ITTO990621A1

ITTO990621A1 - Accoppiatore a disco piatto per cmm.

Info

Publication number: ITTO990621A1
Application number: IT99TO000621A
Authority: IT
Inventors: Simon Raab; John Bodjack
Original assignee: Faro Tecnologies Inc
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2001-01-13
Also published as: GB9914718D0; GB2341203A; JP2000074691A; CA2281230A1; FR2782791B3; DE19941025A1; IT1310109B1; FR2782791A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Accoppiatore a disco piatto per CMM",

Sfondo dell'invenzione:

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 accoppiatore nuovo e perfezionato che compensa il disallineamento tra il componente in movimento e il trasduttore di misura utilizzato per la trasmissione del movimento di rotazione ai trasduttori dì misura di rotazione utilizzati in ogni accoppiatore nella CMM. Senza questi accoppiatori, si verificherebbero forze significative in errore nelle misure dei trasduttori .

Tecnica anteriore

Si potrà apprezzare che ogni cosa nel mondo fisico occupa un volume o uno spazio. La posizione in uno spazio può essere definita da lunghezza, larghezza e altezza che, in termini ingegneristici, è spesso chiamata una coordinata X, Y, Z. I numeri X, Y, Z rappresentano le dimensioni di lunghezza, larghezza e altezza o le tre dimensioni. Gli oggetti tridimensionali sono descritti in termini di posizioni e orientamento; cioè, non solo dove un oggetto si trova ma 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. La FARO Technologies Ine. di Lake Mary, Florida (la titolare della presente invenzione) ha prodotto con successo una serie di dispositivi di digitalizzazione del tipo ad elettrogoniometro per i campi medicale e industriale. I dispositivi di tipo ad elettrogoniometro del tipo utilizzato per l'analisi di scheletri e la chirurgia sono descritti nei brevetti statunitensi 4.670.851, 5.251.127 e 5.305.203, tutti i quali sono assegnati al titolare della presente invenzione qui incorporati per riferimento. Le CMM portatili sono ora utilizzate per la misura tridimensionale di oggetti per reverse engineering, di controlli, ecc. Un esempio di tale sistema CMM portatile è descritto nel brevetto statunitense 5.402.582, che è assegnato alla titolare della presente domanda, qui incorporato per riferimento. Come illustrato in Figura 1, il sistema di misura tridimensionale della tecnica anteriore comprende in generale una macchina di misura delle coordinate (CMM) 10 composta da un braccio multi-giunto 12 ad azionamento manuale ed una base o perno di supporto 14, un controllore o scatola seriale 16 ed un calcolatore principale 18. Si potrà apprezzare che la CMM 10 comunica elettronicamente con la scatola seriale 16 che, a sua volta, comunica elettronicamente con il calcolatore principale 18. Occorre notare che il numero di involucri di trasferimento utilizzati dipende dal numero di gradi di libertà che sono necessari per effettuare le misure desiderate richieste della singola CMM.

Come sarà discusso in maggior dettaglio qui di seguito, la CMM 10 comprende trasduttori (ad esempio un trasduttore per ogni grado di libertà) che raccolgono dati di posizionamento di rotazione e inviano questi dati di base alla scatola seriale 16. La CMM della tecnica anteriore comprende una base connessa ad un braccio di misura che contiene una pluralità di involucri di trasferimento. Rispetto a questi involucri di trasferimento, si potrà apprezzare che la trasmissione del movimento di rotazione ad un trasduttore di misura di rotazione richiede l'utilizzo di un accoppiatore per compensare disallineamenti tra il componente in movimento e il trasduttore di misura. Con riferimento alle Figure 2 e 3, il trasduttore 80 della tecnica anteriore è montato su una piastra di supporto universale 82 per il montaggio nella custodia di trasferimento 64. Misure di rotazione ad elevata precisione che utilizzano codificatori richiedono che non ci siano carichi applicati ai codificatori e che il movimento della custodia di trasferimento sia trasmesso con precisione al codificatore nonostante piccoli disallineamenti dell'asse della custodia di trasferimento dell'asse del codificatore.

Con riferimento ora alle Figure 2-4 della tecnica anteriore, l'accoppiatore a due diaframmi è designato come elemento 84 nelle Figure. Le frecce designate come "A" in Figura 3 evidenziano ulteriormente lo spazio occupato dall'accoppiatore 84 della tecnica anteriore quando è assemblato all'interno del braccio 12. Occorre notare che la trasmissione del movimento di rotazione ad un trasduttore di misura di rotazione richiede l'utilizzo di un accoppiatore per compensare i disallineamenti tra il componente in movimento ed il trasduttore di misura. Come illustrato nelle Figure 2 e 3, il trasduttore 80 è montato su una piastra di supporto universale 82 per il montaggio nella custodia di trasferimento 64.

