ITUB20150151A1 - Banco di test per avvitatori con controllo bidirezionale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo "Banco di test per avvitatori con controllo bidirezionale"

La presente invenzione si riferisce ad un innovativo banco di test per avvitatori fornito di un controllo perfezionato dell?andamento dei test.

Per il controllo periodico degli avvitatori motorizzati vengono impiegati banchi di test che sono dotati di un giunto che simula una vite che viene serrata dall?avvitatore sottoposto al test e il comportamento dell'avvitatore viene misurato dal banco.

Per simulare una vite, il giunto del banco ? connesso ad un freno, solitamente a comando idraulico, che ? comandato da una unit? elettronica di controllo per seguire una preimpostata curva di frenatura che simula il prestabilito tipo di giunzione a vite, consentendo al banco di verificare se l?avvitatore continua a rispettare i suoi parametri di taratura iniziali durante il ciclo di avvitatura.

Le curve di frenatura preimpostate nei banchi seguono solitamente un andamento che, in una rappresentazione cartesiana di coppia/angolo, parte dal punto di coppia zero ad angolo di rotazione zero e procede con una prima rampa (detta ?rampa di preserraggio?) fino a raggiungere un punto di inizio serraggio, dal quale inizia una seconda rampa a maggiore pendenza (detta ?rampa di serraggio?) che prosegue fino ad un punto corrispondente alla coppia/angolo di inizio snervamento della vite simulata. Oltre tale punto si ha una terza rampa, di minore pendenza, che simula la zona di comportamento plastico della vite.

Impostata la curva da seguire con il giunto frenato, il banco rileva con propri sensori di angolo e coppia posti sul giunto se l?avvitatore si comporta correttamente lungo tale curva, ad esempio avvitando con una prestabilita accelerazione, velocit?, precisione di fermata ad una coppia massima impostata, ecc.

Raggiunta la coppia massima alla quale l'avvitatore arresta la sua azione il freno viene completamente rilasciato e il banco ? pronto per un nuovo ciclo di test.

Sebbene tale modo di operare sia generalizzato su tutti i banchi di prova noti, il titolare della presente domanda ha rilevato che non sempre il risultato fornito nel test coincide con la reale corrispondenza dell?avvitatore in prova ai parametri di lavoro desiderati per esso.

Scopo generale della presente invenzione ? fornire un banco di test che permetta una maggiore precisione nei test e assicurare una pi? corretta verifica della taratura di un avvitatore.

In vista di tali scopi si ? pensato di realizzare, secondo un primo aspetto dell'invenzione, un metodo di controllo per un banco di prova per avvitatori comprendente un gruppo frenante con un freno dotato di un innesto per un avvitatore da provare e di trasduttori di misura di angolo e coppia, il freno essendo comandato da una unit? di controllo per seguire durante un test di un avvitatore una curva coppia/angolo, il metodo comprendendo la fase di comandare un percorso bidirezionale della curva coppia/angolo (17), nel senso di comandare il freno con valori di coppia della curva in funzione dell'angolo sia durante andamenti dell'angolo in diminuzione sia durante andamenti dell'angolo in aumento.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione si ? pensato anche di realizzare un metodo di controllo comprendente le fasi di impostare un valore di coppia di partenza Cstart diverso da zero e di seguire la curva coppia/angolo a partire da tale valore Cstart.

Si ? inoltre pensato di realizzare secondo l'invenzione un banco di prova per avvitatori comprendente un gruppo frenante con un freno dotato di un innesto per un avvitatore da provare e di trasduttori di misura di angolo e coppia, il freno essendo comandato da una unit? di controllo secondo un metodo sopra menzionato, come sar? chiaro nel seguito.

Per rendere pi? chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriver? di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista schematica di un banco di test secondo l?invenzione;

-figure 2 e 3 rappresentano diagrammi cartesiani di possibili curve di esempio di comando del giunto di frenatura del banco di figura 1.

Con riferimento alle figure, in figura 1 ? mostrato schematicamente un banco di test, indicato genericamente con 10, applicante i principi dell?invenzione.

Il banco 10 comprende un gruppo frenante 11 dotato di un innesto 12 (eventualmente di tipo sostituibile) per l?accoppiamento con la corrispondente estremit? di un avvitatore 13 da verificare. Il gruppo frenante comprende un freno 14 e un noto gruppo trasduttore o sensore di coppia e di angolo 15 connesso al freno (vantaggiosamente disposto fra l?innesto 12 e il freno 14).

