ITFI20100209A1

ITFI20100209A1 - MECHANICAL ENCODER

Info

Publication number: ITFI20100209A1
Application number: IT000209A
Authority: IT
Inventors: Davide Nardini
Original assignee: Davide Nardini
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-15

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un encoder di tipo meccanico. The present invention relates to a mechanical encoder.

Più in particolare, il presente dispositivo consente di controllare il numero di giri di un albero comandato da un motore elettrico e quindi di controllare lo spostamento lineare oppure angolare di un componente collegato allo stesso albero, direttamente oppure attraverso opportuni organi di trasmissione. More particularly, the present device allows to control the number of revolutions of a shaft driven by an electric motor and therefore to control the linear or angular displacement of a component connected to the same shaft, directly or through suitable transmission members.

E’ noto che i dispositivi del tipo sopra menzionato prevedono generalmente, l’utilizzo di un encoder di tipo elettrico. In generale, gli encoder sono trasduttori di posizione di tipo digitale in grado di fornire un numero, espresso in un particolare codice, in funzione dello spostamento lineare o angolare. Gli encoder di tipo noto, si suddividono in: It is known that the devices of the type mentioned above generally provide for the use of an electrical encoder. In general, encoders are digital type position transducers capable of providing a number, expressed in a particular code, as a function of linear or angular displacement. Known encoders are divided into:

- encoder capacitivi o induttivi, che utilizzano un sensore di prossimità ( detto “proximity”) per leggere i denti di un ingranaggio o delle forature presenti su un disco metallico (detti “ruota fonica”). L'ingranaggio o il disco costituiscono il rotore deH'encoder. Posizionando opportunamente i denti o le forature è possibile codificare un settore di rotore pari alla sua risoluzione angolare; - capacitive or inductive encoders, which use a proximity sensor (called "proximity") to read the teeth of a gear or holes on a metal disk (called "phonic wheel"). The gear or disc make up the rotor of the encoder. By suitably positioning the teeth or the holes, it is possible to code a rotor sector equal to its angular resolution;

- encoder magnetici, che basandosi sull'effetto hall, utilizzano un sensore per rilevare i denti di un ingranaggio o delle forature presenti sulla ruota fonica; - encoder potenziometrici, che utilizzano la caratteristica di un potenziometro di emettere un segnale elettrico proporzionale alla posizione che assume il suo rotore; - magnetic encoders, which, based on the hall effect, use a sensor to detect the teeth of a gear or the holes present on the phonic wheel; - potentiometric encoders, which use the characteristic of a potentiometer to emit an electrical signal proportional to the position that its rotor assumes;

- encoder ottici, in cui dei sensori ottici, come fotoresistenze o fotodiodi, leggono una matrice di aree trasparenti e opache, stampate sul rotore. In modo non dissimile dagli encoder capacitivi, la matrice è realizzata con un'alternanza di aree tali da codificare un settore di rotore pari alla sua risoluzione angolare. - optical encoders, in which optical sensors, such as photoresistors or photodiodes, read a matrix of transparent and opaque areas, printed on the rotor. Not unlike capacitive encoders, the matrix is made with an alternation of areas such as to encode a rotor sector equal to its angular resolution.

Il tipo di encoder viene scelto in funzione delle condizioni legate al campo di utilizzo. The type of encoder is chosen according to the conditions related to the field of use.

Il campo di applicazione degli encoder riguarda tutti i dispositivi in cui è richiesto il controllo dello spostamento angolare o lineare, come ad esempio i bracci dei robots o applicazioni in ambito industriale e dell’ automazione. The field of application of the encoders concerns all devices in which the control of angular or linear displacement is required, such as the arms of robots or applications in the industrial and automation fields.

Gli encoder del tipo noto, presentano degli inconvenienti legati alla loro natura elettrica e, nel caso dei dispositivi ottici, anche alla sensibilità alla polvere. Known encoders have drawbacks linked to their electrical nature and, in the case of optical devices, also to sensitivity to dust.

