ES2211783T3 - Aparato y procedimiento para medir los diametros de la muñequillas de un cigueñal. - Google Patents
Aparato y procedimiento para medir los diametros de la muñequillas de un cigueñal.Info
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Abstract
Aparato para verificar el diámetro de muñequillas (18, 38), que giran alrededor de un eje geométrico (8), en el transcurso del mecanizado en una máquina de rectificar de control numérico que incluye una bancada (23), que define dicho eje geométrico (8) y una corredera de muela de rectificar (1) que transporta una muela de rectificar (4), con un cabezal de medición (39) que incluye un dispositivo de referencia en forma de V (20) para cooperar con las muñequillas (18, 38) que se van a verificar, un palpador (17) para entrar en contacto con las superficies de las muñequillas (18, 38) que se van a verificar y que realiza desplazamientos de translación substancialmente a lo largo de la línea bisectriz del dispositivo de referencia en forma de V (20) y un transductor (41) para generar señales que dependen de la posición del palpador (17) con respecto al dispositivo de referencia en forma de V (20), un dispositivo de soporte (5, 9, 12) adaptado para ser acoplado a la corredera de la muela de rectificar (1) incluyendo elementos de acoplamiento que son mútuamente móviles (9, 12) para sostener el cabezal de medición (39) de un modo móvil, un dispositivo de control (28) para controlar los desplazamientos automáticos del cabezal de medición (39) desde una posición de reposo hasta una condición de medición y viceversa, y un dispositivo de proceso y visualización (22) conectado al cabezal de medición (39) para recibir y procesar las señales provistas por el transductor (41).
Description
Aparato y procedimiento para medir los diámetros
de las muñequillas de un cigüeñal en el lugar del rectificado.
La presente invención se refiere a un aparato
para verificar el diámetro de las muñequillas, que giran alrededor
de un eje geométrico, en el transcurso del mecanizado en una máquina
rectificadora de control numérico que incluye una bancada, que
define dicho eje geométrico y una corredera de la muela de
rectificar que transporta una muela de rectificar, con un cabezal de
medición incluyendo un dispositivo de referencia en forma de V para
cooperar con las muñequillas que se van a verificar, un palpador
para entrar en contacto con las superficies de las muñequillas que
se van a verificar y que realiza desplazamientos de translación
substancialmente a lo largo de la línea bisectriz del dispositivo de
referencia en forma de V y un transductor para generar señales que
dependen de la posición del palpador con respecto al dispositivo de
referencia en forma de V, un dispositivo de soporte, adaptado para
ser acoplado a la corredera de la muela de rectificar, incluyendo
elementos de acoplamiento mutuamente móviles, para sostener el
cabezal de medición de un modo móvil, un dispositivo de control para
controlar los desplazamientos automáticos del cabezal de medición
desde una posición de reposo hasta una condición de verificación y
viceversa y un dispositivo de proceso y visualización conectado al
cabezal de medición para recibir y procesar las señales provistas
por el transductor.
Los aparatos con estas características, para la
verificación del diámetro de las muñequillas del cigüeñal que giran
con movimiento orbital alrededor de un eje geométrico, se describen
en una solicitud de patente internacional publicada con el número
WO-A-9712724.
Las realizaciones descritas en esa solicitud de
patente internacional garantiza unos resultados metrológicos
excelentes y pequeñas fuerzas de inercia y las normas de
comportamiento de los aparatos con estas características, fabricados
por la empresa que solicita la presente solicitud de patente,
confirman la extraordinaria calidad y fiabilidad de las
aplicaciones.
Además, estos aparatos conocidos proporcionan una
notable flexibilidad de utilización, también gracias a la
posibilidad de remplazar -realizando unas simples operaciones-
algunos componentes, como el dispositivo de referencia en forma de V
para variar, por ejemplo, la gama de medición del cabezal. Sin
embargo, estos aparatos conocidos no permiten verificar de un modo
automático y secuencial el mecanizado de piezas que difieren entre
ellas en cuanto concierne a sus dimensiones nominales (por ejemplo
las muñequillas del cigüeñal y los muñones principales del mismo
cigüeñal) ya que esto implica la necesidad de remplazar los
dispositivos de referencia en forma de V entre una verificación y la
siguiente o por lo menos llevar a cabo una nueva calibración del
cabezal en una sección adecuada de la pieza patrón cada vez que
cambien las dimensiones nominales.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato para la verificación de muñequillas que
giran en el transcurso del mecanizado en una
máquina-herramienta, por ejemplo durante la
verificación en proceso en una máquina rectificadora para rectificar
muñequillas que giran con un movimiento orbital y muñones
principales que giran alrededor de sus ejes de simetría, que permite
verificar de un modo simple y rápido muñequillas provistas de
dimensiones de diámetros nominales que varían dentro de una gama
relativamente amplia.
