ITBO20130426A1 - Sonda di tastaggio e relativi circuiti e metodi di elaborazione dei segnali - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

“SONDA DI TASTAGGIO E RELATIVI CIRCUITI E METODI DI ELABORAZIONE DEI SEGNALIâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione riguarda una sonda di tastaggio per effettuare controlli dimensionali e/o di posizione di un pezzo meccanico, comprendente una struttura di supporto e protezione con una zona di appoggio e riferimento, un equipaggio mobile rispetto alla struttura di supporto e protezione e in essa parzialmente alloggiato, comprendente un braccetto recante un tastatore atto a toccare il pezzo meccanico da controllare, un dispositivo di spinta, atto a spingere l’equipaggio contro la zona di appoggio e riferimento, un sistema di vincolo e posizionamento, collocato fra l’equipaggio e la struttura di supporto e protezione in corrispondenza della zona di appoggio e riferimento, comprendente un sistema di appoggio con battute meccaniche di riferimento e contatti che sono chiusi quando elementi meccanici appartenenti all’equipaggio cooperano con elementi meccanici appartenenti alla struttura di supporto e protezione, le battute meccaniche di riferimento essendo atte a definire una posizione di riposo della sonda di tastaggio, e un circuito di elaborazione atto a rilevare lo stato dei contatti e la posizione mutua fra l’equipaggio e la struttura di supporto e protezione e a fornire un segnale indicativo della posizione di riposo quando tutti i contatti sono chiusi.

L’invenzione riguarda anche un metodo per elaborare un segnale in uscita da una sonda di tastaggio per effettuare controlli dimensionali e/o di posizione di un pezzo meccanico, comprendente una struttura di supporto e protezione, un equipaggio mobile rispetto alla struttura di supporto e protezione e in essa parzialmente alloggiato, un sistema di appoggio con battute meccaniche di riferimento e contatti che sono chiusi quando elementi meccanici appartenenti all’equipaggio cooperano con elementi meccanici appartenenti alla struttura di supporto e protezione, le battute meccaniche di riferimento essendo atte a definire una posizione di riposo della sonda di tastaggio, un circuito di elaborazione per rilevare lo stato dei contatti e la posizione mutua fra l’equipaggio e la struttura di supporto e protezione e fornire un segnale indicativo della posizione di riposo quando tutti i contatti sono chiusi.

La presente invenzione trova vantaggiosa ma non esclusiva applicazione nell’elaborazione dei segnali di uscita di una sonda di tastaggio atta ad effettuare controlli dimensionali o di posizione di un pezzo meccanico in macchine di misura a coordinate o macchine utensili, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

ARTE ANTERIORE

Le sonde di tastaggio sono strumenti elettromeccanici largamente impiegati in macchine di misura a coordinate ed in macchine utensili, in particolare centri di lavorazione e torni, per effettuare controlli su pezzi lavorati o da lavorare, sugli utensili, sulle tavole delle macchine, ecc.

Come descritto ad esempio nel brevetto statunitense numero US4153998A, tali sonde generalmente includono una struttura di supporto o telaio, e un equipaggio che à ̈ mobile rispetto al telaio stesso e comprende un braccetto recante un tastatore atto a toccare il pezzo meccanico da controllare. In particolare, l’equipaggio à ̈ accoppiato al telaio in corrispondenza di battute meccaniche di riferimento fra elementi in materiale conduttore che definiscono coppie di contatti elettrici tipicamente in serie, appartenenti ad un circuito elettrico.

Quando la sonda à ̈ in posizione di riposo, l’equipaggio à ̈ accoppiato al telaio in corrispondenza di tutte le battute meccaniche di riferimento sotto la spinta di una molla. La chiusura e l’apertura dei contatti elettrici sono rilevate controllando, ad esempio, variazioni di resistenza ai capi di tali contatti. Quando il tastatore tocca il pezzo meccanico, una forza esterna agisce in opposizione alla spinta della molla sull’equipaggio, provocandone il graduale rilascio rispetto al telaio in corrispondenza di almeno un contatto. Il valore di resistenza ai capi di uno o più contatti aumenta progressivamente fino al superamento di una determinata soglia, dando luogo ad un segnale di uscita indicativo dell’allontanamento della sonda dalla posizione di riposo, in conseguenza del tocco del tastatore con il pezzo meccanico da controllare.

Perché i controlli siano ripetibili ed affidabili, nelle sonde di tastaggio à ̈ importante che, cessato il tocco tra il tastatore e il pezzo meccanico, la sonda torni nella posizione di riposo.

