ITBO930345A1 - Comparatore lineare a movimento assiale. - Google Patents

Description

? Comparatore lineare a movimento assiale

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un comparatore lineare comprendente mezzi di supporto e protezione con un involucro atto a definire un asse geometrico longitudinale, un elemento allungato assialmente mobile rispetto ai mezzi di supporto e protezione ed avente forma sostanzialmente cilindrica, un elemento tastatore fissato ad una estremit? dell?elemento allungato, un trasduttore differenziale, con awoglimenti fissi rispetto all?involucro ed un nucleo in materiale ferromagnetico connesso all?elemento allungato, un membro di supporto connesso all?involucro ed atto a supportare gli avvolgimenti fissi, il membro di supporto definendo una prima apertura longitudinale, coassiale rispetto all'involucro, all?interno della quale ? mobile il nucleo del trasduttore differenziale, mezzi di spinta fra i mezzi di supporto e protezione e l?elemento tastatore, e mezzi di guida per guidare movimenti assiali dell?elemento allungato rispetto all?involucro.

Comparatori, o teste, lineari a movimento assiale con tali caratteristiche sono noti da tempo. Due esempi di realizzazione sono illustrati nel brevetto Statunitense US-A-4347492. Una prima testa, mostrata nella figura 1 del brevetto Statunitense come tecnica nota, ha la struttura tipica di tali comparatori, denominati "a matita", con un alberino cilindrico che scorre assialmente entro una boccola a sfere, e reca ad un?estremit? un tastatore per toccare il pezzo da controllare, ed all?altra estremit? un nucleo ferromagnetico che trasla all?interno di relativi avvolgimenti, in seguito a movimenti assiali dell?alberino.

Per il buon funzionamento del comparatore, ? molto importante che la traslazione del nucleo all?interno degli avvolgimenti avvenga in modo estremamente preciso lungo la direzione assiale, e che siano evitati movimenti tendenti a far assumere al nucleo stesso una posizione decentrata o inclinata rispetto agli avvolgimenti.

E? pertanto necessaria la presenza di opportuni dispositivi per guidare il nucleo in modo preciso.

La struttura secondo la figura 1 del brevetto US-A-4347492, e quella della maggior parte delle teste "a matita" note (un ulteriore esempio ? mostrato nel brevetto Statunitense US-A-4616420), prevedono a tale fine opportuni dispositivi, quali boccole, a sfere o di diverso tipo, che guidano l?alberino mobile in corrisponenza di un tratto compreso fra il relativo tastatore ed il nucleo del trasduttore. Tali strutture presentano alcuni inconvenienti dovuti, fra l?altro, all?impossibilit? di ridurre le dimensioni longitudinali delle teste al di sotto di un certo limite, ai costi legati all?impiego di dispositivi di guida estremamente precisi, ed alla particolare delicatezza e cura richiesta dalle relative operazioni di assemblaggio (quest?ultimo aspetto essendo in parte migliorato dalle teste secondo il brevetto US-A-4616420).

Anche la soluzione secondo la figura 2 del brevetto US-A-4347492 risolve solo uno dei problemi, ovvero l?ingombro in lunghezza del comparatore, comportando peraltro un inevitabile per quanto contenuto aumento delle dimensioni diametrali, e mantenendo, se non incrementando, per la struttura apparentemente pi? complessa e per gli spazi ridotti, problemi relativi ai costi ed alla delicatezza delle operazioni di montaggio.

Scopo della presente invenzione ? ottenere una testa a matita che abbia una struttura particolarmente semplice e compatta, garantisca una notevole precisione e ripetibilit?, e consenta, rispetto alle strutture note, significative riduzioni nelle dimensioni, nei costi, e nei tempi di assemblaggio fra le diverse parti.

Raggiunge questo ed altri scopi un comparatore nel quale detto elemento allungato definisce una seconda apertura longitudinale, sostanzialmente coassiale rispetto alla prima, all?interno della quale ? fissato il nucleo del trasduttore, la prima apertura longitudinale del membro di supporto e l?elemento allungato comprendendo superfici cilindriche, rispettivamente interna ed esterna, atte a definire detti mezzi di guida.

