ITMI20090591A1

ITMI20090591A1 - Durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato.

Info

Publication number: ITMI20090591A1
Application number: IT000591A
Authority: IT
Inventors: Davide Affri
Original assignee: Davide Affri
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-10-11
Also published as: EP2239556A1; IT1393943B1; EP2239556B1

Description

"DUROMETRO DI TIPO UNIVERSALE CON DISPOSITIVO DI LETTURA DELL'IMPRONTA PERFEZIONATO"

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto un durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato.

Un durometro Ã ̈ uno strumento di misura destinato alla misurazione della durezza dei materiali .

Tale misurazione, che consiste nell'effettuare una misurazione geometrica di un'impronta lasciata da un corpo penetratore fatto penetrare nel materiale da testare, Ã ̈ una prova non distruttiva in quanto l'oggetto in esame puÃ², in linea di principio, mantenere inalterate la propria integritÃ e la propria funzionalitÃ .

Qualora la prova di durezza non venisse effettuata su un provino da laboratorio ma su un pezzo meccanico funzionalmente utilizzabile, la prova stessa andrebbe effettuata su aree dove un difetto superficiale, che nello specifico Ã ̈ l'impronta lasciata dal penetratore, non sia di rilevante importanza per la funzionalitÃ del pezzo stesso .

Nell'arco del tempo, l'ingegneria metallurgica ha messo a punto una molteplicitÃ di prove di durezza che si differenziano tra loro sostanzialmente per la modalitÃ con cui viene effettuata la prova di durezza stessa e per il tipo di penetratore utilizzato.

PiÃ¹ precisamente, il principio di funzionamento e la struttura generale di un durometro sono pressochÃ© identici per le varie tipologie di prove: una punta, detta appunto penetratore, viene spinta con una forza nota contro il materiale da testare e, a seconda della durezza del materiale ed inversamente proporzionale ad essa, questo penetra nel materiale per una certa profonditÃ .

Misurando la profonditÃ di penetrazione e/o la dimensione dell'impronta si ha l'indicazione della durezza del materiale.

PiÃ¹ particolarmente, la forma del penetratore, la modalitÃ di applicazione della forza di penetrazione, il valore della forza di penetrazione stessa, il metodo di rilevazione dell'impronta, nonchÃ© la scala di misura utilizzata sono differenti per ogni tipologia di prova .

Tra le prove di durezza di tipo noto, ognuna delle quali Ã ̈ particolarmente adatta a testare una particolare tipologia di materiali, sono note le prove di durezza di tipo Brinell, Vickers, Rockwell e Knoop.

La prova di durezza di tipo Brinell Ã ̈ particolarmente adatta per testare la durezza di materiali metallici non particolarmente duri come, ad esempio, acciai dolci e leghe di alluminio in genere .

In questa tipologia di prova, che Ã ̈ standardizzata da norme internazionali per garantire la comparabilitÃ dei valori di durezza misurati per una corretta valutazione delle caratteristiche dei materiali, il valore di durezza del materiale Ã ̈ ricavato dal rapporto tra il carico applicato e l'area dell'impronta lasciata .

PiÃ¹ precisamente, un penetratole di tipo Brinell Ã ̈ costituito da una sfera di acciaio temprato o metallo duro e la misurazione dell'area dell'impronta lasciata si riduce alla misurazione del diametro medio dell'impronta stessa.

La prova di durezza di tipo Vickers Ã ̈ particolarmente adatta per testare la durezza di materiali metallici molti duri come, ad esempio, acciai temprati ed acciai cementati.

PiÃ¹ precisamente, un penetratore di tipo Vickers Ã ̈ costituito da una piramide retta a base quadrata con angolo al vertice pari a 136° realizzata in diamante e la misurazione dell'area dell'impronta lasciata si riduce alla misurazione delle diagonali dell'impronta stessa.

La prova di durezza di tipo Rockwell Ã ̈ particolarmente adatta per testare la durezza di materiali metallici sia non particolarmente duri come, ad esempio, acciai dolci e leghe di alluminio in genere, sia molti duri come, ad esempio, acciai temprati ed acciai cementati.

In questa tipologia di prova, che Ã ̈ standardizzata da norme internazionali per garantire la comparabilitÃ dei valori di durezza misurati per una corretta valutazione delle caratteristiche dei materiali, il valore di durezza del materiale Ã ̈ ricavato dal rapporto tra il carico applicato e la profonditÃ dell'impronta lasciata .

PiÃ¹ precisamente, la prova di durezza di tipo Rockwell utilizza un penetratore costituito da una sfera in acciaio temprato da 1/16 di pollice per materiali non particolarmente duri ed un penetratore costituito da una punta conica con un'apertura di 120° realizzata in diamante.