L'albero di prolungamento 86 è utilizzato per connettere in ultima analisi il codificatore 80 alla custodia di trasferimento. L'albero 86 è attaccato all'accoppiatore 84 e all'estremità del trasportatore 62 sulla filettatura 74 utilizzando viti brugole 88, 90. Le misure di rotazione ad alta precisione utilizzando i codificatori 80 richiedono che non ci siano carichi applicati ai codificatori e che il movimento di rotazione della custodia di trasferimento sia trasmesso con precisione al codificatore nonostante piccoli disallineamenti dell'asse della custodia di trasferimento dell'asse del codificatore.

Anche se l'accoppiatore 84 utilizzato nei sistemi CMM della tecnica anteriore è assai adatto per il suo scopo previsto, si ha sempre la necessità di aumentare la precisione e ridurre i costi di questi accoppiatori utilizzati nei sistemi CMM. Pertanto si percepisce la necessità di sviluppare accoppiatori con maggior precisione e/o meno costosi utilizzati nei sistemi CMM.

L'invenzione

I problemi e le mancanze sopra discussi ed altri della tecnica anteriore sono superati o alleviati dall'accoppiatore di rete piatto per CMM della presente invenzione. Come discusso, l'accoppiatore della tecnica anteriore nel brevetto statunitense 5.402.582 compensa i disallineamenti tra il componente in movimento e il trasduttore di misura. Senza questi accoppiatori, si producono forze significative che fanno sì che si verifichino errori nella misura del trasduttore. La tecnica anteriore utilizzava un accoppiatore a due diaframmi per trasmettere il movimento di rotazione tra l'alberino della custodia di trasferimento del trasduttore. Secondo la presente invenzione, il trasduttore invece è montato su un accoppiatore comprendente un disco piatto relativamente sottile ed 'è connesso direttamente al trasduttore in movimento. L'accoppiatore a disco piatto, pertanto, fornisce un supporto flessibile per tener conto del disallineamento dal codificatore e la custodia di trasferimento fornendo contemporaneamente una trasmissione precisa del movimento di rotazione tra le parti. L'accoppiatore a disco flessibile non lubrificato comprende parti non in usura per connettere direttamente la custodia di trasferimento alla componente di misura realizzando una connessione significativamente più affidabile che tiene conto del disallineamento riducendo contemporaneamente i carichi d'urto. In aggiunta, questo progetto riduce ulteriormente la lunghezza assiale della combinazione di accoppiatore e codificatore della custodia di trasferimento impiegando l'accoppiatore a disco relativamente sottile della presente invenzione in relazione all'elemento accoppiatore della tecnica anteriore.

Così, ciò consente di far sì che la lunghezza di ingombro dei bracci della CMM sia significativamente più compatta.

Le caratteristiche e i vantaggi sopra discussi ed altri della presente invenzione saranno meglio apprezzati e compresi dai comuni esperti nel ramo dalla seguente descrizione dettagliata e dai disegni.

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 schematica frontale che illustra una macchina di misura (CMM) tridimensionale tipica della tecnica anteriore comprendente una macchina di misura di coordinate CMM, una scatola di controllore ed un calcolatore principale;

la Figura 2 è una vista in elevazione laterale esplosa di un involucro di trasferimento alloggiato nella CMM della tecnica anteriore di Figura 1;

la Figura 3 è una vista in elevazione in sezione trasversale di due involucri di trasferimento assemblati orientati in senso trasversale della CMM della tecnica anteriore di Figura 1;

la Figura 4 è una vista effettuata lungo al linea 4-4 di Figura 2;

la Figura 5 è una vista in pianta di un accoppiatore a disco piatto secondo la presente invenzione;

la Figura 6 è una vista laterale dell'accoppiatore a disco piatto secondo la presente invenzione di Figura 5;

la Figura 7 è una vista schematica in sezione trasversale di un accoppiatore a disco piatto che illustra una custodia di trasferimento ed un codificatore;

la Figura 8 è una vista effettuata lungo la linea 8-8 in Figura 7 che illustra un accoppiatore a disco piatto ed una piastra di supporto universale; e

la Figura 9 è una vista in pianta di una forma di attuazione alternativa di un accoppiatore a disco piatto.

