IT201700021025A1 - Testa di misura bidirezionale per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico - Google Patents

Description

“TESTA DI MISURA BIDIREZIONALE PER EFFETTUARE CONTROLLI DIMENSIONALI E/O GEOMETRICI DI UN PEZZO MECCANICO”

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad una testa di misura bidirezionale per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico.

ARTE ANTERIORE

Una stazione di misura bidirezionale (ovvero con due gradi di libertà) per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico comprende una sede atta a ricevere e trattenere in una posizione fissa il pezzo meccanico, ed una testa di misura, la quale è provvista di un tastatore che è montato mobile lungo due direzioni di misura tra loro perpendicolari (ovvero il tastatore presenta due gradi di libertà ed è libero di muoversi in un piano), viene spinto elasticamente contro il profilo del pezzo meccanico, ed è accoppiato a due sensori di posizione che rilevano la posizione del tastatore lungo le corrispondenti direzioni di misura.

Una testa di misura nota a due gradi di libertà comprende un primo meccanismo che è montato su un telaio fisso, presenta un solo grado di libertà (ovvero permette lo spostamento lineare lungo una prima direzione di misura deformando un elemento elastico che tende a mantenere il primo meccanismo in una posizione intermedia di equilibrio) ed è provvisto di un primo sensore di posizione, ed un secondo meccanismo che è montato sul primo meccanismo (in particolare sulla parte mobile del primo meccanismo), presenta un solo grado di libertà (ovvero permette lo spostamento lineare lungo una seconda direzione di misura perpendicolare alla prima direzione di misura deformando un elemento elastico che tende a mantenere il secondo meccanismo in una posizione intermedia di equilibrio) ed è provvisto di un secondo sensore di posizione. Il tastatore è solidale alla parte mobile del secondo meccanismo in modo da essere in grado di spostarsi sia lungo la prima direzione di misura (per effetto del grado di libertà del primo meccanismo), sia lungo la seconda direzione di misura (per effetto del grado di libertà del secondo meccanismo).

Generalmente, ciascun meccanismo è un meccanismo deformabile (ovvero deforma la propria forma per generare lo spostamento lineare) ed è costituito da un parallelogramma articolato (ovvero da quattro aste incernierate a due a due negli estremi ed in cui le due aste opposte presentano la stessa lunghezza).

I sensori di posizione vengono utilizzati in due modi diversi: durante i controlli dimensionali e/o geometrici del pezzo meccanico i sensori di posizione vengono utilizzati per eseguire le misure necessarie, mentre durante i transiti della testa di misura bidirezionale (ovvero durante gli spostamenti della testa di misura bidirezionale tra una posizione di lavoro precedente e la posizione di lavoro successiva) i sensori di posizione vengono utilizzati per rilevare eventuali impatti imprevisti ed indesiderati. In altre parole, durante un transito della testa di misura bidirezionale il tastatore non dovrebbe venire in contatto con alcun tipo di ostacolo (ovvero il percorso del transito viene stabilito per evitare tutti gli ostacoli previsti e prevedibili); di conseguenza, se durante un transito un sensore di posizione della testa di misura bidirezionale rileva uno spostamento (inaspettato) del tastatore tale spostamento (inaspettato) del tastatore viene imputato ad un urto contro un ostacolo inatteso, il movimento della testa di misura bidirezionale viene immediatamente interrotto, e viene generato un allarme di collisione che richiede l’intervento di un operatore umano.

Durante il transito della testa di misura bidirezionale, le accelerazioni (positive o negative) a cui viene sottoposta la testa di misura bidirezionale non devono essere troppo elevate, in quanto un’accelerazione troppo alta potrebbe determinare uno spostamento inerziale (ovvero dovuto unicamente alle forze di inerzia) rilevante del tastatore che verrebbe interpretato come una collisone (e quindi genererebbe un falso allarme di collisione).

La testa di misura nota sopra descritta presenta l’inconveniente di essere non simmetrica dal punto di vista inerziale: lo spostamento lungo una direzione di misura richiede lo spostamento di una massa all’incirca doppia rispetto allo spostamento nell’altra direzione di misura in quanto i due meccanismi sono disposti in serie (ovvero per spostare il primo meccanismo è necessario spostare anche tutto il secondo meccanismo); di conseguenza, lo spostamento lungo una direzione di misura ha un comportamento dinamico diverso rispetto allo spostamento nell’altra direzione di misura. Questa diversità (disomogeneità) di comportamento dinamico nelle due direzioni di misura complica le operazioni sia durante i controlli dimensionali e/o geometrici del pezzo meccanico, sia durante i transiti in quanto è sempre necessario operare una differenziazione del controllo nelle due direzioni di misura.

Inoltre, in una direzione di misura l’inerzia del tastatore è elevata (ovvero l’inerzia del primo meccanismo è elevata perché si deve “portare dietro” l’intero secondo meccanismo) e per questo durante i transiti l’accelerazione massima consentita lungo questa direzione di misura è modesta; di conseguenza, i transiti risultano relativamente lenti (quindi aumentano i tempi morti in cui la testa di misura bidirezionale non esegue delle misure) a scapito della efficienza complessiva del processo di controllo.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire una testa di misura bidirezionale per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico, la quale testa di misura sia omogenea dal punto di vista inerziale, ovvero presenti un comportamento identico in diverse direzioni di misura, e nello stesso tempo sia di facile ed economica realizzazione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di disporre di una testa di misura adeguatamente bilanciata che possa essere soggetta ad accelerazioni elevate e che sia al contempo di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornita una testa di misura bidirezionale per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 è una vista prospettica di una testa di misura bidirezionale per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico realizzata in accordo con la presente invenzione;

• la figura 2 è una vista prospettica e con l’asportazione di un coperchio e di un tastatore della testa di misura della figura 1;

• le figure 3 e 4 sono due viste prospettiche rispettivamente dall’alto e dal basso di un meccanismo deformabile della testa di misura della figura 1;

• le figure 5 e 6 sono due viste in pianta rispettivamente dall’alto e dal basso del meccanismo deformabile delle figure 3 e 4;

• la figura 7 è una vista in pianta di una traversa del meccanismo deformabile delle figure 3 e 4;

• le figure 8 e 9 sono due viste in pianta di un sistema di contrappeso e di pre-carica del meccanismo deformabile delle figure 3 e 4 in due posizioni di estremità opposte; e

• la figura 10 è una vista prospettiva ed esplosa del sistema di contrappeso e di pre-carica delle figure 8 e 9 con l’asportazione di una massa di contrappeso. FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una testa di misura per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico (non illustrato).