Un vantaggio offerto dalla soluzione secondo la presente invenzione ? costituito dal fatto che il centraggio del nucleo lungo l?asse geometrico degli avvolgimenti ? ottenuto al momento del fissaggio del nucleo stesso all'interno dell?elemento allungato. La distanza radiale fra nucleo ed avvolgimenti ? cos? stabilita, e mantenuta nel corso dei mutui movimenti longitudinali, in modo semplice e preciso dallo spessore dello stesso elemento allungato.

L?invenzione sar? ora descritta con riferimento all?annessa tavola, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nella quale la figura ? una sezione longitudinale di un comparatore secondo una realizzazione dell?invenzione.

Il comparatore a movimento assiale, o testa "a matita", in figura comprende mezzi di supporto e protezione con un involucro tubolare 1, sostanzialmente cilindrico, che definisce un asse geometrico longitudinale, un elemento di chiusura anteriore 2, ed uno di chiusura posteriore 3 connessi (in particolare, incollati) all?involucro tubolare 1 . Un membro di supporto a simmetria di rotazione, o rocchetto, 4 ? fissato (in un modo che sar? illustrato nel seguito della descrizione) all'interno dell'involucro 1, e definisce una prima apertura longitudinale 5, con una relativa superficie cilindrica interna 6. Il membro di supporto 4, realizzato in resina termoplastica, definisce inoltre tre sedi anulari esterne, una centrale 7 e due di estremit? 8 e 9, mentre l'involucro tubolare 1 comprende due fori radiali 11 e 12 in corrispondenza della sede anulare centrale 7.

Un elemento allungato, o alberino, 20 in materiale non magnetico ed elettricamente isolante (ad esempio un materiale ceramico quale l?ossido di alluminio, o AI2O3) ? parzialmente inserito in detta prima apertura longitudinale 5, e definisce una superficie cilindrica esterna 21, ed una seconda apertura cilindrica longitudinale 22, tra loro coassiali. Un elemento tastatore 23 con un palpatore sferico 24 ? fissato (in particolare, incollato) ad un?estremit? dell?alberino 20 che sporge sia dall?apertura 5 del rocchetto 4 che dall?involucro tubolare 1. Un anello di riscontro 25 ? fissato alia superficie esterna 21 dell?alberino 20.

Un trasduttore differenziale induttivo comprende un avvolgimento primario 27, due avvolgimenti secondari 28 e 29, ed un nucleo 30 in materiale ferromagnetico. Gli avvolgimenti 27, 28 e 29 sono strettamente avvolti al rocchetto 4, secondo una tecnica nota, in corrispondenza delle sedi anulari 7, 8 e 9, rispettivamente, mentre il nucleo 30, che ha forma di cilindro cavo, ? incollato alla parete interna dell?apertura 22 dell?alberino 20, presso l?estremit? opposta a quella che reca l?elemento tastatore 23.

Il rocchetto 4 con i relativi avvolgimenti 27, 28, 29 ? fissato all?involucro tubolare 1 in una sola zona anulare centrale, sostanzialmente simmetrica rispetto ad un piano trasversale di simmetria S. In pratica il fissaggio avviene incollando alla superficie interna dell?involucro tubolare 1 la superficie esterna dell?avvolgimento primario 27, che ? strettamente avvolto nella sede 7 ed ? pertanto fisso rispetto al rocchetto 4. La colla ? inserita attraverso, ad esempio, il foro 11 e si distribuisce, entro la sede 7 delimitata da porzioni anulari 37 e 38 del. rocchetto 4, fra la superficie esterna deH?awolgimento primario 27 e una corrispondente porzione superficiale interna dell?involucro 1, come mostrato in figura con il riferimento 36. L?introduzione della colla 36 ? controllata verificandone l?eventuale fuoriuscita attraverso il foro 12.

