ITTO20100896A1 - Procedimento per rilevare lo spessore delle pareti di manufatti cavi di materiale non ferromagnetico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per rilevare lo spessore delle pareti di manufatti cavi di materiale non ferromagnetico"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per rilevare lo spessore delle pareti di manufatti cavi, in particolare ma non esclusivamente manufatti cavi ed allungati, aventi sezioni di qualsiasi forma, quali ad esempio tubazioni, prese d’aria per motori, alberi cavi per imbarcazioni, ecc. Il procedimento à ̈ applicabile a manufatti realizzati in materiali non ferromagnetici, quali ad esempio i materiali compositi in fibra di carbonio, l’alluminio, il legno, ecc.

La presente invenzione à ̈ stata sviluppata nell’ambito della costruzione di aeromobili, allo scopo di misurare lo spessore delle pareti dei corpi cavi allungati che sono utilizzati nella fabbricazione di travi in materiale termoindurente polimerizzabile rinforzato di fibre (o “materiale composito†), quali longheroni di ali e travi di fusoliera. L’utilizzo di corpi cavi allungati del tipo suddetto à ̈ descritto nel brevetto US 5454895, relativo ad un procedimento per fabbricare una struttura scatolare composita. Il procedimento prevede la predisposizione di corpi cavi, di forma allungata, fatti di materiale composito, che vengono avvolti in un sacco tubolare impermeabile. Per tenere sotto controllo le variazioni di temperatura del materiale composito mentre viene polimerizzato in autoclave, occorre conoscere con precisione l’inerzia termica, e quindi lo spessore, delle pareti dei corpi cavi in diversi punti. I corpi cavi hanno generalmente una sezione trasversale rettangolare o trapezia ed una lunghezza considerevole (tipicamente 10-12 m). La loro superficie esterna viene fresata per renderla quanto più possibile liscia e precisa, ma la loro superficie interna, di forma irregolare, non à ̈ nota, e quindi neanche lo spessore della parete dell’inserto.

Lo spessore della parete di un corpo cavo del tipo suddetto non può essere misurato con precisione utilizzando strumenti ad ultrasuoni; il materiale composito grezzo di cui à ̈ fatto l’inserto ha infatti una porosità tale da disperdere il segnale ultrasonoro e quindi rendere inaffidabile la misurazione. È stato anche proposto di rilevare lo spessore delle pareti misurando le correnti di Foucault indotte in una piastra conduttiva mantenuta a contatto con la superficie interna della parete. La piastra deve però avere una dimensione considerevole, per cui essa tende ad appoggiarsi sulle creste della superficie interna, falsando il risultato.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di ovviare ai limiti della tecnica nota sopra discussa e di misurare in modo affidabile, e con uno strumento semplice ed economico, gli spessori delle pareti di corpi cavi di materiale non ferromagnetico.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un procedimento come definito nelle rivendicazioni annesse.

Verrà ora descritta una forma di attuazione preferita del procedimento secondo l’invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista schematica, in sezione trasversale, di un manufatto cavo del quale si vuole misurare lo spessore delle pareti,

la figura 2 Ã ̈ una vista schematica ingrandita in sezione di un dispositivo di misurazione applicato sulle due superfici opposte di una parete del manufatto cavo della figura 1; e

la figura 3 Ã ̈ un diagramma che riporta lo spessore della parete in funzione della forza magnetica richiesta per allontanare tra loro due magneti portati dal dispositivo della figura 2 su lati opposti della parete che viene misurata.

Facendo riferimento alle figure, con 10 à ̈ indicata una parete della quale si desidera misurare, in più punti, lo spessore. La parete 10 à ̈, in questo esempio, una parete di un corpo o manufatto cavo allungato 11, illustrato schematicamente nella figura 1. Secondo una delle applicazioni possibili, il corpo cavo 11 può tipicamente essere un inserto del tipo correntemente utilizzato in autoclave associato ad un’attrezzatura di formatura (non illustrata) e destinato ad essere avvolto in un sacco tubolare impermeabile (non illustrato) per conferire a questo una determinata forma. Si deve intendere che l’invenzione non à ̈ limitata ai dettagli costruttivi della forma di realizzazione presentata nella descrizione che segue o illustrata nei disegni; inoltre, l’invenzione à ̈ applicabile per la misurazione degli spessori di pareti di corpi cavi aventi forme, dimensioni e settori tecnici di pertinenza diversi da quelli qui illustrati, ad esempio tubi di sezione anulare.

