento del tastatore avviene in seguito alla deformazione elastica di uno o più elementi del sistema di vincolo.

I sistemi di vincolo a deformazione presentano alcuni problemi, ad esempio in quanto le deformazioni devono essere contenute, per evitare che divengano permanenti, ed in quanto tali sistemi presentano solitamente limitata robustezza. Inconvenienti di questo tipo si presentano in modo particolare qualora sia necessario prevedere la possibilità del tastatore di compiere ampie escursioni, ad esempio per teste a rilevamento di contatto impiegate in macchine utensili per le quali siano richiesti cicli di misura molto rapidi. In situazioni del genere, la testa deve consentire valori elevati di "extra-corsa" del tastatore dopo la generazione del segnale di commutazione.

Altri inconvenienti che si presentano in alcune teste note derivano dal fatto che i sistemi di vincolo impiegati darebbero luogo a situazioni di iperstaticità, poiché i vincoli sarebbero sovrabbondanti rispetto a quanto necessario per eliminare uno o più determinati gradi di libertà dell 'equipaggio mobile. Ad esempio, se in una testa sono presenti due vincoli indipendenti rispetto alla traslazione assiale dell'equipaggio mobile, è necessario introdurre un dispositivo di disaccoppiamento per eliminare l'effetto di uno dei vincoli sul tastatore, onde evitare problemi di instabilità e quindi di scarsa ripetibilità della testa. L'eliminazione dei vincoli sovrabbondanti porta a complicazioni nella struttura della testa e ad altri inconvenienti (uso di elementi di disaccoppiamento a deformazione, equipaggi composti da molteplici parti mutuamente mobili, necessità di molteplici mezzi di spinta). Situazioni del genere si verificano nelle teste descritte nel già citato brevetto US-A-5.146.691.

Scopo dell'invenzione è di realizzare una testa a rilevamento di contatto, o di misura, che offra possibilità di vantaggiosi compromessi, rispetto alla tecnica nota, per quanto riguarda in particolare le caratteristiche di ripetibilità, robustezza, isotropia, affidabilità, semplicità costruttiva, possibilità di impiego sia in ambiente di sala metrologica sia in ambiente di officina, o alcune di queste caratteristiche .

Un favorevole compromesso di carattere relativamente generale viene raggiunto da una testa del tipo citato inizialmente, che corrisponde a quella descritta nella domanda di brevetto GB-A-2.205.650, nella quale il primo sistema di vincolo e il secondo sistema di vincolo sono completamente a chiusura di forza.

Più in generale, l'invenzione riguarda caratteristiche relative alla configurazione e alle funzioni dei sistemi di vincolo, dei mezzi di spinta e del dispositivo di rilevamento, sia considerate singolarmente che in combinazione con altre caratteristiche.

L'invenzione verrà descritta in dettaglio con riferimento agli annessi disegni, dati a solo titolo indicativo e non limitativo, nei quali :

Figura 1 è una sezione longitudinale, secondo la traccia I-I di figura 2, di una testa a rilevamento di contatto, in accordo con la forma preferita di realizzazione dell'invenzione,·

Figura 2 è una sezione trasversale parziale della testa di fig. 1 secondo la traccia II-II di fig.l;

Figura 3 è una sezione longitudinale, secondo la traccia ΙΙΙ-ΙΙΪ di figura 4, di una testa a rilevamento di contatto che costituisce una variante rispetto alle figure 1 e 2 ed è rappresentata senza il dispositivo di rilevamento,-Figura 4 è una sezione trasversale parziale della testa di figura 3 secondo la traccia IV-IV di fig. 3;

Figura 5 è una sezione longitudinale, secondo la traccia V-V di fig.

7, di una testa a rilevamento di contatto che costituisce un'altra variante rispetto alle figure 1 e 2 ed è rappresentata senza il dispositivo di rilevamento;

Figura 6 mostra in sezione trasversale semplificata, secondo il piano di traccia VI-VI in figura 5, alcuni particolari della testa di figura 5;

Figura 7 mostra in sezione trasversale, secondo il piano di traccia VII-VII in figura 5, una molla della testa delle figure 5 e 6;

Figura 8 è una vista longitudinale, parzialmente in sezione, di una testa a rilevamento di contatto, secondo un'ulteriore variante rispetto alle figure 1 e 2, rappresentata senza il dispositivo di rilevamento;

Figura 9 mostra in sezione trasversale secondo il piano di traccia IX-IX in figura 8 alcuni particolari della testa di figura 8;

Figura 10 mostra, in sezione longitudinale, parte di una testa secondo un'altra forma di realizzazione dell'invenzione;

Figura 11 mostra, in sezione longitudinale, una testa secondo una variante rispetto alla testa di figura 10;

Fig. 12 mostra in modo schematico e parziale una testa con dispositivo di rilevamento resistivo;

Fig. 13 mostra un circuito di rivelazione della testa di fig. 12; e Fig. 14 mostra in modo schematico e parziale una testa con dispositivo di rilevamento opto-elettronico.

La testa delle figure 1 e 2 comprende una struttura di supporto, o involucro, 1 della quale fanno parte un primo membro 2 (non mostrato in figura 2), sostanzialmente cilindrico, terminante con un fondello superiore 3, e un secondo membro 4, soetanzialmente anulare, con un fondello inferiore 5. Il primo ed il secondo membro 2, 4 sono fissati l'uno all’altro, in corrispondenza delle estremità opposte ai fondelli 3 e 5, mediante un collegamento permanente o smontabile 6 rappresentato in modo molto schematico.

