ES2687526T3 - Cabezal indexado con dos ejes de giro - Google Patents

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Abstract

Cabezal indexado con dos ejes de giro, siendo un primer eje de giro A perpendicular a la posición de posición de fijado respecto al modo de trabajo del cabezal, y siendo un segundo eje de giro B el eje de la dirección del fijado definiendo a su vez una parte superior del cabezal fija respecto del eje B y una parte inferior del cabezal, móvil respecto del eje A y B; y que comprende un servomotor principal A (40) de giro en el eje A y un mecanismo de bloqueo de la posición en el eje A dispuestos en dicha parte inferior del cabezal; y un servomotor principal B (21) de giro en el eje B con un mecanismo de bloqueo de la posición en el eje B dispuestos en dicha parte superior del cabezal.

Description

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CABEZAL INDEXADO CON DOS EJES DE GIRO DESCRIPCION
El objeto de la invencion es un cabezal indexado con dos ejes de giro que posibilita el movimiento de objetos conectados al mismo, como por ejemplo un escaner optico, y cuya particularidad radica en que dispone de dos mecanismos independientes para el control del bloqueo de los dos ejes de giro.
Estado de la tecnica
Los cabezales indexados son aquellos con capacidad de repetir la posicion determinada por el usuario tantas veces como sea requerido. Los cabezales empleados en la actualidad estan dirigidos electronicamente.
El documento US5088337A describe un cabezal que puede ser utilizado para posicionar una sonda montada en una maquina de posicionamiento por coordenadas. Este cabezal se monta en la maquina mediante un soporte fijo. El cabezal tiene un rotor que gira en torno a un eje vertical, segun el plano del dibujo, y un elemento giratorio, que aloja la sonda y efectua un segundo giro en torno a un eje ortogonal al primero. Las diferentes posiciones se fijan mediante un conjunto de rodamientos de bolas y rodillos cooperantes, dispuestos de modo circunferencial en torno a ambos ejes de giro. El bloqueo y desbloqueo de una posicion determinada se efectua mediante un mecanismo manual y comun a ambos ejes. Dicho mecanismo consiste en un herraje en angulo recto que pivota sobre un soporte debido a la retraccion de una barra, situada en el eje de giro vertical, lo que empuja al elemento giratorio a acoplarse con la pared lateral del rotor. El movimiento de la barra se produce manualmente mediante una rueda que hace girar una leva, cuyo giro desplaza una barra, unida transversalmente a la barra. Ese mismo movimiento es el que produce el acoplamiento y desacoplamiento del rotor con respecto a la porcion fija o soporte, bloqueando y desbloqueando asf igualmente el primer giro.
Por otro lado, el documento GB2298488A funciona de acuerdo con principios similares al anterior, con la diferencia de que el movimiento del herraje en angulo recto se produce merced a un motor de bloqueo. Dicho motor hace girar un eje entre dos posiciones angulares predeterminadas, que corresponden al bloqueo y desbloqueo del cabezal. Un cable pasa alrededor de una polea, montada en la base, y esta conectado por su extremo mas alejado del eje al dispositivo de accionamiento en forma de herraje en angulo recto, similar al descrito anteriormente. El funcionamiento del motor hace girar el eje, tirando de la palanca de bloqueo (parte del herraje en angulo recto) hacia arriba y sacando el rotor de su posicion indexada y empujando otro rotor hacia arriba para acoplarse con la base. A la inversa, el giro opuesto del eje provocana el efecto contrario en los rotores indicados.
El documento US 2006/0112578 A1 divulga un cabezal de medicion orientable motorizado destinado para su uso en una maquina de medicion de coordenadas tridimensionales, en el que los ejes orientables estan accionados por motores soportados ngidamente sobre rodamientos o rodamientos de bolas. El cabezal esta disenado para poder ser usado de manera manual o automatica para la medicion de coordenadas.
El documento US 5.084.981 divulga un cabezal de sonda disenado para orientar una sonda con respecto a un cabezal de una maquina de medicion de coordenadas. El cabezal de sonda es orientable manualmente y comprende un soporte, un rotor giratorio con relacion al soporte, y una placa giratoria con respecto al rotor.