Questa esigenza à ̈ presente anche in sonde nelle quali il tocco tra il tastatore e il pezzo meccanico à ̈ rilevato da sensori di diverso tipo, ad esempio sensori piezoelettrici o estensimetri che emettono un segnale indicativo della forza complessivamente applicata al tastatore. In questo caso, l’accoppiamento dell’equipaggio al telaio ed il relativo circuito elettrico possono essere utilizzati come dispositivi ausiliari di controllo per rilevare se effettivamente ci sia stato oppure no un contatto tra il tastatore e il pezzo meccanico e quindi la sonda, rispettivamente, non si trovi o si trovi nella posizione di riposo. Nello specifico, poiché i sensori non sempre sono in grado di trasmettere informazioni sullo stato del sistema e in particolare sulla deflessione dell’equipaggio rispetto al telaio, ad esempio negli istanti immediatamente successivi all’emissione del segnale, detto accoppiamento ed il relativo circuito elettrico possono essere utilizzati per ricavare tali informazioni. Una sonda di questo tipo à ̈ descritta nella domanda di brevetto internazionale pubblicata con il numero WO2012055866.

Nelle sonde di tastaggio fin qui citate, in particolar modo se utilizzate per controlli ripetuti, nella pratica può manifestarsi il problema di una non corretta segnalazione del ritorno della sonda nella posizione di riposo. In particolare, cessato il tocco tra il tastatore e il pezzo meccanico, quando l’equipaggio, sotto la spinta della molla, à ̈ di nuovo accoppiato al telaio in corrispondenza delle battute meccaniche di riferimento, la posizione di riposo può non essere correttamente ripristinata e/o segnalata, ad esempio a causa del fatto che il valore di resistenza rilevato in corrispondenza di almeno un contatto non à ̈ tornato al di sotto della soglia determinata.

Un circuito e un metodo che si propongono di risolvere parzialmente tale problema sono descritti nella domanda di brevetto europeo pubblicata con il numero EP0501681A1. La domanda fa riferimento ad una sonda che include un circuito elettrico per l’elaborazione dei segnali comprendente componenti attivi, ad esempio transistori, e ad un metodo di controllo che prevede una fase di pulizia dei contatti. Tuttavia, tra gli svantaggi principali di questa tecnica nota vi sono un aumento dei tempi di risposta della sonda dovuto ai ritardi introdotti dai tempi di commutazione dei componenti attivi e alla ulteriore fase di pulizia dei contatti, ed il rischio di danneggiare la superficie dei contatti a causa delle elevate correnti che potrebbero fluire nel circuito.

Soluzioni più complesse danno indicazioni della disposizione dell’equipaggio quando la sonda non à ̈ operativa. Ad esempio, in base alla soluzione presentata nel brevetto statunitense numero US5090131A, ciascuna battuta meccanica di riferimento viene dotata di estensimetri, i quali misurano in tutte le direzioni gli scostamenti dell’equipaggio rispetto ad una predeterminata posizione di riferimento perché di tali scostamenti si tenga conto nel controllo successivo. Questa tecnica nota, tuttavia, richiede circuiti complessi, costosi e difficilmente realizzabili nella maggior parte dei casi.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo e un circuito di condizionamento di un segnale, ad esempio, in uscita da una sonda di tastaggio atta ad effettuare controlli di dimensione o posizione di un pezzo meccanico in macchine di misura a coordinate o macchine utensili, essendo tale metodo e tale circuito esenti dagli inconvenienti sopra descritti e, allo stesso tempo, di facile ed economica realizzazione.

In accordo con la presente invenzione, questo ed altri scopi sono raggiunti da un metodo e un circuito di condizionamento di segnale secondo la rivendicazione 1 e la rivendicazione 8, rispettivamente, che formano parte integrante della presente descrizione.

Scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue, relativa ad una forma di attuazione preferita dell’invenzione, riportata solo a titolo di esempio e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano un esempio di attuazione esemplificativo e non limitativo, dei quali:

- la figura 1 Ã ̈ uno schema della sezione longitudinale di una sonda di tastaggio secondo la presente invenzione,

- la figura 2 illustra schematicamente un ingrandimento della sezione longitudinale di un componente della sonda di tastaggio secondo la presente invenzione,

- la figura 3 à ̈ uno schema circuitale di principio di un sistema di elaborazione di segnale in una sonda di tastaggio secondo una forma di attuazione preferita dell’invenzione,

- la figura 4 à ̈ uno schema circuitale di principio relativo ad una unità di condizionamento del segnale in detto sistema di elaborazione, e

- la figura 5 à ̈ uno schema circuitale di principio di un sistema di elaborazione di segnale in una sonda di tastaggio secondo una forma di attuazione alternativa dell’invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

La figura 1 mostra in modo schematico la sezione di una sonda 1 di tastaggio per effettuare controlli dimensionali e/o di posizione di un pezzo meccanico 20. In una forma di attuazione preferita dell’invenzione, la sonda 1 include, ad esempio, una struttura di supporto e protezione o telaio 2 che definisce un asse longitudinale A, e un equipaggio 3 mobile rispetto al telaio 2 e in quest’ultimo parzialmente alloggiato. L’equipaggio 3 comprende un braccetto 4 recante un tastatore 5 atto a toccare il pezzo meccanico 20 da controllare. Un dispositivo di spinta con una molla 8 a compressione à ̈ disposto fra il telaio 2 e l’equipaggio 3, e spinge quest’ultimo contro una zona di appoggio e riferimento 7 del telaio 2 stesso.