La testa 1 di misura è normalmente parte di una stazione di misura (non illustrata) per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo meccanico. La stazione di misura comprende una sede (non illustrata) atta a riceve e trattenere in una posizione fissa il pezzo meccanico; inoltre, la stazione di misura comprende la testa 1 di misura, la quale è provvista di un tastatore 2 che è montato mobile lungo due direzioni D1 e D2 di misura tra loro perpendicolari (ovvero il tastatore 2 è libero di muoversi in un piano presentando due gradi di libertà), viene spinto elasticamente contro il profilo del pezzo meccanico, ed è accoppiato a due sensori 3a e 3b di posizione (illustrati nelle figure 5 e 6) che rilevano la posizione del tastatore 2 lungo le corrispondenti direzioni D1 e D2 di misura.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, la testa 1 di misura comprende un contenitore 4 parallelepipedo che è realizzato in materiale metallico (normalmente acciaio) e presenta una apertura 5 passante attraverso la quale è disposta una asta 6. L’asta 6 ad una estremità esterna (ovvero ad una estremità disposta al di fuori del contenitore 4) supporta una sede 7 (meglio illustrata nella figura 2) a cui è connesso, ad esempio agganciato, il tastatore 2. Secondo quanto illustrato nella figura 2, il fissaggio del tastatore 2 alla sede 7 è fatto con un accoppiamento di sicurezza presentante un "tripode" di posizionamento costituito, ad esempio ma non esclusivamente, da tre coppie di sfere 8 parzialmente sporgenti dalla superficie di fissaggio della sede 7 e tre corrispondenti cilindretti (non illustrati) ricavati in una base del tastatore 2 alloggiati fra le coppie di sfere 8; inoltre, la sede 7 è provvista di due magneti 9 che realizzano un aggancio magnetico tra la sede 7 e la base del tastatore 2. Il tastatore 2 può essere connesso all’estremità dell’asta 6 in modo diverso rispetto a quanto illustrato in figura 2.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, il contenitore 4 presenta due coperchi 10 e 11 che sono fissati al contenitore 4 mediante rispettive viti e sono rimovibili per accedere all’interno del contenitore 4 stesso (nella figura 2 è illustrato il contenitore 4 privo del coperchio 11). Secondo quanto illustrato nella figura 2, la testa 1 di misura comprende un telaio 12 fisso che è disposto all’interno del contenitore 4 ed è solidale (ovvero rigidamente vincolato) al contenitore 4 mediante delle viti (non illustrate). Inoltre, la testa 1 di misura comprende un cinematismo 13 che è disposto all’interno del contenitore 4, è supportato dal telaio 12 fisso e porta il tastatore 2 (ovvero porta l’asta 6 alla cui estremità esterna è fissata la sede 7 sulla quale viene montato il tastatore 2) per permettere al tastatore 2 di spostarsi lungo le due direzioni D1 e D2 di misura (illustrate nella figura 1) tra loro perpendicolari. Nella realizzazione illustrata il cinematismo 13 è un meccanismo deformabile.

Secondo quanto illustrato nelle figure 3-6, il meccanismo 13 deformabile comprende quattro colonne 14-17 che sono disposte in corrispondenza dei vertici di un parallelogramma immaginario (ad esempio di forma quadrata come nelle figure). Ciascuna colonna 14-17 è orientata perpendicolarmente alle due direzioni D1 e D2 di misura, e presenta almeno una superficie esterna. Nella realizzazione preferita, ciascuna colonna 14-17 presenta quattro superfici sfacciate, ovvero sostanzialmente piane; più in particolare due superfici interne (ovvero disposte verso l’interno del quadrato immaginario delimitato dalle quattro colonne 14-17) e due superfici esterne (ovvero disposte verso l’esterno del quadrato immaginario delimitato dalle quattro colonne 14-17), tra loro parallele ed opposte a due a due (in altre parole, ciascuna colonna 14-17 presenta due superfici esterne tra loro perpendicolari e due superfici interne tra loro perpendicolari; ciascuna superficie interna è parallela alla corrispondente superficie esterna). La colonna 14 è rigidamente collegata al telaio 12 fisso (ovvero è solidale al telaio 12 fisso) e quindi non compie alcuno spostamento rispetto al telaio 12 fisso quando il tastatore 2 si muove. La colonna 15 è opposta alla colonna 14 (ovvero è disposta in corrispondenza del vertice opposto del quadrato immaginario delimitato dalle quattro colonne 14-17 rispetto alla colonna 14), supporta il tastatore 2 (ovvero supporta l’asta 6 su cui è montato rigidamente il tastatore 2), ed è atta a traslare (assieme al tastatore 2 a cui è rigidamente collegata) lungo entrambe le due direzioni D1 e D2 di misura. La colonna 16 è interposta tra le colonne 14 e 15 e trasla solo quando la colonna 15 (ovvero il tastatore 2 supportato dalla colonna 15) si sposta lungo la direzione D1 di misura; in particolare, lo spostamento della colonna 16 avviene quasi esclusivamente lungo la direzione D1 di misura. Infatti, la componente principale dello spostamento della colonna 16 è quella in direzione D1 di misura, mentre la componente di spostamento in direzione D2 di misura risulta trascurabile ed eventualmente compensabile. In altre parole, quando il tastatore 2 si sposta lungo la direzione D1 di misura, la colonna 16 compie sostanzialmente solo un corrispondente spostamento lungo la direzione D1 di misura ed uno spostamento di entità trascurabile lungo la direzione D2 di misura. La colonna 17 è interposta tra le colonne 14 e 15 dal lato opposto della colonna 16 e trasla solo quando la colonna 15 (ovvero il tastatore 2 supportato dalla colonna 15) si sposta lungo la direzione D2 di misura. In particolare, lo spostamento della colonna 17 avviene quasi esclusivamente lungo la direzione D2 di misura. Infatti, la componente principale dello spostamento della colonna 17 è quella in direzione D2 di misura, mentre la componente di spostamento in direzione D1 di misura risulta trascurabile ed eventualmente compensabile. In altre parole, quando il tastatore 2 si sposta lungo la direzione D2 di misura, la colonna 17 compie sostanzialmente solo un corrispondente spostamento lungo la direzione D2 di misura ed uno spostamento trascurabile lungo la direzione D1 di misura).