Il corpo cavo 11, o almeno la parete 10, à ̈ di un materiale non ferromagnetico. Il corpo cavo 11 può tipicamente essere fatto di materiale termoindurente polimerizzato rinforzato di fibre (o “materiale composito†). Indicativamente, lo spessore della parete 10, irregolare, può variare tra circa 1 mm e circa 15 mm. La parete 10 presenta una superficie interna 10a affacciata su una cavità 11a del corpo cavo 11, ed una superficie esterna 10b sulla faccia opposta della parete 10.

Il dispositivo di misurazione illustrato schematicamente nella figura 2 include un pattino 12 interno al corpo cavo 11 ed un pattino esterno 13. Il pattino interno 12 à ̈ trattenuto e trascinato lungo la superficie interna 10a della parete 10 per mezzo del pattino esterno 13, il quale poggia contro la superficie esterna 10b della parete 10 e può essere mosso manualmente, facendolo scorrere sulla superficie esterna 10b. I due pattini 12, 13 sono accoppiati magneticamente.

L’invenzione si basa sul principio secondo cui l’intensità del campo magnetico tra due monopoli magnetici decresce con l’aumentare della loro distanza reciproca. Lo spessore della parete 10 viene ricavato misurando la forza necessaria per allontanare tra loro due elementi costituenti una coppia di elementi che si attraggono magneticamente. In una forma di realizzazione preferita, questa coppia di elementi à ̈ costituita da una coppia di magneti permanenti 14, 15. Viene misurata la forza necessaria per allontanare un primo magnete 14, spostabile insieme al pattino esterno 13, da un secondo magnete 15 spostabile con il pattino interno 12. Spostando il pattino esterno 13 lungo la superficie esterna della parete, il pattino interno 12 viene trascinato per attrazione magnetica così da seguire gli spostamenti del pattino esterno. In questo modo si possono rilevare gli spessori in qualsiasi punto delle pareti del corpo cavo 11. Secondo un’altra forma di attuazione, uno solo dei due elementi 14, 15 à ̈ un magnete permanente, ad esempio l’elemento 14 sul pattino esterno 13, mentre l’altro elemento 15 della coppia à ̈ costituito da un blocco di materiale ferromagnetico, ad esempio ferro, acciaio o nickel.

I pattini 12 e 13, che nella particolare forma di attuazione illustrata nel disegno sono provvisti di rotelle o sfere 16 atte a rotolare sulle superfici 10a e 10b, presentano ciascuno uno o più elementi 17, 18 che si attraggono reciprocamente in modo magnetico, distribuiti sia sul pattino esterno e sia sul pattino interno. Nella forma di realizzazione preferita, tutti gli elementi 17, 18 sono magneti permanenti. In alternativa, alcuni di tali elementi possono essere magneti permanenti, mentre gli altri elementi sono blocchi di materiale ferromagnetico, comunque atti ad essere attratti magneticamente dai magneti permanenti disposti sull’altro pattino. Il numero e la disposizione di questi elementi, qui definiti “magneti di trascinamento†, à ̈ variabile a seconda delle esigenze. Essi potranno essere incorporati nei pattini, oppure fissati o vincolati o semplicemente collocati sui due pattini 12, 13. In alternativa alle ruote o sfere 16 si potranno usare altri elementi di rotolamento, ad esempio rulli, oppure altri elementi atti a ridurre l’attrito dei pattini contro la parete 10, ad esempio uno strato di materiale a basso attrito, quale il PTFE.

I magneti di trascinamento si attraggono in modo tale da far sì che allo spostamento impartito al pattino esterno 13 sulla superficie esterna 10b corrisponda un uguale spostamento del pattino interno 12 sulla superficie interna 10a. In altri termini, il pattino interno segue gli spostamenti del pattino esterno, e i due pattini si trovano sempre l’uno vicino all’altro, separati solamente dalla parete 10.