Un sistema di vincolo e posizionamento à ̈ collocato fra l’equipaggio 3 e il telaio 2, in corrispondenza della zona di appoggio e riferimento 7. Tale sistema di vincolo e posizionamento comprende un sistema di appoggio con battute meccaniche di riferimento 10 definite dalla cooperazione di elementi meccanici appartenenti all’equipaggio 3 con ulteriori elementi meccanici appartenenti al telaio 2, idealmente disposti in modo circolare ed equidistanti. Ad esempio, il sistema di appoggio può essere isostatico con tre battute meccaniche di riferimento 10, ciascuna delle quali definita da due sfere 12 – di cui una sola visibile in figura 1 –, fissate al telaio 2 e atte a definire una sede a V, e da un elemento radiale 11 di forma cilindrica, appartenente all’equipaggio 3. Le sfere 12 e l’elemento radiale 11 sono realizzati interamente, ovvero rivestiti almeno parzialmente, in materiale conduttore o semiconduttore, in generale caratterizzato da una conducibilità prefissata all’interno di un dato intervallo di valori. Ogni elemento radiale 11 può cooperare separatamente con ciascuna di due sfere 12 in corrispondenza di un’area idealmente puntiforme o contatto 13 (figura 2), ad esempio un contatto elettrico.

In corrispondenza della zona di appoggio e riferimento 7, la sonda 1 include anche un sistema di rilevamento 15, distinto rispetto ai contatti 13, comprendente ad esempio almeno un elemento o trasduttore piezoelettrico laminare connesso al telaio 2 e disposto sostanzialmente su un piano perpendicolare rispetto all’asse longitudinale A. Il trasduttore piezoelettrico laminare ha la capacità di tradurre i fenomeni di compressione o di decompressione cui à ̈ sottoposto in segnali elettrici indicativi della variazione di forza che subisce. Il sistema di rilevamento 15 con il trasduttore piezoelettrico laminare trasmette ad un circuito di elaborazione 30 segnali di controllo che sono elaborati ed utilizzati in modo di per sé noto per effettuare i suddetti controlli dimensionali e/o di posizione del pezzo meccanico 20. Maggiori dettagli su una sonda di tastaggio con un trasduttore piezoelettrico laminare sono riportati nella già citata domanda di brevetto internazionale pubblicata con il numero WO2012055866.

Un’elettronica di elaborazione à ̈ alloggiata nella struttura di supporto 2 e include il circuito di elaborazione 30, al quale sono connessi, mediante conduttori elettrici rappresentati da collegamenti disegnati con tratto spesso, sia le sfere 12 sia il sistema di rilevamento 15.

In una forma di attuazione preferita dell’invenzione, come illustrato schematicamente in figura 3, tutti gli elementi radiali 11 sono collegati ad un potenziale noto, generalmente nullo, e ciascuna sfera 12 à ̈ connessa ad esempio ad un’unità di condizionamento 29 appartenente al circuito di elaborazione 30. Sono vantaggiosamente connessi in parallelo tra loro i contatti 13, nell’esempio illustrato in numero di sei, più precisamente i rami circuitali comprendenti ciascuno un contatto 13 definito da un elemento radiale 11 e da una delle due sfere 12 con cui tale elemento radiale 11 coopera, e un’unità di condizionamento 29, in modo che il circuito di elaborazione 30 sia in grado di rilevare individualmente lo stato di ciascuno dei sei contatti 13, ovvero se ogni singolo contatto 13 à ̈ chiuso o aperto. Al circuito di elaborazione 30 appartengono anche un convertitore analogico/digitale 35 e un microcontrollore 36, atto tra l’altro ad elaborare sia segnali di controllo trasmessi dal sistema di rilevamento 15 per la corretta emissione del segnale indicativo della variazione di forza complessiva, sia le segnalazioni sullo stato delle sfere 12, ad esempio sul potenziale di ciascuna di esse, che forniscono indicazioni relative alla posizione mutua fra equipaggio 3 e zona di appoggio e riferimento 7 del telaio 2.