I due sensori 3a e 3b di posizione (parzialmente visibili nelle figure 5 e 6) sono montati sul meccanismo 13 deformabile per rilevare ciascuno la posizione del tastatore 2 lungo una corrispondente direzione D1 o D2 di misura. In particolare, il sensore 3a di posizione comprende una parte fissa che è rigidamente vincolata al telaio 12 fisso ed una parte mobile che è rigidamente vincolata alla colonna 16 per rilevare lo spostamento della colonna 16 lungo la direzione D1 di misura; analogamente, il sensore 3b di posizione comprende una parte fissa che è rigidamente vincolata al telaio 12 fisso ed una parte mobile che è rigidamente vincolata alla colonna 17 per rilevare lo spostamento della colonna 17 lungo la direzione D2 di misura. Secondo una preferita (ma non vincolante) forma di attuazione, i sensori 3a e 3b di posizione comprendono dei trasduttori, ad esempio LVDT (“Linear Variable Displacement Transducer”), ciascuno dei quali è provvisto di avvolgimenti fissati al telaio 12 fisso ed un nucleo mobile alloggiato negli avvolgimenti e solidale ad uno stelo fissato alla colonna 16 o alla colonna 17.

Secondo una alternativa e perfettamente equivalente forma di attuazione non illustrata, i due sensori 3a e 3b di posizione monodirezionali sono sostituiti da un unico sensore di posizione bidirezionale che è meccanicamente accoppiato direttamente alla colonna 15, ovvero comprende una parte fissa che è rigidamente vincolata al telaio 12 fisso ed una parte mobile che è rigidamente vincolata alla colonna 15 per rilevare lo spostamento della colonna 15 lungo entrambe le direzione D1 e D2 di misura.

I trasduttori di cui sopra possono essere in alternativa di diverso tipo, ad esempio di tipo ottico.

Il meccanismo 13 deformabile comprende elementi di collegamento 18-25 deformabili che collegano fra loro le colonne 14-17 guidandone gli spostamenti.

Più in particolare, il meccanismo 13 deformabile qui descritto e illustrato nelle figure comprende quattro traverse 18-21 esterne elasticamente deformabili, ciascuna delle quali è orientata parallelamente ad una direzione D1 o D2 di misura, è rigidamente vincolata a superfici esterne di due corrispondenti colonne 14-17 (mediante rispettive viti avvitate in fori filettati ricavati nelle colonne 14-17), e collega tra loro tali due corrispondenti colonne 14-17. In particolare, la traversa 18 esterna collega tra loro le colonne 14 e 16 ed è orientata parallelamente alla direzione D2 di misura, la traversa 19 esterna collega tra loro le colonne 14 e 17 ed è orientata parallelamente alla direzione D1 di misura, la traversa 20 esterna collega tra loro le colonne 15 e 16 ed è orientata parallelamente alla direzione D1 di misura (quindi è parallela ed opposta alla traversa 19 esterna), e la traversa 21 esterna collega tra loro le colonne 17 e 15 ed è orientata parallelamente alla direzione D2 di misura (quindi è parallela ed opposta alla traversa 18 esterna). Le traverse 18-21 esterne sono a due a due tra loro parallele ed opposte; inoltre, tutte e quattro le traverse 18-21 esterne possono presentare, anche se non è essenziale, una altezza misurata perpendicolarmente alle direzioni D1 e D2 di misura sostanzialmente pari alla altezza delle colonne 14-17.

Secondo una preferita (ma non vincolante) forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, ciascuna traversa 18-21 esterna presenta internamente dei fori passanti che hanno, tra le altre cose, la funzione di alleggerire le traverse 18-21 esterne stesse e di permettere l’accesso a parte dei componenti interni.

Il meccanismo 13 deformabile comprende quattro traverse 22-25 interne elasticamente deformabili, ciascuna delle quali è orientata parallelamente ad una direzione D1 o D2 di misura, è rigidamente vincolata a superfici interne di due corrispondenti colonne 14-17 (mediante rispettive viti avvitate in fori filettati ricavati nelle colonne 14-17), e collega tra loro tali due corrispondenti colonne 14-17. In particolare, la traversa 22 interna collega tra loro le colonne 14 e 17 ed è orientata parallelamente alla direzione D1 di misura, la traversa 23 interna collega tra loro le colonne 15 e 16 ed è orientata parallelamente alla direzione D1 di misura (quindi è parallela ed opposta alla traversa 22 interna), la traversa 24 interna collega tra loro le colonne 14 e 16 ed è orientata parallelamente alla direzione D2 di misura, e la traversa 25 interna collega tra loro le colonne 17 e 15 ed è orientata parallelamente alla direzione D2 di misura (quindi è parallela ed opposta alla traversa 24 interna). Le traverse 22-25 interne sono a due a due tra loro parallele ed opposte; inoltre, tutte e quattro le traverse 22-25 interne possono presentare una altezza misurata perpendicolarmente alle direzioni D1 e D2 di misura diversa, ad esempio decisamente minore della altezza delle colonne 14-17 (tale scelta progettuale è unicamente dovuta ad un contenimento degli ingombri all’interno del meccanismo 13 deformabile).