L?elemento di chiusura 2 comprende un foro passante 39, attraverso il quale pu? traslare l?alberino 20, che presenta una prima superficie anulare di battuta 40 per l?anello di riscontro 25. L?estremit? 41 del rocchetto 4 presenta una seconda superficie anulare di battuta 42 per l?anello di riscontro 25.

L?elemento di chiusura 2 e l?involucro tubolare 1 definiscono inoltre una prima sede a simmetria di rotazione 43, mentre l?elemento tastatore 23 definisce una seconda sede a simmetria di rotazione 44. Una guarnizione flessibile di tenuta 45 ha forma tubolare ed estremit? di spessore tale da consentirene il fissaggio a compressione nelle sedi 43 e 44.

Mezzi di spinta elastica comprendono una molla elicoidale a compressione 50 le cui estremit? sono incollate a zone dell?elemento di chiusura 2 e dell?elemento tastatore 23. La molla 50, in tal modo fissata, definisce anche la posizione angolare mutua fra l?alberino 20 e l?involucro 1 (solidale all?elemento di chiusura 2).

L?elemento di chiusura 3 ha un foro passante 54 che consente la connessione elettrica degli avvolgimenti 27, 28, 29 del trasduttore differenziale a dispositivi esterni di alimentazione, visualizzazione ed elaborazione (schematicamente indicati in figura con il riferimento 55), per mezzo dei fili di un cavo 56.

Le superfici cilindriche interna 6 ed esterna 21 costituiscono mezzi di guida per movimenti di traslazione longitudinale dell?alberino 20 rispetto all?involucro 1 entro un intervallo delimitato dal contatto fra l?anello di riscontro 25 e le superfici anulari di battuta 40 e 42.

Nel normale funzionamento della testa, nella condizione di riposo illustrata in figura, in cui il palpatore 24 ? libero, l?azione della molla 50 spinge l?alberino 20 in una posizione definita dalla cooperazione fra l?anello 25 e la superficie anulare 40. In seguito al contatto fra il palpatore 24 ed una superficie di una parte meccanica 10 da controllare (contatto provocato in un qualunque modo noto non illustrato n? descritto, con procedimenti manuali o automatici), l?alberino 20 si muove, rispetto all?involucro 1 ed in opposizione all?azione della molla 50, lungo un percorso rettilineo, guidato dalla cooperazione fra la superficie cilindrica esterna 21 dell?alberino 20 stesso e la superficie cilindrica interna 6 del rocchetto 4. I materiali di cui sono costituiti l?alberino 20 da un lato, ed il rocchetto 4 dall?altro garantiscono un bassissimo attrito di strisciamento fra le superfici 21 e 6: il valore del coefficiente di attrito fra l?ossido di alluminio e la resina termoplastica utilizzata ? tipicamente 0,3. Al movimento dell?alberino 20 corrisponde uno spostamento del nucleo 30 rispetto agli avvolgimenti 27, 28 e 29, ed una conseguente variazione nella tensione di uscita ai capi degli avvolgimenti secondari 28, 29, secondo il funzionamento noto di un trasduttore differenziale induttivo. Come ? pure noto, la condizione di zero del trasduttore, nella quale la tensione di uscita ? nulla, corrisponde ad una posizione del nucleo 30 sostanzialmente simmetrica rispetto al piano S. Attraverso il collegamento elettrico comprendente i fili del cavo 56, la variazione di tensione rispetto alla condizione di zero viene rilevata nell?unit? 55, e vengono visualizzate informazioni relative all?entit? dello spostamento.

