ITBO990645A1 - Comparatore lineare a movimento assiale . - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

«Comparatore lineare a movimento assiale»,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un comparatore lineare comprendente mezzi di supporto e protezione con un involucro, atto a definire un asse geometrico longitudinale, un elemento allungato, assialmente mobile rispetto ai mezzi di supporto e protezione, un trasduttore di posizione atto a rilevare movimenti dell’elemento allungato rispetto ai mezzi di supporto e protezione, mezzi di spinta fra i mezzi di supporto e protezione e l'elemento allungato, mezzi di guida, per guidare movimenti assiali dell'elemento allungato rispetto all'involucro, comprendenti almeno un cuscinetto assiale con una pluralità di elementi di rotolamento atti a cooperare con l’elemento allungato.

Comparatori, o teste, lineari a movimento assiale con tali caratteristiche sono noti, ad esempio dalla domanda di brevetto internazionale pubblicata con il numero n. W097/46849. In tale domanda di brevetto è descritta una testa avente la struttura tipica dei comparatori, denominati "a matita", con un alberino cilindrico che scorre assialmente entro un involucro, mediante un dispositivo di guida consistente in due cuscinetti assiali, alloggiati nell'involucro in posizioni longitudinalmente distanziate, ciascuno di essi comprendente fori passanti all'interno dei quali è parzialmente inserito l'alberino. L'alberino reca ad un'estremità un tastatore per toccare il pezzo da controllare ed all'altra estremità un nucleo ferromagnetico che trasla all'interno di relativi avvolgimenti, in seguito a movimenti assiali dell'alberino. Ogni cuscinetto assiale comprende piste chiuse nelle quali possono rotolare file di elementi di opportuna geometria, ad esempio sfere. Le piste comprendono tratti longitudinali in corrispondenza di fessure nella superficie interna del cuscinetto lungo i quali le sfere entrano in contatto con l'alberino e ne consentono lo scorrimento assiale rispetto all'involucro. In tale testa a matita, per evitare rotazioni assiali dell'alberino rispetto all'involucro, una spina è fissata radialmente all'alberino e reca all'estremità libera una rotellina folle che alloggia in un'asola assiale solidale all’involucro, ad esempio ricavata in un distanziale posto fra i due cuscinetti.

In tali comparatori, l'inevitabile presenza di gioco fra asola e rotellina può influenzare la precisione e la ripetibilità del comparatore, soprattutto nei casi in cui si desideri utilizzare un tastatore disassato rispetto all'asse longitudinale del comparatore. In tali casi infatti, rotazioni di piccola entità dell'alberino intorno al proprio asse, provocate della presenza di gioco fra asola e rotellina, possono essere causa di rotazioni non trascurabili del tastatore, con conseguenze negative sulla precisione e ripetibilità dei controlli effettuati dal comparatore.

Inoltre, un dispositivo di antirotazione come quello illustrato in W097/46849 richiede opportune lavorazioni meccaniche di precisione, sull'alberino per inserire la spina con la rotellina, e sul distanziale per ricavare l'asola, con conseguenti costi aggiuntivi e tempi di montaggio non trascurabili.

Altri comparatori lineari noti possono comprendere mezzi di guida e scorrimento diversi per l’alberino mobile, ad esempio bussole a sfere con gabbie comprendenti fori nei quali le singole sfere sono alloggiate. Comparatori di questo tipo sono ad esempio mostrati nel brevetto US-A-4347492. Anche in ciascuna delle due realizzazioni mostrate nel brevetto statunitense, rotazioni assiali dell’alberino sono limitate con un dispositivo, simile a quello brevemente descritto in precedenza, che comprende una spina radialmente accoppiata all’alberìno e parzialmente alloggiata, con limitato ma inevitabile gioco, in un’asola assiale ricavata nell'involucro.

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

Raggiunge questo ad altri scopi un comparatore lineare secondo la riv. 1.

Uno dei principali vantaggi di un comparatore secondo l'invenzione è la particolare compattezza della struttura ottenibile grazie anche alla riduzione del numero di componenti.