Come detto in precedenza, le quattro colonne 14-17 sono disposte in corrispondenza dei vertici di un quadrato immaginario e di conseguenza le quattro traverse 18-21 esterne presentano tutte la stessa lunghezza misurata parallelamente ad una delle direzioni D1 e D2 di misura; analogamente, le quattro traverse 22-25 interne presentano tutte la stessa lunghezza misurata parallelamente ad una delle direzioni D1 e D2 di misura. In altre parole, tutte e quattro le traverse 18-21 esterne presentano la stessa dimensione (e sono identiche tra loro tanto da essere tra loro intercambiabili) e tutte e quattro le traverse 22-25 interne presentano la stessa dimensione (e sono identiche tra loro tanto da essere tra loro intercambiabili).

Secondo una diversa, e sostanzialmente equivalente, forma di attuazione non illustrata, le quattro colonne 14-17 sono disposte in corrispondenza dei vertici di un rettangolo (non quadrato) immaginario maggiormente sviluppato lungo una delle due direzioni D1 e D2 di misura.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 7, ciascuna traversa 18-25 (indifferentemente esterna o interna) presenta una porzione 26 centrale disposta tra le due corrispondenti colonne 14-17 e due porzioni 27 laterali, le quali sono disposte ai lati opposti della porzione 26 centrale, sono vincolate alle corrispondenti colonne 14-17 e presentano uno spessore inferiore rispetto alla porzione 26 centrale. Secondo una preferita (ma non vincolante) forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, ciascuna traversa 18-25 comprende un elemento 28 principale che si estende da un estremo all’altro della traversa 18-25 e definisce sia le porzioni 27 laterali che una parte della porzione 26 centrale, ed un elemento 29 di rinforzo che è disposto centralmente, definisce un’altra parte della porzione 26 centrale ed è rigidamente vincolato (ad esempio saldato) all’elemento 28 principale. Secondo la forma di attuazione (non limitante) illustrata nelle figure allegate, l’elemento 29 di rinforzo presenta lo stesso spessore dell’elemento 28 principale e quindi la porzione 26 centrale presenta uno spessore doppio rispetto alle porzioni 27 laterali.

Ciascuna traversa 18-25 presenta, in prossimità di ciascun punto di ancoraggio con una corrispondente colonna 14-17 (ovvero in corrispondenza di una delle porzioni 27 laterali), un indebolimento 30, ovvero una zona a spessore ridotto, per aumentare localmente la flessibilità della traversa 18-25 stessa. L’indebolimento 30 è costituito da un incavo che riduce localmente la sezione della traversa 18-25 e ne aumenta la flessibilità in prossimità di ciascuna colonna alla quale è rigidamente vincolata (a titolo di esempio, in corrispondenza dell’indebolimento 30 la traversa 18-25 presenta uno spessore compreso tra il 20% ed il 35% dello spessore della restante parte della porzione 27 laterale). Secondo una preferita (ma non vincolante) forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, ciascun indebolimento 30 è disposto interamente nella porzione 27 laterale ed inizia in corrispondenza della zona di confine tra la porzione 27 laterale e la porzione 26 centrale. Inoltre, ciascun indebolimento 30 è disposto interamente nella porzione 27 laterale tra la porzione 26 centrale ed un foro 31 passante attraverso il quale viene inserita una vite di fissaggio alla corrispondente colonna 14-17.

Da quanto sopra descritto è chiaro che ciascuna traversa 18-25 presenta una flessibilità elastica che è concentrata in prossimità delle colonne 14-17 (ovvero in corrispondenza degli indebolimenti 30); questa flessibilità elastica permette al meccanismo 13 deformabile di deformarsi elasticamente in entrambe le direzioni D1 e D2 di misura permettendo quindi al tastatore 2 (rigidamente vincolato alla colonna 15) di spostarsi in entrambe le direzioni D1 e D2 di misura.

Il meccanismo 13 deformabile comprende due bilancieri 32, ciascuno dei quali è centralmente incernierato al telaio 12 fisso in corrispondenza di opportuni meccanismi a cerniera, per ruotare attorno ad un asse 33 di rotazione perpendicolare alle direzioni D1 e D2 di misura. I due bilancieri 32 sono disposti perpendicolarmente uno rispetto all’altro ed i due assi 33 di rotazione sono tra loro paralleli. Nella realizzazione descritta e mostrata nelle figure i due assi 33 di rotazione non sono coincidenti, ovvero sono disposti ad una certa distanza non nulla uno dall’altro. Inoltre, i due bilancieri 32 sono disposti ad altezze misurate perpendicolarmente alle direzioni D1 e D2 di misura diverse in modo tale da essere tra loro sovrapposti e distanziati. In particolare, il telaio 12 fisso comprende una piastra 34 di supporto, la quale è solidale alla colonna 14, è disposta parallelamente ad entrambe le direzioni D1 e D2 di misura, porta i meccanismi a cerniera dei due bilancieri 32, ed è frapposta tra i due bilancieri 32 stessi. Nella realizzazione illustrata nelle figure, le traverse 22-25 interne sono disposte in modo che due traverse interne entrambe parallele ad una delle due direzioni D1 o D2 di misura si trovano da un lato della piastra 34 di supporto e le altre due traverse interne, entrambe parallele all’altra delle due direzioni D1 o D2 di misura, si trovano dal lato opposto della piastra 34 di supporto. In particolare, con riferimento alle figure 3 e 4, le traverse 22 e 23 interne che collegano rispettivamente le colonne 14 e 17 e 15 e 16 e sono parallele alla direzione D1 di misura si trovano da una parte della piastra 34 di supporto (sopra tale piastra nell’orientamento mostrato in figura 3), mentre le altre due traverse 24 e 25 interne che collegano rispettivamente le colonne 14 e 16 e 15 e 17 e sono parallele alla direzione D2 di misura si trovano dalla parte opposta della piastra 34 di supporto (sopra tale piastra nell’orientamento mostrato in figura 4).Ciascun bilanciere 32 presenta una prima estremità che è meccanicamente vincolata alla colonna 16 oppure alla colonna 17 (ovvero un bilanciere 32 è meccanicamente vincolato alla colonna 16 e l’altro bilanciere 32 è meccanicamente vincolato alla colonna 17). Secondo una preferita (ma non vincolante) forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, la prima estremità di ciascun bilanciere 32 è meccanicamente vincolata alla corrispondente colonna 16 o 17 mediante una biella 35 che è da un lato incernierata alla prima estremità del bilanciere 32 e dall’altro lato è incernierata alla corrispondente colonna 16 o 17. Secondo una realizzazione alternativa, ciascun bilanciere 32 può essere vincolato alla corrispondente colonna 16 o 17 mediante una lamina elastica in metallo che ha un’estremità connessa all’estremità del rispettivo bilanciere 32 e l’altra estremità fissata (ad esempio avvitata) ad un elemento di supporto rigido solidale alla rispettiva colonna 16 o 17. Questo consente di eliminare giochi che sono inevitabilmente presenti nella connessione realizzata mediante biella.

