ITBO20060628A1 - Testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi meccanici - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

«Testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi meccanici»,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente Invenzione riguarda una testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi meccanici, comprendente un elemento di supporto che definisce un asse geometrico longitudinale, un equipaggio mobile con un braccio, mobile rispetto all'elemento di supporto, che reca un tastatore, un fulcro, connesso al braccio e all'elemento di supporto per consentire limitati movimenti di rotazione del braccio rispetto all'elemento di supporto, un dispositivo di ritrazione comprendente un pistone mobile rispetto all'elemento di supporto ed elementi di tenuta, il pistone essendo atto a cooperare con il braccio mobile per portare il braccio mobile ad una definita posizione non operativa, e un trasduttore per generare segnali dipendenti dalla posizione del braccio rispetto all’elemento di supporto.

Sono note teste, compara o di misura, con tali caratteristiche, per il controllo di pezzi meccanici su banchi, linee a trasferta o in cosiddette applicazioni "in-process" durante la lavorazione su macchine utensili.

Il brevetto statunitense US-B1-6269546 si riferisce a teste di questo tipo. Fra le varie caratteristiche descritte nel brevetto statunitense due diversi sistemi per realizzare la cosiddetta ritrazione del/i tastatore/i, ovvero per spostare il/i tastatore/i in posizione lontana dalla superficie del pezzo da controllare, per evitare urti accidentali e/o strisciamenti indesiderati del/i tastatore/i nel corso dei movimenti di avvicinamento/allontanamento fra testa e pezzo.

Il primo sistema, schematizzato in figura 2 del brevetto statunitense, prevede un dispositivo con un pistone connesso ad un circuito pneumatico. Attivando il dispositivo il pistone spinge il braccio verso una posizione non operativa, definita da opportune battute di limitazione. Una volta portata la testa in posizione di controllo, viene interrotta l'alimentazione di aria: il pistone riprende la posizione originaria grazie all'azione di una molla, ed il tastatore può liberamente muoversi verso la superficie da controllare.

Nel secondo sistema, cui si riferisce la figura 9 del citato brevetto statunitense, il pistone è sostituito da un soffietto - pure alimentato da un circuito meccanico - con un'estremità aperta e connessa all'involucro, e l'altra chiusa e libera di spingere il braccio in posizione ritratta.

Il primo sistema, noto da tempo, presenta dei problemi soprattutto quando un liquido di smorzamento è presente all'interno dell'involucro. Infatti, le guarnizioni di tenuta fra il pistone e la superfìcie interna del relativo cilindro devono consentire l'adeguato scorrimento mutuo fra le parti, e non rischiare di opporsi, ad esempio, al corretto ritorno del pistone nella posizione iniziale. Di conseguenza risulta solo parziale l'azione di tenuta al liquido, e quest'ultimo si scarica progressivamente attraverso i condotti del circuito pneumatico. E' difficile pertanto trovare un compromesso fra la tenuta e la limitazione dell'attrito che possa garantire il funzionamento corretto e l'affidabilità nel tempo.

Il dispositivo con il soffietto mostrato in figura 9 del brevetto US-B1 -6269546 consente notevoli vantaggi in termini di semplicità e assenza di attrito.

Il soffietto è molto sollecitato ed è soggetto ad ampie deformazioni. La scelta dei materiali risulta in molti casi critica per garantire l'affidabilità della soluzione.

Scopo della presente invenzione è realizzare una testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi meccanici con un dispositivo di ricarica semplice che garantisca una maggiore affidabilità rispetto alle soluzioni note.

Raggiunge questo scopo una testa secondo la rivendicazione 1.

Fra i vantaggi della soluzione secondo l'invenzione merita di essere sottolineato il seguente. Nei dispositivi di ricarica a pistone noti, è inevitabile che, durante i movimenti di scorrimento, fra le guarnizioni e la parete del cilindro avvenga un trafilamento di aria che, inserendosi fra le parti mobili (ad esempio nelle sedi del pistone solo parzialmente occupate dalle guarnizioni) interferisce con il corretto funzionamento del dispositivo. Per ovviare a questo problema, i dispositivi noti prevedono opportuni condotti per scaricare l'aria trafilata attraverso un tubo di drenaggio. In figura 1 è schematizzata una soluzione nota. Il tubo di drenaggio, che si aggiunge ai collegamenti elettrici e pneumatici della testa, deve essere opportunamente posizionato per evitare che attraverso esso liquidi presenti in macchina possano essere aspirati. La soluzione secondo l'invenzione consente, come sarà illustrato in seguito, di fare a meno del tubo di drenaggio.