Differentemente dalle prove di durezza di tipo Brinell e Vickers, nella prova di durezza di tipo Rockwell la modalitÃ di carico della forza di penetrazione avviene in due fasi: una di precarico durante la quale si azzera la macchina ed una di carico durante la quale si aggiunge al precarico un carico aggiuntivo.

La misurazione dellâ€™area dell'impronta lasciata si effettua misurando la profonditÃ dell'impronta stessa una volta eliminato il carico aggiuntivo .

La prova di durezza di tipo Knoop Ã ̈ particolarmente adatta per testare la durezza di materiali molto duri e fragili come, ad esempio, ceramica e vetro.

PiÃ¹ precisamente, un penetratore di tipo Knoop Ã ̈ costituito da una piramide a base romboidale allungata realizzata in diamante e la misurazione dell'area dell'impronta lasciata si riduce alla misurazione della diagonale maggiore dell'impronta stessa .

Tali prove di durezza di tipo noto descritte appartengono alla categoria di prove che utilizzando come definizione di "durezza" la capacitÃ di un materiale di resistere alla penetrazione da parte di un corpo di un altro materiale piÃ¹ duro basandosi sulla deformazione plastica subita dal materiale testato durante la penetrazione .

Esistono perÃ² altre tipologie di prove che si basano su un concetto di "durezza" che si basa sulla risposta elastica di un materiale che subisce una penetrazione dinamica, ossia con un urto, di un corpo di materiale piÃ¹ duro.

Ãˆ questo il caso della prova di durezza di tipo Shore.

Tale prova, che Ã ̈ particolarmente adatta per testare la durezza di materiali con un alto coefficiente elastico come ad esempio elastomeri e materie plastiche in generale, consiste nel far cadere un corpo pesante di peso noto, nel qual caso una sfera di acciaio o una punta conica in diamante, sul pezzo da testare da un'altezza nota.

Misurando l'altezza del rimbalzo di detto corpo pensante si ottiene un'indicazione della durezza del materiale.

A parte quest 'ultima tipologia di prove di durezza, in linea di massima i durometri di tipo noto consistono in una sorta di pressa dotata di una struttura di sostegno a "C" nella quale il materiale da testare viene poggiato su un piattello di carico, associato tipicamente all'estremitÃ inferiore, mentre dall'alto viene fatto calare il penetratore.

Oggigiorno, il movimento del penetratore Ã ̈ realizzato grazie a mezzi motori in grado di agire in controllo di forza grazie a celle di carico installate tra i mezzi motori ed il penetratore.

In particolare modo, lavorando in controllo di forza, il carico viene applicato gradualmente da un sistema automatizzato eliminando l'intervento dell'uomo ossia eliminando eventuali errori legati alla natura umana.

Per quanto concerne la misura dell'impronta, per effettuare la stessa sono utilizzati dispositivi di lettura micrometrica in grado di proiettare un'immagine dell'impronta lasciata dal penetratore su un display calibrato, per mezzo di sistemi di digitalizzazione o semplicemente per effetto di riflessione ottica tramite specchi, con un fattore d'ingrandimento noto cosÃ¬ da facilitare le operazioni post-penetrazione.

PiÃ¹ precisamente, tali dispositivi di lettura micrometrica consistono in un vero e proprio microscopio installato sul durometro che, nelle versioni piÃ¹ evolute, ha l'asse ottico coincidente con la direzione di penetrazione del penetratore. Ovviamente, in questo caso il durometro Ã ̈ dotato di un sistema di rimozione temporanea del penetratore dal campo visivo del dispositivo di lettura cosÃ¬ da consentire la misurazione dell'impronta successivamente alla penetrazione.

Nel caso delle prove di tipo Rockwell, la misurazione della profonditÃ dell'impronta lasciata dal penetratore si misura con trasduttori di spostamento associati al penetratore che misurano l'affondamento dello stesso nel materiale da testare partendo da una posizione di zero predef inita.

La varietÃ delle tipologie di prove di durezza note, la possibilitÃ di effettuare una stessa tipologia di prova con carichi e penetratori di dimensioni e di forma differenti da test a test, nonchÃ© le differenti resistenze meccaniche alla penetrazione offerte dai vari materiali testabili, portano ad avere un range dimensionale delle impronte ottenibili da dette prove di durezza molto elevato.

Infatti, si puÃ² andare da un'impronta di qualche decina di micron di millimetro, per esempio per un materiale particolarmente duro, ad impronte di qualche millimetro, per esempio per materiali particolarmente dolci.

Al fine di avere durometri universalmente utilizzabili secondo le differenti modalitÃ di prova delle prove di durezza di tipo noto con materiali di differenti durezze, semplicemente cambiando il tipo di penetratore, i dispositivi di lettura micrometrica sono tipicamente dotati di dispositivi di zoom ottico o digitale in grado di ingrandire e/o rimpicciolire l'immagine dell'impronta a seconda della dimensione della stessa per facilitarne la misurazione da parte dell 'utilizzatore.