Ciascun bilanciere 32 compie una rotazione attorno al proprio asse 33 di rotazione quando la colonna 16 o 17 alla quale è vincolato si muove lungo la rispettiva direzione D1 o D2 di misura. Con riferimento alla realizzazione qui descritta e illustrata, il bilanciere 32 mostrato in figura 3 compie una rotazione attorno all’asse 33 di rotazione quando la colonna 17, alla quale è vincolato, compie uno spostamento. Poiché, come detto in precedenza, lo spostamento della colonna 17 avviene quasi esclusivamente lungo la direzione D2 di misura, il bilanciere 32 mostrato in figura 3 ruota quando si verifica uno spostamento del tastatore 2 lungo la direzione D2 di misura. Il bilanciere 32 mostrato in figura 4, compie invece una rotazione soltanto quando la colonna 16 alla quale è vincolato compie uno spostamento. Dal momento che lo spostamento della colonna 16 avviene quasi esclusivamente lungo la direzione D1 di misura, il bilanciere 32 mostrato in figura 4 ruota quando il tastatore 2 si muove in direzione D1 di misura.

La rotazione contemporanea dei bilancieri 32 si verifica quando lo spostamento del tastatore 2 comprende sia una componente in direzione D1 di misura che una componente in direzione D2 di misura.

Ciascun bilanciere 32 presenta una seconda estremità che è opposta alla prima estremità (meccanicamente vincolata alla corrispondente colonna 16 o 17) ed è rigidamente vincolata ad un contrappeso 36 di compensazione inerziale avente una massa calibrata. Il contrappeso 36 è vincolato all’estremità del bilanciere 32 mediante una connessione meccanica regolabile che consente di regolare la posizione del contrappeso 36 rispetto all’estremità del bilanciere 32 in funzione del tastatore 2 e dell’asta 6 a cui è fissato, più in particolare in funzione del loro peso complessivo. Il contrappeso 36 può anche essere sostituito, entro determinati range stabiliti da ragioni di ingombro, con un contrappeso di massa e dimensioni diversi a seconda del peso di asta e tastatore.

Quando la colonna 16 o 17 si sposta lungo la corrispondente direzione D1 o D2 di misura, il relativo bilanciere 32 (vincolato alla colonna 16 o 17 attraverso la biella 35) ruota attorno all’asse 33 di rotazione e di conseguenza fa ruotare anche il contrappeso 36 di compensazione inerziale ad esso solidale

La presenza dei contrappesi 36 garantisce un bilanciamento dell’intero sistema (inteso come comprendente il meccanismo 13 deformabile, il tastatore 2 e l’asta 6 al quale questo è connesso) in entrambe le direzioni D1 e D2 di misura. Il bilanciamento del sistema è ottenuto grazie al fatto che i momenti delle forze applicate al sistema risultano uguali rispetto all’asse 33 di rotazione attorno al quale ruota ciascun bilanciere 32. In altre parole il prodotto della forza esercitata complessivamente da tastatore 2, asta 6 e porzione di meccanismo 13 deformabile connesso alla colonna 16 o 17 per la distanza tra la prima estremità del bilanciere 32 vincolata alla colonna 16 o 17 e l’asse di rotazione 33 è uguale al prodotto della forza esercitata dal contrappeso 36 per la distanza tra l’asse di rotazione 33 e il baricentro del contrappeso 36. Il bilanciamento del sistema produce i propri effetti ogni qualvolta la testa di misura 1 viene sottoposta ad una accelerazione di tipo traslatorio. Ad esempio, il contrappeso 36 di ciascun bilanciere 32 esercita la propria funzione quando la testa 1 di misura viene orientata verticalmente, ovvero quando il piano comprendente le direzioni D1 e D2 di misura è disposto perpendicolarmente rispetto al suolo. In questo caso la funzione del contrappeso 36 è quella di controbilanciare la forza di gravità sia quando la testa 1 di misura si trova in posizione di lavoro sia quando si trova in posizione di riposo per mantenere il sistema in equilibrio. Il contrappeso 36 esercita inoltre la propria funzione durante i transiti, indipendentemente dal posizionamento della testa 1 di misura, garantendo il bilanciamento del sistema anche in caso di applicazione di accelerazioni elevate.

Secondo la realizzazione preferita qui descritta e illustrata, il contrappeso 36 presenta la particolare forma mostrata nelle figure dove la massa è distribuita in modo da ottenere un volume più ridotto possibile compatibilmente con gli ingombri imposti dal meccanismo 13 deformabile (il contrappeso 36 non deve urtare contro le traverse 22-25 durante la rotazione) e con la necessità di mantenere il baricentro più lontano possibile rispetto al bilanciere 32.