Il freno ? comandato da una unit? di controllo 16, vantaggiosamente realizzata mediante un in s? noto sistema a microprocessore opportunamente programmato, che controlla la forza frenante del freno seguendo prestabilite curve 17 di coppia/angolo.

Come ? noto per i banchi di test, l?unit? di controllo 16 riceve dal gruppo trasduttore 15 le informazioni di angolo di rotazione e di coppia trasmessa, sia per potere comandare il freno per fornire una coppia resistente in funzione dell?angolo rilevato (seguendo la detta curva prestabilita coppia/angolo che simula la vite) sia per poter verificare i parametri di funzionamento dell?avvitatore sotto test.

Come facilmente immaginabile dal tecnico esperto, il tipo di sistema di comando del freno da parte dell?unit? di controllo dipende dal tipo di freno impiegato. Ad esempio, nel caso di un freno idraulico, l?unit? di controllo pu? comandare l?invio al freno 14 di fluido in pressione proveniente da una adatta sorgente 18 attraverso una opportuna valvola a comando elettrico 19, vantaggiosamente di tipo proporzionale. L?invenzione qui descritta ? comunque applicabile a qualsiasi altro tipo di freno impiegabile in un banco di test. Ad esempio, con un freno elettromagnetico la sorgente 18 sar? una sorgente elettrica e la valvola 19 sar? sostituita da un sistema di modulazione elettrica della potenza di comando che viene inviata al freno elettromagnetico.

Le curve di frenatura coppia/angolo 17 sono fornite all?unit? di controllo 16 da una unit? di selezione 20 che vantaggiosamente comprende una memoria 21 e una unit? di elaborazione 22.

L?unit? di controllo 16 comanda l?unit? di selezione 20 per ottenere i valori di comando del freno in funzione dell?angolo misurato e necessari per la voluta operazione di prova di un avvitatore.

Come facilmente immaginabile dal tecnico, le curve di frenatura 17 possono essere definite nella memoria 21 ad esempio completamente punto per punto (con una sequenza molto ravvicinata di coppie di valori di coppia e angolo), oppure possono essere definite ciascuna mediante la memorizzazione nella memoria 21 solo di alcuni punti principali o valori rappresentativi della curva e i valori intermedi possono essere ottenuti medianti l?uso di adatte formule matematiche di interpolazione dell?andamento della curva fra tali punti operata dall?unit? di elaborazione 22. Con punti principali o valori rappresentativi si intendono per l'appunto quei punti o valori della curva che permettono di ricavare da essi la totalit? della curva desiderata.

Per esempio, se le curve sono composte da spezzate, possono essere memorizzate nella memoria 21 anche solo le coordinate dei punti nel piano cartesiano che sono di partenza, cambio di pendenza e di arrivo di ciascuna curva, e l?andamento fra i punti pu? essere facilmente calcolato matematicamente dall?unit? di elaborazione come semplici segmenti rettilinei fra coppie di punti principali successivi.

Le formule matematiche di interpolazione possono naturalmente essere memorizzate anch?esse nella memoria 21, associate a ciascuna curva (nel caso siano ad esempio diverse da curva a curva) oppure possono anche essere programmate nell?unit? di elaborazione (ad esempio nel caso siano uguali per tutte le curve o per un set di curve) in modo che l?unit? di elaborazione debba recuperare dalla memoria 21 solo i punti principali della curva da calcolare. Ci? ? comunque facilmente immaginabile dal tecnico esperto alla luce della descrizione qui fatta del sistema secondo l?invenzione.

Naturalmente, l?unit? di elaborazione 22, l?unit? di controllo 16 ed, eventualmente, anche la memoria 21 possono essere integrate in un unico sistema di elaborazione a microprocessore (indicato con 23) opportunamente programmato, come facilmente immaginabile dal tecnico. L?unit? di controllo 16 ? anche vantaggiosamente connessa a note periferiche di interfaccia utente, quali uno schermo 24 (eventualmente di tipo touch-screen) e una tastiera 25, per l'immissione dei comandi e per la visualizzazione dei risultati.