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo affidabile di tipo meccanico per controllare lo spostamento angolare di un albero mosso da un motore elettrico. The main object of the present invention is to provide a reliable mechanical device for controlling the angular displacement of a shaft driven by an electric motor.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire una struttura particolarmente semplice dal punto di vista meccanico e realizzativo, affidabile e relativamente economica. Another object of the present invention is to provide a structure which is particularly simple from the mechanical and manufacturing point of view, reliable and relatively cheap.

A questo risultato si è pervenuti, in conformità della presente invenzione, adottando l’idea di realizzare un dispositivo avente le caratteristiche indicate nella rivendicazione 1. Altre caratteristiche della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. This result has been achieved, in accordance with the present invention, by adopting the idea of making a device having the characteristics indicated in claim 1. Other characteristics of the present invention are the subject of the dependent claims.

Grazie alla presente invenzione è possibile misurare il numero di giri di un albero con un dispositivo più semplice di un encoder elettrico e che, per la sua natura meccanica, si presta ad applicazioni in ambiente in condizioni critiche per un comune encoder elettrico. Un esempio di applicazione può riguardare ambienti con polveri sospese o vapori, che rispettivamente depositandosi o condensando sui componenti degli encoder elettrici possano creare dei depositi che ne compromettono il regolare funzionamento e l’affidabilità nel tempo. Questi ed ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo grazie alla descrizione che segue ed agli annessi disegni, fomiti a titolo esemplificativo ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali: Thanks to the present invention it is possible to measure the number of revolutions of a shaft with a simpler device than an electric encoder and which, due to its mechanical nature, is suitable for applications in environments in critical conditions for a common electric encoder. An example of application may concern environments with suspended dust or vapors, which, respectively, by depositing or condensing on the components of the electric encoders can create deposits that compromise their regular operation and reliability over time. These and further advantages and characteristics of the present invention will be better understood by every person skilled in the art thanks to the following description and the attached drawings, provided by way of example but not to be considered in a limiting sense, in which:

la fig.l rappresenta un esploso di un dispositivo in conformità con Γ invenzione. Fig. 1 represents an exploded view of a device in accordance with the invention.

la fig.2 rappresenta una vista prospettica anteriore del dispositivo assemblato in conformità con l’invenzione, con un particolare ingrandito; Fig. 2 represents a front perspective view of the device assembled in accordance with the invention, with an enlarged detail;

la fig.3 rappresenta una vista prospettica anteriore di un’installazione del dispositivo in conformità con l’invenzione. Fig. 3 represents a front perspective view of an installation of the device in accordance with the invention.

Ridotto ai suoi elementi essenziali e con riferimento alle figure degli annessi disegni, un dispositivo in conformità della presente invenzione comprende una staffa (9) utile per il fissaggio dei componenti ad una superficie di appoggio (13). La staffa (9) consiste in una lamiera piegata in modo da formare due facce piane (93, 94) tra loro inclinate. Una delle due facce (94) dispone di fori (92) di fissaggio della staffa (9) alla superficie di appoggio (13). L’altra faccia (93) è utilizzata per il montaggio di due finecorsa (3) e di una centralina relè (2) per mezzo di viti, rispettivamente attraverso due asole (91) tra loro coassiali e disposte con asse orizzontale e dei fori filettati (95) in posizione corrispondente a quelli presenti sulla centralina. Reduced to its essential elements and with reference to the figures of the attached drawings, a device according to the present invention comprises a bracket (9) useful for fixing the components to a supporting surface (13). The bracket (9) consists of a sheet metal bent so as to form two flat faces (93, 94) inclined to each other. One of the two faces (94) has holes (92) for fixing the bracket (9) to the support surface (13). The other face (93) is used for the assembly of two limit switches (3) and of a relay control unit (2) by means of screws, respectively through two slots (91) coaxial with each other and arranged with a horizontal axis and threaded holes (95) in a position corresponding to those on the control unit.