Secondo quanto illustrato nelle figure 8 e 9 (che illustrano per semplicità un unico bilanciere 32 incernierato alla piastra 34 di supporto del telaio 12 fisso) ciascun bilanciere 32 è meccanicamente collegato a due elementi 37 e 38 elastici contrapposti che tendono a mantenere il bilanciere 32 in una posizione intermedia di equilibrio. Secondo una preferita forma di attuazione, ciascun elemento 37 o 38 elastico è costituito da una molla elicoidale che alloggia parzialmente il gambo di una vite 39 o 40 provvista di una testa che costituisce una battuta contro cui è compresso l’elemento 37 o 38 elastico stesso; in altre parole, una estremità di ciascun elemento 37 o 38 elastico si appoggia alla testa della corrispondente vite 39 o 40 in modo tale che l’elemento 37 o 38 elastico possa venire compresso contro la testa della corrispondente vite 39 o 40.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 10, ciascun bilanciere 32 è accoppiato ad una leva 41 di precarico unidirezionale che è incernierata al telaio 12 fisso, più in particolare alla piastra 34 di supporto, per ruotare attorno all’asse 33 di rotazione del corrispondente bilanciere 32 (ovvero il bilanciere 32 e la leva 41 di precarico unidirezionale sono atti a ruotare attorno allo stesso asse 33 di rotazione). Ciascuna leva 41 di precarico unidirezionale è atta a ruotare rispetto al bilanciere 32 in un primo verso, ed è impedita a ruotare rispetto al bilanciere 32 in un secondo verso opposto al primo verso (secondo modalità descritte in seguito). Inoltre, ciascuna leva 41 di precarico unidirezionale è atta a ruotare rispetto al telaio 12 fisso (ovvero rispetto alla piastra 34 di supporto del telaio 12 fisso) nel secondo verso, ed è impedita a ruotare rispetto al telaio 12 fisso (ovvero rispetto alla piastra 34 di supporto del telaio 12 fisso) nel primo verso opposto al secondo verso (secondo modalità descritte in seguito). Più in particolare, nel secondo verso la leva 41 di precarico unidirezionale ruota rispetto al telaio 12 fisso insieme al bilanciere 32.

La vite 40 supportante l’elemento 38 elastico compresso fra la testa della vite 40 stessa e la leva 41 di precarico unidirezionale è avvitata in un foro 43 filettato ricavato nel telaio 12 fisso, e la vite 39 supportante l’elemento 37 elastico compresso fra la testa della vite 39 stessa e il bilanciere 32 è avvitata in un foro 42 filettato ricavato nella leva 41 di precarico unidirezionale.

La vite 39 attraversa un foro passante 44 ricavato nel bilanciere 32 e non tocca il bilanciere 32 stesso; analogamente, la vite 40 attraversa un foro passante 45 ricavato nella leva 41 di precarico unidirezionale e non tocca la leva 41 di precarico unidirezionale stessa. Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, ciascuna leva 41 di precarico unidirezionale è disposta al di sotto del corrispondente bilanciere 32, ovvero fra il bilanciere 32 e la piastra 34 di supporto del telaio 12 fisso, e presenta due prime appendici 46 e 47, o appendici mobili, orientate parallelamente all’asse 33 di rotazione che si elevano a sbalzo dalla leva 41 di precarico unidirezionale ed impegnano due corrispondenti sedi 48 e 49 conformate ad “U” ricavate nel sovrastante bilanciere 32. Il foro 42 filettato in cui è avvitata la vite 39 è ricavato nell’appendice 47 mobile. Il telaio 12 fisso (in particolare la piastra 34 di supporto del telaio 12 fisso) è disposto al di sotto di ciascuna leva 41 di precarico unidirezionale e presenta due seconde appendici 50 e 51, o appendici fisse, orientate parallelamente all’asse 33 di rotazione che si elevano a sbalzo dal telaio 12 fisso ed impegnano due corrispondenti sedi 52 e 53 conformate ad “L” ricavate nella sovrastante leva 41 di precarico unidirezionale; il foro 43 filettato in cui è avvitata la vite 40 è ricavato nell’appendice 51 fissa.

Per effetto della presenza delle due appendici 46 e 47 mobili di ciascuna leva 41 di precarico unidirezionale che impegnano le corrispondenti sedi 48 e 49 di ciascun bilanciere 32, il bilanciere 32 può ruotare attorno all’asse 33 di rotazione e rispetto alla leva 41 di precarico unidirezionale in un primo verso secondo il quale entrambe le sedi 48 e 49 si allontanano dalle corrispondenti appendici 46 e 47 mobili (come illustrato nella figura 8 in cui si verifica una rotazione relativa tra il bilanciere 32 e la leva 41 di precarico unidirezionale). Il bilanciere 32 può inoltre ruotare attorno all’asse 33 di rotazione solidalmente alla leva 41 di precarico unidirezionale in un secondo verso (opposto al primo verso) secondo il quale entrambe le appendici 46 e 47 mobili della leva 41 di precarico unidirezionale si impegnano con le pareti delle corrispondenti sedi 48 e 49 del bilanciere 32 “trascinando” la leva 41 di precarico unidirezionale nel movimento di rotazione (come illustrato nella figura 9 in cui si verifica una rotazione congiunta del bilanciere 32 con la leva 41 di precarico unidirezionale).

Per effetto della presenza delle due appendici 50 e 51 fisse che impegnano le corrispondenti sedi 52 e 53 di ciascuna leva 41 di precarico unidirezionale, la leva 41 di precarico unidirezionale stessa è impedita a ruotare attorno all’asse 33 di rotazione e rispetto al telaio 12 fisso nel primo verso secondo il quale entrambe le sedi 52 e 53 “sbattono” contro le corrispondenti appendici 50 e 51 fisse. La leva 41 di precarico unidirezionale può ruotare attorno all’asse 33 di rotazione e rispetto al telaio 12 fisso nel secondo verso secondo il quale entrambe le sedi 52 e 53 si allontanano dalle corrispondenti appendici 50 e 51 fisse.

E’ prevista una coppia di perni 54, ciascuno dei quali si inserisce all’interno di corrispondenti fori passanti presenti nel rispettivo bilanciere 32 e nella rispettiva leva 41 di precarico unidirezionale per consentire al bilanciere 32 ed alla leva 41 di precarico unidirezionale di ruotare attorno all’asse 33 di rotazione. Per ciascun bilanciere 32 è previsto un secondo perno 55 che passa attraverso un foro passante della corrispondente biella 35 e si inserisce in una cavità 56 ricavata in corrispondenza di una estremità del bilanciere 32 per realizzare un accoppiamento rotativo tra la biella 35 ed il bilanciere 32.

