ITUA20164608A1

ITUA20164608A1 - Comparatore elettronico per la misura di dimensioni lineari

Info

Publication number: ITUA20164608A1
Application number: ITUA2016A004608A
Authority: IT
Inventors: Roberto Baruchello
Original assignee: Marposs Spa
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-23

Description

“COMPARATORE ELETTRONICO PER LA MISURA DI DIMENSIONI LINEARI”

Settore della tecnica

La presente invenzione riguarda un comparatore elettronico per la misura o il controllo di dimensioni lineari e trova vantaggiosa ma non esclusiva applicazione nel controllo dimensionale di precisione del profilo di pezzi meccanici dopo una lavorazione su macchina utensile, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Arte anteriore

Sono noti e largamente diffusi sul mercato diversi tipi di comparatori elettronici per la misura o il controllo di pezzi meccanici. Un comparatore comprende ad esempio un elemento di supporto e riferimento ed un braccio, mobile rispetto all’elemento di supporto e riferimento, a cui è fissato un tastatore. Più in generale, in funzione della grandezza da misurare, i bracci mobili possono essere anche in numero maggiore di uno, a ciascun braccio essendo fissato un tastatore. Ad esempio un comparatore con due bracci mobili può essere impiegato per la misura di diametri esterni o interni. Un trasduttore è connesso al braccio mobile e all’elemento di supporto e riferimento, ed è atto a generare segnali dipendenti dalla posizione reciproca di questi due.

Il comparatore elettronico è ulteriormente dotato di molle o dispositivi equivalenti che agiscono sul braccio mobile in modo che il tastatore sia portato a contatto con il pezzo da misurare o, in assenza di quest’ultimo, di opportune battute meccaniche che ne definiscono una posizione di cosiddetta “precorsa”, e di un dispositivo di ritrazione che ha il compito di portare detto braccio mobile in una posizione ritratta, generalmente definita da battute meccaniche, in modo da evitare che il tastatore urti contro eventuali ostacoli, come lo stesso pezzo da misurare, durante gli spostamenti dell’intero comparatore. Esistono vari sistemi per realizzare il dispositivo di ritrazione.

Il brevetto US 4555855, di proprietà dello stesso titolare della presente domanda, descrive un comparatore elettronico per la misura di dimensioni lineari di pezzi meccanici in lavorazione, con un elemento di supporto e due bracci collegati in maniera mobile a detto elemento di supporto mediante rispettivi perni, a ciascun braccio mobile essendo fissato un tastatore ed associati un trasduttore di posizione, una molla di spinta e un dispositivo di ritrazione di tipo elettromagnetico. In particolare, ciascun dispositivo di ritrazione comprende un elettromagnete fissato all’elemento di supporto, un’ancora piatta in materiale elettromagnetico fissata al braccio mobile in modo registrabile e una battuta solidale all’ancora e atta ad andare a contatto con un’altra battuta fissata all’elettromagnete. In generale, gli elettromagneti del dispositivo di ricarica danno luogo ad una dissipazione termica che può causare effetti negativi quali derive nelle prestazioni del comparatore elettronico, e ridurre di conseguenza l’affidabilità della misura. Allo stesso tempo, però, se la potenza applicata agli elettromagneti viene limitata allo scopo di ridurre tali effetti negativi, la forza di attrazione esercitata dagli elettromagneti può non essere sufficiente e possono conseguentemente verificarsi inconvenienti, ad esempio l’indesiderato rilascio dei bracci mobili.

Il brevetto US 6269546 B1, sempre di proprietà dello stesso titolare della presente domanda, riguarda una testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi meccanici, comprendente un elemento di supporto, un braccio collegato mediante un fulcro all'elemento di supporto in modo da essere mobile rispetto a quest’ultimo, un tastatore fissato al braccio, ed un trasduttore connesso sia al braccio sia all'elemento di supporto per generare segnali dipendenti dalla posizione del primo rispetto al secondo. La testa di controllo è dotata di una molla, per spingere il tastatore contro una superficie del pezzo meccanico da controllare, e di un dispositivo di ritrazione di tipo pneumatico, con un pistone che può scorrere all’interno di un cilindro sotto l’azione di un flusso di aria generato da una centralina pneumatica, per spingere il braccio contro un’opportuna battuta che ne definisce una posizione ritratta. Tale dispositivo di ritrazione, necessitando della centralina pneumatica, che richiede tra l’altro l’utilizzo di aria depurata per mezzo di ulteriori apparati, ha un ingombro notevole e costi molto elevati.

