ITTO990489A1 - Dispositivo di visualizzazione per una macchina di misura delle coor-dinate - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di visualizzazione per una macchina di misura delle coordinate"

Campo dell'invenzione

La presente invenzione è relativa in generale a macchine di misura delle coordinate (o CMM) tridimensionali. Più in particolare, la presente invenzione è relativa ad un visualizzatore nuovo e perfezionato per una CMM tridimensionale che fornisce una miglior precisione e facilità d'uso. Sfondo dell'invenzione

E' ben noto nel campo utilizzare una CMM per misurare oggetti in uno spazio in termini delle loro coordinate X, Y e Z che si riferiscono comunemente a lunghezza, larghezza e altezza. I miglioramenti nel campo hanno portato a CMM portatili leggere assai adatte per applicazioni industriali generali. Tale CMM è descritta nel brevetto statunitense No. 5.402.582 che è assegnato anche esso al titolare della presente invenzione e qui allegato per riferimento. Gli oggetti tridimensionali sono descritti in termini di posizione e orientamento; cioè, non solo dove un oggetto si trova ma anche in quale direzione esso punta. L'orientamento di un oggetto nello spazio può essere definito dalla posizione di tre punti sull'oggetto. L'orientamento può essere descritto anche dagli angoli di allineamento dell'oggetto nello spazio. Le coordinate X, Y e Z possono essere misurate nella maniera più semplice da tre scale lineari. In altre parole, se si pone una scala sulla lunghezza, la larghezza e l'altezza di uno spazio, si può misurare la posizione di un punto nello spazio.

Attualmente, le macchine di misura delle coordinate o CMM misurano oggetti in uno spazio utilizzando tre scale lineari. Le macchine di misura delle coordinate della tecnica anteriore comprendono un braccio di misura posizionato manualmente con mult i-giunzioni (preferibilmente sei giunzioni) per misurare con precisione e facilmente un volume che comprende tipicamente una sfera variabile preferibilmente come diametro da sei a otto piedi (ma che può coprire anche diametri maggiori o minori di questo campo). In aggiunta al braccio di misura le CMM della tecnica anteriore impiegano un controllore (o scatola seriale) che opera come interfaccia elettronica tra il braccio ed un calcolatore principale che visualizza richieste di menu e invia in uscita ad un operatore. Il braccio di misura meccanico utilizzato nelle CMM comprende generalmente una pluralità di involucri di trasferimento (dove ogni involucro di trasferimento comprende un giunto e definisce un grado dì libertà di rotazione) ed organi di estensione attaccati uno all'altro con involucri di trasferimento adiacenti che sono disposti ad angoli retti per definire un braccio mobile avente preferibilmente cinque o sei gradi di libertà. Ogni involucro di trasferimento comprende trasduttori di misura. In aggiunta, ogni custodia di trasferimento comprende indicatori di arresto finali visivi e audio per proteggerla da sovraccarico meccanico dovuto a sollecitazione meccanica .

L'utilizzo di una scatola di controllore discreta basata su microprocessore permette la preelaborazione di calcoli specifici senza requisiti di elaborazione a livello di calcolatore principale. Si realizza ciò montando un preprocessore intelligente nella scatola di controllore che fornisce adattabilità e compatibilità programmabile con una varietà di calcolatori principali esterni (ad esempio computer esterni). La scatola seriale fornisce inoltre una valutazione multi-protocollo intelligente e 1'autocommutazione rilevando i requisiti di comunicazione dal calcolatore principale. Per esempio, un calcolatore principale che esegue software da un costruttore genererà richieste di chiamata di una forma che sono rilevate automaticamente dalla scatola di controllore. Altre ulteriori caratteristiche della scatola di controllore comprendono comunicazioni di porta seriale per comunicazioni standardizzate su lunghe distanze in una varietà di ambienti industriali e piastre di contatori analogico-digitale/dìgitale per la raccolta simultanea di dati di codificatore da tutti gli involucri di trasferimento dando come risultato misure assai precise.