L'equipaggio mobile 7 della testa comprende un braccetto 9 recante ad un'estremità esterna all'involucro 1 un tastatore 10 e all'altra estremità un membro a forma di disco circolare 11 con una parte anulare 12 sporgente in direzione del tastatore 10. Tre setti o palette 13 aventi pareti piane sono fissati all'equipaggio 7, tra la faccia inferiore del disco 11 e la porzione superiore del braccetto 9. Le pareti dei setti 13 si estendono in direzioni radiali e secondo l'asse geometrico longitudinale Z della testa e sono spaziate angolarmente, rispetto a tale asse Z, di 120° l'una dall’altra.

Altri tre setti, o palette, 14, con pareti piane radiali e parallele all'asse Z, sono fissati al membro 4, con spaziatura angolare di 120° l'uno dall'altro.

Una molla 15 a due principi è disposta tra la faccia inferiore del fondello 3 e quella superiore del disco 11, ed è precaricata in modo da applicare all'equipaggio mobile 7 un precarico sia assiale sia torsionale, come indicato da frecce nelle figure 1 e 2, dalle quali appare che il precarico torsionale applica un momento di rotazione in senso orario nell'equipaggio mobile 7.

Tre elementi intermedi di rotolamento, costituiti da sferette 16, libere, sono disposti tra facce adiacenti di rispettivi setti 13, 14. Per via del precarico torsionale applicato dalla molla 15, le tre sferette 16 rimangono intrappolate tra le coppie di palette 13, 14 e una parete cilindrica interna 17 del membro 4. Una superficie piana trasversale 18 del membro 4 fornisce una limitazione assiale per le sferette 16. Un'altra limitazione assiale per le sferette 16 viene fornita dalla superficie inferiore del disco 11.

La zona piana anulare 20, cioè a forma di corona circolare, definita dall'estremità inferiore della parte anulare 12, è spinta dalla molla 15 a contatto con una corrispondente zona piana anulare 21 nella parte superiore del membro 4, in modo da costituire un primo sistema di vincolo, a chiusura di forza, dell'equipaggio mobile 7 rispetto all'involucro 1. Tale sistema di vincolo viene chiuso per via del precarico assiale applicato dalla molla 15 ed elimina tre gradi di libertà, relativi alla traslazione secondo l'asse longitudinale Z e rotazioni intorno agli assi trasversali X e Y di un sistema di coordinate cartesiano.

Un secondo sistema di vincolo, anch'esso a chiusura di forza, comprende le palette 13, 14, le sferette 16 e la parete 17. Il secondo sistema di vincolo viene chiuso per via del precarico torsionale applicato dalla molla 15 ed elimina gli altri tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile 7, relativi a traslazioni secondo gli assi X e Y e alla rotazione intorno all'asse Z.

Se al tastatore 10 viene applicata, in seguito al contatto con un pezzo da controllare, una forza assiale, ossia secondo l'asse Z, di valore superiore a quello del precarico assiale fornito dalla molla 15, l'equipaggio mobile 7 subisce uno spostamento di traslazione secondo Z e la zona anulare 20 si distacca dalla zona piana anulare 21.

La struttura della testa è realizzata in modo che il triangolo avente i tre vertici coincidenti con i punti di contatto di ciascuna sferetta 16 con le palette 13 e 14 e con la parete 17 sia un triangolo isoscele, con base individuata dai punti di contatto con la paletta 14 (fissa) e la parete 17 (anch'essa fissa). Pertanto, durante il movimento di traslazione le sferette 16 rotolano sulle rispettive palette 13, 14 e sulla parete 17. Poiché il moto delle sferette 16 è di puro rotolamento, esso implica forze di attrito di valore trascurabile.

Se invece al tastatore 10 viene applicata, in seguito al contatto con un pezzo da controllare, una sufficiente forza radiale, ossia giacente in un piano meridiano del sistema X, Y, Z, l'equipaggio mobile 7 subisce uno spostamento di rotazione intorno ad un punto di contatto tra la zona anulare 20 e la zona piana anulare 21 e, salvo che in questo punto, la zona anulare 21 si distacca dalla zona anulare 20. Durante questo movimento di rotazione, le sferette 16 rotolano sulle rispettive palette 13, 14 e sulla parete 17.

Tra il braccetto mobile 9 e il fondello 4 è disposta una membrana di protezione e tenuta 22.

Il disimpegno del primo sistema di vincolo, ossia il distacco totale o parziale della zona anulare 21 dalla zona anulare 20, viene rilevato mediante un dispositivo di rilevamento alimentato in corrente alternata e comprendente un condensatore con due armature piane anulari 23, 24, disposte in cavità toroidali 25, 26 ricavate nella parte anulare 12 e nel membro 4. Le cavità 25 e 26 sono riempite di materiale dielettrico e sono attraversate da conduttori 27, 28, collegati rispettivamente alle armature 23, 24 e ad un circuito stampato 29 fissato al fondello superiore 3.

Qualsiasi spostamento dell'equipaggio mobile 7 rispetto all'involucro 1 causa una variazione di capacità del condensatore comprendente le armature 23, 24, che viene rilevata da un circuito esterno connesso al circuito stampato 29.