L'invenzione verrà ora descritta in dettaglio con riferimento agli annessi disegni, dati a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nei quali:

figura 1 è una sezione longitudinale di una testa secondo la tecnica nota, con alcuni particolari in vista per motivi di semplicità e chiarezza; e

figura 2 è una sezione longitudinale ingrandita di un dispositivo di ritrazione per una testa secondo l'invenzione.

La figura 1 mostra una testa comparatrice di tipo noto, sostanzialmente del tipo di quelle mostrate e descritte nel citato brevetto US-B1-6269546 cui si fa riferimento per una più dettagliata descrizione.

In sintesi, la testa di figura 1 comprende un involucro 1, realizzato in acciaio, sostanzialmente a forma di parallelepipedo, che costituisce un elemento di supporto e definisce un asse geometrico longitudinale. Un equipaggio mobile comprende un braccio 4 disposto in una direzione sostanzialmente parallela all'asse geometrico longitudinale dell'Involucro 1. Il braccio 4 comprende una porzione interna all'involucro 1 ed una porzione esterna all'involucro 1, che reca un tastatore 7. Con riferimento alla disposizione di figura 1, il tastatore 7 è destinato a toccare una superficie meccanica disposta nella parte alta della figura. La cavità interna dell'involucro 1 può essere riempita - attraverso opportune aperture -di liquido di smorzamento quale olio con particolari caratteristiche di viscosità per attenuare la velocità di movimento del braccio. Questa caratteristica risulta particolarmente importante nel caso di controllo di superfici scanalate. Un fulcro 10, è connesso a superfici dell'involucro 1 e del braccio 4, e comprende un elemento deformabile. Il fulcro 10 consente al braccio 4 di effettuare limitati ma precisi spostamenti di rotazione attorno ad un asse ortogonale all'asse geometrico longitudinale dell'involucro 1. Tali spostamenti sono limitati mediante dispositivi di limitazione meccanica realizzati in modo noto. La figura 1 mostra ad esempio una vite 12, passante attraverso un foro del braccio 4 e avvitata all'involucro 1. La battuta di una zona della porzione interna del braccio 4 contro la testa di tale vite 12 limita superiormente la rotazione del braccio 4, in senso antiorario in relazione alla figura 1, che corrisponde ad un movimento del tastatore 7 in allontanamento dalla superficie del pezzo da controllare. Altri elementi meccanici - non visibili nella sezione di figura 1 - cooperano per limitare rotazioni del braccio 4 in senso opposto. Un dispositivo di pressione per spingere il tastatore 7 contro la superficie di un pezzo meccanico da controllare comprende una molla a trazione 14, inserita in una apposita sede ed avente un'estremità connessa al braccio 4 e l'altra ad un elemento di registrazione accoppiato all'involucro 1.

Un dispositivo di ritrazione 18, ad azionamento pneumatico, per portare il braccio 4 ad una definita posizione non operativa, generalmente definita dalla limitazione meccanica della vite 12, è realizzato come segue.

In una sede dell'involucro è alloggiato un cilindro 20. Un pistone 22 può scorrere all'interno del cilindro 20 e comprende due sedi circolari 24 e 26 per alloggiare elementi di tenuta con guarnizioni 25 e 27 destinate a realizzare la tenuta fra il pistone 22 e la parete interna del cilindro 20. In particolare la guarnizione 25 è del tipo "a labbro" e realizza una prevalente azione di tenuta in uno del due sensi di scorrimento del pistone 22, mentre la guarnizione 27 è sostanzialmente simmetrica, ad esempio con un anello ("O-ring"). Il pistone presenta una zona centrale cava 28, ed una sferetta 30, disposta assialmente, che definisce una superficie di spinta.