Le CMM della tecnica anteriore comprendono trasduttori (ad esempio un trasduttore per ogni grado di libertà) che raccolgono dati di posizionamento di rotazione e inviano questi dati di base ad una scatola seriale. La scatola seriale fornisce certe manipolazioni di dati preliminari. In una configurazione tipica la scatola seriale è posizionata sotto il calcolatore principale in qualche misura a distanza dalla sonda e dal braccio. La scatola seriale comprende EE-PROM che contengono software di trattamento dei dati, un processore di microcalcolatore, una piastra di elaborazione di segnali ed un certo numero di luci indicatrici e un'uscita audio, di solito sotto forma di altoparlante. Come citato, i dati di traduttori di base sono inviati dal braccio alla scatola seriale dove la scatola seriale quindi elabora i dati di trasduttore grezzi su base uscente e risponde alle interrogazioni del calcolatore principale con le informazioni posizionali o di orientamento tridimensionali desiderate .

Attualmente i sistemi di CMM richiedono che l'operatore, mentre manipola il braccio, si riferisca nuovamente allo schermo di visualizzazione del calcolatore principale e risponda a messaggi alfanumerici su esso visualizzati oppure risponda a segnali audio. I messaggi e i segnali audio sono generati dal calcolatore principale e dal software applicativo. In certi casi i componenti del sistema CMM (ad esempio il braccio, la scatola seriale e il calcolatore principale con il visualizzatore) sono disposti in posizioni che sono spesso difficili o poco opportune affinché l'operatore le possa vedere o ascoltare.

I bracci di misura per le CMM comprendono un'impugnatura di sonda all'estremità dell'operatore. Le impugnature di sonda della tecnica anteriore sono tenute da un operatore come una penna o un manico di pistola e talvolta possiedono due interruttori per l'attacco di dispositivi elettrici opzionali e/o un supporto filettato per ricevere una varietà di sonde. Poiché la CMM è un dispositivo di misura manuale, l'utente deve essere in grado di effettuare una misura e confermare quindi alla CMM se la misura è accettabile o meno. Questo è realizzato tipicamente tramite l'utilizzo dei due interruttori. Un interruttore è utilizzato per catturare le informazioni di dati tridimensionali e il secondo interruttore ne conferma l'accettazione e le trasmette al calcolatore principale. Un certo numero di linee di tensione e di linee di convertitore analogico-digitale sono instradate dalla scatola seriale attraverso il braccio alla impugnatura di sonda per l'attacco generale ad un certo numero di opzioni quali un dispositivo di scansione laser oppure una sonda al tocco. Gli interruttori sono utilizzati anche per rispondere a richieste di menu, segnali visualizzati o audio, dal calcolatore principale.

Una varietà di sonde possono essere avvitate ad un gruppo di impugnatura di sonda quale una sonda a sfera dura del diametro di 1/4 di pollice oppure una sonda a punta come illustrato. Le sonde sono tipicamente montate in modo aw itabile al supporto che a sua volta è montato in modo aw itabile su un involucro di sonda e può comprendere inoltre una pluralità di superfici piatte per facilitare l'impegno e il disimpegno delle sonde utilizzando una chiave.

Il pannello anteriore di una scatola seriale della tecnica anteriore ha otto luci compresa una luce indicatrice di alimentazione e una luce di condizioni di errore e altre sei luci corrispondenti a ciascuno dei sei trasduttori collocati in ogni involucro di trasferimento. Alla accensione, la luce di alimentazione indicherà l'alimentazione al braccio. Le sei luci di trasduttore indicheranno lo stato di ciascuno dei sei trasduttori.

Le luci di stato possono indicare, per esempio, se uno qualsiasi dei trasduttori si avvicina al suo fermo terminale di rotazione entro due gradi, la luce, ed un suono udibile per tale particolare trasduttore indicano all'utente che l’utente è troppo vicino al fermo finale; e che l'orientamento del braccio deve essere regolato nuovamente per la misura corrente. La scatola seriale continuerà a misurare ma non permetterà la cattura dei dati fino a quando non si elimina tale condizione di fermo finale. Una situazione tipica dove questa caratteristica di fermo finale è necessaria è la perdita di un grado di libertà per la rotazione di un particolare trasduttore al suo limite di fermo finale e, pertanto, le applicazioni di forze sul braccio che causano flessioni non misurate e imprecisioni nella misura.