Appare evidente che invece del condensatore comprendente le armature 23, 24 può venire impiegato un circuito ad accoppiamento induttivo, collegato ad un circuito di rilevamento modificato conformemente.

Nelle figure 3 e 4, che illustrano una variante rispetto alla testa delle figure 1 e 2, elementi uguali o equivalenti rispetto ad elementi mostrati nelle figure 1 e 2 sono contrassegnati dagli stessi numeri di riferimento.

Come per le figure 1 e 2, il disco 11 e la parte superiore del membro 4 comprendono due zone piane anulari 20 e 21 che definiscono un primo sistema di vincolo atto ad eliminare tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile 32 (traslazione secondo l'asse Z e rotazioni intorno agli assi X e Y).

Un secondo sistema di vincolo è definito da una prima tem a di spine cilindriche 34 e da una seconda terna di spine cilindriche 35. Le spine 34 sono fissate al disco il, si estendono sostanzialmente nella direzione dell'asse longitudinale Z e sono spaziate angolarmente di 120°. Le spine 35 sono fissate al membro 4, si estendono in direzione dell'asse longitudinale Z e sono anch’esse spaziate angolarmente di 120°.

Tre sferette 16 sono interposte tra rispettive coppie di spine 34 e 35 .

Per via del precarico applicato dalla molla 15 ogni sferetta 16 rimane intrappolata tra una coppia di spine 34 e 35 e la parte superiore del braccetto 9, a contatto con un punto di un elemento fisso (una spina 35) e due punti di elementi mobili (una spina 34 ed il braccetto 9).

La struttura della testa è realizzata in modo che il triangolo avente i tre vertici coincidenti con i punti di contatto di ciascuna sferetta 16 con le spine 34 e 35 e con il braccetto 9 sia un triangolo isoscele, con base individuata dai punti di contatto con la spina 34 (mobile) e il braccetto 9 (anch'esso mobile).

In seguito all'applicazione di una forza di valore sufficiente sul tastatore 10, l'equipaggio mobile 32 subisce spostamenti simili a quelli descritti con riferimento all'equipaggio mobile 7 della testa illustrata nelle figure 1 e 2.

Nella testa secondo le figure da 5 a 7, nelle quali elementi uguali o equivalenti ad elementi delle teste descritte in precedenza sono contrassegnati con gli stessi numeri di riferimento, invece di un'unica molla atta ad applicare un precarico sia assiale sia torsionale sono previste due molle. Una molla di compressione 37 è interposta tra la faccia inferiore del fondello 3 e quella superiore del disco 11, mentre una molla di torsione 38, sostanzialmente piatta, è disposta tra il braccetto 9 e il fondello inferiore 5. La molla 38 ha una parte centrale bloccata in un foro del braccetto 9 e le estremità, ripiegate, di due principi a spirale bloccate in fori assiali ricavati nel fondello 5.

Per fornire vincoli rispetto alle traslazioni secondo gli assi X e Y e alla rotazione intorno all'asse Z sono previste tre spine radiali 39 fissate all'involucro 1, a 120° l'una dall'altra, e tre spine 40, sostanzialmente longitudinali, fissate al disco 11, anch'esse a 120° l'una dall'altra. Per effetto dell'azione delle molle 37 e 38 ogni spina 40 viene spinta a contatto con una corrispondente spina 39.

In seguito all'applicazione di una forza di valore sufficiente sul tastatore 10, l'equipaggio mobile della testa delle figure da 5 a 7 subisce spostamenti simili a quelli dell'equipaggio delle teste delle figure precedenti.

Tuttavia, gli spostamenti relativi tra le coppie di spine 39 e 40 implicano attriti di strisciamento. Per ridurre gli attriti, può essere previsto l'impiego di tre cuscinetti a sfere, non rappresentati, aventi gli anelli interni calettati rispettivamente sulle spine fisse 39 e gli anelli esterni a contatto con le spine mobili 40.

Nella testa illustrata nelle figure 8 e 9, per fornire vincoli rispetto alle traslazioni secondo gli assi X e Y e alla rotazione intorno all'asse Z sono previsti tre puntoni 42 aventi estremità coniche che si impegnano in corrispondenti sedi ricavate in spine longitudinali 43 fissate al fondello inferiore 5 e in spine 44, sostanzialmente longitudinali, fissate al disco il.

Le estremità dei puntoni 42 sono mantenute in contatto con le rispettive sedi per effetto dell'azione combinata di una molla di compressione 46, disposta tra la faccia inferiore del fondello 3 e quella superiore del disco 11, e di tre molle di trazione 47 aventi le estremità fissate a rispettive spine 43 e 44. La disposizione delle molle 47 è tale, evidentemente, da applicare un precarico torsionale all'equipaggio mobile della testa, come indicato dalla freccia in figura 9.

La figura 10 illustra, in modo parziale, un'altra forma di realizzazione dell'invenzione, che differisce da quelle illustrate nelle figure da 1 a 9 principalmente in quanto il primo sistema di vincolo, comprendente superiici anulari piane, sostanzialmente a forma di corone circolari, è sostituito da un altro sistema di vincolo, anch'esso avente configurazione a simmetria di rotazione, ma con superfici inclinate rispetto all'asse Z. In particolare, la base inferiore dell'involucro 50 della sonda definisce, in corrispondenza di un'apertura per il passaggio del braccetto mobile 51, una superficie a forma di tronco di cono 52 che coopera con un elemento 53 avente forma emisferica o di settore sferico, fissato al braccetto mobile 51.