Per meglio illustrare il circuito e il metodo di elaborazione secondo la presente invenzione, la figura 4 mostra alcuni dei componenti principali di uno schema circuitale di principio della singola unità di condizionamento 29, essendo tale schema identico per le altre. Il potenziale associato alla sfera 12, non visibile in figura, à ̈ dato da un partitore di tensione tra una resistenza di polarizzazione 32 connessa ad una tensione di alimentazione VA, e una resistenza di contatto associata al contatto 13 tra la sfera 12 e l’elemento radiale 11 con cui essa coopera.

Il partitore di tensione genera, secondo un funzionamento noto, un potenziale che viene inviato ad un comparatore 33, la cui soglia à ̈ fissata ad un valore di riferimento VT, preferibilmente programmabile. Il comparatore 33 fornisce un segnale rappresentativo dello stato del contatto 13 corrispondente: quando il contatto 13 à ̈ chiuso, teoricamente la resistenza ai suoi capi à ̈ uguale a zero, il potenziale in ingresso al comparatore 33 à ̈ nullo mentre il suo potenziale di uscita à ̈ alto, generalmente pari alla tensione di alimentazione del comparatore 33 stesso; quando il contatto 13 à ̈ sostanzialmente aperto perché l’elemento radiale 11 ha abbandonato la sfera su cui poggia, la resistenza à ̈ idealmente infinita (praticamente superiore a un determinato valore), il potenziale in ingresso al comparatore 33 coincide con quello del generatore di tensione VAe il potenziale di uscita à ̈ basso, ad esempio pari a zero. L’unità di condizionamento 29 comprende anche un circuito di aggiustamento del segnale 34, connesso al comparatore 33 e preposto ad esempio al filtraggio e all’amplificazione del segnale.

I potenziali in uscita dai circuiti di aggiustamento del segnale 34, ciascuno opportunamente convertito in numero digitale mediante il convertitore analogico/digitale 35, vengono gestiti nel microcontrollore 36 per avere un’indicazione del numero di contatti 13 chiusi, in base alla quale fornire un segnale indicativo di una posizione di riposo della sonda 1.

Nel seguito à ̈ descritto un metodo di elaborazione del segnale secondo la presente invenzione.

Quando la sonda 1 à ̈ in posizione iniziale di riposo, ovvero in assenza di tocco fra il tastatore 5 e il pezzo meccanico 20 da controllare, i tre elementi radiali 11 sono disposti, sotto l’azione della molla 8, nelle sedi a V realizzate dalle sfere 12, definendo così in modo univoco la posizione dell’equipaggio 3 rispetto al telaio 2 mediante le battute meccaniche di riferimento 10. Come mostrato nella figura 2, che illustra in modo schematico la sezione trasversale di una delle battute meccaniche di riferimento 10 in tale posizione iniziale di riposo, ogni elemento radiale 11 tocca entrambe le sfere 12 che definiscono la sede a V in cui à ̈ alloggiato, chiudendo i corrispondenti sei contatti 13. I sei comparatori 33 hanno tutti in ingresso potenziale nullo e trasmettono ai rispettivi circuiti di aggiustamento del segnale 34 un potenziale pari alla loro tensione alimentazione. I segnali in uscita dai circuiti di aggiustamento del segnale 34 sono convertiti ciascuno in un numero digitale e opportunamente combinati dal convertitore analogico/digitale 35, quindi trasmessi al microcontrollore 36, che li elabora e fornisce un segnale indicativo di suddetta posizione iniziale di riposo.

In seguito a movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20 da controllare, ad esempio lungo una direzione trasversale indicata in figura 1 con la doppia freccia X, il tastatore 5 tocca il pezzo meccanico 20, e questo applica una forza sull’equipaggio 3 che si trasmette al sistema di vincolo e posizionamento. La zona di appoggio e riferimento 7 à ̈ quindi sottoposta a fenomeni di compressione e di decompressione rilevati dal trasduttore piezoelettrico del sistema di rilevamento 15, che li traduce in segnali di controllo indicativi della variazione di forza e li trasmette al microcontrollore 36 per l’elaborazione e l’emissione sia del comando di arresto di detti movimenti mutui sia del segnale indicativo della variazione di forza complessiva. Si verifica inoltre, in corrispondenza di almeno una delle tre battute meccaniche di riferimento 10, un’azione di spinta dell’elemento radiale 11 sulla rispettiva coppia di sfere 12, ed una contemporanea azione di rilascio della spinta applicata dalla molla 8 in corrispondenza delle altre – o dell’altra – zona di appoggio con conseguente apertura di uno o più contatti 13. Coerentemente, essendo variato il potenziale in ingresso ai comparatori 33 corrispondenti all’ uno o più contatti 13 aperti, tali comparatori 33 hanno individualmente dei potenziali di uscita nulli che, opportunamente adattati dal circuito di aggiustamento del segnale 34, combinati e digitalizzati dal convertitore analogico/digitale 35, segnalano al microcontrollore 36 l’assenza di cooperazione in corrispondenza di detti uno o più contatti 13 aperti, cioà ̈ che detti uno o più contatti 13 sono aperti. Quest’ultimo elabora tali segnalazioni e rileva l’avvenuto tocco tra il tastatore 5 e il pezzo meccanico 20, cioà ̈ una condizione operativa della sonda 1.