Secondo quanto illustrato nella figura 8, quando la biella 35 si sposta in un primo senso (verso l’alto nella figura 8), il bilanciere 32 ruota nel primo verso (verso antiorario nella figura 8) attorno all’asse 33 di rotazione per accompagnare il movimento della biella 35 mentre la leva 41 di precarico unidirezionale rimane ferma (ovvero non ruota attorno all’asse 33 di rotazione) in quanto impedita dai vincoli meccanici imposti dalle appendici 50 e 51 fisse (solo parzialmente visibili nella figura 8). In questa situazione, l’elemento 38 elastico non viene interessato da alcuna sollecitazione (in quanto compreso tra la testa della vita 40 solidale al telaio 12 fisso e la leva 41 di precarico unidirezionale che non si muove), mentre l’elemento 37 elastico viene compresso (in quanto compreso tra la testa della vita 39, solidale alla leva 41 di precarico unidirezionale che non si muove ed il bilanciere 32 che invece si muove).

Secondo quanto illustrato nella figura 9, quando la biella 35 si sposta in un secondo senso, ad esempio opposto a quello descritto in precedenza, (verso il basso nella figura 9), il bilanciere 32 ruota nel secondo verso (verso orario nella figura 8) attorno all’asse 33 di rotazione per accompagnare il movimento della biella 35 ed anche la leva 41 di precarico unidirezionale ruota attorno all’asse 33 di rotazione assieme al bilanciere 32. Di conseguenza, il bilanciere 32 e la leva 41 di precarico unidirezionale ruotano insieme nel secondo verso (verso orario nella figura 9) rispetto al telaio 12 fisso. In questa situazione, l’elemento 38 elastico viene compresso (in quanto compreso tra la testa della vite 40 solidale al telaio 12 fisso e la leva 41 di precarico unidirezionale che si muove), mentre l’elemento 37 elastico non viene interessato da alcuna sollecitazione (in quanto compreso tra la testa della vite 39 solidale alla leva 41 di precarico unidirezionale ed il bilanciere 32 che si muovono entrambi con la stessa legge di moto).

Secondo una possibile forma di attuazione non illustrata, è previsto un primo elemento di battuta che costituisce un fine-corsa lungo la direzione D1 di misura e limita la corsa della colonna 16 lungo la direzione D1 di misura stessa (in particolare il primo elemento di battuta è conformato per limitare la corsa della colonna 16 in entrambi i versi, ovvero costituisce sia un fine-corsa destro, sia un fine-corsa sinistro); analogamente, è previsto un secondo elemento di battuta che costituisce un fine-corsa lungo la direzione D2 di misura e limita la corsa della colonna 17 lungo la direzione D2 di misura stessa (in particolare il secondo elemento di battuta è conformato per limitare la corsa della colonna 17 in entrambi i versi, ovvero costituisce sia un fine-corsa destro, sia un fine-corsa sinistro). Secondo una possibile forma di attuazione, i due elementi di battuta sono entrambi direttamente accoppiati alla colonna 15 (ovvero agiscono entrambi direttamente sulla colonna 15); questo consente di evitare che eventuali urti subiti dal tastatore 2 o dall’asta 6 si trasmettano agli altri componenti del meccanismo 13 deformabile e sollecitino il meccanismo 13 deformabile stesso. E’ anche possibile prevedere un unico elemento di battuta accoppiato alla colonna 15, ad esempio una spina di dimensioni appropriate, che impegnandosi adeguatamente con il telaio 12 fisso, ad esempio con un foro che consenta alla spina di muoversi con un determinato gioco, limita la corsa della colonna 15 in entrambi i versi lungo entrambe le direzioni D1 e D2 di misura..

Secondo una possibile forma di attuazione non illustrata, è previsto un unico elemento smorzatore (ad esempio provvisto di un fluido viscoso) che è meccanicamente accoppiato alla colonna 15 per smorzare la traslazione della colonna 15 lungo entrambe le direzioni D1 e D2 di misura; in alternativa, potrebbe essere previsto un primo elemento smorzatore che è meccanicamente accoppiato alla colonna 16 per smorzare la traslazione della colonna 16 lungo la direzione D1 di misura ed un secondo elemento smorzatore che è meccanicamente accoppiato alla colonna 17 per smorzare la traslazione della colonna 17 lungo la direzione D2 di misura. La funzione degli elementi smorzatori è di evitare che si possano innescare oscillazioni significative del tastatore 2 lungo le direzioni D1 e D2 di misura sia durante la fase di controllo, garantendo così una maggiore stabilizzazione, sia quando la testa 1 di misura torna in posizione di riposo al termine del ciclo di controllo.

Nella testa 1 di misura fin qui descritta e illustrata nelle figure, i bilancieri 32 con i rispettivi contrappesi 36, le leve 41 di precarico unidirezionale e le traverse 22-25 interne si trovano da lati opposti della piastra 34 di supporto e quindi in generale su piani geometrici diversi. Secondo una realizzazione alternativa è possibile sviluppare il meccanismo 13 deformabile in modo che tutti i suoi componenti si trovino in generale su un solo piano, ad esempio da uno stesso lato della piastra 34 di supporto. In particolare, dimensionando opportunamente i diversi componenti, ovvero le traverse esterne 18-21 ed interne 22-25 e i bilancieri 32, e adottando contrappesi 36 con una massa calibrata e un ingombro adeguati, è possibile fissare entrambi i bilancieri 32, mantenendo la reciproca disposizione a 90°, ad una stessa faccia della piastra 34 di supporto in modo che siano disposti alla stessa altezza misurata perpendicolarmente alle direzioni (D1, D2) di misura. Secondo un’ulteriore realizzazione alternativa (non illustrata), le colonne (14-17) e le traverse esterne (18-21) ed interne (22- 25) possono essere realizzate in un unico pezzo, ad esempio con lavorazione dal pieno.

Secondo una diversa realizzazione (non illustrata), in alternativa al meccanismo deformabile fin qui descritto, il cinematismo 13 comprende elementi scorrevoli, ad esempio quattro carrelli ciascuno dei quali è connesso a due colonne per consentire a queste di compiere reciproci movimenti esclusivamente lineari lungo una delle direzioni D1 e D2 di misura in funzione degli spostamenti del tastatore.