Descrizione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è fornire un comparatore elettronico preciso ed affidabile per la misura di dimensioni lineari, ad esempio del profilo di pezzi dopo una lavorazione su macchina utensile, che abbia dimensioni e costi ridotti, sia facile da implementare e superi i limiti dell’arte nota.

Questo ed altri scopi sono raggiunti da un comparatore descritto nella rivendicazione 1 allegata.

Un comparatore elettronico secondo la presente invenzione, avendo una struttura molto semplice ed un volume ridotto, ha il vantaggio di poter essere utilizzato anche in apparecchiature e/o sistemi con requisiti di ingombro molto vincolanti. Inoltre, può essere regolata con precisione la forza di contatto fra il tastatore e il pezzo da misurare, con il vantaggio di evitare che quest’ultimo venga deformato o che la relativa superficie sia rigata dal tastatore durante l’operazione di misura.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano forme di attuazione esemplificative e non limitative, nei quali:

− la figura 1 è una vista laterale schematica, con alcuni particolari omessi per semplicità, di un comparatore elettronico secondo la presente invenzione;

− la figura 2 illustra in maniera essenziale una sezione lungo la traccia II-II di figura 1, ruotata di 90°, di un componente del comparatore elettronico visibile in figura 1;

− la figura 3 mostra il comparatore elettronico di figura 1 in condizione di ritrazione o ricarica; e

− la figura 4 mostra il comparatore elettronico di figura 1 in condizione operativa.

Forme di attuazione preferite dell’invenzione

La figura 1 mostra in maniera molto schematica un comparatore elettronico 1 per la misura di dimensioni lineari, ad esempio del profilo di un pezzo W meccanico che ha subito una lavorazione, comprendente un elemento di supporto e riferimento 2 con una porzione di riferimento 2’, un braccio 3 con una prima estremità connessa all’elemento di supporto e riferimento 2 e una seconda estremità in grado di avvicinarsi a o allontanarsi dalla porzione di riferimento 2’ dell’elemento di supporto e riferimento 2, un tastatore 4, fissato a detta seconda estremità, con una punta di misura 5 destinata a toccare il pezzo W, e un dispositivo di trasduzione o trasduttore 6 di posizione, ad esempio di tipo induttivo, atto a generare segnali dipendenti dalla posizione del tastatore 4 rispetto alla porzione di riferimento 2’.

Più nel dettaglio, il trasduttore 6 è costituito da un nucleo 7 con avvolgimenti (non visibili nelle figure), connesso ad un dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10, e da un elemento di riscontro o piattello 8 con una superficie sostanzialmente piana, privo di collegamenti elettrici, il nucleo 7 e il piattello 8 essendo entrambi in materiale ferromagnetico. In una forma di realizzazione preferita, uno tra il nucleo 7 e il piattello 8, ad esempio il primo, è connesso rigidamente alla porzione di riferimento 2’ dell’elemento di supporto e riferimento 2, e l’altro tra il nucleo 7 e il piattello 8, ad esempio quest’ultimo, è connesso rigidamente alla seconda estremità del braccio 3 a cui è fissato il tastatore 4, ovvero al tastatore 4 stesso, in modo che il nucleo 7 e il piattello 8 si trovino uno affacciato all’altro. Preferibilmente, il trasduttore 6 e il tastatore 4 sono disposti in modo che l’errore di Abbe e l’errore di parallasse siano nulli o comunque trascurabili, in una delle configurazioni ben note ad un esperto del settore. La medesima configurazione può essere applicata anche ad altri tipi di trasduttori, quali ottici o capacitivi.