El documento US 2004/0154177 A1 divulga una sonda ajustable constituida por una pieza fija disenada para ser sujetada a una maquina de medicion o a una maquina herramienta, y un palpador movil que puede ser orientado sobre dos ejes independientes a lo largo de una variedad de direcciones espaciales. Cada uno de los dos ejes puede comprender un actuador para desbloquear y ajustar los ejes.
Descripcion de la invencion
El objeto de la invencion, tal y como se ha indicado en el enunciado del mismo, se refiere a un cabezal indexado con dos ejes de giro principales que se denominan A y B por simplicidad. El eje de giro A se corresponde con el eje de giro perpendicular a la posicion de fijado respecto al modo de trabajo del cabezal en la maquina de medicion, mientras que el eje de giro B se corresponde con el eje de la direccion de fijado del cabezal.
La indexacion del cabezal se refiere a la capacidad de repeticion de la posicion. La repeticion de dicha posicion se consigue como consecuencia del siguiente proceso:
a) Desbloqueo de la posicion inicial en los ejes A y B.
b) Giro en los ejes A y B hasta una posicion determinada por el usuario.
c) Bloqueo en la nueva posicion en los ejes de giro A y B.
Que el sistema este bloqueado implica que el eje de giro no tiene ningun grado de libertad que le permita moverse, lo cual se consigue mediante una pluralidad de rodillos cilmdricos y rodamientos de bolas. Tanto en el eje de giro A como en el B, los rodamientos de bolas estan colocados en una circunferencia, de manera ordenada y con una
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separacion de 5° entre los mismos. Por otro lado, hay tres pares de rodillos cilindricos, con una separacion de 120° entre ellos, en una pieza que se mueve con respecto a las piezas que permanecen fijas y que albergan los rodamientos de bolas. En una segunda realizacion practica, dicha pieza estara conformada por dos rampas inclinadas, que sustituyen a los rodillos.
Considerando que los ejes de giro tengan movilidad y una vez que los motores encargados de hacer girar el cabezal en ambos ejes A y B alcanzan la posicion determinada por el usuario, se ejecuta el mecanismo de bloqueo superior (bloqueo en el eje B) y el mecanismo de bloqueo inferior (bloqueo en el eje A) para fijar la posicion establecida. De esta forma se consigue que los motores solo trabajen durante el proceso de anclado y desanclado, garantizando mecanicamente la posicion, facilitando ademas un ahorro de energfa, consumo y vida util de los motores, ya que solo trabajan en el movimiento y no cuando se alcanza la posicion deseada.
Por otro lado, en el eje A (perpendicular a la posicion de fijado) se garantiza un rango en el giro de ±105°. De esta forma, el giro en el eje A es suficiente para alcanzar dichas posiciones sin activar el bloqueo/desbloqueo del el eje B y, por tanto, se reduce el uso y desgaste de los componentes mecanicos del eje B y mejora su durabilidad. Por otro lado, el sistema de bloqueo/desbloqueo del eje B vuelve a su posicion inicial gracias a la fuerza que ejercen dos muelles en el sentido axial del eje de giro B. La fuerza que ejercen estos muelles se puede regular gracias a un mecanismo disenado para tal fin, ya que la fuerza a ejercer puede variar en funcion del componente que haya que mover.
A lo largo de la descripcion y las reivindicaciones, la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caractensticas tecnicas, anadidos, componentes o etapas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caractensticas de la invencion se obtendran, en parte gracias a la descripcion, y en parte a la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustracion y no se pretende que restrinjan la presente invencion. Ademas, la presente invencion cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aqrn indicadas.
Breve descripcion de las figuras
A continuacion, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realizacion de dicha invencion, que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
FIG. 1
Muestra
FIG. 2
Muestra
FIG. 3
Muestra
FIG. 4
Muestra
FIG. 5
Muestra
FIG. 6
Muestra
FIG. 7
Muestra
FIG. 8
Muestra
FIG. 9
Muestra
FIG. 10
Muestra
FIG. 11
Muestra
una imagen del cabezal objeto de la invencion, que muestra los dos ejes de giro A y B.
la seccion transversal del mecanismo de bloqueo del eje B en la posicion desbloqueada.
una primera vista en detalle del mecanismo de bloqueo del eje B en la posicion desbloqueada.
la seccion transversal del mecanismo de bloqueo del eje B en la posicion bloqueada.
una primera vista en detalle del mecanismo de bloqueo del eje B en la posicion bloqueada.
un detalle de las zonas de descanso y tope del engranaje.
un detalle del sistema que garantiza el retroceso a su posicion inicial.
un detalle del funcionamiento de giro del eje de giro B.
un detalle de las zonas de guiado de la estructura. de la carcasa inferior.
la seccion transversal del mecanismo de bloqueo del eje A en posicion desbloqueada.
la seccion transversal del mecanismo de bloqueo del eje A en posicion bloqueada.