Le notevoli caratteristiche di compattezza, semplicit? ed economia del comparatore secondo l?invenzione sono la sostanziale conseguenza della realizzazione dei mezzi di guida. In particolare, lo scorrimento dell?alberino 20 all'interno del rocchetto 4 con limitatissimo gioco radiale (ad esempio da 10 a 40 ???? per una testa di diametro 8 mm e lunghezza 40 mm circa), e le caratteristiche dei materiali di cui il rocchetto 4 e l?alberino 20 sono costituiti, consentono un corretto funzionamento della testa sia dal punto di vista meccanico che da quello elettromagnetico. Infatti, da un lato i movimenti del nucleo 30 fra gli avvolgimenti 27, 28 e 29 sono guidati con grande precisione e basso attrito, e dall?altro il materiale isolante di cui ? costituito l?alberino 20, interposto fra il nucleo 30 e gli avvolgimenti 27, 28 e 29, non influenza il funzionamento del trasduttore.

L?assenza di dispositivi di guida esterni al trasduttore consente, rispetto alle soluzioni note, un notevole risparmio in termini di spazio e costi. Inoltre, con la soluzione secondo l?invenzione, per ottenere la desiderata precisione del movimento del nucleo 30 ad una distanza radiale costante dagli avvolgimenti 27, 28 e 29, non sono necessarie delicate operazioni di montaggio.

Nella realizzazione secondo la presente invenzione, la posizione centrale del nucleo 30 rispetto al rocchetto 4 ? definita in modo preciso dallo spessore dell?alberino 20, il limitatissimo gioco in precedenza menzionato fra le superfici di scorrimento 6 e 21 avendo un?influenza del tutto trascurabile, anche in vista della ridotta distanza fra palpatore 24 e nucleo 30.

L?incollaggio delle diverse parti della testa consente di limitare ulteriormente i costi relativi alle lavorazioni dei componenti, che sostanzialmente non comprendono porzioni filettate, ed al relativo assemblaggio.

I materiali di cui sono costituiti il rocchetto 4 da un lato, l?involucro 1 e l?alberino 20 dall?altro, se garantiscono un corretto funzionamento meccanico ed elettromagnetico del comparatore, come accennato in precedenza, potrebbero essere causa di errori in seguito a variazioni della temperatura ambientale, per la differenza fra i rispettivi coefficienti di dilatazione termica (si noti invece che tali differenze non sono rilevanti fra involucro 1, nucleo 30, generalmente metallici, ed alberino 20, in materiale ceramico). La particolare struttura della testa secondo l'invenzione consente tuttavia di superare questi problemi, come viene spiegato nel seguito, rendendo trascurabile l?influenza di eventuali variazioni dimensionali sul corretto funzionamento del comparatore.

Variazioni termiche possono provocare variazioni dimensionali fra il rocchetto 4 che reca gli awoglimenti 27, 28 e 29, e l?alberino 20 che reca il nucleo 30, sia in direzioni longitudinali che in direzioni trasversali. Queste ultime variazioni sono tuttavia ininfluenti, manifestandosi in alterazioni del tutto trascurabili del gioco radiale fra le superfici di scorrimento 6 e 21 , anche per variazioni termiche notevoli (tipicamente 2-3??? per una variazione di circa 20?C).

Possibili variazioni delle dimensioni longitudinali del rocchetto 4 che reca gli avvolgimenti 27, 28 e 29 rispetto a quelle dell?involucro 1 si manifestano, grazie al particolare fissaggio centrale del rocchetto 4 all?involucro 1 mediante la colla 36, in modo sostanzialmente simmetrico rispetto al piano S. In considerazione del fatto che, per quanto detto sopra circa la sostanziale identit? dei coefficienti di dilatazione termica, variazioni della temperatura non alterano in pratica la posizione del nucleo 30 rispetto all?involucro 1, le variazioni simmetriche suddette fanno s? che la condizione di zero del trasduttore non sia sostanzialmente modificata da variazioni di temperatura, e che il corretto funzionamento del trasduttore in un intorno della condizione di zero che ne rappresenta il campo, sufficientemente ampio, di misura lineare risulti sostanzialmente inalterato.