Este objeto se consigue mediante un aparato de
verificación del tipo mencionado antes aquí, en el cual el
dispositivo de proceso y de visualización incluye una unidad de
memoria para almacenar los valores o los coeficientes de
compensación en relación con las señales del transductor, el
dispositivo de proceso y visualización estando adaptado para
procesar las señales del transductor y los correspondientes valores
o coeficientes de compensación y proporcionar señales de
medición.
De ese modo, compensando los errores del
transductor, es posible lograr una gama de linealidad amplia del
transductor y los correspondientes desplazamientos de medición del
palpador de una entidad considerable. De este modo, la elección para
determinar el ángulo apropiado definido por los lados del
dispositivo de referencia en forma de V, que permite al cabezal
tener una gama de medición amplia, no está substancialmente ligada a
la necesidad de limitar los desplazamientos del palpador sino que se
puede hacer tomando en la debida consideración otras características
físicas o funcionales de la aplicación.
Además, los desplazamientos más amplios del
palpador permiten conseguir, en una gama de medición idéntica, una
sensibilidad mejorada del cabezal y una resolución más elevada del
aparato.
La invención se describe ahora en detalle con
referencia a una realización preferida, ilustrada en las hojas
adjuntas de dibujos, proporcionados a título de ejemplo no
limitativo, en los que:
La figura 1 es una vista lateral de un aparato de
medición montado en una corredera de la muela de rectificar de una
máquina para rectificar cigüeñales, representado en una condición de
trabajo en el transcurso de la verificación de una muñequilla del
cigüeñal.
La figura 2 es una vista lateral del aparato de
medición de la figura 1, representado en una condición de trabajo en
el transcurso de la verificación de un muñón principal.
La figura 3 es una vista frontal parcial del
aparato montado en la corredera de la muela de rectificar de la
máquina de rectificar.
La figura 4 es una vista parcialmente en sección
transversal del sistema de medición del aparato.
Las figuras 5 y 6 son gráficos que muestran un
posible procedimiento para determinar los coeficientes y los valores
de corrección del error de linealidad del transductor.
La figura 7 es un gráfico que muestra las
variaciones -causadas por variaciones térmicas- en la señal de
salida del cabezal de un aparato de acuerdo con la invención. Y
La figura 8 es un diagrama de bloques de un
circuito que muestra algunos componentes de un sistema de proceso de
acuerdo con la invención.
Con referencia a las figuras 1 a 3, la corredera
de la muela de rectificar 1 de una máquina rectificadora de control
numérico por ordenador ("CNC") -para rectificar cigüeñales 34
que definen un eje de giro 8- sostiene un husillo 2 que define el
eje de giro 3 de la muela de rectificar 4. Por encima del husillo 2
la corredera de la muela de rectificar 1 transporta un dispositivo
de soporte que incluye un elemento de soporte 5 y un primer elemento
de acoplamiento giratorio 9 y un segundo elemento de acoplamiento
giratorio 12. El elemento de soporte 5, por medio de un pasador de
giro 6 que define un primer eje de giro 7 paralelo al eje de giro 3
de la muela de rectificar 4 y el eje de giro 8 del cigüeñal 34,
sostiene el primer elemento de acoplamiento giratorio 9.
A su vez, el elemento de acoplamiento 9, por
medio de un pasador de giro 10, que define un segundo eje de giro 11
paralelo al eje de giro 3 de la muela de rectificar 4 y al eje de
giro 8 del cigüeñal 34, sostiene el segundo elemento de acoplamiento
giratorio 12. En el extremo libre del elemento de acoplamiento 12
está acoplada una camisa de guía de forma tubular 15 en el interior
de la cual se pueden trasladar axialmente una varilla de transmisión
16 (figura 4) que transporta un palpador 17 para entrar en contacto
con la superficie de la muñequilla que se va a verificar, por
ejemplo una muñequilla del cigüeñal 18 o un muñón principal 38 del
cigüeñal 34, como se representa en las figuras 1 y 2,
respectivamente. La camisa de forma tubular 15, la varilla 16 y el
palpador 17 pertenecen a un cabezal de medición, o de verificación,
39 que también incluye un bloque de soporte 19, acoplado al extremo
inferior de la camisa de guía tubular 15, para sostener un
dispositivo de referencia en forma de V 20, adaptado para acoplar la
superficie de la muñequilla que se va a verificar, en virtud de los
giros permitidos por los pasadores 6 y 10. La varilla de transmisión
16 se puede desplazar a lo largo de la línea bisectriz del
dispositivo de referencia en forma de V 20.