I magneti 14, 15 servono, come detto, per la misurazione della forza magnetica di attrazione reciproca. Il magnete di misurazione interno 15 à ̈ accolto nel pattino interno in modo scorrevole in una direzione sostanzialmente perpendicolare (in condizioni di uso) al piano in cui si estende la parete 10 nel punto considerato. Secondo una forma di realizzazione, il magnete 15 à ̈ accolto con un certo gioco in una sede o alloggiamento 19 di forma corrispondente, ad esempio di forma cilindrica, aperto verso la parete da misurare e preferibilmente à ̈ ostruito dalla parte opposta da un elemento di arresto 20 che serve ad impedire che il magnete 15 cada all’interno della cavità del corpo 11, ad esempio quando il pattino interno si trova sotto una porzione orizzontale della parete da misurare, come nella condizione illustrata nella figura 2.

L’alloggiamento 19 à ̈ aperto in direzione della parete 10 così da permettere al magnete 15 di pervenire e restare a contatto contro la superficie interna 10a, per effetto della forza di attrazione scambiata con il magnete di misurazione esterno 14.

La posizione del magnete di misurazione esterno 14 sul pattino esterno à ̈ regolabile nel senso dello spessore della parete da misurare. Nella forma di realizzazione illustrata, il magnete 14 à ̈ accolto in una sede 23 che si estende perpendicolarmente alla parete 10 per consentire e guidare i movimenti del magnete rispetto al pattino 13. Nella particolare forma di attuazione illustrata, il magnete 14 ha forma cilindrica ed à ̈ accolto con un leggero gioco trasversale nella sede 23, anch’essa cilindrica. Il magnete 14 à ̈ portato da un elemento di regolazione 21, preferibilmente un elemento di regolazione a vite, che si impegna in un foro filettato 22 ricavato in un elemento di supporto a ponte 25 del pattino esterno 13.

Tra la vite di regolazione 21 e il magnete esterno 14 Ã ̈ interposto un trasduttore di forza, in questo esempio un dinamometro digitale disponibile in commercio 24, rappresentato schematicamente, atto a misurare la forza necessaria per staccare il magnete esterno 14 dalla superficie esterna del manufatto, vincendo la forza di attrazione esercitata tra i magneti 14 e 15. Il trasduttore 24 Ã ̈ vincolato sia alla vite 21 e sia al magnete esterno 14.

Per misurare lo spessore della parete 10 in un determinato punto, si fa scorrere manualmente il pattino esterno 13 sulla la superficie esterna 10b della parete fino a raggiungere il punto desiderato. Il pattino interno 12 segue lo scorrimento di quello esterno 13, per effetto della forza di attrazione scambiata tra i magneti di trascinamento esterni 17 e interni 18. Raggiunta la posizione voluta, il magnete di misurazione interno 15 Ã ̈ a contatto con la superficie interna 10a della parete.

Si svita la vite 21 lentamente, per sollevare il dinamometro 24 insieme al magnete di misura esterno 14, in contrasto alla forza di attrazione esercitata tra questo e il magnete di misura interno 15. Agendo sulla vite 21, si porta così il magnete esterno 14 ad una distanza predeterminata (in questo esempio 0,5 mm) dalla superficie 10b della parete 10 e a quella distanza predeterminata si rileva, tramite il dinamometro 24, la forza di attrazione magnetica scambiata tra i due magneti 14 e 15 in tale posizione. In altre parole, il dinamometro 24 misura la forza di trazione che viene impartita tramite la vite 21 per sollevare il magnete di misura esterno 14 alla distanza predeterminata, allontanandolo dalla superficie esterna 10b. Il valore numerico della forza di attrazione magnetica viene quindi letto su un display 24a del dinamometro 24 nel momento in cui il magnete di misura esterno 14 raggiunge la suddetta distanza predeterminata (in questo esempio 0,5 mm) dalla superficie esterna 10b della parete 10.