Analogo effetto hanno movimenti mutui lungo direzioni diverse da X, ad esempio lungo una direzione Z, e successivo tocco fra tastatore 5 e parte da controllare 20, a seguito del quale si ha un’azione di rilascio in corrispondenza, almeno teoricamente, di tutte le tre battute meccaniche di riferimento 10 con conseguente apertura dei sei contatti 13 e decompressione nel trasduttore piezoelettrico laminare.

Al termine del controllo e in seguito a movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20, ad esempio in versi opposti lungo la direzione trasversale X, il contatto tra il tastatore 5 e il pezzo meccanico 20 à ̈ rilasciato e la sonda 1 torna nella posizione di riposo definita dalle battute meccaniche di riferimento 10. Tale posizione, in cui, almeno teoricamente, non sono presenti nella zona di appoggio e riferimento 7 fenomeni di compressione e decompressione rilevabili dal trasduttore piezoelettrico ed à ̈ presente la cooperazione in corrispondenza di detti contatti 13, cioà ̈ i sei contatti 13 sono tutti chiusi, viene rilevata dal circuito di elaborazione 30 sulla base delle segnalazioni ricevute dai contatti 13 stessi. Prove sperimentali effettuate da chi deposita la presente domanda hanno dimostrato che si verifica non di rado una situazione nella quale, pur essendo la posizione di riposo opportunamente ripristinata dal punto di vista meccanico, dal punto di vista elettrico non viene segnalata la presenza della cooperazione in corrispondenza di tutti i contatti 13, cioà ̈ non viene segnalato che tutti e sei i contatti 13 sono chiusi. In base a tali prove sperimentali, in particolare, la posizione di riposo può considerarsi pienamente ripristinata dal punto di vista meccanico non solo quando si rileva che tutti i sei contatti 13 sono chiusi, ma anche quando viene rilevato che uno solo dei suddetti sei contatti 13 non risulta chiuso, ovvero quando viene rilevato che cinque dei sei contatti 13 sono chiusi. La segnalazione relativa alla chiusura del sesto contatto 13 può non avvenire a causa ad esempio di un parziale consumo della relativa battuta meccanica di riferimento 10, o di un malfunzionamento elettrico dovuto all’ossidazione o al deposito di un sottile velo di olio (generalmente presente all’interno della sonda) tra la sfera 12 e l’elemento radiale 11 che definiscono tale sesto contatto 13.

Secondo la realizzazione preferita illustrata nelle figure 1 e 3, la posizione di riposo e la condizione operativa della sonda 1 vengono rilevate dall’elettronica di elaborazione sulla base delle segnalazioni ricevute dai contatti 13. In particolare, in un metodo di elaborazione del segnale secondo la presente invenzione, il microcontrollore 36 elabora un segnale indicativo della condizione operativa della sonda 1 quando, a seguito del tocco fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20 da controllare e il relativo spostamento dell’equipaggio 3 rispetto al telaio 2, la cooperazione non à ̈ presente in corrispondenza di almeno due dei sei contatti 13, cioà ̈ almeno due dei sei contatti 13 risultano aperti, dunque quando il potenziale di uscita di almeno due dei sei comparatori 33 à ̈ nullo. Cessato il tocco, invece, nell’istante in cui almeno cinque contatti 13 sono nuovamente chiusi, i corrispondenti almeno cinque comparatori 33 hanno in ingresso un potenziale nullo e hanno potenziali di uscita pari alla loro tensione di alimentazione che, adattati opportunamente per mezzo del circuito di aggiustamento del segnale 34, digitalizzati e combinati dal convertitore analogico/digitale 35, vengono inviati al microcontrollore 36. Il microcontrollore 36 riceve in ingresso la segnalazione della cooperazione in corrispondenza di almeno cinque contatti 13, cioà ̈ che almeno cinque contatti 13 sono chiusi, e la elabora per fornire un segnale indicativo della posizione di riposo della sonda 1.

Al metodo e al circuito di condizionamento del segnale fin qui descritti possono essere apportate modifiche senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione.