Además, el bloque de soporte 19 sostiene un
dispositivo de guía 21 que, como se describe en la solicitud de
patente internacional publicada con el nº
WO-A-9712724, tiene la finalidad de
guiar el dispositivo de referencia 20 para acoplar la muñequilla que
se va a verificar y mantener contacto con la muñequilla mientras el
dispositivo de referencia 20 se desplaza alejándose de la muñequilla
para limitar el giro de los elementos de acoplamiento primero 9 y
segundo 12 alrededor de los ejes de giro 7 y 11 definidos por los
pasadores 6 y 10.
Los desplazamientos axiales de la varilla de
transmisión 16 con respecto a una posición de referencia son
detectados mediante un transductor de medición, fijado a la camisa
15, por ejemplo un transductor 41 del tipo LVDT o HBT (conocidos
per se), con devanados fijos 40 y un núcleo
ferromagnético 43 acoplado a una varilla 42, que se puede desplazar
con la varilla de transmisión 16 (figura 4). El desplazamiento axial
de la varilla de transmisión 16 está guiado por dos casquillos 44 y
45, dispuestos entre la camisa 15 y la varilla 16 y un resorte de
compresión 49 fuerza la varilla 16 y el palpador 17 hacia la
superficie que va a ser verificada de la muñequilla del cigüeñal 18
o muñón principal 38 o, en ausencia de una superficie de este tipo,
hacia la posición de reposo del palpador 17 definida por las
superficies de apoyo no representadas en las figuras. Un fuelle de
metal 46, rígido con respeto a las fuerzas de torsión, que tiene sus
extremos fijados a la varilla 16 y la camisa 15, respectivamente,
cumple la doble función de evitar que la varilla 16 gire con
respecto a la camisa 15 (evitando de ese modo que el palpador 17
adopte posiciones inadecuadas) y cerrando herméticamente el extremo
inferior de la camisa 15. El bloque de soporte 19 está fijado a la
camisa de guía 15 por medio de pares de tornillos 47 que pasan a
través de ranuras 48 y sostienen el dispositivo de referencia 20,
que consiste en dos elementos 31 con superficies en pendiente, a las
cuales están fijadas dos barras 32. La posición de reposo del
palpador 17 se puede ajustar por medio de tornillos 47 y las ranuras
48.
El transductor 41 del cabezal 39 está conectado a
un dispositivo proceso y visualización 22, a su vez conectado al
control numérico por ordenador 33 de la máquina de rectificar.
El cigüeñal 34 que se va a verificar se coloca en
la bancada 23, entre un cabezal y una contrapunta, no representados
que definen el eje de giro 8, que coincide con el eje geométrico
principal del cigüeñal 34. La muñequilla del cigüeñal 18
(representada en la figura 1) y el muñón principal 38 (representado
en la figura 2) giran alrededor del eje 8, la primera de los dos
describiendo una trayectoria orbital.
Básicamente, los elementos de acoplamiento 9 y 12
son brazos lineales con ejes geométricos que descansan en planos
transversales con respecto al eje de giro 8 del cigüeñal 34 y el eje
de giro 3 de la muela de rectificar 4. Sin embargo, como se
representa en la figura 3, que también ilustra el cigüeñal 34, para
evitar cualquier posible interferencia con los elementos y
dispositivos de la máquina de rectificar, por ejemplo con las piezas
componentes de una instalación de refrigeración para dirigir, por
medio de una boquilla, refrigerante hacia la superficie que se está
rectificando, los elementos de acoplamiento 9 y 12 incluyen partes
36 y 37 que se extienden en una dirección longitudinal y partes
desplazadas en una pluralidad de planos transversales.
Un dispositivo de control incluye un cilindro de
doble accionamiento 28, por ejemplo del tipo hidráulico. El cilindro
28 está sostenido por la corredera de la muela de rectificar 1 e
incluye una varilla 29, acoplada al pistón del cilindro, que
transporta en el extremo libre una tapa 30. Un brazo 14 tiene un
extremo acoplado al elemento 9 y transporta, en el otro extremo, un
apoyo con una rueda libre 26. Cuando el cilindro 28 se activa para
desplazar el pistón y la varilla 29 hacia la derecha (con referencia
a las figuras 1 y 2), la tapa 30 se apoya contra la rueda libre 26
para desplazar el aparato de verificación a una posición de reposo
de acuerdo con la cual el dispositivo de referencia 20 ya no
permanece en contacto con la superficie de la muñequilla. Un
saliente 13 está acoplado de un modo rígido al elemento de soporte
5, y un resorte helicoidal de retorno 27 está acoplado al saliente
13 y al brazo 14. Cuando la varilla 29 se retrae para permitir que
el aparato se desplace a la condición de verificación, y la tapa 30
se desacopla del apoyo, o la rueda libre 26, el bloque de soporte 19
se acerca a la muñequilla del cigüeñal 18 (o muñón principal 38) a
través de giros de los elementos de acoplamiento 9 y 12 y el aparato
alcanza y mantiene la condición de verificación, substancialmente
del modo descrito en la solicitud de patente internacional
mencionada antes aquí publicada con el nº
WO-A-9712724.