Questo tipo di accoppiamento è atto, di per sé, ad eliminare, sotto l'azione di opportuni mezzi di spinta, tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile, costituiti da traslazioni secondo gli assi X, Y e Z.

Un secondo sistema di vincolo è costituito da una prima terna di spine cilindriche 55 disposte orizzontalmente e radialmente e fissate all'involucro 50 e da una seconda terna di spine cilindriche 56, fissate ad un disco 57 collegato ad una prolunga 5Θ del braccetto mobile 51, e disposte sostanzialmente secondo l'asse Z e, come per la prima terna, a 120° l'una dall'altra.

Una molla 60, a due principi, avente le estremità fissate all'involucro 50 e all'elemento 53 fornisce un precarico sia assiale sia torsionale, tale da mantenere a contatto le rispettive coppie di spine fisse 55 e mobili 56.

Di per sé il secondo sistema di vincolo è atto ad impedire la rotazione dell'equipaggio mobile intorno all'asse Z e traslazioni secondo gli assi X e Y.

Il secondo sistema di vincolo è disposto a distanza longitudinale considerevole dal primo sistema di vincolo: in particolare, la distanza tra il punto di contatto di due spine 55, 56 e il piano che contiene la circonferenza teorica di contatto tra la superficie a forma di tronco di cono 52 e l'elemento 53 è di alcune volte più grande del raggio della circonferenza di contatto, ad esempio 10 volte più grande.

Pertanto, per via di noti teoremi della meccanica razionale, benché sia il primo sia il secondo sistema di vincolo impediscano singolarmente traslazioni secondo gli assi X e Y, ciò non dà luogo a problemi di sovrabbondanza di vincoli, ossia di iperstaticità, in quanto l'effetto combinato delle due coppie di vincoli relativi a traslazioni secondo X e Y è quello di fornire vincoli singoli rispetto a traslazioni secondo X e Y e inoltre due vincoli relativamente a rotazioni intorno agli stessi assi X e Y.

Anche nella testa di fig. 10, come in quella delle figure da 5 a 7, può essere previsto l'impiego di tre cuscinetti a sfere, non rappresentati, per evitare attriti di strisciamento tra le spine 55 e 56.

In seguito all'applicazione di una forza di valore sufficiente sul tastatore 61, in direzione radiale, l'elemento 53 si distacca parzialmente dalla superficie a forma di tronco di cono 52, strisciando su di essa, concettualmente con un solo punto di contatto.

Per rilevare lo spostamento del tastatore 61 è previsto un microinterruttore 62 il cui involucro è fissato alla base superiore dell'involucro 50 della testa. In assenza di forze agenti sul tastatore 61, l'estremità dello stelo mobile 63 del microinterruttore 62 è disposta ad una piccola distanza da una piastra di battuta 64 fissata sul disco 57. Questo gioco determina evidentemente un certa pre-corsa prima dell'intervento del microinterruttore 62.

La testa mostrata in figura 11 è concettualmente simile a quella di figura 10, ma in essa non si presentano attriti radenti.

A tale scopo, l'equipaggio mobile 65 comprende una piastra 66 che sostiene il braccetto 51 e un blocchetto 67 collegato alla piastra 66 mediante quattro colonnette 68. Alla parte superiore del blocchetto 67 è fissata un'estremità della molla di torsione e compressione 60 mentre la parte inferiore del blocchetto 67 definisce una superficie a forma di tronco di cono 70, affacciata alla superficie 52. Tra le superfici a forma di tronco di cono 52 e 70 è interposta una sferetta 72 che, in seguito a spostamenti laterali del tastatore 61, può spostarsi rispetto alle superfici 52 e 70 con moto di puro rotolamento.

L'involucro 50 della testa presenta una flangia anulare interna 74 che sostiene tre spine longitudinali 75, disposte a 120° l'una dall'altra. Tra le spine 75 e le spine 56 sono interposte tre sferette 77 che consentono alle spine mobili 56 di spostarsi rispetto alle spine fisse 75 senza attriti di strisciamento.

Come si può notare, a scopo di semplificazione, per le teste illustrate nelle figure da 3 a 9 non è stato descritto alcun dispositivo di rilevamento per rilevare la spostamento del tastatore e/o l'entità dello spostamento.

Comunque, per tutte le teste delle figure da 1 a 11 possono venire impiegati il dispositivo capacitivo descritto con riferimento alle figure 1 e 2, oppure il dispositivo a microinterruttore presente nelle teste delle figure 10 e 11, o anche dispositivi di rilevamento di altri tipi.

Possono venire impiegati altresì dispositivi di rilevamento a trasduttori di misura, quali dispositivi con uno o più trasduttori lineari a trasformatori differenziali, o con trasduttori di altri tipi.

Le figure 12 e 13 si riferiscono ad una testa o sonda con dispositivo di rilevamento resistivo il quale è utilizzabile per tutte le forme di realizzazione illustrate nelle figure da 1 a il ed è più dettagliatamente descritto in una copendente domanda di brevetto, depositata in pari data dalla stessa richiedente, alla quale si rinvia. A scopo di semplificazione, i sistemi di vincolo della sonda di fig. 12 sono rappresentati parzialmente.