In qualsiasi aumento durante il processo di misura, si possono verificare una varietà di errori di comunicazione e di calcolo. Essi sono comunicati all’utente tramite un lampeggiamento della luce di errore e quindi una combinazione di luci dei sei trasduttori che indicano con un codice la particolare condizione di errore. Alcuni pannelli frontali della scatola seriale utilizzano un pannello LCD alfanumerico che fornisce avvertimenti alfanumerici di errori e fermi finali.

L'invenzione:

I problemi e le manchevolezze della tecnica anteriore sopra discussi ed altri sono superati o alleviati dalla presente invenzione. Secondo la presente invenzione è previsto un dispositivo di visualizzazione nuovo da utilizzare con una macchina di misura delle coordinate (CMM) tridimensionali. Il dispositivo di derivazione è posizionabile vicino all'estremità di impugnatura di sonda del braccio di una CMM per visualizzare la trasmissione dal microprocessore in un formato visivo e audio opportuno per un operatore. Una forma di attuazione della presente invenzione comprende un visualizzatore a cristalli liquidi (LCD), un altoparlante ed una pluralità di diodi emettitori di luce (LED). Il LCD visualizza informazioni di coordinate relative alla sonda di misura nell'ambito di uno spazio di lavoro definito e fornisce inoltre informazioni alfanumeriche sotto forma di richieste di menu pilotate dal sistema. Il visualizzatore fornisce informazioni ad un operatore pertinenti allo stato del trasduttore di braccio, ai segnali di errore e allo stato di alimentazione. L'altoparlante fornisce informazioni audio che indicano condizioni di sistema, errori o richieste di operatore. Il dispositivo di visualizzazione della presente invenzione comprende inoltre una presa per cuffie per permettere l'utilizzo di cuffie in situazioni in cui l’altoparlante è tutt'altro che ottimale.

Il dispositivo di visualizzazione può essere montato in varie posizioni lungo il braccio di una CMM e comprende un supporto di componente per il polso che permette la rotazione del visualizzatore per la visione dell'operatore. In una forma di attuazione il dispositivo di visualizzazione comprende una base magnetica per fornire il posizionamento di rotazione all'interno del supporto. In un'altra forma di attuazione il calcolatore principale trasmette informazioni al dispositivo di visualizzazione tramite telemetria che consentono di posizionare il dispositivo di visualizzazione lontano dal braccio.

Il dispositivo di visualizzazione della presente invenzione visualizza richieste di menu pilotate dal sistema a cui un operatore risponde utilizzando i pulsanti di cattura e accettazione della tecnica anteriore. Una forma di attuazione della presente invenzione comprende una apertura opzionale per ricevere un dispositivo di selezione di menu, un mouse o una tastiera per interagire con il microprocessore.

Le caratteristiche e i vantaggi sopra discussi e altri della presente invenzione saranno immediatamente apprezzati e compresi dagli esperti nel ramo dalla descrizione dettagliata e dai disegni che seguono.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Con riferimento ora ai disegni in cui gli elementi simili hanno numeri simili nelle parecchie figure:

la Figura 1 è una vista isometrica di un sistema di misura delle coordinate tridimensionali che incorpora un dispositivo di visualizzazione della presente invenzione;

la Figura 2 è una vista isometrica di un gruppo di impugnatura di sonda ed un dispositivo di visualizzazione della presente invenzione; e

la Figura 3 è una vista isometrica di un dispositivo di visualizzazione che illustra una base magnetica.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELIA FORMA. DI