La cooperación entre las muñequillas del cigüeñal
18 (figura 1) o el muñón principal 38 (figura 2) y el dispositivo de
referencia 20 se mantiene gracias a los desplazamientos de los
componentes causados por la fuerza de la gravedad. La acción del
resorte helicoidal 27, el alargamiento del cual aumenta cuando el
bloque de soporte 19 desciende, contrarresta parcial y
dinámicamente, en la realización representada en las figuras 1 y 3,
las fuerzas debidas a la inercia de las piezas componentes del
aparato de verificación que se desplazan siguiendo los
desplazamientos de la muñequilla del cigüeñal 18. De este modo es
posible, por ejemplo, evitar elevadas fuerzas de empuje entre el
dispositivo de referencia 20 y la muñequilla del cigüeñal 18, en la
posición inferior (identificada mediante el número de referencia
18'') que pueden causar la deformación de la V del dispositivo de
referencia 20. Por otra parte, puesto que durante el desplazamiento
de elevación del aparato (debido al giro de la muñequilla del
cigüeñal hacia la posición superior 18') la acción de tracción del
resorte 27 disminuye, las fuerzas de inercia que, en la posición
superior 18', tienden a liberar el acoplamiento entre el dispositivo
de referencia en forma de V 20 y la muñequilla del cigüeñal 18, se
pueden contrarrestar adecuadamente. En este último caso hay que
destacar que la acción de equilibrio se consigue disminuyendo la
fuerza de tracción del resorte 27. En otras palabras, el resorte de
retorno 27 no causa fuerza alguna entre el dispositivo de referencia
20 y la muñequilla del cigüeñal 18, que cooperan mutuamente, como se
ha mencionado anteriormente, simplemente debido a la fuerza de la
gravedad.
En el transcurso de la fase de verificación, el
transductor 41 en el cabezal 39 envía señales al dispositivo de
proceso y visualización 22. Las señales son indicativas de la
posición del palpador 17, los desplazamientos del cual son
transmitidos por la varilla de transmisión 16. En el dispositivo 22,
que también incluye una unidad de memoria 24, las señales que llegan
del cabezal 39 son procesadas y corregidas sobre la base de los
valores o los coeficientes de compensación almacenados en la unidad
24, y las señales de medición son visualizadas y transmitidas al
control numérico por ordenador 33. Más específicamente, se pueden
utilizar los valores/coeficientes antiguos para compensar los
errores de linealidad de la salida de señal del transductor 41 y las
alteraciones del último como consecuencia de las variaciones
térmicas.
Por lo que concierne a los errores de linealidad,
en el transcurso de la calibración del transductor 41, antes de su
montaje en el cabezal 39, y causando cambios en la posición
operativa (i) del núcleo 43 en el interior de los devanados 40, se
detecta una secuencia de valores y_{i} relativos a la salida de
señal del transductor 41, así como una secuencia de valores x_{i}
que identifican las correspondientes posiciones del núcleo 43, los
últimos valores se obtienen utilizando equipo de comprobación
específico de un tipo conocido. Estas secuencias x_{i} e y_{i}
se almacenan, por ejemplo en forma tabular, en la unidad de memoria
24, de un modo conocido y no adicionalmente ilustrado aquí.
La unidad de proceso 22 procesa las secuencias
anteriores, a fin de determinar los coeficientes y los valores de
corrección para compensar los errores de linealidad del transductor
41.
Un procedimiento posible para determinar estos
coeficientes y valores se describe aquí más adelante.