Ad esempio, le sedi a V e gli elementi radiali 11 possono appartenere rispettivamente all’equipaggio 3 e alla struttura di supporto 2, oppure il sistema di vincolo e posizionamento può essere realizzato in modo differente, ad esempio con un diverso sistema isostatico quale quello noto come giunto di Kelvin.

Alternativamente al trasduttore piezoelettrico laminare, la sonda 1 può prevedere la presenza di dispositivi di rilevamento di natura e disposizione differenti, tra i quali trasduttori piezoresistivi di diverso tipo oppure trasduttori di pressione.

Ad esempio, quando il contatto 13 à ̈ chiuso e, almeno teoricamente, la resistenza ai suoi capi à ̈ uguale a zero, il potenziale in ingresso al comparatore 33 à ̈ pari ad una tensione nota non nulla.

Equivalentemente, le unità di condizionamento 29 e il convertitore analogico/digitale 35 possono essere realizzati all’interno del microcontrollore 36.

In una diversa realizzazione dell’elettronica di elaborazione, à ̈ possibile rimuovere il convertitore analogico/digitale 35 e modificare le unità di condizionamento 29, ad esempio includendo nel circuito di aggiustamento del segnale 34 resistenze opportunamente dimensionate affinché i valori di resistenza siano tra loro uguali o in scala, e collegare tra loro le unità modificate di condizionamento 29 in modo che, prese tutte assieme, si comportino come un unico partitore di tensione che prende in ingresso i potenziali associati a tutte le sfere 12 e fornisce un segnale rappresentativo del numero dei contatti 13 chiusi. In particolare, tale partitore, di funzionamento noto, à ̈ caratterizzato da un rapporto di partizione variabile a seconda del numero di cooperazioni presenti tra gli elementi meccanici appartenenti all’equipaggio 3 e gli elementi meccanici appartenenti al telaio 2, cioà ̈ del numero di contatti 13 aperti o chiusi, e genera un’indicazione del numero di contatti 13 aperti ovvero chiusi.

In una diversa realizzazione dell’invenzione, il microcontrollore 36, che elabora i potenziali in uscita dai comparatori 33 per l’emissione del segnale indicativo della variazione di forza complessiva, può essere sostituito da porte logiche oppure da logiche programmabili, ad esempio FPGA.

Vantaggiosamente, i circuiti e i metodi fin qui descritti consentono di compensare limiti propri del sistema di rilevamento 15 legati alle informazioni sulla posizione della sonda 1, ad esempio dopo l’emissione del segnale indicativo della variazione di forza complessiva, quando il sistema di rilevamento 15, come già detto, può non essere in grado di trasmettere informazioni relative al dislocamento dell’equipaggio 3 rispetto al telaio 2. Un impiego vantaggioso dei circuiti fin qui descritti si ha anche nel caso in cui i movimenti mutui tra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20 siano relativamente lenti e, sebbene diano effettivamente luogo al tocco fra quest’ultimo e il tastatore 5, il trasduttore piezoelettrico laminare emetta un segnale di magnitudine inferiore a quella necessaria affinché il microcontrollore 36 rilevi l’avvenuto tocco, elabori ed emetta il comando di arresto dei movimenti mutui e il segnale indicativo della variazione di forza complessiva. Dunque, la sonda 1 non solo fallirebbe il controllo del pezzo meccanico 20, ma correrebbe il rischio di subire tensioni eccessive e/o rotture dovute al mancato arresto dei suddetti movimenti mutui che, invece, generalmente segue l’avvenuto tocco e dipende dalla cosiddetta extracorsa del tastatore 5. In accordo con la presente invenzione, i problemi descritti vengono superati per mezzo del distinto circuito elettrico comprendente i contatti 13, atto a trasmettere segnali indicativi della posizione mutua fra l’equipaggio 3 e il telaio 2 in corrispondenza delle zone di appoggio e riferimento 7.

Inoltre, i metodi e i circuiti oggetto della presente invenzione consentono di ottenere ottimi risultati con componenti semplici, robusti e compatti.

Altri possibili metodi di elaborazione del segnale secondo la presente invenzione si possono ottenere utilizzando l’elettronica di elaborazione per implementare una macchina a stati finiti che considera in maniera individuale e asimmetrica la presenza della cooperazione in corrispondenza dei contatti 13, cioà ̈ lo stato aperto o chiuso dei contatti 13, per l’elaborazione del segnale indicativo della posizione di riposo della sonda 1.