I finecorsa (3) sono fissati su delle asole (91), in modo da poterne variare la posizione entro un valore corrispondente alla lunghezza della rispettiva asola (91) di fissaggio. Le asole (91) hanno entrambe una larghezza sufficiente per consentire il passaggio delle viti di bloccaggio. Per il montaggio, i finecorsa (3) dispongono di appositi fori passanti. Il montaggio dei finecorsa (3) sulla faccia (93) della staffa (9), avviene per mezzo di una lamiera (4) che dispone di appositi fori filettati aventi una posizione coincidente con quelli presenti sui finecorsa (3): inserendo delle viti dal lato opposto a quello di bloccaggio, attraverso le asole (91) della staffa (9) ed i fori di fissaggio del finecorsa (3) e serrandole nei fori filettati della stessa lamiera (4) il finecorsa (3) viene fissato nella posizione prescelta. The limit switches (3) are fixed on slots (91), so that their position can be varied within a value corresponding to the length of the respective fastening slot (91). The slots (91) are both sufficiently wide to allow passage of the locking screws. For assembly, the limit switches (3) have suitable through holes. The assembly of the limit switches (3) on the face (93) of the bracket (9), takes place by means of a sheet metal (4) which has special threaded holes having a position coinciding with those present on the limit switches (3): inserting screws from the side opposite to the locking one, through the slots (91) of the bracket (9) and the fixing holes of the limit switch (3) and tightening them in the threaded holes of the same sheet (4) the limit switch (3) is fixed in the selected position.

I due finecorsa (3) sono disposti in modo da limitare lo spostamento lineare (A2) di un corpo anulare (7), avente un foro assiale passante filettato e dotato di un’appendice o sporgenza (71) che aziona i finecorsa (3). Avvicinando oppure allontanando i finecorsa (3) si ottengono rispettivamente una riduzione o un incremento della corsa del corpo anulare (7). Il corpo anulare (7) è avvitato sulla corrispondente filettatura di una boccola o manicotto (5). La boccola (5) è vincolata a ruotare attorno ad un asse (Al) essendo solidale ad un albero (11) che ruota attorno al proprio asse e di cui si intende controllare il numero di giri. La rotazione è indicata in fig.3 con A3. La sporgenza (71) del corpo anulare (7), è impegnata in un’asola (96) ricavata sulla faccia (93) della staffa (9) avente asse orizzontale e di larghezza tale da permetterne l’inserimento. In tal modo, la boccola (5) si avvita o si svita nel corpo anulare (7) effettuandone spostamenti assiali senza trascinarla in rotazione. Pertanto al ruotare della boccola (5) la sporgenza (71) e quindi il corpo anulare (7) effettua unicamente spostamenti assiali (A2), traslando internamente all’asola (96). La boccola (5) ha una superficie esterna parzialmente filettata a partire da un’estremità e presenta un foro assiale passante corrispondente al diametro esterno dell’albero (11) su cui deve essere installata. Sull’estremità priva di filettatura, la boccola (5) dispone di un foro radiale passante e filettato utilizzato per fissarla sull’albero (11) per mezzo di un apposito grano (6). The two limit switches (3) are arranged in such a way as to limit the linear displacement (A2) of an annular body (7), having a threaded through axial hole and equipped with an appendage or projection (71) which activates the limit switches (3) . By moving the limit switches (3) closer or further away, a reduction or an increase in the stroke of the annular body (7) is obtained respectively. The annular body (7) is screwed onto the corresponding thread of a bushing or sleeve (5). The bushing (5) is constrained to rotate around an axis (A1) being integral with a shaft (11) which rotates around its own axis and whose number of revolutions is to be controlled. The rotation is indicated in fig. 3 with A3. The protrusion (71) of the annular body (7) is engaged in a slot (96) obtained on the face (93) of the bracket (9) having a horizontal axis and a width such as to allow its insertion. In this way, the bushing (5) is screwed or unscrewed in the annular body (7) carrying out axial movements without causing it to rotate. Therefore, when the bushing (5) rotates, the protrusion (71) and therefore the annular body (7) performs only axial movements (A2), translating internally to the slot (96). The bushing (5) has a partially threaded external surface starting from one end and has an axial through hole corresponding to the external diameter of the shaft (11) on which it must be installed. On the end without thread, the bushing (5) has a through and threaded radial hole used to fix it on the shaft (11) by means of a special grub screw (6).