Empezando a partir de las secuencias de valores
x_{i}, y_{i}, almacenados en la unidad de memoria 24, se
determina, aplicando el procedimiento de los mínimos cuadrados, la
línea recta de regresión r_{regr} de los valores y_{i}
detectados por el transductor 41 con respecto a aquellos x_{i}
medidos por medio del equipo de comprobación. La figura 5 muestra,
en un plano X-Y, los puntos correspondientes a pares
de valores x_{i} e y_{i} detectados en el transcurso de la fase
de comprobación, la línea de regresión r_{regr} y la línea ideal
r_{id} de la ecuación y = x que se obtendría en el caso de que las
posiciones y_{i} detectadas por el transductor que fueran
idénticas a aquellas x_{i} medidas por medio del equipo de
comprobación. En general, debido a errores de sensibilidad del
transductor, la línea de regresión r_{regr} no coincide con la
línea ideal r_{id}, sino que tiene un gradiente diferente con
respecto a la última. El error de sensibilidad se puede indicar como
la diferencia entre los coeficientes angulares de la línea de
regresión r_{regr} (k_{regr}) y los de la línea ideal r_{id},
los últimos siendo igual a 1. Ya que:
y_{id} : 1 = y_{regr} :
k_{regr}
en donde y_{id} e y_{regr} representan las
ordenadas y de los puntos de las líneas rectas r_{id} y
r_{regr}, respectivamente, que corresponden al mismo valor
genérico x, para compensar el error de sensibilidad es necesario
dividir el valor de la ordenada y de cada punto de la línea de
regresión r_{regr} por el coeficiente angular k_{regr} de la
propia línea de regresión r_{regr}. Esta compensación se puede
representar como un giro de la línea de regresión r_{regr} hasta
que se superpone a la línea ideal r_{id}, como se indica mediante
la referencia r'_{regr} en la figura
6.
Además de compensar el error de sensibilidad,
dividiendo todas las ordenadas y de la línea de regresión r_{regr}
por el coeficiente angular k_{regr} de la línea de regresión
r_{regr}, también es necesario compensar los errores de linealidad
representados por las distancias de los puntos de las coordenadas
x_{i}, y_{i} desde la línea de regresión r_{regr}. Por
consiguiente, a fin de conseguir la compensación, es necesario
añadir, a los valores detectados por el transductor, los valores
idénticos y opuestos de sus errores de linealidad asociados, como se
indica mediante las flechas en la figura 6.
Los coeficientes y los valores de corrección
determinados de este modo para un número discreto de puntos se
memorizan en la unidad de memoria 24, por ejemplo en forma tabular.
En el transcurso de las operaciones de verificación, la señal del
transductor 41 se corrige en la unidad de proceso 22 sobre la base
de tales coeficientes y valores de compensación. Puesto que estos
coeficientes y valores son indicativos de los errores de linealidad
en un número discreto, aunque posiblemente elevado, de posiciones
mútuas entre el núcleo 43 y los devanados 40 del transductor 41, es
adicionalmente posible procesar los valores, de un modo conocido,
por interpolación, para compensar la señal de salida del transductor
41 de un modo substancialmente continuo dentro de la gama entera de
funcionamiento del cabezal 39.
Como una alternativa a la definición y el
almacenaje de los valores de compensación en forma tabular, los
valores del error detectado durante la fase de calibración se pueden
procesar para obtener una curva de compensación y los coeficientes
de su polinomio (típicamente de tercer grado) se pueden almacenar en
la unidad de memoria 24.
El procedimiento descrito antes permite
conseguir, sin modificar las características mecánicas del
transductor 41, una gama de medición más amplia mientras la
precisión se mantiene substancialmente inalterada.
Los valores o coeficientes de compensación se
pueden almacenar, por ejemplo, sobre la base de las detecciones
llevadas a cabo en el transcurso de la calibración del transductor
41 en el equipo de comprobación, antes del montaje en el cabezal 39,
como se ha descrito anteriormente. Como una alternativa, los valores
almacenados en la unidad 24 se pueden obtener mediante
procedimientos estadísticos de los datos detectados durante las
pruebas de un cierto número de transductores de muestra que
pertenezcan a la misma "familia", en otros términos, que tengan
características de fabricación comunes (las dimensiones y
otras).
Otra posible compensación se refiere a los
errores de repetibilidad del cabezal 39 generados por las
variaciones de temperatura que causan alteraciones de las
características del transductor 41. Más específicamente, como se
representa esquemáticamente en la figura 7, en donde el eje s
significa el desplazamiento del palpador 17 y el eje M indica la
medición detectada sobre la base de la señal de salida del
transductor 41, la línea recta M_{0}representa la medición
detectada cuando el desplazamiento s varía a una temperatura de
referencia t_{0}, y la línea recta M_{T} representa la misma
medición a una temperatura de referencia t_{T} diferente de
t_{0}.