A seguito di movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20 da controllare che determinano il dislocamento dell’equipaggio 3 rispetto al telaio 2, si verificano i già citati fenomeni di compressione e decompressione nella zona di appoggio e riferimento 7 e di variazione di resistenza e quindi di potenziale in corrispondenza dei contatti 13 interessati. In questo caso, non appena riceve ed elabora la segnalazione dell’assenza di cooperazione in corrispondenza di uno dei contatti 13, cioà ̈ all’apertura di un solo contatto 13, il microcontrollore 36 à ̈ in grado sia di rilevare e segnalare l’allontanamento dalla posizione di riposo sia di emettere il comando di arresto di detti movimenti mutui.

Questo stato, relativo ad una posizione diversa da quella di riposo, cioà ̈ ad una condizione operativa della sonda 1, à ̈ caratterizzato da cinque contatti 13 chiusi ed un solo contatto 13 aperto. A partire da questo stato, la sonda 1 può assumere alternativamente due differenti stati futuri determinati rispettivamente dalla chiusura del solo contatto 13 aperto o dall’apertura di almeno uno di detti cinque contatti 13 chiusi.

Nel primo caso, il solo contatto 13 aperto si chiude nuovamente, ad esempio a seguito del cessato tocco iniziale con il pezzo meccanico 20 da controllare, e il microcontrollore 36 riceve una segnalazione che indica che la sonda 1 à ̈ passata in posizione di riposo con uno stato presente caratterizzato da tutti i sei contatti 13 chiusi. Dunque, la sonda 1 mostra, per questo aspetto, un comportamento simile a quello delle sonde note, ad esempio dalla già citata domanda di brevetto internazionale pubblicata con il numero WO2012055866.

Nel secondo caso, si apre almeno uno dei cinque contatti 13 chiusi, ad esempio a causa dell’avanzamento dei movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20. Il microcontrollore 36 riceve ed elabora la segnalazione di almeno una ulteriore apertura, che indica che la sonda 1 resta in condizione operativa con uno stato presente caratterizzato da almeno due contatti 13 aperti. A partire da questo nuovo stato, invertendosi ad esempio i movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20, quando uno dei due contatti 13 aperti si chiude, cioà ̈ cinque contatti 13 risultano chiusi, il microcontrollore 36 riceve la segnalazione di tale chiusura e, secondo la presente invenzione, la elabora per segnalare che la sonda 1 à ̈ tornata in posizione di riposo benché uno dei sei contatti 13 risulti aperto. A partire da quest’ultimo stato, indicativo della posizione di riposo, si hanno nuovamente due possibilità: all’apertura di almeno un secondo contatto 13 la sonda 1 torna nella precedente condizione operativa con lo stato presente caratterizzato da almeno due contatti 13 aperti; alternativamente, alla chiusura dell’unico contatto 13 aperto la sonda 1 mantiene la posizione di riposo con uno stato presente caratterizzato, però, da tutti i sei contatti 13 chiusi.

A fronte di una maggiore complessità computazionale dell’elettronica di elaborazione 30, questo metodo alternativo di elaborazione del segnale secondo la presente invenzione, presenta nuovi vantaggi in aggiunta a quelli già citati del metodo preferito, ad esempio poiché presenta una precorsa decisamente ridotta. Anche per questo motivo, può essere possibile utilizzare le segnalazioni ottenute sulla base dell’apertura e chiusura dei contatti 13 non solo per avere informazioni relative alla posizione di riposo o condizione operativa della sonda, ma anche in alternativa ai segnali di controllo forniti dal sistema di rilevamento 15 per segnalare l’avvenuto tocco fra il tastatore 5 e il pezzo meccanico 20. In particolare, mentre la sonda 1 utilizza comunque il segnale di controllo fornito dal sistema di rilevamento 15 per segnalare l’avvenuto tocco fra tastatore 5 e pezzo meccanico 20 in considerazione del le migliori prestazioni ottenibili con il trasduttore piezoelettrico per quanto riguarda il tempo di risposta assai più rapido e il comportamento isotropo, ovvero la sostanziale assenza di direzioni preferenziali per spostamenti trasversali del tastatore 5, una diversa sonda che utilizza suddetto metodo alternativo di elaborazione del segnale secondo la presente invenzione non necessita del trasduttore piezoelettrico, e in generale di un distinto sistema di rilevamento.