Il dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 è collegato al braccio 3, il quale è in grado di subire una deflessione affinché la seconda estremità a cui è connesso il tastatore 4 si avvicini a o si allontani dalla porzione di riferimento 2’. In particolare, con riferimento alla figura 2, il braccio 3 è realizzato in materiale piezoelettrico, scelto ad esempio tra titanato di bario e titanato di piombo, ed è dotato, preferibilmente in corrispondenza della prima estremità connessa all’elemento di supporto e riferimento 2, di due areole 31 metallizzate che consentono il collegamento al dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 per mezzo di una linea elettrica. Il dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 è in grado di trasmettere sulla linea elettrica un segnale, ad esempio una tensione, di alimentazione e generare una differenza di potenziale tra le due areole 31 per comandare la deflessione del braccio 3. In particolare, per le ben note proprietà dei materiali piezoelettrici, tale differenza di potenziale tra le due areole 31 dà luogo ad una deflessione del braccio 3 con conseguente avvicinamento ovvero allontanamento del tastatore 4 rispetto alla porzione di riferimento 2’, quindi del piattello 8 rispetto al nucleo 7.

Di seguito sono descritte alcune configurazioni che un comparatore elettronico 1 secondo la presente invenzione può assumere durante la misura o il controllo di dimensioni lineari, ad esempio del profilo, del pezzo W meccanico.

Quando il dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 trasmette sulla linea elettrica una tensione pari a zero, per cui la differenza di potenziale tra le due areole 31 è nulla, il braccio 3 piezoelettrico non subisce alcuna deflessione e il comparatore elettronico 1 è in una condizione di riposo. In tale condizione di riposo, il piattello 8 e il nucleo 7 sono ad una distanza non nulla l’uno dall’altro, predeterminata.

Quando è in funzionamento, il comparatore elettronico 1 può trovarsi selettivamente in due diverse condizioni: una condizione di ritrazione o ricarica oppure una condizione operativa.

Al fine di ottenere la condizione di ritrazione, mostrata in figura 3, il dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 trasmette sulla linea elettrica una tensione di ritrazione per generare una opportuna differenza di potenziale tra le due areole 31 diversa da zero, ad esempio positiva. Il braccio 3 piezoelettrico subisce una deflessione che porta e mantiene la seconda estremità, quindi il tastatore 4 vicino alla porzione di riferimento 2’, per cui il piattello 8 e il nucleo 7 si trovano ad una distanza inferiore alla distanza non nulla della condizione di riposo, ad esempio a contatto l’uno con l’altro. In particolare, tale deflessione porta e mantiene la punta di misura 5 del tastatore 4 lontano dal pezzo W meccanico da misurare. In questo modo, si evita che il tastatore 4 urti contro eventuali ostacoli durante movimenti del comparatore elettronico 1 stesso, quali quelli di avvicinamento al pezzo W meccanico da misurare.

La condizione operativa, mostrata in figura 4, è pilotata dal dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 che trasmette sulla linea elettrica una tensione di contatto, ad esempio inferiore alla tensione di ritrazione, tale da generare una differenza di potenziale tra le due areole 31 diversa da zero e di segno opposto a quello della differenza di potenziale generata per ottenere la condizione di ritrazione, ad esempio negativa. Il braccio 3 piezoelettrico subisce una deflessione che porta e mantiene la seconda estremità, quindi il tastatore 4 lontano dalla porzione di riferimento 2’, per cui il piattello 8 e il nucleo 7 si trovano ad una distanza maggiore della distanza non nulla della condizione di riposo. In particolare, tale deflessione porta e mantiene la punta di misura 5 del tastatore 4 a contatto con il pezzo W meccanico da misurare. Il trasduttore 6 induttivo genera segnali dipendenti dalla posizione del tastatore 4 rispetto alla porzione di riferimento 2’, il dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 riceve tali segnali e li elabora in modo noto per ottenere le informazioni sulle dimensioni del pezzo W meccanico da controllare, ad esempio sul relativo profilo.