L?utente pu? cos? selezionare, attraverso l?interfaccia utente, l?adatta curva di comando per il freno a seconda dell?avvitatore da provare. La selezione pu? naturalmente avvenire sia scegliendo direttamente una curva sia impostando informazioni riguardo l?avvitatore (ad esempio marca e modello, numero di serie, tipo di impiego, ecc.) che permettano all?unit? di controllo 16 di scegliere autonomamente la curva di test pi? adatta dall?unit? di selezione (e/o dalla memoria 17) o di proporre curve di test o tipi di test fra cui l?utente pu? fare la sua selezione.

In figura 2 ? mostrato l?andamento di una possibile tradizionale curva di frenatura 17 nel piano cartesiano della coppia in funzione dell?angolo. Tale curva di esempio ? una classica spezzata con punto di origine nello 0 del piano cartesiano e punti principali P1(C1,?1), P2(C2,?2), Pmax(Cmax,?max). il primo segmento fra 0 e P1 rappresenta la rampa di preserraggio, il secondo segmento fra P1 e P2 rappresenta la rampa di serraggio e il terzo segmento fra P2 e Pmax rappresenta la zona di comportamento plastico.

I valori reali dei punti P1, P2, Pmax (memorizzati nella memoria 21) varieranno naturalmente a seconda dell?avvitatore da sottoporre a test, come noto al tecnico.

Con tale curva ? possibile simulare una vite dalla condizione non serrata alla condizione di massimo serraggio.

Il titolare delle presente domanda ha per? trovato che ci? non ? sempre adatto a provare completamente o comunque, in modo efficiente, la corretta taratura di un avvitatore.

Secondo un aspetto dell'invenzione, il banco secondo l'invenzione pu? comprendere una vantaggiosa caratteristica innovativa riguardo la curva di frenatura seguita dal banco di test. Secondo tale innovativa caratteristica il banco pu? prevedere un controllo del freno da parte dell?unit? di controllo per impiegare la stessa curva 17 anche in una fase di rilascio del freno, oltre che nella normale fase di frenata come ? invece nella tecnica nota.

In altre parole, la curva di frenata pu? essere resa bidirezionale, nel senso che il freno viene comandato a seguire la curva di frenatura sia per aumenti dell?angolo ? rilevato dal sensore di angolo 15, sia per diminuzioni di tale angolo. Ci? pu? essere ad esempio preferibilmente limitato all'andamento della curva fino al valore di coppia/angolo che ? stabilito essere di inizio del comportamento plastico della vite simulata dal banco con la curva coppia/angolo. Il metodo secondo l'invenzione di usare in modo bidirezionale la curva ? stato trovato particolarmente vantaggioso per testare con successo anche avvitatori che hanno una curva di serraggio che prevede momentanei movimenti di svitamento durante il serraggio di una vite. In simili casi, un banco di test tradizionale pu? fallire il test dell?avvitatore.

Ad esempio, solitamente un banco tradizionale termina il test una volta raggiunto il valore massimo di coppia stabilito per l?avvitatore, rilasciando completamente il freno per riportarlo ad un valore zero per l'inizio del test successivo. Nel caso per? l?avvitatore fosse impostato per compiere un avvicinamento al valore massimo con uno o pi? leggeri svitamenti prima del serraggio finale tali oscillazioni non sarebbero seguite adeguatamente dal giunto simulato dal freno, e la misura del valore di coppia finale prodotta dall?avvitatore prima dell?arresto risulterebbe sfalsato, oppure, se l'avvitatore sottoposto a test ? elettronico, esso rileverebbe un comportamento anomalo del giunto simulato durante le fasi di svitatura e interromperebbe il serraggio senza raggiungere la coppia finale, impedendo cos? di completare il test.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, ? anche stato trovato che per alcuni avvitatori o per alcune condizioni di prova o di uso, la rilevazione o meno di una corretta taratura pu? variare anche in modo non trascurabile nel caso l?avvitatore debba essere impiegato per viti gi? preserrate piuttosto che per viti completamente da serrare. Inoltre, anche nel caso che l?avvitatore non alteri il proprio comportamento passando da un caso all?altro, il tempo di test pu? essere eccessivamente e inutilmente lungo, specialmente quando l?avvitatore ha una bassa velocit? o una bassa accelerazione, perch? l?avvitatore sottoposto a test viene fatto partire sempre dal valore 0. Ci? pu? essere anche molto dispendioso nel caso che il test dell?avvitatore richieda non una sola prova ma una sequenza di prove di avvitamento. Oltre alla perdita di tempo, una sequenza molto ravvicinata di attivazioni dell?avvitatore sottoposto a test per tutta la durata della rampa di preserraggio da 0 al punto di inizio del serraggio pu? comportare una sollecitazione dell?avvitatore che altera la prova finale, costituendo una condizione che non si verifica nell?uso normale, poich? fra un avvitamento e l?altro l?avvitatore passa normalmente a riposo per spostarlo da una vite da serrare all?altra. Inoltre, in alcuni casi si ? trovato inutile seguire l?intera curva di serraggio dall?inizio, con la conseguente perdita di tempo nel test e la sollecitazione inopportuna dell?avvitatore. In particolare, in alcuni casi si ? interessati a stabilire solo se sono corretti i parametri di taratura dell?avvitatore in un punto molto avanti lungo la curva, ad esempio in prossimit? del punto di snervamento della vite o anche oltre tale punto di snervamento.