Tali durometri di tipo noto non sono scevri da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che le misurazioni dell'impronta nonchÃ© il controllo dell'entitÃ del carico applicato sono soggetti ad una serie di errori legati alla natura realizzativa dei dispositivi di lettura micrometrica utilizzati ed al sistema di fissaggio del penetratore alla cella di carico.

PiÃ¹ precisamente, utilizzando dispositivi di zoom ottico, la variazione della posizione reciproca delle lenti costituenti i dispositivi di lettura micrometrica porta ad avere un degradamento della qualitÃ dell'immagine rendendo poco affidabile la misurazione dellâ€™impronta lasciata dal penetratore.

In particolare modo, una variazione della posizione ottimale delle lenti del dispositivo di lettura micrometrica puÃ² portare ad avere una perdita di messa a fuoco, nonchÃ© un aumento delle aberrazioni ottiche il che, tradotto dal punto di vista dell 'utilizzatore, porta ad avere immagini sfuocate e/o deformate.

PiÃ¹ precisamente, qualora si utilizzassero dispositivi di zoom digitale si otterrebbero delle immagini la cui qualitÃ sarebbe strettamente correlata alla risoluzione del dispositivo di zoom digitale utilizzato.

Nel caso di prove di tipo Rockwell la misurazione effettuata dai trasduttori di spostamento associati al penetratore, che tipicamente misurano lo spostamento di tutta la testa di lavoro mobile del durometro sulla quale Ã ̈ montata la cella di carico, andrebbe corretta sulla base delle deformazioni subite dai componenti del durometro interposti tra il penetratore ed il trasduttore di spostamento stesso .

Per quanto riguarda il controllo dell'entitÃ del carico applicato, i componenti del durometro interposti tra il penetratore e la cella di carico influenza tale controllo.

Infatti, tali componenti, essendo soggetti a deformazioni, non trasmettono correttamente il carico applicato dal penetratore alla cella di carico e viceversa, assorbendo parte dell'energia di penetrazione.

Compito precipuo del presente trovato consiste nel realizzare un durometro di tipo universale che permetta l'esecuzione di prove di durezza secondo piÃ¹ tipologie di prove di tipo noto con un'affidabilitÃ sull'esito della prova migliore rispetto a quella della tecnica nota.

Nell'ambito di questo compito uno scopo del presente trovato consiste nel realizzare un durometro di tipo universale con un dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato che consenta l'effettuazione delle misurazioni dell'impronta lasciata dal penetratore secondo le rispettiva modalitÃ di prova risolvendo gli inconvenienti della tecnica nota.

Un altro scopo del presente trovato consiste nel realizzare un durometro di tipo universale con una cella di carico ed un penetratore meccanicamente connessi tra loro in modo tale da risolvere gli inconvenienti della tecnica nota.

Questo compito, nonchÃ© questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato comprendente una struttura principale operativamente associabile ad un campione di materiale di cui misurare la durezza, mezzi di spinta supportati da detta struttura principale ed operativamente connessi ad un penetratore premibile con un carico prestabilito su una superficie di prova di detto campione di materiale lungo una direzione di penetrazione sostanzialmente perpendicolare a detta superficie di prova e mezzi di lettura ottica operativamente associati a detti mezzi di spinta per la rilevazione dell'impronta lasciata da detto penetratore su detta superficie di prova, detti mezzi di lettura ottica comprendendo un asse ottico principale sostanzialmente coincidente con detta direzione di penetrazione, detto penetratore essendo supportato da mezzi di movimentazione per lo spostamento di detto penetratore dal campo visivo di detti mezzi di lettura ottica, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralitÃ di lenti ottiche alternativamente associabili a detti mezzi di lettura ottica per la variazione del fattore d'ingrandimento dell'immagine di detta impronta rilevata da detti mezzi di lettura ottica, dette lenti ottiche essendo operativamente supportate da primi mezzi di selezione per il posizionamento di una di dette lenti ottiche lungo detto asse ottico principale .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dellâ€™impronta perfezionato, secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli allegati disegni, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica parzialmente sezionata di una forma di realizzazione di un durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dellâ€™impronta perfezionato, secondo il trovato;

la figura 2 Ã ̈ un dettaglio in sezione del durometro rappresentato in figura 1 con il penetratore posizionato lungo la direzione di penetrazione ;

la figura 3 Ã ̈ un dettaglio in sezione del durometro rappresentato in figura 1 con il penetratore posizionato al di fuori del campo visivo dei mezzi di lettura ottica;

la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica di una variante del durometro rappresentato in figura 1.