La tensione trasmessa sulla linea elettrica dal dispositivo di alimentazione ed elaborazione 10 può essere vantaggiosamente regolabile, quindi anche la differenza di potenziale tra le due areole 31, per determinare di conseguenza la deflessione del braccio 3 piezoelettrico verso il pezzo W meccanico, e quindi la forza di contatto fra il tastatore 4 e quest’ultimo durante l’operazione di misura. In tal modo si riduce drasticamente la probabilità di danneggiare, ad esempio deformare o rigare, involontariamente il pezzo W meccanico durante l’operazione di misura con il tastatore 4. Inoltre, la suddetta alimentazione può essere convenientemente limitata sia superiormente che inferiormente, quindi anche la differenza di potenziale tra le due areole 31, affinché siano limitate le deflessioni del braccio 3 piezoelettrico. Ad esempio, la tensione di ritrazione può essere limitata superiormente affinché il piattello 8 e il nucleo 7, a seguito della deflessione del braccio 3 piezoelettrico che porta e mantiene il tastatore 4 vicino alla porzione di riferimento 2’ dell’elemento di supporto e riferimento 2, si trovino ad una distanza maggiore della, o uguale alla, distanza minima, eventualmente nulla, alla quale il trasduttore 6 funziona correttamente. Allo stesso modo, la tensione di contatto può essere limitata inferiormente affinché il piattello 8 e il nucleo 7, a seguito della deflessione del braccio 3 piezoelettrico che porta e mantiene il tastatore 4 lontano dalla porzione di riferimento 2’, si trovino ad una distanza minore di, o uguale a, una distanza massima alla quale il trasduttore 6 funziona correttamente. Com’è evidente, questa soluzione permette di eliminare, tra le altre cose, qualsiasi separato dispositivo di ritrazione e meccanismo di limitazione, riducendo ulteriormente la complessità strutturale e il volume del comparatore elettronico 1.

In una diversa forma di realizzazione della presente invenzione, il comparatore comprende un braccio realizzato solo in parte in materiale piezoelettrico, che è comunque in grado di subire le stesse deflessioni del braccio 3 fin qui descritto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Comparatore elettronico (1) per la misura di dimensioni lineari di un pezzo (W) meccanico, comprendente: - un elemento di supporto e riferimento (2) con una porzione di riferimento (2’), - un braccio (3) con una prima estremità connessa all’elemento di supporto e riferimento (2) e una seconda estremità in grado di avvicinarsi a o allontanarsi dalla porzione di riferimento (2’), - un tastatore (4), fissato a detta seconda estremità del braccio (3), con una punta di misura (5) destinata a toccare il pezzo (W), e - un dispositivo di trasduzione (6) atto a generare segnali dipendenti da una posizione del tastatore (4) rispetto alla porzione di riferimento (2’), caratterizzato dal fatto che il braccio (3) è realizzato almeno in parte in materiale piezoelettrico ed è in grado di subire una deflessione affinché la seconda estremità a cui è fissato il tastatore (4) si avvicini a o si allontani dalla porzione di riferimento (2’).
2. Comparatore elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di trasduzione (6) è di tipo induttivo, costituito da un nucleo (7) con avvolgimenti e da un elemento di riscontro (8) privo di collegamenti elettrici, il nucleo (7) e l’elemento di riscontro (8) essendo entrambi in materiale ferromagnetico.
3. Comparatore elettronico (1) secondo la rivendicazione 2, in cui uno tra il nucleo (7) e l’elemento di riscontro (8) è connesso rigidamente alla porzione di riferimento (2’), e l’altro tra il nucleo (7) e l’elemento di riscontro (8) è connesso rigidamente alla seconda estremità del braccio (3).
4. Comparatore elettronico (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un dispositivo di alimentazione e elaborazione (10) connesso al dispositivo di trasduzione (6), in cui il dispositivo di alimentazione ed elaborazione (10) è collegato al braccio (3) per comandarne la deflessione.
5. Comparatore elettronico (1) secondo la rivendicazione 4, in cui il dispositivo di alimentazione ed elaborazione (10) è atto a generare una differenza di potenziale per comandare la deflessione del braccio (3).
6. Comparatore elettronico (1) secondo la rivendicazione 5, in cui la differenza di potenziale è regolabile.
7. Comparatore elettronico (1) secondo la rivendicazione 5 o la rivendicazione 6, in cui la differenza di potenziale è limitata sia superiormente che inferiormente.
8. Comparatore elettronico (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il braccio (3) è realizzato almeno in parte in un materiale scelto tra titanato di bario e titanato di piombo.
9. Metodo di funzionamento di un comparatore elettronico (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, secondo il quale il dispositivo di alimentazione ed elaborazione (10) comanda la deflessione del braccio (3) per portare selettivamente il comparatore elettronico (1) in una condizione di ritrazione, in cui detta seconda estremità del braccio (3) è portata vicino alla porzione di riferimento (2’) e la punta di misura (5) del tastatore (4) è portata lontano dal pezzo (W) meccanico, e in una condizione operativa, in cui detta seconda estremità è portata lontano dalla porzione di riferimento (2’) e la punta di misura (5) del tastatore (4) è portata a contatto con il pezzo (W) meccanico.