Descripcion de un modo detallado de realizacion de la invencion
Tal y como se puede observar en la figura 1, el cabezal tiene dos ejes de giro principales denominados A y B. El eje de giro A corresponde al eje de giro perpendicular a la posicion de fijado respecto al modo de trabajo del cabezal en la maquina de medicion, mientras que el eje de giro B corresponde al eje de la posicion de fijado del cabezal. La denominacion "cabezal indexado" se refiere a la capacidad que tiene el cabezal de repetir la posicion determinada por el usuario. La repeticion de dicha posicion se consigue como consecuencia del siguiente proceso:
a) Desbloqueo de la posicion inicial de los ejes de giro A y B.
b) Giro en los ejes hasta una posicion determinada.
c) Bloqueo de los ejes de giro A y B en la nueva posicion.
Con referencia a la figura 2 es posible observar el mecanismo de bloqueo del eje B (el que se corresponde con la direccion de fijado) en la posicion desbloqueada. La base superior (1) se considera la pieza de referencia, ya que se trata de una pieza sin movilidad alguna. En la posicion desbloqueada, la pieza que sujeta la carcasa inferior (5) que alberga el engranaje del eje de giro B (11) se encuentra en su posicion natural, sustentandose unicamente por un eje de sujecion (7) y apoyandose en la anilla (9) que la pieza que sujeta la carcasa inferior (5) dispone en su parte superior.
En la carcasa inferior (5) es donde se situan una pluralidad de rodamientos de bolas (38) que estan colocados en una circunferencia, de manera ordenada y con una separacion de 5° entre ellos en ambos ejes de giro A y B. Por
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otro lado, hay tres pares de rodillos cilmdricos (37), con una separacion de 120° entre ellos, en una pieza con un movimiento relativo con respecto a las piezas que permanecen fijas y que albergan los rodamientos de bolas.
En lo que a la posicion bloqueada se refiere, se ha de observar lo mostrado en la figura 4. En ella se puede apreciar como el giro de la pieza denominada engranaje de anclaje (2), debido a una leva que incorpora, hace que el conjunto formado por el eje de sujecion (7), la pieza que sujeta la carcasa inferior (5), una pieza en L (8) y el engranaje del eje de giro B (11) suban hacia arriba, desplazandose una distancia referenciada como (D), llegando a una posicion bloqueada donde los rodamientos de bolas de la carcasa inferior (5) y los rodillos hacen contacto, evitando cualquier grado de libertad.
El funcionamiento del sistema de bloqueo en el eje B es relativamente sencillo. El giro del engranaje de anclaje (2) hace que la pieza en L (8) se deslice sobre la leva del citado engranaje de anclaje (2). El deslizamiento se produce sobre dos rodamientos de bolas (30) que la pieza en L (8) incorpora para reducir el rozamiento, apoyandose en un solo punto y facilitando el giro. La leva obliga que la pieza en L (8) gire sobre su eje transversal, elevando el eje de sujecion (7) y, consecuentemente, toda la parte inferior del cabezal objeto de la invencion.
Debido a la leva que incorpora el engranaje anclaje y al giro controlado de este, se consigue hacer que la parte inferior del cabezal se desplace verticalmente hasta bloquear cualquier movimiento admisible.
Vease la diferencia entre la posicion inicial y la final de los componentes cnticos que componen el mecanismo mostrado en las figuras 2 a 4. En las figuras 2 y 3 el mecanismo de anclado se encuentra en su posicion inicial, esto es, en posicion desanclada o desbloqueada, mientras que en las figuras 4 y 5 el engranaje de anclaje (2) ha girado, elevando la pieza en L (8) junto con el eje de sujecion (7), la pieza que sujeta la carcasa inferior (5), el engranaje del eje de giro B (11) y, consecuentemente, la parte inferior del cabezal con todas sus piezas asociadas.