La sonda schematicamente illustrata nella figura 12 comprende una struttura di supporto e protezione con un involucro 81, avente una base inferiore 82 e una base superiore 83. L'involucro 81 ha forma sostanzialmente cilindrica e definisce un asse geometrico longitudinale (asse Z in un sistema di coordinate cartesiano).

Un equipaggio mobile 84 è parzialmente alloggiato nell'involucro 81 e comprende un elemento d'appoggio 85, un braccetto 86 connesso all'elemento d'appoggio 85 e parzialmente sporgente dall'involucro 81 attraverso un foro della base inferiore 82, e un tastatore 88 fissato ad un'estremità libera del braccetto 86. L'elemento d'appoggio 85 comprende una base superiore 90, una porzione cilindrica 91 terminante con un'estremità anulare alla quale è rigidamente fissato un anello 92 in materiale isolante e un altro anello 93 in materiale elettricamente resistivo, fissato all'anello 92.

Internamente alla base inferiore 82 dell'involucro 81 è fissato un terzo anello 95, in materiale isolante, sul quale è fissato un quarto anello 96 in materiale elettricamente resistivo.

Un dispositivo di spinta comprende una molla a compressione 97 disposta fra la base superiore 83 dell'involucro 81 e l'elemento d’appoggio 85 per spingere la superficie anulare inferiore 98 dell'anello 93 in contatto con la superficie anulare superiore 99 dell'anello 96.

Quando l'equipaggio 84 è in condizione di riposo, ossia in assenza di forze agenti sul tastatore 88, il dispositivo di vincolo comprendente la superficie anulare inferiore 98 dell'anello 93 e la superficie anulare superiore 99 dell'anello 96 è chiuso dalla forza fornita dalla molla 97 e impedisce spostamenti dell'equipaggio 84 in relazione alla traslazione secondo l'asse longitudinale (asse Z) della sonda e spostamenti di rotazione intorno agli assi trasversali X e Y.

Il sistema di vincolo dell'equipaggio mobile 84 comprende ulteriori mezzi di vincolo per impedire traslazioni dell'equipaggio mobile secondo gli assi trasversali X e Y e spostamenti di rotazione intorno all'asse longitudinale Z. A scopo di semplificazione, gli ulteriori mezzi di vincolo non -'sono rappresentati nei disegni. Essi possono venire realizzati in modi diversi, ad esempio (anche in relazione ai mezzi di spinta) in accordo con le figure da 1 a 11.

Anche nella testa di fig. 12 (e analogamente per quelle delle figure 5, 8, 10 e 11), tra il braccetto mobile 8G e la base inferiore 82 dell'involucro 81 della testa è previsto l'impiego di una o più membrane o analoghi elementi di protezione e tenuta, non rappresentati.

Con riferimento alla figura 13, un dispositivo elettrico di rilevamento comprende un generatore, o una sorgente di tensione continua 101 che applica una differenza di potenziale elettrico tra due contatti 102, 103, connessi a punti diametralmente opposti dell'anello 96 e un circuito di rivelazione 110 che riceve la tensione esistente tra due contatti 104, 105 connessi a punti diametralmente opposti dell'anello 93 situati (nella condizione di fig. 12) sullo stesso piano meridiano dei punti connessi ai contatti 102, 103.

Il circuito di rivelazione 110, che può essere alloggiato in un'unità di alimentazione, visualizzazione e comando 111, comprende un comparatore 112, alimentato da una sorgente di tensione 113 e avente l'ingresso invertente connesso al contatto 104 e l'ingresso non invertente connesso al contatto 105, tramite un resistore 114 di un partitore comprendente un altro resistore 115.

Le superfici anulari 98, 99 sono accuratamente lappate in modo da approssimare la condizione teorica di contatto mutuo su tutta la loro area affacciata quando il tastatore 88 non è soggetto a forze.

In questa condizione, l'anello 93 viene percorso da corrente elettrica. Tra i contatti 104 e 105 è presente una differenza di potenziale (leggermente inferiore a quella tra i contatti 102 e 103, ma comunque sufficiente agli scopi descritti in seguito).

In effetti, si può affermare che da un punto di vista elettrico gli anelli 93 e 96 sono "sostanzialmente" in parallelo. Al riguardo, si deve notare che, essendo il contatto distribuito, il termine "in parallelo" non sarebbe del tutto proprio.

In seguito all'accostamento mutuo tra la sonda ed un pezzo 117 secondo l'asse Z e al contatto del tastatore 88 con il pezzo 117, l'equipaggio mobile 84 può traslare, contro la forza della molla 97, e l'anello 93 si distacca completamente dall'anello 96, cosicché la differenza di potenziale tra i contatti 104 e 105 si annulla.

Nel caso di accostamento e contatto in direzione trasversale, ad esempio secondo la direzione X, come rappresentato nella figura 12, l'equipaggio mobile 84 ruota intorno ad un punto della superficie 99 e anche in tal caso il passaggio di corrente attraverso l'anello 93 cessa e la differenza di potenziale tra i contatti 104 e 105 si annulla.

Il comparatore 112 confronta un valore di soglia definito dal partitore 114, 115, alimentato dalla sorgente di tensione 113, con la differenza di potenziale tra i contatti 104 e 105. Quando il braccetto 86 è non deflesso il segnale all'uscita 116 del comparatore 112 è a livello basso, quando invece il braccetto 86 è deflesso il segnale all'uscita 116 è a livello alto.