La testa 1 di misura sopra descritta presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il comportamento della testa 1 di misura sopra descritta è perfettamente omogeneo dal punto di vista inerziale; ovvero lungo entrambe le direzioni D1 e D2 di misura l’inerzia della testa 1 di misura sopra descritta è identica. La testa 1 di misura può inoltre essere considerata isotropa, ovvero avente un comportamento identico (omogeneo) nel piano definito dalle direzioni D1 e D2 di misura. Questo consente di semplificare il controllo (inteso come movimentazione) della testa 1 di misura sia durante la fase di controllo dimensionale e/o geometrico del pezzo meccanico, sia durante i transiti in quanto è possibile applicare alla testa 1 di misura la stessa accelerazione in tutte le direzioni. Inoltre, la particolare conformazione del meccanismo 13 deformabile e soprattutto la presenza dei contrappesi 36 di compensazione inerziale, garantiscono un bilanciamento della testa 1 di misura in entrambe le direzioni D1 e D2 di misura e, di conseguenza, la possibilità di sottoporre la testa 1 di misura ad accelerazioni anche molto elevate durante i transiti, minimizzando così i tempi di inoperatività della testa 1 di misura fra un controllo e l’altro e aumentando in generale l’efficienza del processo di misura.

Infine, la testa 1 di misura sopra descritta è di facile ed economica realizzazione, in quanto la sua costruzione richiede l’utilizzo di tecnologie realizzative e di materiali convenzionali (quindi facilmente reperibili in commercio).

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Testa (1) di misura bidirezionale per effettuare controlli dimensionali e/o geometrici di un pezzo (2) meccanico; la testa (1) di misura comprende: un telaio (12) fisso; un tastatore (2) che è atto a venire spinto a contatto con il pezzo (2) meccanico; un cinematismo (13) che è supportato dal telaio (12) fisso e porta il tastatore (2) per permettere al tastatore (2) di spostarsi lungo due direzioni (D1, D2) di misura tra loro perpendicolari; e almeno un sensore (3a, 3b) di posizione che è montato sul cinematismo (13) e rileva la posizione del tastatore (2) lungo almeno una direzione (D1; D2) di misura; la testa (1) di misura è caratterizzata dal fatto che il cinematismo (13) comprende: una prima colonna (14) che è orientata perpendicolarmente alle due direzioni (D1, D2) di misura ed è rigidamente collegata al telaio (12) fisso; una seconda colonna (15) che è orientata perpendicolarmente alle due direzioni (D1, D2) di misura, è opposta alla prima colonna (14), supporta il tastatore (2) e trasla lungo entrambe le due direzioni (D1, D2) di misura assieme al tastatore (2); una terza colonna (16) che è orientata perpendicolarmente alle due direzioni (D1, D2) di misura, e trasla solo quando la seconda colonna (15) si sposta lungo la prima direzione (D1) di misura compiendo uno spostamento quasi esclusivamente lungo detta prima direzione (D1) di misura; una quarta colonna (17) che è orientata perpendicolarmente alle due direzioni (D1, D2) di misura e trasla solo quando la seconda colonna (15) si sposta lungo la seconda direzione (D2) di misura compiendo uno spostamento quasi esclusivamente lungo detta seconda direzione (D2) di misura; ed elementi di collegamento (18-25) che collegano fra loro dette colonne (14-17) guidandone gli spostamenti.
2. 2) Testa (1) di misura secondo la rivendicazione 1, in cui il cinematismo (13) è un meccanismo deformabile.
3. 3) Testa (1) di misura secondo la rivendicazione 2, in cui gli elementi di collegamento (18-25) comprendono traverse elasticamente deformabili rigidamente vincolate a dette colonne (14-17).
4. 4) Testa (1) di misura secondo la rivendicazione 3, in cui dette colonne (14-17) comprendono ciascuna almeno una superficie esterna, detta testa (1) di misura comprendendo quattro traverse (18-21) esterne, a due a due tra loro parallele ed opposte, ciascuna delle quali è orientata parallelamente alla corrispondente direzione (D1; D2) di misura, è rigidamente vincolata a dette almeno una superficie esterna di due corrispondenti colonne (14-17), e collega tra loro dette due corrispondenti colonne (14-17).
5. 5) Testa (1) di misura secondo la rivendicazione 4, in cui dette colonne (14-17) comprendono ciascuna almeno una superficie interna, detta testa (1) di misura comprendendo quattro traverse (22-25) interne a due a due tra loro parallele ed opposte, ciascuna delle quali è orientata parallelamente alla corrispondente direzione (D1; D2) di misura, è rigidamente vincolata a dette almeno una superficie interna di due corrispondenti colonne (14-17) e collega tra loro dette due corrispondenti colonne (14-17).
6. 6) Testa (1) di misura secondo la rivendicazione 5, in cui detta almeno una superficie interna di ciascuna di dette colonne (14-17) è parallela ed opposta a detta almeno una superficie esterna di detta colonna (14-17).
7. 7) Testa (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui ciascuna traversa (18-25) presenta un indebolimento (30) per aumentare localmente la flessibilità di detta traversa (18-25) in prossimità di ciascuna colonna alla quale è rigidamente vincolata.
8. 8) Testa (1) di misura secondo la rivendicazione 7, in cui ciascuna traversa (18-25) presenta: una porzione (26) centrale, la quale è disposta tra le due corrispondenti colonne (14-17); e due porzioni (27) laterali, le quali sono vincolate alle corrispondenti colonne (14-17), e sono provviste dei rispettivi indebolimenti (30).
9. 9) Testa (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il telaio (12) fisso comprende una piastra (34) di supporto, la quale è rigidamente solidale alla prima colonna (14) ed è disposta parallelamente ad entrambe le direzioni (D1, D2) di misura.
10. 10) Testa (1) di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le quattro colonne (14-17) sono disposte in corrispondenza dei vertici di un rettangolo.