Un altro importante vantaggio, grazie alla sostanziale eliminazione del gioco nella limitazione della rotazione assiale dell’alberino, è la possibilità di impiegare i semplici ed economici comparatori lineari secondo l’invenzione in applicazioni nelle quali il tastatore è disassato rispetto all’asse di scorrimento dell’alberino ed elevate precisione e ripetibilità sono richieste.

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

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

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

Il comparatore a movimento assiale mostrato in figura 1 comprende mezzi di supporto e protezione con un involucro tubolare 1 , realizzato ad esempio in acciaio ed avente forma sostanzialmente cilindrica, che definisce un asse geometrico longitudinale e una superficie interna 2 sostanzialmente cilindrica, e comprende anche una porzione a diametro ridotto 2' ed una porzione filettata di estremità 3. Un rocchetto 4 è alloggiato all'interno dell'involucro 1 e definisce un’apertura longitudinale 7 e tre sedi anulari esterne 8, 9 e 10.

Un elemento allungato, o alberino 11 , con due scanalature longitudinali 12 contrapposte aventi sezione trasversale a forma di V, è inserito all’interno dell'involucro 1, mobile rispetto ad esso, ed un elemento di supporto 13 per un tastatore 13', atto ad entrare in contatto con un pezzo da controllare 48, è fissato all'alberino 11 , mediante un grano 14 accoppiato per attrito ad una delle due scanalature longitudinali 12.

Un trasduttore differenziale induttivo di posizione comprende un avvolgimento primario 15, due avvolgimenti secondari 16 e 17 ed un nucleo 18 in materiale ferromagnetico. Gli avvolgimenti 15, 16, e 17 sono strettamente avvolti al rocchetto 4, secondo una tecnica nota, in corrispondenza delle sedi anulari 8, 9 e 10 rispettivamente, mentre il nucleo 18, è fissato, ad esempio incollato, ad uno stelo 19 connesso, mediante un supporto 20, all'estremità dell'alberino 11 opposta a quella che reca il tastatore 13'. La connessione fra stelo 19, supporto 20 e alberino 11 possono ad esempio prevedere l’impiego di collanti.

Il rocchetto 4 con i relativi avvolgimenti 15, 16 e 17 è alloggiato e fissato in un involucro tubolare 5, ad esempio mediante incollaggio degli avvolgimenti 15, 16, 17 a tale involucro tubolare 5. La superficie esterna dell'involucro tubolare 5 presenta una porzione filettata avvitata alla porzione filettata di estremità 3 dell'involucro 1. Mezzi di guida, per guidare movimenti assiali dell'alberino 11 rispetto all’involucro 1 , comprendono un cuscinetto assiale a ricircolo di sfere 22, di per sé noto, alloggiato nell'involucro 1 e comprendente elementi di rotolamento, in particolare sfere 23, a contatto con superfici definite dalle scanalature longitudinali 12. Tale cuscinetto 22, come mostrato nelle figure, presenta un elemento cavo di supporto 24 di forma sostanzialmente cilindrica, con un foro passante longitudinale 25, nel quale è inserito parzialmente l’alberino 11. Il foro passante 25 definisce una superficie cilindrica 26 dell'elemento di supporto 24, che presenta fessure longitudinali 27. L'elemento cavo 24, definisce piste di circolazione interna 30, in cui alloggiano le sfere 23. Ogni pista 30 presenta un primo tratto longitudinale 31, un secondo tratto longitudinale non visibile nelle figure, sostanzialmente paralleli fra di loro, e tratti di raccordo 33 fra tali tratti longitudinali. Le fessure 27 presenti sulla superficie cilindrica 26 sono disposte in corrispondenza del primo tratto longitudinale 31 di ciascuna pista di circolazione interna 30 ed hanno dimensioni tali da trattenere le sfere 23 ali'interno della corrispondente pista di rotolamento 30 e da consentire a tali sfere 23, quando si trovano nel corrispondente primo tratto longitudinale 31 , di sporgere parzialmente rispetto alla superficie cilindrica 26 e di toccare la superficie dell'alberino 11. La già citata domanda internazionale di brevetto pubblicata con il n. W097/46849 comprende una più estesa descrizione di una testa a matita comprendente analoghi cuscinetti assiali a ricircolo di sfere.