Una molla a compressione 33 ha le estremità collegate rispettivamente al pistone 22 e al cilindro 20. Un'apertura assiale 35 in corrispondenza di una zona di estremità del cilindro 20 che sporge dall'involucro 1 è collegata ad un tubo 37 d'ingresso dell'aria proveniente da un circuito pneumatico di tipo noto comprendente una sorgente di aria compressa (non mostrata in figura). Un sistema di drenaggio di aria comprende un'intercapedine o camera 40 definita nella parete del cilindro 20 e in comunicazione da un lato con la superficie interna del cilindro stesso 20 attraverso un'apertura interna 42 affacciata alla parete del pistone 22 fra le due guarnizioni 25 e 27, dall'altro a un condotto di drenaggio 44 connesso ad un relativo tubo di scarico, non mostrato in figura. Il sistema di drenaggio è necessario per consentire l'evacuazione di aria che inevitabilmente trafila negli spazi fra cilindro 20 e pistone 22 durante I movimenti di scorrimento mutuo, in particolare dalla cavità del cilindro 22 dal lato della guarnizione 25 che non può essere troppo compressa proprio per consentire i corretti movimenti di scorrimento.

Uno stelo di riscontro 46 è connesso in modo registrabile ad un'estremità al braccio 4 e presenta un'estremità libera che definisce una superficie di battuta 48 sostanzialmente piana affacciata al pistone 22, in particolare alla superficie di spinta della sferetta 30. Un trasduttore differenziale induttivo 50 di tipo noto comprende avvolgimenti fissati all'involucro 1 ed un nucleo di materiale ferromagnetico connesso mediante uno stelo al braccio 4.

Per il normale funzionamento, prima di avvicinare la testa ed un pezzo da controllare l'una verso l'altro in modo noto, al fine di evitare che il tastatore 7 possa urtare contro il pezzo o altri ostacoli nel corso di tale movimento, il braccio 4 viene portato in una definita posizione non operativa nella quale il tastatore 7 è lontano dalla posizione di controllo. A tale scopo viene attivato il dispositivo di ritrazione 18 facendo entrare aria compressa attraverso il tubo 37. La pressione esercitata dall'aria contro il pistone 22, spinge il pistone stesso verso l'alto (con riferimento alla disposizione di figura 1), in opposizione alla forza della molla 33. Quando la superficie di spinta della sferetta 30 tocca la superficie di battuta 48 dello stelo di riscontro 46, spinge il braccio 4 che si muove in una direzione antioraria (con riferimento alla figura 1) fintanto che la porzione interna del braccio 4 si porta a battuta contro la testa della vite 12, in tal modo definendo la posizione non operativa del braccio 4 stesso.

Quando è presente un pezzo in posizione di controllo, il dispositivo di ritrazione 18 viene escluso, interrompendo l'accesso deN'aria e scaricando la pressione tramite dispositivi idonei dì tipo noto, e la molla 33 riporta il pistone 22 verso il basso. A questo punto la forza di trazione esercitata dalla molla 14 sul braccio 4 spinge il tastatore 7 a contatto con il pezzo da controllare. La posizione assunta dal tastatore 7 e quindi dal braccio 4 in seguito a tale contatto è rilevata in modo noto dal trasduttore 50 che trasmette relativi segnali ad una unità di visualizzazione ed elaborazione non mostrata in figura.

La figura 2 mostra, in diversa scala, un dispositivo di ritrazione 68 che rimpiazza il dispositivo 18 di figura 1 in una testa secondo la presente invenzione.

Come nel caso di figura 1, il dispositivo di ritrazione 68 è ad azionamento pneumatico e comprende, un cilindro 70, connesso all'Involucro 1 in una opportuna sede. Un pistone 72 può scorrere all'interno del cilindro 70 e sono previsti elementi di tenuta fra pistone 72 e cilindro 70. In particolare una guarnizione "a labbro" 75 è alloggiata in una sede circolare 74 del pistone 72. Il pistone 72 presenta una zona centrale cava 78, ed una sferetta 80 disposta assialmente. Una molla di richiamo a compressione 83 ha le estremità collegate rispettivamente al pistone 72 e al cilindro 70. Un'apertura assiale 85 in corrispondenza di una zona di estremità del cilindro 70 che sporge dall'involucro 1 è collegata ad un tubo 87 d'ingresso dell'aria proveniente da un circuito pneumatico di tipo noto comprendente una sorgente di aria compressa (non mostrata in figura).