Descrizione della forma di attuazione preferita:

Con riferimento dapprima alla Figura 5 un accoppiatore a disco piatto 200 da utilizzare in CMM secondo la presente invenzione sarà discusso in dettaglio come segue. Come si vede in Figura 5, l'accoppiatore a disco piatto 200 è fondamentalmente di configurazione quadrata (preferibilmente un po' più di un centimetro quadrato), simmetrico intorno all'asse di visione a due piani definito dalle mezzerie 412, 414. L'accoppiatore a disco piatto 200 comprende organi flessibili 420, 421 uniti da articolazioni 422, 423 al disco centrale 424 e che sono disposti su entrambi i lati della mezzeria 414 e comprende inoltre organi flessibili 425, 426 disposti su entrambi i lati della mezzeria 412.

Gli organi flessibili comprendono porzioni elastiche 427 comprendenti strisce strette di materiale conformato in percorsi tortuosi. I raggi interni all'estremità delle porzioni elastiche 427 sono preferibilmente di 0,20 pollici come illustrato tipicamente nel punto 429 e i raggi esterni come illustrato tipicamente nel punto 430 sono preferibilmente dì 0,060 pollici. Altri raggi e lunghezze di scanalatura sono dimensionati in modo da essere adatti nella misura in cui si tiene in considerazione la minimizzazione della sollecitazione e il mantenimento della flessibilità nell'accoppiatore a disco piatto 200. Il foro di spazio 431 al centro accoppiatore a disco piatto 200 preferibilmente di diametro pari a 0,500 pollici per fornire uno spazio sufficiente per l'albero di prolungamento 222 (Figura 7). Gli organi flessibili massimizzano la capacità dell'accoppiatore a disco piatto 200 di flettersi dentro e fuori dal piano definito dalle mezzerie 412, 414 mentre si trasferisce con precisione la coppia e il movimento di rotazione come sarà spiegato in maniera più completa qui di seguito. Occorre inoltre notare che le dimensioni sopra citate possono essere modificate facilmente come richiesto senza discostarsi in alcun modo dallo spirito e dal campo di protezione dell'invenzione.

La riduzione della lunghezza dell'accoppiamento è di particolare importanza per la presente invenzione, e come illustrato in Figura 6, lo spessore rappresentato dalle frecce 428 dell'accoppiatore a disco piatto 200 nella forma di attuazione illustrata è preferibilmente pari a 0,020 pollici. E' in parte questo spessore di sezione trasversale relativamente sottile che consente la riduzione dello spazio occupato dall'accoppiatore 84 della tecnica anteriore quando è assemblato all'interno del braccio 12 (Figura 3).

Il materiale preferito della forma di attuazione è acciaio inossidabile temprato di lavoro completo 301 o 302 che fornisce una resistenza straordinaria per tale spessore 428 ristretto. Ovviamente, si può sostituire qualsiasi altro materiale adatto che rispetti parametri di robustezza e flessione che sono richiesti per le prestazioni soddisfacenti accoppiatore a disco 200 quale altri metalli ad alta robustezza così come alcuni materiali compositi rinforzati di plastica e fibra.

L'accoppiatore a disco piatto 200 illustrato in Figura 5 è illustrato quindi montato su un encoder 280 in Figura 7 tramite l'attacco alla piastra di supporto universale 201 come illustrato in Figura 8. Nella forma di attuazione illustrata ricevitori a viti senza dado 400, 402 sono preferibilmente distanziati su una mezzeria 414 di 1,024 pollici uno dall'altro e montano l'accoppiatore a disco piatto 200 sull'encoder 280 tramite le viti brugole 90. Linguette di montaggio 404, 406 che hanno fori di montaggio di vite senza dado 408, 410, sono distanziati preferibilmente sulla mezzeria 412 a 1,63 pollici uno distante dall'altro per impegnare l'accoppiatore a disco piatto 200 sulla piastra di supporto universale 201 tramite le viti brugole 204 e i dati 205. A sua volta, la piastra di montaggio universale 201 monta l'encoder 280 sulla custodia di trasferimento 264 tramite l'accoppiatore a disco piatto 200 utilizzando le viti brugole 287 attraverso i fori di montaggio 3288. In questo modo, qualsiasi piccolo disallineamento tra l'asse della custodia di trasferimento 264 e l'asse dell'encoder 280 viene compensato facilmente dalla flessione delle porzioni elastiche 427 mentre si trasmette con precisione il movimento di rotazione tra la custodia di trasferimento e l'encoder.