Come mostrato nelle figure, le sfere 23 toccano la superficie dell’alberino 11 in corrispondenza delle pareti delle scanalature a V 12. L'accoppiamento fra l'alberino 11 e il cuscinetto assiale 22 consente in tal modo all'alberino 11 di traslare assialmente rispetto all'involucro 1 , e, allo stesso tempo, gli impedisce di ruotare intorno al proprio asse.

In pratica, i mezzi di guida per l'alberino 11 realizzano anche la cosiddetta “antirotazione” per l’alberino 11 stesso.

Elementi di posizionamento longitudinale comprendono un primo ed un secondo elemento distanziale 34 e 35, alloggiati nell'involucro 1 e disposti rispettivamente fra la porzione a diametro ridotto 2' dell'involucro 1 e l'elemento di supporto 24 del cuscinetto 22 e fra l'elemento di supporto 24 del cuscinetto 22, e il rocchetto 4.

Mezzi di spinta comprendenti una molla a compressione 36 avente le estremità alloggiate rispettivamente in una sede 28 del supporto 20 per lo stelo 19 e in una sede 29 del rocchetto 4 consente di mantenere l'alberino 11, in assenza di contatto fra il tastatore 13’ e il pezzo 48 da controllare, in una posizione definita dalla battuta fra superfici del supporto 20 e dell'elemento cavo di supporto 24.

Superfici di battuta 37 del supporto 13 per il tastatore 13' e dell'involucro 1 sono atte a cooperare per definire il limite della corsa dell'alberino 11 , in seguito al contatto del tastatore 13' con il pezzo 48, in opposizione alla spinta della molla 36. Una guarnizione flessibile di tenuta 39 di forma tubolare è fissata alle estremità, da un lato in corrispondenza di una sede 40 definita nell'involucro tubolare 1 e dall'altro in corrispondenza di una sede 41 definita nel supporto 13 per il tastatore 13\ La connessione elettrica degli avvolgimenti 15, 16, 17 del trasduttore differenziale a dispositivi esterni di alimentazione, visualizzazione ed elaborazione (schematicamente indicati in figura 1 con il riferimento 43), avviene per mezzo dei fili di un cavo 44.

Elementi di serraggio longitudinale comprendono una ghiera filettata di bloccaggio 45 che, accoppiandosi con la porzione filettata dell’involucro 5, blocca la posizione relativa dell'involucro 1 rispetto all'involucro 5 e pertanto definisce la posizione relativa fra il nucleo 18 e gli avvolgimenti 15, 16, 17 del trasduttore.

Il montaggio dei diversi componenti della testa illustrata e descritta avviene in modo particolarmente semplice e rapido. Innanzitutto vengono inseriti nell’involucro 1 , ed incollati ad esso, in successione il primo elemento distanziale 34, il cuscinetto 22 e il secondo elemento distanziale 35. Poi viene inserito l'alberino 11, al quale è stato precedentemente fissato il supporto 20 con lo stelo 19 e il nucleo 18. Il tastatore 13' viene connesso, mediante il grano 14, all'alberino 11 e successivamente viene applicata la guarnizione 39. Poi viene inserita la molla 36 e in seguito l'involucro 5, al quale sono fissati il rocchetto 4 con gli avvolgimenti 15, 16, 17, viene avvitato all’involucro 1. La posizione relativa fra involucro 1 e involucro 5 viene poi bloccata per mezzo della ghiera filettata 45.

Nel normale funzionamento della testa, in assenza di contatto fra il tastatore 13' ed il pezzo 48, nella condizione illustrata in figura 1 , la molla 36 spinge l'alberino 11 in una posizione di riposo definita dalla cooperazione fra le superfici di battuta del supporto 20 per lo stelo 19 e dell'elemento cavo 24 del cuscinetto 22. In seguito al contatto fra il tastatore 13' ed una superficie del pezzo 48 (contatto provocato in un qualunque modo noto non illustrato né descritto, con procedimenti manuali o automatici), l'alberino 11 si muove, rispetto all'involucro 1 ed in opposizione all'azione della molla 36, guidato dal cuscinetto 22, lungo un percorso rettilineo, parallelo all’asse longitudinale dell'involucro 1.