Il dispositivo di rilevamento della sonda illustrata nelle figure 12 e 13 consente anche di determinare la direzione di spostamento del tastatore 88, come descritto nella copendente domanda di brevetto.

La figura 14 si riferisce ad una sonda con dispositivo di rilevamento opto-elettronico il quale è utilizzabile per tutte le forme di realizzazione illustrate nelle figure da 1 a 11 ed è più dettagliatamente descritto in un'altra copendente domanda di brevetto, depositata in pari data dalla stessa richiedente, alla quale si rinvia. A scopo di semplificazione, i sistemi di vincolo della sonda di fig. 14 sono rappresentati parzialmente.

La sonda schematicamente illustrata nella figura 14 comprende mezzi di supporto e protezione con un involucro 121, che ha forma sostanzialmente cilindrica e definisce un asse geometrico longitudinale Z, comprendente una base inferiore, che definisce una superficie interna di supporto 136 sostanzialmente piana ed anulare, e una base superiore. Un equipaggio mobile 125 è parzialmente alloggiato nell'involucro 121 e comprende un elemento d'appoggio 127 che definisce una porzione o bordo anulare 128 a simmetria sostanzialmente cilindrica, un braccio 131 connesso all'elemento d'appoggio 127 e parzialmente sporgente dall'involucro 121 attraverso un foro della base inferiore, e un tastatore 133 fissato ad un'estremità libera del braccio 131.

Un dispositivo di spinta comprende una molla a compressione 137 disposta fra superfici della base superiore dell'involucro 121 e dell'elemento d'appoggio 127 per spingere il bordo anulare 128 e la superficie di supporto 136 a contatto mutuo quando l'equipaggio 125 è in condizione di riposo, in assenza di contatto fra il tastatore 133 e un pezzo da controllare 135.

Dispositivi di centraggio e di antirotazione (ad esempio simili a quelli delle teste delle figure da 1 a 11, anche in relazione ai mezzi di spinta) sono previsti, ad esempio fra l'equipaggio mobile 125 e l'involucro 121, per impedire movimenti mutui di traslazione trasversale e rotazione intorno all'asse longitudinale Z. Tali dispositivi non sono mostrati nella figura 14, a scopo di semplificazione.

Un dispositivo di rilevamento, di tipo opto-elettronico, comprende dispositivi emettitori e dispositivi ricevitori. In particolare, due diodi emettitori di luce 141, 143, o "LED", sono fissati alla base inferiore dell'involucro 121 e disposti in posizioni diametralmente opposte, sostanzialmente in corrispondenza del piano definito dalla superficie anulare 136. Due fotodiodi ricevitori 145, 147 sono pure fissati alla base inferiore dell'involucro 121, sostanzialmente sullo stesso piano dei LED 141, 143 e ad essi affacciati. La disposizione mutua degli elementi di ciascuna delle coppie LED/fotodiodo 141/145 e 143/147 è tale che il fascio luminoso emesso dal LED è diretto verso il relativo fotodiodo lungo una predeterminata traiettoria che consiste in un tratto trasversale all'asse longitudinale Z dell'involucro 121.

I due LED 141, 143 e i due fotodiodi 145, 147 sono collegati elettricamente ad un'unità di alimentazione ed elaborazione 151, attraverso cavi schematizzati in figura 14 con il riferimento 150.

Una guarnizione di tenuta 157 ha le estremità fissate rispettivamente alla base inferiore dell'involucro 121 e al braccio 131 e, oltre a proteggere l'equipaggio interno della sonda da corpi estranei, impedisce l'ingresso di luce all'interno della sonda.

I due LED 141 e 143, collegati in serie, possono venire alimentati mediante corrente continua oppure corrente ad impulsi.

II funzionamento della sonda di fig. 14, nel caso di alimentazione dei LED 141 e 143 mediante corrente continua, è il seguente.

In assenza di contatto fra tastatore 133 e pezzo 135 da misurare, l'equipaggio 125 si trova in una condizione di riposo nella quale il bordo 128 e la superficie di supporto 136 sono a contatto mutuo anulare sotto l'azione della molla 137. In questa condizione, i fasci luminosi emessi dai LED 141, 143 non raggiungono i fotodiodi 145, 147 poiché vengono intercettati dal bordo 128.

Durante un movimento relativo fra sonda e pezzo 135 da controllare lungo la direzione radiale X, successivamente al contatto in un istante t1 fra il tastatore 133 e una superficie del pezzo 135, il braccio 131 e l'intero equipaggio mobile 125 si inclinano rispetto all'involucro 121 e il bordo 128 si solleva parzialmente dalla superficie anulare 136 consentendo il passaggio del fascio luminoso emesso da uno dei LED, ad esempio il LED 143. Il fascio luminoso investe il relativo fotodiodo 147, che genera un segnale Vj che viene amplificato da un amplificatore e confrontato, in un comparatore, con una soglia VT. In seguito al superamento del valore VT, in un istante tQ+τ, viene generato un segnale dì uscita che segnala 1'avvenuto contatto fra tastatore 133 e pezzo 135.

Nel caso di movimento longitudinale fra sonda e pezzo 135, e contatto fra il tastatore 133 e una superficie trasversale del pezzo 135 lungo la direzione Z, si verifica un sollevamento del braccio 131 e dell'equipaggio mobile 125 che provoca un distacco del bordo 128 dalla superficie anulare 136. in tal caso, i fasci luminosi emessi dai LED 141, 143 raggiungono i relativi fotodiodi 145, 147 e l'elaborazione dei segnali VI forniti da questi ultimi avviene come descritto in precedenza.