Gli elementi di tenuta comprendono anche una guarnizione a soffietto 88 fissata, ad esemplo incollata, a superfici affacciate del cilindro 70 e del pistone 72, ed alloggiata nel cilindro 70, parzialmente racchiusa nella zona centrale cava 78 del pistone 72. In tal modo la guarnizione a soffietto 88 ha le estremità fisse rispetto all'involucro 1 (cui II cilindro è fissato) ed al pistone 72.

Il funzionamento della testa secondo l'invenzione, in particolare per quanto riguarda la fase di ritrazione del braccio 4 realizzata mediante il dispositivo 68, è quello descritto con riferimento alla figura 1.

La presenza e disposizione della guarnizione a soffietto 88 presenta diversi vantaggi rispetto alla soluzione nota di figura 1. Intanto consente di eliminare una delle due guarnizioni di tenuta a strisciamento (I' O-ring 27 di figura 1) limitando considerevolmente i negativi effetti dell'attrito e il conseguente difficile compromesso fra grado di tenuta e ostacolo al corretto scorrimento fra pistone e cilindro. Inoltre, la guarnizione a soffietto 88 separa la zona del cilindro 70 a contatto con la cavità interna dell'involucro 1 con la zona di strisciamento fra pistone 72 e cilindro 70 eliminando sostanzialmente trafilamentl verso l'esterno dei liquidi di smorzamento presenti nella testa.

Inoltre, poiché l'unica guarnizione a strisciamento rimasta, la guarnizione "a labbro" 75, è praticamente unidirezionale (cioè realizza una tenuta preferenziale in una direzione di spostamento del pistone, o in altre parole assicura la tenuta in una sola direzione) si sfrutta questo fenomeno per evitare il circuito di drenaggio che è invece necessario nella realizzazione di figura 1. Infatti l'aria che potrebbe trafilare attraverso la guarnizione 75 nella fase di spostamento del pistone 72 per effettuare la ritrazione del braccio 4 (verso l'alto con riferimento alle figure) viene trattenuta dalla guarnizione a soffietto 88 e può rifluire nell'apertura 85 e, di conseguenza nel tubo 87 attraverso la stessa guarnizione 75 quando l'alimentazione deH'aria compressa è interrotta ed il circuito è posto - in modo noto - in fase di scarico.

Ciò rappresenta un altro notevole vantaggio della soluzione secondo la presente invenzione, in termini di riduzione di costi e di semplicità, sia della testa che delle relative applicazioni, essendo risparmiato uno dei collegamenti verso l'esterno.

La soluzione secondo la figura 2 è anche vantaggiosa rispetto al caso - mostrato nella figura 9 del citato brevetto US-B1-6269546 - in cui il dispositivo di ricarica è semplicemente realizzato mediante un soffietto chiuso ad un estremità ed azionato mediante aria compressa. Nel caso della presente invenzione, infatti, pur essendo notevolmente limitati i problemi dovuti agli attriti fra le parti in movimento, la guarnizione a soffietto racchiusa nel cilindro 70 è decisamente più protetta e meno sollecitata, con maggiori garanzie di affidabilità e durata.

Preferibilmente, la guarnizione a soffietto 88 può essere realizzata in gomma, o in materiali plastici quali poliuretano, ovvero in metallo.

Si noti che la disposizione delle superfici di spinta (sferetta 80) e di battuta 48 è tale che il contatto mutuo avvenga sostanzialmente in corrispondenza o in prossimità del piano longitudinale che comprende l'asse di rotazione definito dal fulcro 10. In questo modo strisciamenti trasversali fra stelo 48 e sferetta 80 sono sostanzialmente assenti. Diverse varianti rispetto a quanto descritto ed illustrato sono possibili.

Ad esempio, la superficie di spinta del pistone 72 può comprendere una porzione convessa diversa da quella della sferetta 80, ovvero essere sostanzialmente piana. La superficie di battuta 48 può altresì comprendere una porzione sferica o in generale convessa.