Las líneas rectas están unidas por la siguiente
ecuación:
M_{T} = M_{0}+ [k_{1} \
(t_{T} - t_{0})] + [M_{0} \ k_{2} \ (t_{T} -
t_{0})]
que no considera los términos de mayor orden, los
cuales son generalmente
despreciables.
El término [k_{1} (t_{T} - t_{0})], o
"desviación cero", indica la variación de la medición, cuando
varía la temperatura, en la posición cero del transductor 41 (s = 0)
y está indicado por la referencia D_{0} en la figura 7.
El término [k_{2} (t_{T} - t_{0})], o
"desviación de la sensibilidad", indica la variación de la
medición causada por variaciones en la sensibilidad del transductor
cuando varía la temperatura.
Con referencia a la figura 7, se puede decir que
el término [k_{1} (t_{T} - t_{0})] indica la distancia entre
las dos líneas rectas M_{T} y M_{0}, en s = 0 mientras que
[k_{2} (t_{T} - t_{0})] indica el ángulo formado por las dos
líneas rectas.
Los valores de los coeficientes k_{1} y
k_{2}, que permiten obtener la tendencia de la medición M_{T}
cuando la línea recta de referencia M_{0} y la diferencia de
temperatura (t_{T} - t_{0}) son conocidas, se detectan de un
modo experimental durante la calibración del transductor 41.Como ya
se ha descrito con respecto a la compensación de los errores de
linealidad del transductor 41, en este caso también los valores de
los coeficientes k_{1} y k_{2} se pueden detectar y utilizar
individualmente para cada transductor único 41, o detectar sobre la
base de un procedimiento estadístico -en particular como valores
medios de los datos relativos a cierto número de transductores de
muestra que tienen características de fabricación comunes- y se
utilizan para compensar cualquier cabezal (39) con cualquier
transductor (41) provisto de esas características. Ambos
procedimientos proporcionan mejoras notables en la repetibilidad de
los cabezales 39, incluso aunque, evidentemente, las mejoras
proporcionadas en el primer caso son más evidentes.
A fin de compensar los errores debidos a las
variaciones térmicas, es obligatorio, como ya se ha mencionado,
detectar la variación de la temperatura (t_{T} - t_{0}) con
respecto a una temperatura de referencia. Con este propósito es
posible utilizar un sensor de temperatura de un tipo conocido (por
ejemplo, un "termistor") insertado en el cabezal 39.
Como una alternativa, los datos relacionados con
la variación de la temperatura se pueden obtener utilizando los
componentes del transductor de posición 41 para detectar variaciones
en la resistencia eléctrica de los devanados 40 y procesar estas
variaciones con datos que identifiquen las características del
material a partir del cual están fabricados los devanados 40. Más
específicamente, la variación de la temperatura se puede calcular
del modo siguiente:
(t_{T} - t_{0}) =
(R_{T} -
R_{0})/\alpha
en donde (R_{T} - R_{0}) es la diferencia de
la resistencia de los devanados 40 del transductor 41 a la
temperatura t, con respecto a la temperatura de referencia y á es
una constante que depende del tipo de
material.
La figura 8 muestra esquemáticamente el
suministro de energía y los circuitos del proceso que se pueden
utilizar, en el dispositivo de proceso 22, con el transductor 41,
este último siendo, por ejemplo, del tipo denominado de "medio
puente". La figura 8 muestra una fuente de tensión alterna 50 y
una fuente de tensión continua 51, un sumador 52, un circuito de
excitación 53 con una resistencia en derivación 54, un amplificador
55, un filtro de paso bajo 56, un segundo sumador 57 y circuitos 60
para acondicionar la señal de salida del transductor 41.
Una tensión alterna V_{AC} para el suministro
de energía del transductor y una tensión continua V_{DC} están
provistas mediante las fuentes 50 y 51, respectivamente, y sumadas
en el sumador 52. En el punto A la tensión se mantiene
substancialmente constante mediante el circuito de excitación 53.
Las variaciones en el valor de la resistencia R de los devanados 40
cuando cambia la temperatura causan variaciones de corriente y la
consiguiente caída de tensión en los extremos de la resistencia en
derivación 54 que es amplificada (55) y filtrada (56) para eliminar
el componente alterno. Un valor de la tensión de equilibrio
V_{OS}, obtenido a partir de la tensión continua generada por la
fuente 51, se substrae (57, 58) de la tensión obtenida de ese
modo.
Las variaciones de la resistencia R de los
devanados 40 cuando cambia la temperatura causan los consiguientes
cambios en la tensión en el punto B: por lo tanto, detectando
periódicamente la última tensión es posible calcular la variación de
la resistencia (R_{T} - R_{0}) con respecto a un valor de
referencia y obtener el cambio de temperatura con respecto a un
valor de referencia t_{0} que corresponde a la resistencia
R_{0}.