In particolare, le sfere 23 attraverso le fessure 27 toccano le superfici definite dalle scanalature 12 dell'alberino 11 e rotolano da un lato su di esse e dall'altro sulle superfici interne delle piste 30 in seguito alla spinta cui è sottoposto l’alberino 11 stesso.

Al movimento dell'alberino 11 corrisponde uno spostamento del nucleo 18 all'interno degli avvolgimenti 15, 16 e 17 ed una conseguente variazione nella tensione di uscita ai capi degli avvolgimenti secondari 16 e 17 secondo il funzionamento noto di un trasduttore differenziale induttivo. Attraverso il collegamento elettrico comprendente i fili del cavo 44, la variazione di tensione rispetto ad una condizione di zero (definita in modo noto in una precedente fase di azzeramento della testa) viene rilevata nei dispositivi esterni 43 e vengono visualizzate informazioni relative all'entità dello spostamento rispetto alla posizione di riposo.

Un comparatore assiale quale quello illustrato presenta particolari caratteristiche di affidabilità, semplicità, ed economia.

Un cuscinetto assiale 22, accoppiato ad un alberino 11 comprendente le due scanalature longitudinali 12, consente di realizzare mezzi di guida ed antirotazione per consentire all'alberino 11 movimenti di traslazione rispetto all'involucro 1 e contemporaneamente, senza aggiungere ulteriori elementi, impedire sostanzialmente senza gioco, rotazioni assiali dell'alberino 11 rispetto all'involucro 1. Questo reca notevoli vantaggi al comparatore.

Innanzitutto, l'assenza di gioco consente di ottenere un movimento di traslazione estremamente preciso fra alberino 11 ed involucro 1. In questo modo, l'utilizzo di tastatori 13' disassati rispetto all'asse longitudinale del comparatore non costituisce più un problema, come nei comparatori noti, essendo sostanzialmente eliminato il rischio di errori dovuti a movimenti di rotazione assiale, anche di minima entità, fra alberino 11 ed involucro 1, che possono provocare spostamenti non trascurabili del tastatore 13'.

Inoltre, l'assenza di mezzi di antirotazione separati dai mezzi di guida, consente di ottenere una semplificazione del progetto, con conseguenti risparmi in termini di costi di realizzazione e di tempi di montaggio.

Rientrano nell’ambito della presente invenzione comparatori lineari secondo realizzazioni che si differenziano per alcuni aspetti da quanto schematicamente illustrato e descritto fin qui. Alcune delle possibili varianti sono elencate nel seguito. ■ Il cuscinetto assiale a ricircolo di sfere 22 può prevedere la presenza di elementi di rotolamento diversi dalle sfere 23, quali rulli cilindrici o di altra forma nota.

■ Il cuscinetto assiale a ricircolo di sfere 22 può prevedere un numero di piste diverso da quello (due) mostrato nelle figure. In tal caso, alcune delle piste hanno tratti affacciati alle scanalature 12 dell’alberino 11 , e le relative sfere 23 realizzano la guida e l'antirotazione come in precedenza descritto, mentre altre sfere, in relative piste, hanno dimensioni inferiori, e toccano la superficie cilindrica dell'albergo 11 con funzioni note di guida.

■ L'alberino 11 può avere una sola scanalatura longitudinale 12. Una sola delle piste del cuscinetto 22 comprende sfere 23, di dimensione opportuna, per realizzare l’antirotazione, mentre le sfere dell’altra (o delle altre) piste hanno solo funzioni note di guida.

■ L’alberino 11 può avere tre o più scanalature longitudinali 12, e il cuscinetto 22 avere piste e sfere di opportuno numero e dimensioni.

■ Possono essere previsti due o più cuscinetti assiali 22, almeno uno dei quali comprendente sfere 23 che cooperano con la/e scanalatura/e 12 dell'alberino 11. ■ Il cuscinetto assiale a ricircolo di sfere 22 può essere sostituito da una o più bussole a sfere quale quelle mostrate nel brevetto statunitense US-A-4347492 citato nella parte introduttiva della presente descrizione. In tal caso, alcune sfere con funzione di antirotazione oltre ché di guida hanno dimensioni maggiori delle altre, e scorrono, da un lato nella/e scanalatura/e 12 dell’alberino 11, dall’altro in scanalature realizzate nella superficie interna dell’involucro, simili alle scanalature 12 dell’alberino 11 e ad esse affacciate.