Il raggiungimento della suddetta distanza predeterminata può essere rilevato in diversi modi. Nell’esempio illustrato, tale distanza viene rilevata tramite un microinterruttore elettrico a relà ̈ 26 montato sul pattino esterno 13. Il microinterruttore 26 viene commutato tramite un perno 27 che sporge dalla sommità del magnete 14 e che perviene a contatto con il microinterruttore 26 quando il magnete 14 viene sollevato alla suddetta distanza predeterminata (0,5 mm) al di sopra della dalla superficie 10b. In altre forme di realizzazione dell’invenzione (non illustrate), la commutazione dell’interruttore o microinterruttore potrà essere effettuata secondo svariate modalità diverse da quella qui illustrata, ad esempio disponendo diversamente il microinterruttore rispetto al magnete mobile 14.

Il valore dello spessore locale della parete 10 viene determinato utilizzando una curva di taratura (figura 3), sulla quale sono riportati valori di forza e relativi spessori ricavati in precedenza. La curva di taratura, che à ̈ specifica per il dispositivo di misurazione utilizzato, esprime il valore dello spessore della parete in funzione della forza misurata. La curva di taratura può essere ottenuta eseguendo il procedimento sopra descritto su campioni di taratura aventi spessori noti e fatti dello stesso materiale della parete che viene misurata. In un’altra forma di realizzazione (non illustrata), il dinamometro à ̈ dotato di un software nel quale sono “mappate†una o più curve di taratura per uno o più materiali di cui può essere fatta la parete 10.

Nella forma di attuazione illustrata, il dinamometro 24 à ̈ dotato di un mezzo di segnalazione luminoso e/o acustico 28, ad esempio un LED che viene acceso quando il microinterruttore 26 viene chiuso. Con la chiusura del microinterruttore si applica la tensione della batteria (non illustrata) che alimenta il dinamometro al LED 28, accendendolo. Appena questo si accende, l’operatore smette di agire sulla vite 21 ed esegue la lettura del dinamometro. Il valore numerico visualizzato in quel momento sul display à ̈ il valore di forza indicativo dello spessore della parete 10 in quel punto.

Si intende che l'invenzione non à ̈ limitata alla forma di attuazione qui descritta ed illustrata, che à ̈ da considerarsi come un esempio; l’invenzione à ̈ invece suscettibile di modifiche relative a forma e dimensioni, disposizioni di parti e materiali usati. Gli elementi magnetici 14, 15 possono vantaggiosamente essere di dimensioni compatte, così da pervenire a contatto con la parete, insinuandosi tra rilievi e creste di questa.