El cálculo de (R_{T} - R_{0}) realizado sobre
la base de la diferencia de tensión detectada en el punto B implica
cantidades conocidas como los valores de la tensión de equilibrio
V_{OS}, la ganancia de los circuitos 53 y 55 y el valor de la
resistencia 54, de acuerdo con ecuaciones no proporcionadas aquí con
fines de simplicidad.
Los circuitos de acondicionamiento 60
proporcionan la señal de salida del transductor 41 en el punto O y
son de un tipo conocido no descrito aquí con detalle.
Cuando tenga que ser mecanizada una nueva
muñequilla de cigüeñal 18 (o muñón principal 38), se lleva frente a
la muela de rectificar 4, generalmente desplazando la bancada 23 (en
el caso de una máquina rectificadora con una única muela de
rectificar) y el aparato de verificación se desplaza a una posición
de medición, esto es, el cabezal 39 se desplaza sobre la nueva
muñequilla que va a ser verificada, como se ha descrito antes
aquí.
Gracias a la compensación en la unidad de proceso
y visualización 22, en particular con relación a los errores de
linealidad del transductor 41, la gama de medición del cabezal 39 es
particularmente amplia. En otras palabras, es amplia la gama de los
posibles desplazamientos del palpador 17 que corresponden a
variaciones substancialmente lineales de las señales de medición
emitidas por la unidad de proceso 22. Esto permite al programa el
mecanizado secuencial y automático de muñequillas que tienen
diferentes dimensiones nominales (por ejemplo la muñequilla de
cigüeñal 18 representada en la figura 1 y el muñón principal 38 de
la figura 2) sin que exista la necesidad de llevar a cabo ciclos de
ajuste a cero del cabezal 39 contra piezas patrón con diversas
dimensiones nominales que representan aquellas de las diversas
muñequillas. En cambio, un ajuste inicial a cero en una pieza con
sólo una dimensión conocida (evidentemente dentro de la gama de
medición del cabezal 39) es suficiente para permitir, después de
ello, el mecanizado - bajo el control del control numérico por
ordenador 33 - de muñequillas con dimensiones nominales que varíen
dentro de la gama amplia del cabezal 39. La cooperación mecánica
apropiada entre el palpador 17 y la superficie de la muñequilla (18
o 38) se proporciona en virtud de la forma en V del dispositivo de
referencia 20 y la disposición del palpador 17 y la varilla de
transmisión 16, substancialmente a lo largo de la línea bisectriz
del dispositivo de referencia en forma de V (o a lo largo de una
dirección con una disposición ligeramente angular con respecto a tal
línea bisectriz).
De acuerdo con una de las diversas realizaciones
posibles de la invención, se puede obtener una señal de medición
substancialmente lineal, por medio del transductor 41 y las
compensaciones asociadas en la unidad 22, dentro de una gama más
amplia de 4 mm. Esto permite verificar, en combinación con las
características geométricas del dispositivo de referencia en forma
de V 20, el mecanizado de muñequillas con un diámetro nominal que
varía dentro de una gama que puede ser más amplia de 20 mm. La
figura 4 muestra claramente la relación que existe entre las
diversas posiciones del palpador 17 y las correspondientes
dimensiones diversas de las muñequillas 18 y 38. Por otra parte, la
gama de linealidad amplia de la señal de medición permite conseguir
una gama de medición amplia del cabezal 39 en cuanto concierne a
dispositivos de referencia en forma de V 20 con ángulos de abertura
considerablemente diferentes. En otras palabras, es posible escoger
el ángulo de abertura del dispositivo en forma de V 20 sobre la base
de las diversas características técnicas de la aplicación sin que
afecte significativamente a la gama de medición del cabezal 39 que,
incluso aunque varíe, en cualquier caso se mantendrá alta, sin lugar
a dudas.
Por lo tanto, los aspectos innovadores de un
aparato de acuerdo con la invención son evidentes y básicamente
consideran la forma del dispositivo de referencia 20 y la
compensación de los errores de linealidad del transductor 41 y de
los errores debidos a las variaciones de temperatura, las cuales son
características que, aunque individualmente conocidas, en
combinación permiten conseguir un resultado técnico notable.
Los aparatos de acuerdo con la invención pueden
incluir otros aspectos de fabricación con respecto a lo que ha sido
ilustrado y descrito hasta ahora, entre otras cosas con respecto a
las piezas componentes del dispositivo de soporte, que no deben
necesariamente girar, y el dispositivo de guía 21, que se puede
omitir o fabricar de un modo diferente, de forma que incluyan, por
ejemplo, superficies para cooperar con los elementos de acoplamiento
del dispositivo de soporte y no con la pieza que se va a
verificar.