Con riferimento ora alla Figura 9 una forma di attuazione alternativa dell'accoppiatore a disco piatto è illustrata in generale con il 250. In questa forma di attuazione un accoppiatore a disco piatto simile alla forma di attuazione descritta in precedenza si combina con una piastra di supporto universale. Il vantaggio di questa particolare forma di attuazione è che le linguette di montaggio 404, 406 e le viti senza dado 204 vengono eliminate e sostituite da porzioni di linguetta 251, 252 che connettono le porzioni elastiche 427 alla porzione di piastra di montaggio 253.

Con riferimento alle Figure 3 e 7, si può vedere immediatamente quanto spazio sostanziale si risparmia sostituendo l'accoppiatore a disco piatto 200 rappresentato dalla freccia "B" (Figura 7) secondo la presente invenzione al giunto 84 della tecnica anteriore (Figura 3) rappresentato dalla freccia "A". Questi risparmi di spazio riducono il braccio di movimento e la massa di ingombro della singola custodia di trasferimento, producendo in tal modo risparmi di costo inerenti, una riduzione della massa così come forze diminuite trasmesse ai codificatori. Il risultato in aumento della precisione del trasferimento del movimento di rotazione tra la custodia di trasferimento 264 e il encoder 280 utilizzando il nuovo accoppiatore a disco piatto 200 al posto del giunto 84 e la tecnica anteriore mantenendo contemporaneamente la capacità di compensare il disallineamento tra i due componenti .

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 illustrativa e non limitativa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - Accoppiatore a disco piatto comprendente: una porzione di disco; e una pluralità di organi flessibili che dipendono dalla porzione di disco. 2. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 1 in cui l'accoppiatore a disco piatto è generalmente planare. 3. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 1 in cui gli organi flessibili comprendono porzioni elastiche disposte in percorsi tortuosi. 4. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 1 in cui gli organi flessibili comprendono fori di supporto disposti in essi. 5. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 1 in cui l'accoppiatore a disco piatto comprende un materiale metallico, un materiale in plastica, oppure un materiale composito rinforzato in fibra. 6. - Accoppiatore a disco piatto che connette un organo rotante ad un dispositivo di misura, l'accoppiatore a disco piatto comprendendo: una porzione di disco; una prima coppia di organi flessibili che dipendono dalla porzione di disco che si connette all'organo rotante; e una seconda coppia di organi flessibili che dipendono dalla porzione di disco che si connette al dispositivo di misura. 7. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6, in cui l'accoppiatore a disco piatto è generalmente planare. 8. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6 in cui gli organi flessibili comprendono porzioni elastiche disposte in percorsi tortuosi. 9. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6, in cui gli organi flessibili comprendono fori di montaggio disposti in essi. 10. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6 in cui l'accoppiatore a disco piatto comprende un materiale metallico, un materiale in plastica oppure un materiale composito rinforzato di fibra. 11. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6 in cui la seconda coppia di organi flessibili è connessa alla porzione di disco da una coppia di articolazioni. 12. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6 in cui la seconda coppia di organi flessibili è attaccata ad una piastra di supporto. 13. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6 in cui l'organo rotante è un giunto di trasferimento di un braccio multi-giunto. 14. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 6 in cui il dispositivo di misura è un encoder di un braccio multi-giunto. 15. - Accoppiatore a disco piatto da utilizzare in un braccio multi-giunto che traduce il movimento di rotazione di un organo rotante in un dispositivo di misura, l'accoppiatore a disco piatto comprendendo: una porzione di disco; una prima coppia di organi flessibili che dipendono dalla porzione di disco che si connette all'organo rotante; e una seconda coppia di organi flessibili che dipendono dalla porzione di disco che si connette al dispositivo di misura. 16. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui l'accoppiatore a disco piatto è generalmente planare. 17. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui la prima coppia e la seconda coppia di organi flessibili comprendono porzioni elastiche disposte in percorsi tortuosi. 18. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui la prima coppia e la seconda coppia di organi flessibili comprendono fori di montaggio disposti in essi. 19. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui l'accoppiatore a disco piatto comprende un materiale metallico, un materiale in plastico o un materiale composito rinforzato di fibre. 20. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui la seconda coppia di organi flessibili sono connessi alla porzione di disco tramite una coppia di articolazioni. 21. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui la seconda coppia di organi flessibili è attaccata ad una piastra di supporto . 22. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui l’organo rotante è un giunto di trasferimento di un braccio multi-giunto. 23. - Accoppiatore a disco piatto secondo la rivendicazione 15 in cui il dispositivo di misura è un encoder di un braccio multi-giunto.