Con riferimento alle figure citate, il durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta peri ezionato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una struttura principale 2 operativamente associabile ad un campione di materiale 3 di cui misurare la durezza e mezzi di spinta 4 supportati dalla struttura principale 2 ed operativamente connessi ad un penetratore 5 premibile con un carico prestabilito su una superficie di prova 6 del campione di materiale 3 lungo una direzione di penetrazione 7 sostanzialmente perpendicolare alla superficie di prova 6.

La struttura principale 2 comprende una colonna 8 portante i mezzi di spinta 4 ed un basamento 9 definente un piano di appoggio 10 sul quale collocare il campione di materiale 3.

PiÃ¹ particolarmente, la colonna 8, che si sviluppa sostanzialmente parallelamente alla direzione di penetrazione 7, Ã ̈ definita da un corpo scatolare contenente almeno una guida verticale 11 operativamente connessa ad un elemento cursore 12 mobile lungo la guida verticale 11 stessa in seguito all'azione di mezzi motori 13 che possono consistere, ad esempio, in un motore elettrico.

PiÃ¹ precisamente, all'elemento cursore 12 Ã ̈ operativamente connessa una testa di lavoro mobile che definisce sostanzialmente i mezzi di spinta 4 e sulla quale Ã ̈ montato il penetratore 5.

Al fine di consentire spostamenti micrometrici della testa di lavoro 4 lungo la direzione di penetrazione 7, la movimentazione dell'elemento cursore 12 puÃ², ad esempio, essere realizzata tramite una guida verticale 11 tubolare sulla cui superficie esterna Ã ̈ realizzata una scanalatura 15 sviluppantesi elicoidalmente e longitudinalmente rispetto alla guida verticale 11 secondo un profilo predefinito.

I mezzi motori 13, mettendo in rotazione la guida verticale 11 rispetto il proprio asse 14 e, grazie ad un opportuno riduttore 16, consentono all'elemento cursore 12, al quale non sono concesse rotazioni rispetto la colonna 8, di muoversi lungo l'asse 14 della guida verticale 11 in quanto presenta denti di scorrimento scorrevolmente inseriti nella scanalatura 15.

Per quanto concerne il piano di appoggio 10, questo consiste in una piastra piana sostanzialmente perpendicolare alla direzione di penetrazione 7 sulla quale collocare il campione di materiale 3.

Vantaggiosamente, come verrÃ maggiormente descritto in seguito, il piano di appoggio 10 puÃ² essere operativamente avvicinato e/o allontanato dal basamento 9, ad esempio tramite di mezzi a vite, per consentire la messa a fuoco di mezzi di lettura ottica 17 atti alla rilevazione dell'impronta 18 lasciata dal penetratore 5 sulla superficie di prova 6.

Qualora il durometro 1 fosse impiegato per fare prove di durezza direttamente su un pezzo meccanico funzionalmente utilizzabile e non su un provino da laboratorio, come nel caso di elementi tubolari 19 di grandi dimensioni, puÃ² essere prevista una variante 20 del basamento 9 comprendente mezzi di ancoraggio 21 all'elemento tubolare 19 e definente un'apertura 22 per consentire al penetratore 5 di penetrare nell'elemento tubolare 19.

In questo caso il durometro 1 puÃ² avere dimensioni e pesi tali da essere facilmente portabile dall 'utilizzatore .

Al fine di non dover ripetere la fase di ancoraggio del durometro 1 all'elemento tubolare 19, qualora si vogliano fare piÃ¹ prove sul medesimo pezzo, la testa di lavoro 4 puÃ² essere dotata di un ulteriore asse di traslazione 60, definito perpendicolarmente all'asse 14 di discesa e/o di risalita della testa di lavoro 4 stessa.

Ovviamente, tale ulteriore grado di libertÃ sarÃ cinematicamente supportato da guide e mezzi di movimentazione di per sÃ© noti al tecnico del ramo e quindi non descritti nel presente contesto.

La testa di lavoro 4, che sporge da una faccia laterale aperta della colonna 8 dotata di due elementi a soffietto 23 e 24 rispettivamente collocati superiormente ed inferiormente alla testa di lavoro 4 stessa cosÃ¬ da impedire a polvere ed a corpi estranei dÃ¬ entrare all'interno della colonna 8, supporta i mezzi di lettura ottica 17, mezzi di illuminazione 26 dell'impronta 18 ed almeno una cella di carico 27 interposta tra il penetratore 5 e la testa di lavoro 4 stessa per il controllo dinamico del carico applicato al penetratore 5.

I mezzi di lettura ottica 17 comprendono almeno un primo sensore digitale di immagini 28, che puÃ² ad esempio consistere in un sensore di tipo CCD, per la cattura dell'immagine dell'impronta 18 ed almeno una lente ottica fissa 29 collocati, rispettivamente, alle estremitÃ di un cannotto 30 operativamente supportato dalla testa di lavoro 4.