Nella sonda di fig. 14 è possibile introdurre le altre varianti e modifiche descritte nella copendente domanda di brevetto. In particolare, si possono utilizzare emettitori e rivelatori di tipo diverso da quelli descritti in precedenza. Ad esempio, i fotodiodi possono essere sostituiti con dispositivi CCD ("Charge Coupled Devices") o fototransistori. Inoltre, è possibile utilizzare sistemi di tipo non ottico, ad esempio altri sistemi ad irradiazione, quali sistemi a ultrasuoni o a microonde, al posto degli accoppiamenti LED-fotodiodo.

Naturalmente, alle forme di realizzazione descritte ed illustrate possono venire apportate altre modifiche senza uscire dall'ambito dell 'invenzione.

Ad esempio, nelle teste illustrate nelle figure da 1 a 4, 10 e 11 invece di una molla 15 di torsione e compressione è possibile impiegare due molle analogamente a quanto descritto per la forma di realizzazione illustrata nelle figure da 5 a 7, e viceversa.

Per ridurre possibili anisotropie delle testa delle figure da 1 a 9, è opportuno che la larghezza della zona anulare di contatto tra la superficie anulare 20 e la superficie anulare 21 sia sensibilmente inferiore al raggio interno della stessa zona anulare, in modo che, agli effetti di funzionamento, la zona di contatto sia assimilabile ad una circonferenza. A tale riguardo, si precisa che le dimensioni rappresentate nelle figure non devono essere considerate significative. Analoghi commenti sono validi per le teste delle figure da 12 a 14.

Claims (27)