Una testa secondo la presente invenzione pu? comprendere parti realizzate con diversi materiali ed in forme diverse rispetto a quanto illustrato ed in precedenza descritto, purch? vengano mantenute alcune basilari caratteristiche, fra le quali: un rocchetto 4 ed un alberino 20 con rispettive superfici di scorrimento a basso attrito (coefficiente tipicamente compreso fra 0,2 e 0,4), la realizzazione dell?alberino 20 in materiale isolante e la presenza in esso di una porzione cava che alloggia il nucleo 30 del trasduttore.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Comparatore lineare comprendente - mezzi di supporto e protezione (1,2,3) con un involucro (1) atto a definire un asse geometrico longitudinale, - un elemento allungato (20) assialmente mobile rispetto ai mezzi di supporto e protezione (1 ,2,3) ed avente forma sostanzialmente cilindrica, - un elemento tastatore (23) fissato ad un?estremit? dell?elemento allungato (20), - un trasduttore differenziale, con awoglimenti (27,28,29) fissi rispetto all?involucro d) ed un nucleo (30) in materiale ferromagnetico connesso all?elemento allungato (20), - un membro di supporto (4) connesso all?involucro (1) ed atto a supportare gli awolgimenti fissi (27,28,29), il membro di supporto (4) definendo una prima apertura longitudinale (5), coassiale rispetto all?involucro (1), all?interno della quale ? mobile il nucleo (30) del trasduttore differenziale, - mezzi di spinta (50) fra i mezzi di supporto e protezione (1,2,3) e l?elemento tastatore (23), e - mezzi di guida (6,21) per guidare movimenti assiali dell?elemento allungato (20) rispetto all'involucro (1), caratterizzato dal fatto che detto elemento allungato (20) definisce una seconda apertura longitudinale (22), sostanzialmente coassiale ripetto alla prima, all?interno della quale ? fissato il nucleo (30) del trasduttore, la prima apertura longitudinale (5) del membro di supporto (4) e l?elemento allungato (20) comprendendo superfici cilindriche, rispettivamente interna (6) ed esterna (21), atte a definire detti mezzi di guida.
2. 2. Comparatore secondo la rivendicazione 1 , nel quale detto elemento allungato (20) ha forma sostanzialmente tubolare.
3. 3. Comparatore secondo la rivendicazione 2, nel quale detto elemento allungato (20) ? realizzato in materiale non magnetico ed elettricamente isolante.
4. 4. Comparatore secondo la rivendicazione 3, nel quale detto elemento allungato (20) ? realizzato in materiale ceramico.
5. 5. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, nel quale detto membro di supporto (4) e detto elemento allungato (20) sono realizzati in materiali tali che il coefficiente di attrito di scorrimento fra dette superfici cilindriche interna (6) ed esterna (21) ? inferiore a 0,4.
6. 6. Comparatore secondo la rivendicazione 5, nel quale detto membro di supporto (4) ? realizzato in resina termoplastica.
7. 7. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, nel quale detti avvolgimenti comprendono un avvolgimento primario (27) e due avvolgimenti secondari (28,29), il membro di supporto (4) definendo un piano trasversale di simmetria (S), una sede centrale (7) atta ad alloggiare in modo fisso l'avvolgimento primario (27) e due sedi di estremit? (8,9) atte ad alloggiare in modo fisso gli avvolgimenti secondari (28,29), le sedi di estremit? (8,9) essendo disposte assialmente ai lati della sede centrale (7), in modo simmetrico rispetto a detto piano trasversale di simmetria (S), il membro di supporto (4) essendo connesso all?involucro (1) in corrispondenza di detta sede centrale (7).
8. 8. Comparatore secondo la rivendicazione 7, nel quale ravvolgimento primario (27) ? incollato all?involucro (1).
9. 9. Comparatore secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale detto elemento tastatore (23) ? incollato a detta estremit? dell?elemento allungato (20).
10. 10. Comparatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, nel quale detti mezzi di spinta comprendono una molla elicoidale (50) con estremit? incollate, rispettivamente, ai mezzi di supporto e protezione (2) ed all?elemento tastatore (23).