PiÃ¹ precisamente, il cannotto 30 Ã ̈ orientato con il proprio asse, che coincide con l'asse ottico principale 31 dei mezzi di lettura ottici 17, sostanzialmente parallelo alla direzione di penetrazione 7.

Come verrÃ maggiormente descritto in seguito, al fine di avere un durometro 1 adatto alla lettura di impronte 18 con un range dimensionale molto variabile, puÃ² essere previsto almeno un secondo sensore digitale di immagini 59 per la cattura dell'immagine dell'impronta 18 in modo tale da essere intercambiabile con il primo sensore digitale di immagini 28.

In questo caso, il primo sensore digitale di immagini 28 ed il secondo sensore digitale di immagini 59, che puÃ² consistere anch'esso in un sensore di tipo CCD ma con risoluzione differente dal primo sensore digitale di immagini 28, possono essere associati a mezzi di selezione 61, di per sÃ© noti al tecnico del ramo e quindi non descritti nel presente contesto, per il posizionamento di uno dei due lungo l'asse ottico principale 31.

Per quanto concerne i mezzi di illuminazione 26, questi comprendono una sorgente luminosa 32, che puÃ² ad esempio consistere in un LED, definente un fascio luminoso 33 sostanzialmente orientato verso e radialmente rispetto all'asse ottico principale 31 ed almeno una lamina semiriflettente 34 alloggiata internamente alla cella di carico 27.

Vantaggiosamente, la lamina semiriflettente 34 Ã ̈ inclinata sostanzialmente a 45° rispetto all'asse ottico principale 31 e definisce una prima superficie riflettente 35 per la riflessione del fascio luminoso 33 in direzione dell'impronta 18 ed una seconda superficie trasparente 36 per la cattura dell'immagine da parte di uno tra i sensori digitali.

PiÃ¹ precisamente, come verrÃ maggiormente descritto in seguito, il fascio luminoso 33 proiettato sull'impronta 18 viene riflesso verso il sensore digitale di immagini 28 o 59 attraversando la lamina semiriflettente 34.

Secondo il trovato, al fine di avere un'ottica in grado di far variare il fattore d'ingrandimento dell'immagine dell'impronta 18 cosÃ¬ da avere un'alta attendibilitÃ delle misurazioni dell'impronta 18 nonostante l'elevato range dimensionale che le stesse impronte possono avere, il durometro 1 comprende una pluralitÃ di obiettivi ottici 37 alternativamente associabili ai mezzi di lettura ottica 17 ed operativamente supportate da mezzi di selezione 38 per il posizionamento di uno degli obiettivi ottici 37 lungo lâ€™asse ottico principale 31.

PiÃ¹ precisamente, i mezzi di selezione 38 comprendono almeno un primo tamburo rotante 39 portaobiettivi girevolmente associato al cannotto 30 attorno ad un primo asse di rotazione 40 sostanzialmente parallelo ed eccentrico rispetto all'asse ottico principale 31 per il posizionamento di uno degli obiettivi ottici 37 in corrispondenza dellâ€™asse ottico principale 31.

Tale primo tamburo rotante 39 puÃ² essere ruotato manualmente o automaticamente per mezzo di mezzi motori, di per sÃ© noti al tecnico del ramo e quindi non descritti, o manualmente dall 'utilizzatore del durometro 1.

Ovviamente, al fine di rendere tale sovrapposizione otticamente corretta, gli obiettivi ottici 37 sono supportati dal primo tamburo rotante 39 con i loro assi ottici 41 sostanzialmente paralleli al primo asse di rotazione 40 per la loro sovrapposizione alternata con l'asse ottico principale 31.

In una possibile variante del durometro 1 non rappresentata, i mezzi di selezione 38 possono comprendere almeno un secondo tamburo rotante portaobiettivi, girevolmente associato al cannotto 30 attorno ad un secondo asse di rotazione sostanzialmente perpendicolare rispetto all'asse ottico principale 31 per il posizionamento di uno degli obiettivi ottici 37 in corrispondenza dell'asse ottico principale 31.

In un'altra possibile variante del durometro 1 non rappresentata, i mezzi di selezione 38 possono comprendere almeno una slitta portaobiettivi, scorrevolmente associata al cannotto 30 lungo una direzione sostanzialmente perpendicolare all'asse ottico principale 31 per il posizionamento di uno degli obiettivi ottici 37 in corrispondenza dello stesso asse ottico principale 31.