Nel banco di test secondo l?invenzione ? perci? anche vantaggiosamente prevista la possibilit? di comandare all?unit? di controllo 16 di selezionare lungo la curva di frenatura un punto di inizio dell?azione frenante diverso dal punto 0 (vale a dire diverso dal punto con coppia uguale a zero ad angolo zero). In particolare, all'inizio di un test il freno ? vantaggiosamente comandato per partire da un voluto valore di coppia 'Cstart' diverso da zero anzich? da coppia uguale a zero. Durante il test, l?avvitatore seguir? perci? la curva da Cstart in avanti.

In sostanza, secondo un aspetto dell'invenzione, l?intera curva di frenatura viene traslata sul piano cartesiano verso sinistra in modo che essa intersechi l?asse verticale nel punto con il prestabilito valore di coppia Cstart. Tale valore Cstart pu? essere anch?esso opportunamente memorizzato nella memoria 21, in modo che l?unit? di elaborazione 22 produca direttamente la nuova curva 17 traslata. In alternativa, pu? anche essere l?unit? di controllo 16 che ricevuta la normale curva 17 con partenza nell?origine, e il valore Cstart, trova sulla curva il valore di angolo che corrisponde al valore Cstart e sottrae tale valore di angolo ai valori di angolo via via rilevati dal sensore di angolo 15 cos? da ottenere i valori di coppia da comandare via via al freno partendo da Cstart.

In ogni caso, la curva coppia/angolo seguita dal freno pu? essere del tipo mostrata ad esempio nella figura 3.

Il valore Cstart dipender? dal valore di preserraggio (o serraggio) dal quale si desidera iniziare la prova. Tale valore potr? dipendere dal tipo di avvitatore, dal suo uso normale, o anche dal valore di serraggio con il quale la vite reale giunge normalmente all?avvitatore durante il suo uso sul campo. Come per la selezione della curva normale con partenza da 0, il valore di Cstart pu? essere ad esempio immesso direttamente dall?utente attraverso l?interfaccia utente oppure impostato in base ad informazioni immesse riguardo l?avvitatore (ad esempio marca e modello, numero di serie, tipo di impiego, ecc.) che permettano all?unit? di controllo 16 di scegliere autonomamente il valore di Cstart pi? adatto o di proporre valori di Cstart fra cui l?utente pu? fare la sua selezione.

Secondo questo aspetto dell'invenzione, si applica perci? vantaggiosamente un metodo secondo il quale il freno 14 ? comandato dall'unit? di controllo 16 per seguire durante un test di un avvitatore una curva coppia/angolo 17 impostando un valore di coppia di partenza Cstart diverso da zero e seguendo la curva coppia/angolo (17) a partire da tale valore Cstart. Vantaggiosamente il metodo comprende la fase iniziale di memorizzare nella memoria 21 del banco una o pi? curve coppia/angolo 17 o valori o punti rappresentativi di tali curve per la generazione delle curve 17, con tali curve che partono da un valore di coppia uguale a zero per angolo uguale a zero. Durante l'uso del banco si seleziona cos? la curva desiderata per il test di un avvitatore e l'unit? di controllo trasla la curva per partire con angolo zero dal valore di coppia Cstart e comanda il freno seguendo la curva traslata.

Grazie al metodo di test secondo questo aspetto dell'invenzione, che prevede la possibilit? di partenza del test da un voluto valore di coppia diverso da zero, si ? ottenuto una netto miglioramento della flessibilit? e precisione del banco di test rispetto ai banchi noti.