El giro del engranaje de anclaje (2) esta controlado por un servomotor secundario del eje B (14), que se activa cuando recibe la senal del controlador. Este servomotor secundario del eje B (14) esta asociado a una reductora (13) que reduce la velocidad de salida del servomotor y, a su vez, aumenta el par motor. Dicha reductora esta conectada con un sistema de transmision (15) que es el que hace girar el engranaje de anclaje (2) y consecuentemente bloquear o desbloquear el conjunto, evitando o permitiendo el giro en el eje B.
Para que el giro del engranaje de anclaje (2) sea mas efectivo, la pieza esta guiada por medio de rodamientos de bolas (3) que, a su vez, estan insertados en una pieza denominada disco posicionador (10).
Para que el mecanismo pueda aguantar en la posicion de anclado, la leva del engranaje de anclaje (2) dispone de dos zonas planas (16), perpendiculares a la direccion donde se ejerce la fuerza, y donde no hay peligro de que el sistema pueda volver a su posicion inicial. Asimismo, para que el sistema no pueda volver a la posicion inicial siguiendo la misma direccion de giro, el engranaje anclaje dispone de unos topes (17) al final de la leva. Todo ello tal y como mejor se observa en la figura 6.
Para que el sistema vuelva a su posicion inicial, se incorporan dos muelles (18) con capacidad de precarga para ejercer mayor o menor fuerza sobre la pieza en L (8) en el proceso de desanclado y en la direccion axial del eje de giro B. Estos muelles se precargan por medio de dos tornillos prisioneros (23) que se enroscan en unas aberturas (19) que se observan en la figura 7. El hecho de que se enrosquen mas o menos es lo que hace que los muelles (18) se precarguen mas o menos.
Tal y como se observa en la figura 8, una vez que el sistema de anclado del eje de giro B haya desanclado la parte inferior, el servomotor principal B (21) recibe una senal para poder girar el cabezal a la posicion que el usuario desee en el eje B. Este servomotor principal B (21), tal y como ocurre con el servomotor secundario B (14), esta asociado a una reductora (22) que reduce la velocidad de salida del servomotor principal B (21) al mismo tiempo que aumenta el par motor de salida. Un pinon (20) que dicha reductora (22) dispone a la salida de su propio eje de giro esta engranado con el engranaje de eje de giro B (11) de la pieza que sujeta la carcasa inferior (5). Consecuentemente, toda la parte inferior gira hasta la posicion deseada.
Una vez explicado tanto el mecanismo de anclado/desanclado como el funcionamiento de giro en el eje B, se procedera a explicar el mecanismo de anclado/desanclado y el funcionamiento de giro en el eje A.
En la figura 10 se presenta una seccion transversal de la parte inferior del cabezal en posicion desbloqueada. Por otro lado, en la figura 11 se presenta una seccion transversal de la parte inferior del cabezal en posicion de anclado. Como se puede observar, la unica variacion consiste en el movimiento longitudinal (D1) que ha experimentado el anclaje de la carcasa exterior (24) en el eje de giro A (transversal a la direccion de bloqueo).
Para bloquear el giro de la carcasa exterior (31), tal y como se ha presentado anteriormente en referencia al sistema de bloqueo, la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) dispone de una pluralidad de rodamientos de bolas (39) que permiten posicionar la carcasa exterior, asf como tres pares de rodillos con una separacion de 120° entre sf, en una posicion determinada cada 5°.
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Una vez explicado el sistema de bloqueo del eje de giro A, se procedera a explicar el sistema de posicionamiento y giro del eje A.
El funcionamiento de giro, asf como el posicionamiento de la carcasa exterior (31) son identicos al sistema empleado en el eje de giro B. Por un lado, el giro se realiza por medio de un servomotor principal A (26) unido a una reductora (25) que, por medio de un sistema de transmision mediante engranajes, compuesto por el pinon (29) y el engranaje (12) hace girar la carcasa exterior (31).
En lo que al mecanismo de bloqueo/desbloqueo del giro del eje A se refiere, el mecanismo es totalmente independiente al mecanismo de bloqueo/desbloqueo del giro del eje B.
Su principal caractenstica es la simplicidad. El servomotor secundario A (33) incorpora una pieza denominada eje roscado A (28) a la salida del eje. Esta pieza se introduce en el agujero roscado de la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31).