Ovviamente, in entrambe le varianti, gli obiettivi ottici 37 saranno supportati, rispettivamente, dal secondo tamburo rotante o dalla slitta portaobiettivi con i loro assi ottici 41 sostanzialmente orientati radialmente rispetto al secondo asse di rotazione o sostanzialmente paralleli allâ€™asse ottico principale 31 per la loro sovrapposizione alternata con l'asse ottico principale 31.

Per quanto riguarda la cella di carico 27, questa comprende una prima porzione 42 sostanzialmente conformata a perno cavo all'interno della quale Ã ̈ inserita la lamina semiriflettente 34 ed una seconda porzione 43 sostanzialmente conformata ad anello e radialmente esterna alla prima porzione 42.

Tali porzioni 42 e 43 sono sostanzialmente coassiali tra di loro, operativamente associabili, rispettivamente, al penetratore 5, il cui asse durante la fase di penetrazione Ã ̈ coincidente con la direzione di penetrazione 7, ed alla testa di lavoro 4 e reciprocamente interconnesse tra loro da una pluralitÃ di razze 44 associate ad elementi sensÃ¬bili 45 per la misurazione del carico applicato che possono consistere, ad esempio, in trasduttori di forza come estensimetri e simili.

PiÃ¹ precisamente, il penetratore 5 non Ã ̈ montato direttamente sulla cella di carico 27 ma Ã ̈ supportato da mezzi di movimentazione 46 comprendenti un corpo portapenetratore 47 operativamente supportante il penetratore 5 e girevolmente associato alla prima porzione 42 lungo un asse d'incernieramento 48 sostanzialmente perpendicolare all'asse ottico principale 31 per lo spostamento del penetratore 5 dal campo visivo dei mezzi di lettura ottica 17.

PiÃ¹ precisamente, il corpo portapenetratore 47 ha una struttura sostanzialmente a C con le estremitÃ della C incernierate alla porzione 42 della cella di carico 27 e con la parte centrale della C fissata al penetratore 5 con l'asse di quest'ultimo sostanzialmente perpendicolare all'asse d'incernieramento 48.

La movimentazione del corpo portapenetratore 47, che avviene in opposizione all'azione di mezzi elastici di richiamo, puÃ² essere realizzata da mezzi attuatori 49 agenti sullo stesso corpo portapenetratore 47 per la rotazione del penetratore 5 rispetto all'asse ottico principale 31 .

Vantaggiosamente, tali mezzi attuatori 49, che possono essere alloggiati nella testa di lavoro 4, comprendono un motore elettrico 50 di piccole dimensioni operativamente associato ad una camma 51 agente su una leva 63 operativamente associata ad un'asticella 52 la quale, scorrendo verticalmente in un'apposita canalina 53 definita dalla testa di lavoro 4 in opposizione ad altri mezzi elastici di richiamo 62, spinge su un'aletta sporgente 54 del corpo portapenetratore 47 realizzando la rotazione di quest'ultimo.

In una possibile ulteriore variante del durometro 1, i mezzi attuatori 49 possono comprendere un solenoide alimentabile elettricamente in cui il nucleo mobile ferromagnetico svolge la medesima funzione dell'asticella 52.

Tale ultima soluzione sarebbe perÃ² non preferibile al sistema precedentemente descritto in quanto lo spostamento dell'asticella 52, in seguito alla rotazione della camma 51, Ã ̈ maggiormente modulabile rispetto alla forza elettromotrice generabile da un solenoide che provoca generalmente un movimento del nucleo mobile ad impulso ossia provocherebbe un urto.

Qualora la modalitÃ di prova prevedesse la misurazione della profonditÃ dell'impronta 18 e non la misurazione della superficie della stessa, come per esempio con le prove di durezza di tipo Rockwell, tale misura di profonditÃ puÃ² essere effettuata per mezzo di un sensore laser interf erometrico 55 abbinato ad un rispettivo target a sfera 25 collocati, rispettivamente, coassialmente all'asse ottico principale 31 ed al penetratore 5.

PiÃ¹ precisamente, il sensore laser interf erometrico 55 Ã ̈ operativamente associato alla colonna portante 8 ed il target a sfera 25 Ã ̈ solidale al corpo portapenetratore 47 in modo tale che il fascio luminoso generato dal sensore laser interi erometrico 55 segua l'asse ottico principale 31 per poter misurare la profonditÃ con cui il penetratore 5 penetra nel campione di materiale 3.

Oltre alle componenti meccaniche ed ottiche finora descritte, il durometro 1 Ã ̈ dotato di una componentistica elettronica ed informatica atta alla gestione del durometro 1 stesso nonchÃ© all'interfaccia con 1 'utilizzatore ed all'elaborazione delle misurazioni effettuate.