1. Tutte le forme di realizzazione illustrate nelle figure da 1 a 11 prevedono dunque teste con accoppiamento di tipo isostatico dell'equipaggio mobile, concettuale isotropia rispetto a spostamenti trasversali del tastatore, sia nel caso di sonda a rilevamento di contatto sia nel caso di sonda di misura e vincoli completamente a chiusura di forza . RIVENDICAZIONI 1. Testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi in macchine utensili o macchine di misura, con una struttura di supporto {1; 50; 81; 121), un equipaggio mobile (7; 32; 65; 84; 125) comprendente un braccetto (9; 51; 86; 131) recante un tastatore (10; 61; 88; 133) atto a toccare il pezzo (117; 135) da controllare, mezzi di spinta (15; 37, 38; 46, 47; 60) disposti tra la struttura di supporto e l'equipaggio mobile, un primo sistema di vincolo (20, 21; 52, 53; 70, 72; 93, 96; 128, 136) avente una configurazione a simmetria di rotazione rispetto ad un primo asse geometrico (Z) ed un secondo sistema di vincolo (13, 14, 16, 17; 34, 35; 39, 40; 42-44; 55, 56; 75, 77) di tipo diverso dal primo sistema di vincolo, il primo ed il secondo sistema di vincolo essendo disposti tra la struttura di supporto e l'equipaggio mobile, per eliminare, sotto l'azione dei mezzi di spinta, i sei gradi di libertà dell'equipaggio mobile, i gradi di libertà eliminati dal primo sistema di vincolo comprendendo la traslazione dell'equipaggio mobile secondo detto primo asse geometrico, ed un dispositivo di rilevamento (23, 24; 62; 93, 96, 110; 141, 143, 145, 147, 151) atto a fornire un segnale in dipendenza dalla posizione dell'equipaggio mobile, caratterizzata dal fatto che detti primo sistema di vincolo e secondo sistema di vincolo sono completamente a chiusura di forza.
2. 2. Testa secondo la rivendicazione 1, nella quale detto primo sistema di vincolo comprende un primo elemento (52) fissato alla struttura di supporto ed un secondo elemento (53) fissato all'equipaggio mobile, il primo ed il secondo elemento essendo atti ad entrare in contatto in punti disposti sostanzialmente in una circonferenza giacente in un piano perpendicolare a detto primo asse geometrico.
3. 3. Testa secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, nella quale detto primo sistema di vincolo è atto ad eliminare tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile e detto secondo sistema di vincolo è atto ad eliminare gli altri tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile.
4. 4. Testa secondo la rivendicazione 1, nella quale detto primo sistema di vincolo comprende una superficie anulare (21; 98) ed una superficie sostanzialmente piana (20; 99; 136), le due superfici essendo spinte in contatto sostanzialmente anulare l'una con l'altra dalla forza fornita dai mezzi di spinta (15; 37, 38; 46, 47), per eliminare tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile (7; 32; 84; 125), i tre gradi di libertà essendo relativi alla traslazione secondo detto primo asse geometrico ed a rotazioni attorno ad assi geometrici trasversali rispetto a detto primo asse geometrico.
5. 5. Testa secondo la rivendicazione 4, nella quale detto secondo sistema di vincolo (13, 14, 16, 17; 34, 35; 39, 40; 42-44) è atto ad eliminare i tre ulteriori gradi di libertà dell'equipaggio mobile, i tre ulteriori gradi di libertà essendo relativi alla rotazione attorno a detto primo asse geometrico ed a traslazioni secondo detti assi geometrici trasversali .
6. 6 . Testa secondo la rivendicazione 5, nella quale detto secondo sistema di vincolo comprende una prima terna di elementi (13; 34; 40; 44) fissati all'equipaggio mobile e una seconda terna di elementi (14; 35; 39; 43) fissati alla struttura di supporto.
7. 7. Testa secondo la rivendicazione 6, nella quale gli elementi (13, 14; 34, 35; 39, 40; 43, 44) di ognuna di dette terne sono disposti intorno a detto primo asse geometrico a distanza angolare di 120° l'uno dall 'altro.
8. 8. Testa secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, nella quale detto secondo sistema di vincolo comprende almeno tre dispositivi di rotolamento (16) disposti tra uno rispettivo di detti elementi (14; 35) fissati alla struttura di supporto ed uno rispettivo di detti elementi (13; 34) fissati all'equipaggio mobile (7; 32).
9. 9 . Testa secondo la rivendicazione 8, nella quale ciascuno di detti tre dispositivi di rotolamento comprende un elemento sferico (16).
10. 10. Testa secondo la rivendicazione 9, nella quale detta struttura di supporto definisce superfici di limitazione assiale (18) per gli elementi sferici dei tre dispositivi di rotolamento.
11. 11. Testa secondo la rivendicazione 5 o la rivendicazione 6, nella quale detto secondo sistema di vincolo comprende almeno tre puntoni (42) disposti tra la struttura di supporto (5) e l'equipaggio mobile.
12. 12. Testa secondo la rivendicazione 6, nella quale ciascuna di dette terne di elementi comprende tre spine (34; 35; 39, 40; 43, 44).
13. 13. Testa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12, nella quale detti mezzi di spinta (15; 37, 38; 46, 47; 60) sono atti ad applicare all’equipaggio mobile una forza secondo detto primo asse geometrico ed un momento di rotazione intorno allo stesso primo asse geometrico.
14. 14. Testa secondo la rivendicazione 13, nella quale detti mezzi di spinta comprendono una molla a due principi (15; 38; 60).
15. 15. Testa secondo la rivendicazione 13, nella quale detti mezzi di spinta comprendono una molla di compressione (37) ed una molla di torsione (38).
16. 16. Testa secondo la rivendicazione 11 o la rivendicazione 12, nella quale detti mezzi di spinta comprendono una molla di compressione (46) e tre molle di trazione (47).
17. 17. Testa secondo una delle rivendicazioni da 2 a 15, nella quale detto dispositivo di rilevamento (23, 24; 62; 110; 141, 143, 145, 147, 151) è atto a rilevare il disimpegno di detto primo sistema di vincolo.
18. 18. Testa secondo la rivendicazione 4, nella quale detto dispositivo di rilevamento (23, 24; 62; 110; 141, 143, 145, 147, 151) è atto a rilevare l’eliminazione di detto contatto sostanzialmente anulare.
19. 19. Testa secondo la rivendicazione 17, nella quale detto dispositivo di rilevamento (141, 143, 145, 147, 151) è sensibile al passaggio di una radiazione tra detta superficie anulare e detta superficie sostanzialmente piana (136).
20. 20. Testa secondo la rivendicazione 16, nella quale detto dispositivo di rilevamento comprende elementi resistivi (93, 96) collegati all'equipaggio mobile (84) e alla struttura di supporto (81), gli elementi resistivi essendo atti ad entrare in contatto sostanzialmente anulare.
21. 21. Testa secondo la rivendicazione 16, nella quale detto dispositivo di rilevamento comprende un circuito capacitivo (23, 24) tra 1'equipaggio mobile (7) e la struttura di supporto (4).
22. 22. Testa secondo la rivendicazione 10, nella quale gli elementi di una di dette terne comprendono prime spine (40) disposte sostanzialmente parallele a detto primo asse geometrico e gli elementi dell'altra di dette terne comprendono seconde spine (39) disposte in direzione sostanzialmente radiale.
23. 23. Testa secondo la rivendicazione 22, nella quale ognuna di dette prime spine (40) è atta a rimanere in contatto con una di dette seconde spine (39).
24. 24. Testa secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, nella quale detto primo sistema di vincolo comprende un accoppiamento con almeno una superficie di rotazione (52, 53; 70, 72) inclinata rispetto a detto primo asse geometrico (Z), per eliminare tre gradi di libertà dell'equipaggio mobile, tali tre gradi di libertà essendo relativi a traslazioni secondo detto primo asse geometrico e assi geometrici (X, Y) trasversali rispetto a detto primo asse geometrico.
25. 25. Testa secondo la rivendicazione 24, nella quale detto accoppiamento è sostanzialmente del tipo cono - sfera (52, 53; 70, 72).
26. 26. Testa secondo la rivendicazione 24, nella quale detto secondo sistema di vincolo (55, 56; 75, 77) è atto ad eliminare un ulteriore grado di libertà dell'equipaggio mobile relativo alla rotazione attorno a detto primo asse geometrico e, in combinazione con detto prima sistema di vincolo, due ulteriori gradi di libertà relativi a rotazioni intorno a detti assi geometrici trasversali.
27. 27. Testa secondo la rivendicazione 26, nella quale detta struttura di supporto presenta una prima porzione (52) ed una seconda porzione (55; 75) distanziate lungo detto primo asse geometrico e detto primo sistema di vincolo (52, 53; 70, 72) è disposto in prossimità di detta prima porzione e detto secondo sistema di vìncolo (55, 56; 75, 77) è disposto in prossimità di detta seconda porzione.