ATTUAZIONE PREFERITA

Con riferimento alla Figura 1 un braccio ad attivazione manuale con multi-giunti da utilizzare con una macchina di misura delle coordinate (CMM) è illustrata in generale con l'I. In termini generali, il braccio 1 comprende una base 2 connessa ad un primo insieme di involucri di trasferimento 3, 4, un primo organo di estensione 5 attaccato rigidamente al primo insieme di involucri di trasferimento ed un secondo insieme di involucri di trasferimento 6, 7 ed un terzo insieme di involucri di trasferimento 9, 10 disposti tra una seconda estensione 8 con l'involucro di trasferimento 9 attaccato all'involucro di trasferimento 7. Gli insiemi di involucri di trasferimento sono generalmente coppie di giunti rotanti posizionate trasversali una all'altra e, come nella tecnica anteriore, hanno in esse disposti trasduttori di rilevamento della posizione (non illustrati). All'estremità del braccio 1 e in estensione dall'involucro dello strumento 10 è montato un gruppo di impugnatura di sonda 11 comprendente pulsanti di commutazione dì dati 17, 18. Come nella tecnica anteriore il braccio 1 comunica elettricamente con la scatola seriale 12 tramite il cavo 13 che comunica elettronicamente con il calcolatore principale 14 avente il visualizzatore 15 tramite il cavo 16.

Secondo la presente invenzione, la forma di attuazione di Figura 1 illustra, in maniera esemplificativa, il dispositivo di visualizzazione 50 disposto sul braccio 1 vicino al gruppo di impugnatura di sonda 11 nelle vicinanze di un operatore (non illustrato) che manipola il braccio. Di fatto, il visualizzatore 50 può essere posizionato in uno qualsiasi di parecchi punti lungo il braccio 1 in modo opportuno per l'operatore e come descritto in questo contesto più avanti. Il visualizzatore 50 comprende molte delle caratteristiche della scatola seriale e del calcolatore principale dei sistemi di CMM della tecnica anteriore come descritto in questo contesto in precedenza e i dettagli del visualizzatore 50 sono descritti in maniera più immediata con riferimento alla Figura 2. In maniera esemplificativa il visualizzatore 50 comprende lo schermo di testo 51 comprendente un LCD come è noto per visualizzare visivamente dati dimensionali e richieste per un operatore. Il visualizzatore 50 comprende inoltre LED 52-57 che corrispondono ai sei trasduttori negli involucri di trasferimento 3, 4, 6, 7, 9, 10 per indicare lo stato di ciascuno dei trasduttori. In aggiunta il visualizzatore 50 comprende un LED di avvertimento 58 che, per esempio, si illumina quando un involucro di trasferimento si sta avvicinando ad un fermo durante il movimento del braccio 1 e comprende inoltre un LED indicatore di alimentazione 59 che indica che l'alimentazione viene trasmessa al braccio. Il visualizzatore 50 comprende inoltre un altoparlante audio 61 e una presa per cuffie 61 per trasmettere segnali audio dalla scatola seriale 12 e dal calcolatore principale 14 ad un operatore. La presa per cuffie 61 consente ad un operatore di ascoltare e rispondere a segnali audio dal calcolatore principale mentre opera in un ambiente rumoroso. Nella forma di attuazione illustrata in Figura 1 la comunicazione elettronica è trasmessa dal calcolatore principale 14 e dalla scatola seriale 12 al braccio 1 tramite i cavi 13, 16 e all'interno del braccio 1 al visualizzatore 50 tramite i cavi interni come è noto.

Con riferimento alla Figura 2 il visualizzatore 50 è disposto su un supporto dì base 62 tramite viti 63. Il supporto di base 62 è disposto su un componente a spinotto 64 e fissato in modo assiale e fissato in un percorso di rotazione limitato tramite una soluzione a sfera e fermo (non illustrata) come è noto. Il componente a spinotto 64, e pertanto il visualizzatore 50, sono fissati in modo estraibile all'estensione 8 tramite scanalature a rotazione e blocco 65 in impegno con corrispondenti chiavette (non illustrate) sull'estensione come è noto. Con il visualizzatore 50 montato come descritto un operatore che manipola il braccio 1 tramite il gruppo di impugnatura 11 può far ruotare il visualizzatore 50 nelle direzioni rappresentate dalla freccia 66 per fornire una prospettiva opportuna al visualizzatore.