Per esempio, il durometro 1 puÃ² essere dotato di una o piÃ¹ tastiere 56 e di un monitor 57 tramite i quali 1'utilizzatore puÃ² impostare la modalitÃ di prova e visionare l'impronta 18 ingrandita del fattore d'ingrandimento selezionato o visionare l'avanzamento di penetrazione del penetratore 5 nel campione di materiale 3 e misurare cosÃ¬ la dimensione o la profonditÃ dell'impronta 18.

Ovviamente, tale componentistica elettronica ed informatica comprenderÃ sistemi di elaborazione dati rilevati dalla cella di carico 27 e dell'immagine catturata dai mezzi di lettura ottica 17 o, eventualmente, dal sensore laser interf erometrico 55, necessari al controllo del carico applicato ed alla movimentazione delle componenti mobili del durometro 1, nonchÃ© tutti gli accorgimenti tecnici, come ad esempio un pulsante d'emergenza 58 e simili, tipici delle macchine di prova.

Il funzionamento del durometro 1 di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato Ã ̈ di seguito descritto.

Collocato il campione di materiale 3 sul piano di appoggio 10, a seconda della tipologia di prova da effettuare, si seleziona l'obiettivo ottico 37 piÃ¹ appropriato da utilizzare per la lettura dell'impronta 18 ed il sensore di immagini 28 o 59 piÃ¹ appropriato qualora ne sia previsto piÃ¹ di uno .

Definita dunque l'intera ottica che si utilizzerÃ per la rilevazione dell'impronta 18, la testa di lavoro 4 viene fatta avvicinare o allontanare in modo tale da mettere a fuoco la superficie di prova 6.

Impostate le modalitÃ di aumento del carico da applicare nonchÃ© gli eventuali altri parametri tipici di una prova di durezza, si effettua la prova .

In tale fase la testa di lavoro 4 scenderÃ facendo penetrare il penetratore 5 che, differentemente dalla fase di messa a fuoco, occupa il campo visivo dei mezzi di lettura ottica 17, nel campione di materiale 3 con un controllo continuo tra il carico effettivamente applicato e quello impostato.

Tale controllo Ã ̈ reso possibile grazie alla deformazione degli estensimetri 45 inseriti nella cella di carico 27 che mandano in tempo reale un segnale ad unitÃ di controllo che lo confronta con un valore di riferimento corrispondentemente al carico preimpostato.

In questo modo si realizza un controllo in anello chiuso.

Raggiunto quindi il valore di carico preimpostato, viene fatta risalire la testa di lavoro 4 fino alla posizione iniziale dove erano stati messi a fuoco i mezzi di lettura ottica 17.

Spostando il corpo portapenetratore 47 dal campo visivo dell'ottica del durometro 1 si procede con l'acquisizione dell'immagine e quindi alla sua misurazione dell'impronta 18 per il calcolo del valore di durezza corrispondentemente alla tipologia di prova effettuata.

Tale acquisizione Ã ̈ resa particolarmente facilitata grazie ai mezzi di illuminazione 26 che illuminano localmente l'impronta 18.

Qualora il durometro 1 fosse utilizzato per effettuare una prova di durezza di tipo Rockwell, una volta effettuata la penetrazione la testa di lavoro 4 viene fatta risalire fino a riportare il carico applicato pari al valore di precarico tipico di questa tipologia di prova e, per mezzo del sensore laser interferometrico 55, si effettua la misurazione della profonditÃ dell'impronta 18 per il calcolo del valore di durezza corrispondentemente alla tipologia di prova effettuata .

Si Ã ̈ in pratica constatato come il durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato, secondo il presente trovato, assolva pienamente il compito nonchÃ© gli scopi prefissati in quanto consente di effettuare piÃ¹ tipologie di prove di durezza mantenendo un'attendibilitÃ delle misure effettuate migliore rispetto la tecnica nota.

Un altro vantaggio del durometro secondo il presente trovato consiste nel fatto di essere una macchina particolarmente snella e leggera cosÃ¬ da essere facilmente trasportabile.

PiÃ¹ precisamente, l'area d'ingombro necessaria alla manovra di scambio tra penetratore e ottica Ã ̈ stata ridotta ai minimi termini per lasciare il massimo spazio disponibile all'operatore durante la fase di prova cosÃ¬ da poter raggiungere punti fino a prima difficoltosi da testare).

Il durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato, cosÃ¬ concepito, Ã ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti .

In pratica, i materiali impiegati, purchÃ© compatibili con l'uso specifico, nonchÃ© le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica .

Claims

R IV E N D I C A Z I O N I 1. Durometro di tipo universale con dispositivo di lettura dell'impronta perfezionato, comprendente una struttura principale (2) operativamente associabile ad un campione di materiale (3) di cui misurare la durezza, mezzi di spinta (4) supportati da detta struttura principale (2) ed operativamente connessi ad un penetratore (5) premibile con un carico prestabilito su una superficie di prova (6) di detto campione di materiale (3) lungo una direzione di penetrazione (7) sostanzialmente perpendicolare a detta superficie di prova (6) e mezzi di lettura ottica (17) operativamente associati a detti mezzi di spinta (4) per la rilevazione dell'impronta (18) lasciata da detto penetratore (5) su detta superficie di prova (6), detti mezzi di lettura ottica (17) comprendendo un asse ottico principale (31) sostanzialmente coincidente con detta direzione di penetrazione (7) e detto penetratore (5) essendo supportato da mezzi di movimentazione (46) per lo spostamento di detto penetratore (5) dal campo visivo di detti mezzi di lettura ottica (17), caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralitÃ di obiettivi ottici (37) alternativamente associabili a detti mezzi di lettura ottica (17) per la variazione del fattore d'ingrandimento dell'immagine di detta impronta (18) rilevata da detti mezzi di lettura ottica (17), detti obiettivi ottici (37) essendo operativamente supportati da primi mezzi di selezione (38) per il posizionamento di uno di detti obiettivi ottici (37) lungo detto asse ottico principale (31).
2. Durometro, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di lettura ottica (17) comprendono almeno un primo sensore digitale di immagini (28) per la cattura di detta immagine ed almeno una lente ottica fissa (29) collocati, rispettivamente, alle estremitÃ di un cannotto (30) operativamente supportato da detti mezzi di spinta (4), detto cannotto (30) avendo il proprio asse sostanzialmente coincidente con detto asse ottico principale (31).
3. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di lettura ottica (17) comprendono almeno un secondo sensore digitale di immagini (59) per la cattura di detta immagine intercambiabile con detto almeno un primo sensore digitale di immagini (28), detto almeno un primo sensore digitale di immagini (28) e detto almeno un secondo sensore digitale di immagini (59) essendo associati a secondi mezzi di selezione (38) per il posizionamento di uno tra detto almeno un primo sensore digitale di immagini (28) e detto almeno un secondo sensore digitale di immagini lungo detto asse ottico principale (31).
4. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di illuminazione (26) di detta impronta (18) operativamente supportati da detto cannotto (30).
5. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di illuminazione (26) comprendono una sorgente luminosa (32) definente un fascio luminoso (33) sostanzialmente orientato verso e radialmente rispetto a detto asse ottico principale (31) ed almeno una lamina semiriflettente (34) alloggiata internamente a detta cella di carico (27), inclinata rispetto a detto asse ottico principale (31) e definente una prima superficie riflettente (35) per la riflessione di detto fascio luminoso (33) in direzione di detta impronta (18) ed una seconda superficie trasparente (36) per la cattura di detta immagine da parte di uno tra detto almeno un primo sensore digitale di immagini (28) e detto almeno un secondo sensore digitale di immagini.
6. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di selezione (38) comprendono almeno un primo tamburo rotante (39) portaobiettivi, girevolmente associato a detto cannotto (30) attorno ad un primo asse di rotazione (40) sostanzialmente parallelo ed eccentrico rispetto a detto asse ottico principale (31), per il posizionamento di uno di detti obiettivi ottici (37) in corrispondenza di detto asse ottico principale (31), detti obiettivi ottici (37) essendo supportati da detto primo tamburo rotante (39) con i loro assi ottici sostanzialmente paralleli a detto primo asse di rotazione (40) per la loro sovrapposizione alternata con detto asse ottico principale (31).
7. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una cella di carico (27) interposta tra detti mezzi di spinta (4) e detto penetratore (5) per il controllo dinamico del carico applicato a detto penetratore (5).
8. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta almeno una cella di carico (27) comprende una prima porzione (42) sostanzialmente conformata a perno cavo ed orientata coassialmente a detto asse ottico principale (31) ed una seconda porzione (43) sostanzialmente conformata ad anello e radialmente esterna a detta prima porzione (42), detta prima porzione (42) e detta seconda porzione (43) essendo sostanzialmente coassiali tra di loro, operativamente associabili, rispettivamente, a detto penetratore (5) ed a detti mezzi di spinta (4) e reciprocamente interconnesse tra loro da una pluralitÃ di razze (44) associate ad elementi sensibili (45) per la misurazione di detto carico applicato .
9. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che mezzi di movimentazione (46) comprendono un corpo portapenetratore (47) operativamente supportante detto penetratore (5) e girevolmente associato a detta prima porzione (42) lungo un asse d 'incernieramento (48) sostanzialmente perpendicolare a detto asse ottico principale (31) per lo spostamento di detto penetratore (5) da detto campo visivo in opposizione a mezzi elastici di richiamo.
10. Durometro, secondo una o piÃ¹ delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi attuatori (49) agenti su detto corpo portapenetratore (47) per la rotazione di detto penetratore (5) rispetto a detto asse ottico principale (31).