Puramente a titolo indicativo, alcune delle dimensioni del dispositivo potrebbero essere le seguenti: Purely as an indication, some of the dimensions of the device could be the following:

Altezza: 70,80 mm; Height: 70.80 mm;

Lunghezza (nel senso assiale della boccola): 203 mm; Length (in the axial direction of the bush): 203 mm;

Larghezza: 163,50 mm; Width: 163.50 mm;

Considerando un albero (11) che, mosso da un motore elettrico (10), comanda lo spostamento di un componente e tenendo conto che detto componente deve muoversi tra due posizioni seguendo una traiettoria angolare o lineare in funzione del suo moto, viene di seguito descritto un esempio di montaggio del dispositivo. Considering a shaft (11) which, moved by an electric motor (10), controls the displacement of a component and taking into account that said component must move between two positions following an angular or linear trajectory according to its motion, is described below an example of mounting the device.

Si supponga che il componente si trovi in una posizione iniziale coincidente con una delle due posizioni all’ estremità della sua traiettoria. Per adoperare il dispositivo, l’ utilizzatore dopo averlo fissato ad un piano di appoggio (13) attraverso la staffa (9) in modo che la boccola (5) risulti impegnata sull’albero (11), dovrà valutare il verso di rotazione (A3) dell’albero (11) che muove il componente nel senso che lo sposta dalla sua posizione iniziale lungo la traiettoria che lo porta nell’altra posizione finale definendo così il corrispondente senso di spostamento (A2) del corpo anulare (7). Alla posizione iniziale del componente da muovere corrisponderà quella di azionamento di uno dei due finecorsa (3). Pertanto, occorrerà fissare la boccola (5) serrando l’apposito grano (6) in modo che la sporgenza (71) si trovi in corrispondenza del finecorsa (3) prescelto (detto ‘primo finecorsa’) e far si che la sua posizione sulla boccola (5) sia tale da permetterne lo spostamento entro la zona filettata di una corsa necessaria per ottenere un corrispondente movimento del componente fino al raggiungimento della sua posizione finale definendo così il numero di giri ‘n’ dell’albero (11). Ruotando l’albero di un numero di giri ‘n’ e provocando quindi lo spostamento per una lunghezza pari alla suddetta corsa del corpo anulare (7), viene quindi individuata la posizione del secondo finecorsa (3). E’ possibile aumentare o diminuire il numero di giri dell’albero (11) provocando così un maggiore o minore spostamento del componente comandato, rispettivamente allontanando oppure avvicinando i due finecorsa (3). E’ possibile modificare la posizione iniziale o finale del componente comandato a parità di lunghezza della traiettoria percorsa, variando la posizione della boccola (5) sull’albero (11). Assume that the component is in an initial position coinciding with one of the two positions at the end of its trajectory. To use the device, the user, after having fixed it to a support surface (13) through the bracket (9) so that the bush (5) is engaged on the shaft (11), must evaluate the direction of rotation (A3 ) of the shaft (11) which moves the component in the sense that it moves it from its initial position along the trajectory that takes it to the other final position thus defining the corresponding direction of movement (A2) of the annular body (7). The starting position of the component to be moved will correspond to the activation position of one of the two limit switches (3). Therefore, it will be necessary to fix the bushing (5) by tightening the appropriate grub screw (6) so that the projection (71) is in correspondence with the selected limit switch (3) (called 'first limit switch') and ensure that its position on the bushing (5) is such as to allow it to move within the threaded area by a stroke necessary to obtain a corresponding movement of the component until its final position is reached, thus defining the number of revolutions 'n' of the shaft (11). By rotating the shaft by a number of revolutions 'n' and thus causing it to move for a length equal to the aforementioned stroke of the annular body (7), the position of the second limit switch (3) is then identified. It is possible to increase or decrease the number of revolutions of the shaft (11) thus causing a greater or lesser displacement of the controlled component, respectively moving away or bringing the two limit switches (3) closer. It is possible to change the initial or final position of the commanded component with the same length of the trajectory traveled, by varying the position of the bushing (5) on the shaft (11).