Si apprezzerà inoltre che la disposizione dei magneti di trascinamento, fissati a coppie su ciascun pattino da parti opposte rispetto alla posizione del magnete di misurazione, non à ̈ indispensabile ma solo preferenziale, allo scopo di rendere simmetrica la disposizione delle forze magnetiche rispetto al magnete di misurazione. Questo per equilibrare meglio il pattino interno e per mantenerlo sempre orientato adiacente alla superficie interna della parete, sia che lo si sposti in avanti o all’indietro.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per rilevare lo spessore delle pareti di manufatti cavi di materiale non ferromagnetico, in particolare corpi cavi allungati di materiale composito in fibra di carbonio, comprendente le fasi di: a1) predisporre un manufatto cavo (11) avente almeno una parete (10) di materiale non ferromagnetico con una superficie esterna (10b) ed una superficie interna (10a) affacciata su una cavità (11a) del manufatto (11); a2) predisporre due pattini (12, 13), comprendenti: - una prima coppia di elementi (14, 15) reciprocamente attratti magneticamente, dove detta prima coppia include almeno un magnete permanente accolto in una sede di uno dei due pattini (13 o 12), ed almeno un secondo magnete permanente o un secondo blocco di materiale ferromagnetico, accolto in una sede dell’altro dei due pattini (12 o 13); - almeno una seconda coppia di elementi reciprocamente attratti magneticamente (17, 18), dove detta seconda coppia include un magnete permanente collocato a bordo di uno dei due pattini (13 o 12), ed almeno un secondo magnete permanente o un secon do blocco di materiale ferromagnetico, collocato a bordo dell’altro dei due pattini (12 o 13); b1) disporre sulla superficie interna (10a) della parete uno (12) dei due pattini, in modo tale per cui il rispettivo elemento (15) della prima coppia di elementi (14, 15) à ̈ libero di contattare la superficie interna (10a), e b2) disporre sulla superficie esterna (10b) l’altro (13) dei due pattini, in modo tale per cui il rispettivo elemento (14) della prima coppia di elementi (14, 15) à ̈ libero di contattare la superficie esterna (10b) per effetto della forza di attrazione magnetica scambiata reciprocamente con l’altro elemento (15) della prima coppia (14, 15); c) spostare manualmente il pattino esterno (13) sulla superficie esterna (10b) ad un punto predeterminato dove si desidera rilevare lo spessore di parete, per cui il pattino interno (12) segue sulla superficie interna (10a) i movimenti del pattino esterno (13) per effetto della forza di attrazione magnetica scambiata reciprocamente tra gli elementi della seconda coppia (17, 18); d) misurare, tramite un dispositivo trasduttore (24) montato sul pattino esterno (13) e collegato meccanicamente al relativo elemento (14) della prima coppia, la forza necessaria per staccare questo elemento (14) dalla superficie esterna (10b); e e) ricavare, sulla base della forza misurata, il valore dello spessore della parete (10) in quel punto predeterminato.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la fase d) comprende la fase di d1) allontanare gradualmente l’elemento (14) sul pattino esterno (13) dalla superficie esterna (10b) fino ad una distanza predeterminata, e rilevare, tramite un trasduttore di forza (24) collegato meccanicamente all’elemento (14) e al pattino esterno (13), la forza di attrazione con cui l’elemento (14) à ̈ attratto verso la parete (10) a tale distanza predeterminata.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui nella fase d1) l’elemento (14) à ̈ allontanato mediante una vite di regolazione (21).
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 2, dove sul pattino esterno (13) Ã ̈ predisposto un interruttore (26) atto ad essere commutato per segnalare il raggiungimento di detta distanza predeterminata.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui nella fase e) lo spessore della parete (10) à ̈ determinato utilizzando una o più curve di taratura che correlano valori di forza misurati con corrispondenti valori di spessori della parete (10).
6. 6. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui entrambi i pattini (12, 13) sono provvisti di elementi di rotolamento (16) o strati di materiale a basso attrito per favorire lo scorrimento dei pattini sulla parete (10).
7. 7. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui tutti gli elementi (14, 15, 17, 18) reciprocamente attratti magneticamente sono magneti permanenti.
8. 8. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui gli elementi della seconda coppia di elementi attratti magneticamente (17, 18) sono incorporati nei pattini (12, 13), oppure fissati o vincolati o collocati sui due pattini (12, 13).
9. 9. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento (15) della prima coppia di elementi, disposto sul pattino interno (12) à ̈ accolto in una sede (19) in modo liberamente scorrevole in una direzione sostanzialmente perpendicolare, in condizioni di uso, al piano in cui si estende la parete (10) nel punto considerato, e dove la sede (19) à ̈ aperta verso la parete (10) da misurare, in modo tale per cui l’elemento (15) può contattare direttamente la superficie interna (10a) della parete (10).
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui la sede (19) presenta, dalla parte opposta a quella aperta verso la parete (10), un arresto (20) per limitare i movimenti dell’elemento (15) nella sede (19) in allontanamento dalla parete (10).
11. 11. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il l’elemento (14) à ̈ portato da un mezzo di regolazione (21), preferibilmente un elemento di regolazione a vite, che si impegna in un foro filettato (22) ricavato in un elemento di supporto (25) solidale al pattino esterno (13).
12. 12. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento (14) à ̈ accolto in una sede (23) del pattino esterno (13) che si estende perpendicolarmente alla parete (10) per consentire e guidare i movimenti dell’elemento (14) rispetto al pattino esterno (13).
13. 13. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo trasduttore (24) Ã ̈ associato ad un display (24a).
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui al raggiungimento della distanza predeterminata un interruttore (26) montato sul pattino esterno (13) viene commutato tramite un elemento (27) o porzione solidale all’elemento (14).
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, in cui la commutazione dell’interruttore (26) provoca l’accensione di un segnalatore (28) luminoso e/o acustico.