Una vez que el servomotor secundario A (33) comienza a funcionar, el sentido de giro determinara si la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) avanza o retrocede bloqueando o desbloqueando el giro de la carcasa exterior (31). Para que la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) solo pueda avanzar o retroceder y no girar, hasta hacer desaparecer la distancia referenciada como (D1), la estructura de la carcasa interior (32) dispone de dos zonas de guiado (34) donde se desliza la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) sin tener la posibilidad de girar.
Una de las diferencias en lo que al mecanismo de bloqueo/desbloqueo del eje de giro B se refiere es que, mientras los rodamientos de bolas de posicionamiento del eje de giro B (39) estan fijos a la base superior (1), que es una pieza estatica, los rodamientos de bolas de posicionamiento del eje de giro A tienen movimiento relativo, ya que dichos rodamientos de bolas de posicionamiento del eje de giro B (39) estan fijados a la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) con capacidad de avanzar o retroceder. Al garantizar que la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) no pueda girar, hace que los rodamientos de bolas puedan repetir su posicion aunque tengan movimiento relativo.
Para evitar que todo el peso que el cabezal tenga que soportar recaiga sobre la tapa, los engranajes (35) de la carcasa interior (32) y el eje de anclaje (27) de la tapa interior se han disenado para que el esfuerzo se reparta a lo largo de la circunferencia que conforma la pieza apoyada sobre la estructura de la carcasa interior (32).

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Cabezal indexado con dos ejes de giro, siendo un primer eje de giro A perpendicular a la posicion de fijado con respecto al modo de trabajo del cabezal en la maquina de medicion, y con un segundo eje de giro B en el eje de la direccion del fijado, definiendo a su vez una parte superior del cabezal fija con respecto al eje B y una parte inferior del cabezal, movil con respecto al eje A y B; y que comprende
    un servomotor principal A (26) para girar en el eje A y un mecanismo de anclado de la posicion en el eje A, dispuesto en dicha parte inferior del cabezal; y un servomotor principal B (21) para girar en el eje B con un mecanismo de anclado de la posicion en el eje B, dispuesto en dicha parte superior del cabezal; caracterizado porque
    el mecanismo de bloqueo en el eje B comprende un engranaje de anclaje (2) conectado con un sistema de transmision (15) de un motor secundario B (14), que hace girar una pieza en L (8) debido al deslizamiento sobre una leva del propio engranaje de anclaje (2), de tal forma que eleva la parte inferior del cabezal; y donde el mecanismo de bloqueo en el eje A comprende una pieza de anclaje (24) de una carcasa exterior (31) que dispone de una serie de rodamientos de bolas que permiten posicionar dicha carcasa exterior (31) y en el que un servomotor secundario A (33) provisto de un eje roscado (28)
    introducido en agujero roscado de la pieza de anclaje (24) produce a su vez el movimiento de avance o retroceso de dicha pieza de anclaje (24) para bloquear el giro de dicha carcasa exterior (31) dependiendo del sentido del giro del servomotor secundario A (33).
  2. 2. Cabezal de acuerdo con la reivindicacion 1, donde el mecanismo de anclado del eje B comprende una base superior (1), de tal forma que, en la posicion desbloqueada, la pieza que soporta la carcasa inferior (5) que alberga un engranaje del eje de giro B (11), se sustenta unicamente por un eje de sujecion (7) y se apoya en la anilla (9) que la pieza que sujeta la carcasa inferior (5) tiene en su parte superior.
  3. 3. Cabezal de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2 donde la leva del engranaje de anclaje (2) dispone de dos zonas llanas (16), perpendiculares a la direccion donde se ejerce la fuerza y unos topes (17) al final de la leva.
  4. 4. Cabezal de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 que incorpora dos muelles (18) con capacidad de precarga para ejercer una mayor o menor fuerza sobre la pieza en L (8) en el proceso de desbloqueado y en la direccion axial del eje de giro B; y donde estos muelles son precargados por medio de dos tornillos prisioneros (23) que se enroscan en unas aberturas (19).
  5. 5. Cabezal de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4 donde el servomotor principal B (21) esta asociado a una reductora (22); y donde un pinon (20) que dispone dicha reductora (22) a la salida de su propio eje de giro esta engranado con el engranaje del eje de giro B (11) de la carcasa inferior (5).
  6. 6. Cabezal de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5 donde el servomotor principal A (26) esta engranado con un engranaje (12) tambien fijado firmemente a una carcasa exterior (31), y donde ambos componentes estan fijados a un engranaje interior (35).
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