In pratica, un dispositivo in conformità della presente invenzione prevede un carrello (che nell'esempio è rappresentato dal predetto corpo 7) azionato dallo stesso albero da controllare e che trasla lungo una traiettoria rettilinea con una corsa correlata ad un prestabilito numero di giri di tale albero, ed in cui le estremità della corsa sono definite da sensori (che nell'esempio sono rappresentati dai predetti finecorsa elettrici 3) con una posizione registrabile (nel caso dei finecorsa 3 attraverso delle asole 91), ai quali è asservito il motore che aziona l'albero da controllare. In practice, a device in accordance with the present invention provides a carriage (which in the example is represented by the aforementioned body 7) driven by the same shaft to be controlled and which moves along a rectilinear trajectory with a stroke correlated to a predetermined number of revolutions of this shaft, and in which the ends of the stroke are defined by sensors (which in the example are represented by the aforementioned electrical limit switches 3) with an adjustable position (in the case of the limit switches 3 through slots 91), to which the motor that drives the shaft to be checked.

Dalla sperimentazione effettuata dal richiedente, il dispositivo in oggetto ha trovato una vantaggiosa applicazione nella movimentazione di strutture letto per camper e similari, grazie alla efficace rilevazione del movimento, unitamente alla semplicità e compattezza del dispositivo. From the experimentation carried out by the applicant, the device in question has found an advantageous application in the movement of bed structures for campers and the like, thanks to the effective detection of the movement, together with the simplicity and compactness of the device.

In pratica i particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente per ciò che attiene alla disposizione e alla forma degli elementi descritti e illustrati, nonché alla natura dei materiali indicati, senza per questo uscire dall’ambito dell’idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela accordata dal presente brevetto. In practice, the details of execution can in any case vary in an equivalent manner as regards the arrangement and shape of the elements described and illustrated, as well as the nature of the materials indicated, without thereby departing from the scope of the idea of the solution adopted and therefore remaining within the limits of the protection granted by this patent.

Claims

CLAIMS 1. Sensor device suitable for converting the angular position of a rotary axis into a signal identifying the position of the shaft itself, characterized in that it comprises: - a sleeve or bushing (5) fitted to a shaft (11) arranged coaxial to said axis, integral with the shaft itself in the rotation movement around the axis (A1); - an annular body (7) coaxial to said sleeve (5) and engaged thereon so as to be moved longitudinally along the sleeve (5) in correspondence with the rotation of said shaft (11); said annular body (7) being provided with an appendage or projection or nib (71) which, at the two ends of a stroke of predetermined amplitude, intercepts and activates a respective sensor (3) by means of which the rotation is interrupted of the shaft (11) and therefore the translation of the annular body (7).

2. Sensor device according to claim 1, characterized in that said sleeve (5) is externally threaded and that said annular body (7) is internally threaded complementarily to the sleeve (5) itself.

3. Sensor device according to claim 1 and / or 2, characterized in that said sleeve (5) is fixed to the shaft (11) by means of resolvable fastening means (6), so as to allow its fastening in different longitudinally differentiated positions.

4. Sensor device according to claim 3, characterized in that said resolvable fastening means comprise a screw or dowel element (6) inserted in a threaded through hole of said sleeve (5).

5. Sensor device according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises two sensors (3) arranged at the two ends of an interval traveled by said nib (71) in its motion.

6. Sensor device according to claim 5, characterized in that the sensors control an electric motor (10) for driving the shaft (11) whose angular displacement is to be controlled.

7. Sensor device according to claim 5, characterized in that at least one of the two sensors (3) is fixed to a support structure (9) by means of suitable fixing means, so as to allow its assembly in different longitudinally differentiated positions.

8. Sensor device according to claim 7, characterized by the fact that said resolvable fastening means comprise a screw element inserted in a slot (91) presented by said support structure (9).