■ I mezzi di spinta possono essere realizzati in modo diverso dalla molla 36, ad esempio mediante dispositivi pneumatici di tipo noto connessi ai mezzi di supporto e protezione ed atti ad esercitare una spinta sull’alberino 11.

■ Il trasduttore può essere diverso da quello mostrato e comprendere un comparatore di tipo noto, ad esempio del tipo "a orologio”, connesso ai mezzi di supporto e protezione e con una parte mobile a contatto con l’alberino 11. Inoltre, grazie alla particolare struttura meccanica secondo l’invenzione, è possibile utilizzare anche trasduttori che richiedono movimenti estremamente ripetibili fra alberino 11 e involucro 1, quali ad esempio trasduttori incrementali, ottenendo in questo modo comparatori o misuratori assoluti di elevatissima precisione.

■ Un comparatore secondo l’invenzione può essere impiegato in dispositivi noti di controllo, ad esempio del tipo a forchetta o a tampone per il controllo, rispettivamente di dimensioni diametrali esterne e interne, nei quali sia prevista la presenza di un elemento allungato assialmente mobile e di mezzi trasduttori per rilevarne il movimento.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Comparatore lineare comprendente - mezzi di supporto e protezione con un involucro (1), atto a definire un asse geometrico longitudinale, - un elemento allungato (11), assialmente mobile rispetto ai mezzi di supporto e protezione (1), - un trasduttore di posizione atto a rilevare movimenti dell'elemento allungato (11) rispetto ai mezzi di supporto e protezione, - mezzi di spinta (36) fra i mezzi di supporto e protezione e l'elemento allungato (11), - mezzi di guida, per guidare movimenti assiali dell'elemento allungato (11) rispetto all'involucro (1), comprendenti almeno un cuscinetto assiale (22) con una pluralità di elementi di rotolamento (23) atti a cooperare con l'elemento allungato (11), caratterizzato dal fatto che l'elemento allungato (11) ha una forma sostanzialmente cilindrica con almeno una scanalatura longitudinale (12), almeno una parte di detti elementi di rotolamento (23) essendo atti a cooperare con l'elemento allungato (11) in corrispondenza di detta almeno una scanalatura longitudinale (12).
2. 2. Comparatore secondo la rivendicazione 1 in cui detta almeno una scanalatura longitudinale (12), ha sezione trasversale a forma di V.
3. 3. Comparatore secondo la rivendicazione 2 comprendente due scanalature longitudinali (12) realizzate in posizioni diametralmente opposte dell’alberino (11).
4. 4. Comparatore secondo la rivendicazione 3, nel quale, detti elementi di rotolamento (23) hanno forma sferica, e detto almeno un cuscinetto assiale (22) comprende un elemento cavo di supporto (24), di forma sostanzialmente cilindrica con un foro passante longitudinale (25) atto ad alloggiare una porzione dell’elemento allungato (11), il foro passante (25) definendo una superficie cilindrica (26) dell’elemento di supporto (24) con fessure longitudinali (27) atte a consentire agli elementi di rotolamento (23) di toccare l’elemento allungato (11), almeno una di dette fessure longitudinali (27) essendo affacciata a detta almeno una scanalatura longitudinale (12).
5. 5. Comparatore secondo la rivendicazione 4, nel quale detto elemento cavo di supporto definisce piste di circolazione interna (30) per gli elementi di rotolamento (23), dette piste comprendendo un primo (31) ed un secondo tratto longitudinale sostanzialmente paralleli uno rispetto all’altro e due tratti di raccordo (33) fra i tratti longitudinali, dette fessure (27) essendo disposte in corrispondenza del primo tratto longitudinale (31) di ciascuna pista di circolazione interna (30).
6. 6. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente un elemento tastatore (13') ed un relativo supporto (13) connesso ad un’estremità dell'elemento allungato (11) mediante un grano (14) parzialmente alloggiato in detta almeno una scanalatura longitudinale (12).