In una testa secondo la presente invenzione, le caratteristiche della testa sommariamente illustrate con riferimento alla figura 1, possono essere realizzate in diverso modo. Tali caratteristiche comprendono ad esempio la natura, forma e connessione dell'involucro 1, del braccio 4, del fulcro 10, del dispositivo di pressione (molla 14), dei dispositivi di limitazione meccanica (vite 12), del trasduttore 50, ed altro.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testa per il controllo di dimensioni lineari di pezzi meccanici comprendente • un elemento di supporto (1) che definisce un asse geometrico longitudinale, • un equipaggio mobile con un braccio (4), mobile rispetto a detto elemento di supporto (1), che reca un tastatore (7), • un fulcro (10), connesso a detto braccio (4) e a detto elemento di supporto (1) per consentire limitati movimenti di rotazione di detto braccio (4) rispetto a detto elemento di supporto (1), • un dispositivo di ritrazione (68) comprendente un pistone (72) mobile rispetto all'elemento di supporto (1) ed elementi di tenuta (75), il pistone (72) essendo atto a cooperare con il braccio mobile (4) per portare il braccio mobile (4) ad una definita posizione non operativa, e • un trasduttore (50) per generare segnali dipendenti dalla posizione di detto braccio (4) rispetto a detto elemento di supporto (1), caratterizzata dal fatto che detti elementi di tenuta del dispositivo di ritrazione (68) comprendono una guarnizione a soffietto (88) le cui estremità sono fisse rispetto all'elemento di supporto (1) ed al pistone (72).
2. 2. Testa secondo la rivendicazione 1, nella quale detto dispositivo di ritrazione (68) comprende un cilindro (70) connesso all'elemento di supporto (1), detto pistone (72) essendo alloggiato nel cilindro (70) ed in esso scorrevole, una di dette le estremità della guarnizione a soffietto (88) essendo fissata al cilindro (70).
3. 3. Testa secondo la rivendicazione 1, nella quale la guarnizione a soffietto (88) è alloggiata all'interno del cilindro (70).
4. 4. Testa secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, nella quale detto dispositivo di ritrazione (68) comprende un circuito pneumatico con una sorgente di aria compressa, il cilindro (70) essendo connesso a detto circuito pneumatico.
5. 5. Testa secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, nella quale detto dispositivo di ritrazione (68) comprende una molla di richiamo (83) fra detti cilindro (70) e pistone (72).
6. 6. Testa secondo una delle rivendicazioni precedenti, nella quale detto pistone (72) comprende una superficie di spinta (80) atta a cooperare con una superficie di battuta (48) solidale al braccio (4).
7. 7. Testa secondo la rivendicazione 6, nella quale almeno una di dette superfici di spinta (80) e di battuta (48) comprende una porzione convessa.
8. 8. Testa secondo la rivendicazione 7, nella quale detta superficie di spinta (80) comprende una porzione sostanzialmente sferica.
9. 9. Testa secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, nella quale il dispositivo di ritrazione (68) comprende uno stelo di riscontro (46) connesso al braccio (4), lo stelo di riscontro comprendendo un'estremità libera che definisce detta superficie di battuta (48).
10. 10. Testa secondo la rivendicazione 9, nella quale detto stelo di riscontro (46) è connesso al braccio (4) in modo registrabile.
11. 11. Testa secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente dispositivi di limitazione meccanica (12) per limitare gli spostamenti di detto braccio mobile (4) e definire detta definita posizione non operativa del braccio mobile (4).
12. 12. Testa secondo una delle rivendicazioni precedenti, nella quale la guarnizione a soffietto (88) è realizzata in plastica.
13. 13. Testa secondo la rivendicazione 12, nella quale la guarnizione a soffietto (88) è realizzata in poliuretano.
14. 14. Testa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, nella quale la guarnizione a soffietto (88) è realizzata in metallo.
15. 15. Testa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, nella quale la guarnizione a soffietto (88) è realizzata in gomma.
16. 16. Testa secondo una delle rivendicazioni precedenti, nella quale gli elementi di tenuta del dispositivo di ritrazione (68) comprendono anche una guarnizione a strisciamento (75) connessa al pistone (72) e atta a realizzare una tenuta preferenziale in una direzione di spostamento del pistone (72).