Una forma di attuazione alternativa della presente invenzione è descritta con riferimento alla Figura 3 dove il visualizzatore telemetrico 67 comprende una base magnetica 68 montata sul suo lato posteriore. Il visualizzatore telemetrico 67 funziona in maniera simile a quella qui descritta in precedenza ma trasmette e riceve comunicazioni elettroniche tra la scatola seriale 12 e il calcolatore principale 14 tramite telemetria come è noto. La base magnetica 68 consente di montare il visualizzatore 67 in qualsiasi superficie adatta opportuna per un operatore. Per esempio il visualizzatore 67 può essere montato temporaneamente su un pezzo ferroso o un'altra superficie ferrosa opportuna per fornire un controllo ravvicinato per l'operatore. In un'altra forma di attuazione, il supporto di base 62 comprende una superficie ferrosa che consente il montaggio estraibile del visualizzatore 67. Il vantaggio di questa forma di attuazione è che il visualizzatore 67 può essere fatto ruotare nella direzione indicata dalla freccia 69 per tener conto di certi utilizzi o manipolazioni del braccio 1 per fornire una prospettiva opportuna ad un operatore oppure può essere tolto e applicato ad una parete o un pezzo come descritto in precedenza. In un'altra ulteriore forma di attuazione il visualizzatore telemetrico 67 comprende un supporto di base adattabile ad un sistema di fissaggio temporaneo del tipo a gancio ed anello come è noto. In un'altra forma di attuazione il visualizzatore 67 comprende un dispositivo di fissaggio del tipo a fermaglio a molla come è noto per l'installazione temporanea su una varietà di superfici.

Durante il funzionamento, la presente invenzione permette il posizionamento fisico del visualizzatore in modo opportuno per un operatore in situazioni in cui il visualizzatore e la scatola seriale della tecnica anteriore possono essere tutt'altro che ottimali. All'avviamento del sistema CMM ad un operatore è fornito un accesso opportuno alle informazioni sia visive sia audio relative al sistema quale l'alimentazione al braccio 1 tramite il LED 59 e lo stato dei trasduttori tramite i LED 52-57. Durante la manipolazione del braccio 1 per controllare un pezzo l'operatore riceve richieste dalla scatola seriale 12 e dal calcolatore principale 14 sotto forma di segnali audio tramite l'altoparlante 60 e i caratteri alfanumerici visualizzati sullo schermo 51. L'operatore può rispondere alle richieste premendo i pulsanti 17, 18. In una forma di attuazione alternativa uno schermo di visualizzazione di operatore 51 comprende uno schermo al tocco come è noto per consentire all'operatore di rispondere ad un semplice insieme di selezioni di menu trasmesse dal calcolatore principale toccando la superficie dello schermo. Nella forma di attuazione illustrata in Figura 2 il visualizzatore 50 comprende una apertura opzionale 70 che riceve, per esempio, uno strumento di selezione di menu 71. In alternativa l'apertura opzionale 70 può ricevere un collegamento di comunicazione da una tastiera o un altro dispositivo di ingresso o uscita.

Durante l'utilizzo di una CMM che incorpora un visualizzatore secondo la presente invenzione la scatola seriale 12 si sottopone dapprima a procedure dì auto-controllo e fornisce l'alimentazione del braccio 1 come nella tecnica anteriore. Il microprocessore residente nella scatola seriale 12 invia un segnale al visualizzatore 50 che illumina il LED 59 e che indica all'operatore che il braccio è alimentato e che illumina i LED 52-57 che indicano che i trasduttori non sono stati tarati come nella tecnica anteriore. Anche il LED di errore 58 si illuminerebbe. L'operatore, tramite la manipolazione del braccio 1, fa sì che il braccio passi attraverso le posizioni di riferimento preselezionate e quando si effettua il riferimento per ogni trasduttore il corrispondente LED si spegne fino a quando tutti i LED 52-57 si spengono così come il LED di errore 58. Il visualizzatore 50 della presente invenzione con la sua posizione vicino all’operatore fornisce un'indicazione istantanea e opportuna. Quando tutti i trasduttori hanno avuto un riferimento il sistema stabilisce una comunicazione elettronica con il calcolatore principale e attende un'ulteriore comunicazione dall'operatore. Tipicamente l'operatore preme il pulsante 17 e 18 per dare inizio al processo di misura. Quando il processo di misura è cominciato le coordinate dimensionali dell'estremità di sonda vengono visualizzate sullo schermo di testo 51. Il LCD dello schermo di testo 51 è in grado di visualizzare le coordinate di misura nel sistema di coordinate del pezzo tramite retroazione dal software applicativo del calcolatore principale. L'operatore è in grado di ricevere visivamente le coordinate della sonda sullo schermo di testo 51 quando si manipola il braccio 1 intorno al pezzo nell'ambito del volume di lavoro della CMM.