Inoltre, anche nel caso di simulazione di un giunto con partenza non da zero della coppia, ? stato trovato vantaggioso simulare un completo o parziale svitamento del giunto da parte dell?avvitatore prima della operazione di avvitamento. Ci? permette di simulare adeguatamente il giunto anche nel caso di avvitatori che compiono ad esempio le summenzionate oscillazioni prima di raggiungere la coppia massima, partendo da giunti parzialmente serrati, o che sono programmati per svitare in tutto o in parte il giunto parzialmente serrato prima di eseguire il loro ciclo di completo serraggio.

In tale caso, il giunto viene impostato dall?unit? di controllo al voluto valore Cstart all?inizio del test ma per valori negativi di angolo (dal punto di angolo zero dell?inizio del test), il freno ? azionato per diminuire la sua azione di frenatura seguendo ?all?indietro? la curva di frenatura selezionata fino a che l?avvitatore non ricomincia la sua azione nella direzione di serraggio con conseguente ripresa del percorso della curva di frenatura nella direzione normale.

A seconda dei casi, perci?, il percorso bidirezionale segue ad esempio una curva come in figura 2 o come in figura 3.

A questo punto ? chiaro come si siano ottenuti gli scopi prefissati dell'invenzione fornendo un banco e un metodo di funzionamento di tale banco che permettono di testare adeguatamente e con grande precisione una ampia gamma di avvitatori.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione ? riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perci? essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato. Ad esempio, le curve di frenatura prodotte e seguite dal sistema potranno essere differenti da quelle mostrate a titolo di esempio nelle figure e potranno, ad esempio non essere formate da spezzate ma avere andamento curvo continuo, oppure avere un maggiore numero di segmenti, come facilmente immaginabile dal tecnico.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo per un banco di prova per avvitatori comprendente un gruppo frenante (11) con un freno (14) dotato di un innesto (12) per un avvitatore da provare e di trasduttori (15) di misura di angolo e coppia, il freno (14) essendo comandato da una unit? di controllo (16) per seguire durante un test di un avvitatore una curva coppia/angolo (17), il metodo comprendendo le fasi di comandare un percorso bidirezionale della curva coppia/angolo (17), nel senso di comandare il freno con valori di coppia della curva in funzione dell'angolo sia durante andamenti dell'angolo in diminuzione sia durante andamenti dell'angolo in aumento.
2. 2. Metodo secondo rivendicazione 1, nel quale l'andamento bidirezionale della curva ? seguito fino ad un valore di coppia/angolo stabilito essere di inizio del comportamento plastico della vite simulata dal banco con la curva coppia/angolo.
3. 3. Metodo secondo rivendicazione 1, comprendente le fasi di impostare un valore di coppia di partenza Cstart diverso da zero e di seguire la curva coppia/angolo (17) a partire da tale valore Cstart.
4. 4. Metodo secondo rivendicazione 3, comprendente la fase di memorizzare in una memoria (21) del banco una o pi? curve coppia/angolo (17) o valori o punti rappresentativi di tali curve per la generazione delle curve, con tali curve che partono da un valore di coppia uguale a zero per angolo uguale a zero, selezionare la curva per il test di un avvitatore, traslare la curva per partire con angolo zero dal valore di coppia Cstart e comandare il freno seguendo la curva traslata.
5. 5. Banco di prova per avvitatori comprendente un gruppo frenante (11) con un freno (14) dotato di un innesto (12) per un avvitatore da provare e di trasduttori (15) di misura di angolo e coppia, il freno (14) essendo comandato da una unit? di controllo (16) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni di metodo.
6. 6. Banco secondo rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di comprendere una unit? di selezione (20) per la selezione di una curva di frenatura fra un pluralit? di curve di frenatura, l'unit? di selezione (20) comprendendo una memoria (21) contenente una o pi? curve coppia/angolo (17) o valori o punti rappresentativi di tali curve per la generazione delle curve, e una unit? di elaborazione per il calcolo di una curva selezionata e connessa all'unit? di controllo (16) per il comando del freno secondo la curva selezionata.
7. 7. Banco secondo rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il freno ? un freno a comando idraulico connesso ad una sorgente di fluido in pressione (18) attraverso una valvola proporzionale (19) a comando elettrico comandata dall'unit? di controllo (16).