Claims (12)
1. Aparato para verificar el diámetro de
muñequillas (18, 38), que giran alrededor de un eje geométrico (8),
en el transcurso del mecanizado en una máquina de rectificar de
control numérico que incluye una bancada (23), que define dicho eje
geométrico (8) y una corredera de muela de rectificar (1) que
transporta una muela de rectificar (4), con
un cabezal de medición (39) que incluye un
dispositivo de referencia en forma de V (20) para cooperar con las
muñequillas (18, 38) que se van a verificar, un palpador (17) para
entrar en contacto con las superficies de las muñequillas (18, 38)
que se van a verificar y que realiza desplazamientos de translación
substancialmente a lo largo de la línea bisectriz del dispositivo de
referencia en forma de V (20) y un transductor (41) para generar
señales que dependen de la posición del palpador (17) con respecto
al dispositivo de referencia en forma de V (20),
un dispositivo de soporte (5, 9, 12) adaptado
para ser acoplado a la corredera de la muela de rectificar (1)
incluyendo elementos de acoplamiento que son mutuamente móviles (9,
12) para sostener el cabezal de medición (39) de un modo móvil,
un dispositivo de control (28) para controlar los
desplazamientos automáticos del cabezal de medición (39) desde una
posición de reposo hasta una condición de medición y viceversa,
y
un dispositivo de proceso y visualización (22)
conectado al cabezal de medición (39) para recibir y procesar las
señales provistas por el transductor (41),
caracterizado porque el dispositivo de
proceso y visualización (22) incluye una unidad de memoria (24) para
almacenar valores o coeficientes de compensación en relación con las
señales del transductor (41), el dispositivo de proceso y
visualización (22) estando adaptado para procesar las señales del
transductor y los correspondientes valores o coeficientes de
compensación y proporcionar señales de medición.
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en
el que dichos valores o coeficientes de compensación están adaptados
para compensar los errores de linealidad del transductor (41).
3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1
incluyendo un sensor de temperatura, por lo que dichos valores o
coeficientes de compensación están adaptados para compensar errores
del transductor (41) debidos a variaciones térmicas, el dispositivo
de proceso y visualización (22) estando conectado al sensor de
temperatura.
4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1
incluyendo un sensor de temperatura, por lo que dichos valores o
coeficientes de compensación están adaptados para compensar ambos,
los errores de linealidad y los errores del transductor (41) debidos
a variaciones térmicas.
5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 3 o
la reivindicación 4 en el que dicho sensor de temperatura incluye
componentes de circuito del transductor (41).
6. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el transductor (41) es del
tipo inductivo.
7. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el cabezal de medición (39)
incluye una camisa de guía (15) fijada al dispositivo de soporte (5,
9, 12) y una varilla de transmisión (16) que se puede desplazar
axialmente en el interior de la camisa de guía (15), el palpador
(17) estando acoplado a un extremo de dicha varilla de transmisión
(16), el transductor (41) estando provisto de un elemento móvil (42,
43) acoplado al otro extremo de la varilla de transmisión (16).
8. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores para verificar el diámetro de
muñequillas de cigüeñal (18) que giran con un movimiento orbital
alrededor de dicho eje geométrico (8), en el que, en el transcurso
de dicha condición de verificación del cabezal (39), el dispositivo
de referencia en forma de V (20) permanece en contacto con la
muñequilla de cigüeñal (18) que se va a verificar substancialmente
debido a la fuerza de la gravedad.
9. Procedimiento para verificar el diámetro de
muñequillas de cigüeñal (18, 38) con un aparato de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los valores
o coeficientes de compensación se obtienen durante una fase de
calibración de por lo menos un transductor en un equipo de
comprobación y los valores o coeficientes de compensación se
almacenan en dicha unidad de memoria (24) del dispositivo de proceso
y visualización (22).
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9 en el que dicho por lo menos un transductor es el
transductor (41) de dicho cabezal de medición (39), la fase de
calibración siendo realizada antes del montaje del transductor (41)
en el cabezal de medición (39).
11. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9 en el que dicho por lo menos un transductor es un
transductor de muestra provisto de las mismas características de
fabricación que dicho transductor (41) del cabezal de medición
(39).
12. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11 en el que los valores o coeficientes de
compensación se obtienen por medio de procedimientos estadísticos de
los datos detectados durante una fase de calibración de una
pluralidad de transductores de muestra en dicho equipo de
comprobación.
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