Mentre sono state illustrate e descritte forme di attuazione preferite, si possono effettuare ad esse varie modifiche e sostituzioni senza discostarsi dallo spirito e dal campo di protezione dell'invenzione. Di conseguenza, occorre comprendere che la presente invenzione è stata descritta in maniera soltanto illustrativa non limitativa.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Dispositivo di visualizzazione da utilizzare in un sistema di misura di coordinate tridimensionali avente un braccio mobile avente un'estremità di sonda e comprendente una pluralità di giunti dove ogni giunto corrisponde ad un grado di libertà in modo tale che il braccio sia mobile all'interno di un volume selezionato, ciascuno dei giunti comprende un involucro di trasferimento di rotazione avente disposto in esso un trasduttore di posizione che produce un segnale corrispondente ad una posizione, il sistema avendo inoltre un microprocessore che riceve i segnali di posizione e fornisce una coordinata digitale corrispondente alla posizione della sonda nel volume selezionato, il dispositivo di visualizzazione ricevendo la coordinata digitale e visualizzando la coordinata. 2. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il visualizzatore è disposto sul braccio vicino all'estremità di sonda. 3. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il sistema fornisce alimentazione elettrica al braccio e fornisce inoltre un segnale elettrico indicativo di ciò, una pluralità di segnali elettrici corrispondenti allo stato dei trasduttori, ed un segnale elettrico corrispondente ad uno stato di errore di sistema, il dispositivo di visualizzazione comprendendo inoltre una pluralità di diodi emettitori di luce che ricevono i segnali elettrici. 4. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il sistema fornisce un segnale audio, il visualizzatore comprendendo inoltre un altoparlante che riceve il segnale audio e produce un rumore in risposta ad esso. 5. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il dispositivo di visualizzazione comprende un visualizzatore a cristalli liquidi. 6. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il braccio comprende una pluralità di estensioni disposte tra involucri di trasferimento selezionati e il visualizzatore comprende inoltre: un componente a spinotto fissato in modo estraibile ad una delle estensioni ed uno degli involucri di trasferimento; un involucro di visualizzatore disposto in modo rotante sul componente a spinotto; e il visualizzatore fissato in modo estraibile all ' interno dell ' involucro. 7. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 6 in cui il visualizzatore è fissato all'interno dell'involucro tramite una pluralità di dispositivi di fissaggio. 8. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 6 in cui il visualizzatore è disposto all'interno di una cornice avente una base magnetica e la base è fissata magneticamente all'interno dell’involucro in una pluralità di posizioni. 9. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il microprocessore fornisce segnali elettrici corrispondenti a caratteri alfanumerici e il visualizzatore ricevendo i segnali e visualizzando i caratteri alfanumerici. 10. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 in cui il microprocessore fornisce segnali corrispondenti a scelte di istruzioni di operatore, il visualizzatore ricevendo i segnali e visualizzando le scelte, il visualizzatore comprendendo inoltre uno schermo al tocco che fornisce un segnale al microprocessore corrispondente ad una risposta di operatore. 11. - Dispositivo di visualizzazione secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre una apertura opzionale che permette la comunicazione elettrica tra il microprocessore ed uno strumento di selezione di menu o una tastiera. 12. - Dispositivo di visualizzazione Secondo la rivendicazione 1 in cui il microprocessore trasmette le coordinate digitali e il dispositivo di visualizzazione riceve le coordinate tramite telemetria.