Una ulteriore diversa realizzazione secondo la presente invenzione comprende un differente circuito di elaborazione 30', come mostra la figura 5, anch’esso in grado di rilevare in maniera individuale lo stato di ciascuno di detti contatti 13. Il circuito di elaborazione 30' include il già citato unico partitore di tensione, di funzionamento noto, indicato in figura con il riferimento 40. Il partitore di tensione 40 à ̈ collegato in cascata sia ad un generatore di impulsi o trigger 42, atto a rilevare l’apertura di uno dei contatti 13 a partire da uno stato nel quale tutti i contatti 13 sono chiusi, e a generare un corrispondente segnale impulsivo, sia ad un comparatore a soglia 41, atto a generare un segnale di uscita a due livelli, uno dei quali à ̈ indicativo della assenza di cooperazione in corrispondenza di almeno due contatti 13, cioà ̈ di uno stato nel quale almeno due contatti 13 sono aperti, l’altro à ̈ indicativo dell'assenza di cooperazione in corrispondenza di non più di un contatto 13, cioà ̈ di uno stato nel quale non più di un contatto 13 à ̈ aperto (nell’esempio illustrato, almeno cinque contatti 13 sono chiusi). Più nello specifico, all’apertura di uno solo dei sei contatti 13 chiusi, il trigger 42 genera un corrispondente segnale impulsivo, indicativo di tale apertura, mentre, all’apertura di uno dei cinque contatti 13 chiusi essendo un solo contatto 13 già aperto ovvero alla chiusura di uno solo dei due contatti 13 aperti quando gli altri quattro sono chiusi, il segnale in uscita dal comparatore a soglia 41 transita da un livello all’altro. I segnali in uscita dal comparatore a soglia 41 e dal trigger 42 vengono inviati al microcontrollore 36. Questa ulteriore diversa realizzazione prevede che il microcontrollore 36 utilizzi le segnalazioni ricevute dal comparatore a soglia 41 (segnale di uscita a due livelli) e dal trigger 42 (segnale impulsivo) per elaborare il segnale indicativo della posizione di riposo della sonda 1, secondo un metodo di elaborazione del segnale simile a quello implementato dalla macchina a stati finiti precedentemente descritta, che considera in maniera asimmetrica la presenza della cooperazione in corrispondenza dei contatti 13, cioà ̈ l’apertura e la chiusura dei contatti 13. In particolare, il microcontrollore 36 rileva l’allontanamento dalla posizione di riposo da parte della sonda 1 quando, all’apertura di un primo contatto 13, riceve dal trigger 42 la segnalazione impulsiva indicativa di tale apertura.

Qualora il solo contatto 13 aperto si chiuda nuovamente, ad esempio a seguito del cessato tocco iniziale con il pezzo meccanico 20 da controllare, il trigger 42 non invia alcuna segnalazione al microcontrollore 36. La mancanza di tale segnalazione, tuttavia, non compromette la corretta elaborazione da parte del microcontrollore 36 dei segnali di controllo ricevuti dal sistema di rilevamento 15 per la corretta emissione del segnale indicativo della variazione di forza complessiva.

Qualora, invece, uno dei cinque contatti 13 chiusi si apra, ad esempio a causa dell’avanzamento dei movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20, il segnale in uscita dal comparatore a soglia 41 transita opportunamente al livello indicativo della assenza di cooperazione in corrispondenza di almeno due contatti 13, cioà ̈ del fatto che almeno due contatti 13 sono aperti e il microcontrollore 36 continua a rilevare che la sonda 1 à ̈ in condizione operativa. Invertendosi ad esempio i movimenti mutui fra la sonda 1 e il pezzo meccanico 20, quando i contatti 13 chiusi passano da quattro a cinque, il segnale in uscita dal comparatore a soglia 41 transita opportunamente al livello indicativo dell'assenza di cooperazione in corrispondenza di non più di un contatto 13, cioà ̈ del fatto che almeno cinque contatti 13 sono chiusi, e il microcontrollore 36 elabora i segnali ricevuti, quindi rileva e segnala che la sonda 1 à ̈ in posizione di riposo. A partire da tale posizione di riposo, il microcontrollore 36 rileva e segnala una nuova condizione operativa se uno dei cinque contatti 13 chiusi si apre e il segnale in uscita dal comparatore a soglia 41 transita nuovamente al livello indicativo della assenza di cooperazione in corrispondenza di almeno due contatti 13, cioà ̈ dello stato nel quale almeno due contatti 13 sono aperti. Una nuova condizione operativa viene rilevata e segnalata dal microcontrollore 36 anche se, dopo che il solo contatto 13 aperto si à ̈ chiuso, successivamente uno dei sei contatti 13 chiusi si apre, e il trigger 42 genera il corrispondente segnale impulsivo indicativo di tale nuova condizione operativa.

Questo circuito e il relativo metodo alternativo di elaborazione del segnale secondo la presente invenzione, presentano nuovi vantaggi in aggiunta a quelli già citati per la forma di attuazione preferita. Come la macchina a stati finiti precedentemente descritta, anche questa realizzazione à ̈ caratterizzata da una precorsa ridotta, ma, a differenza della stessa macchina a stati finiti, presenta gli ulteriori vantaggi di avere un minore costo di realizzazione e occupare meno spazio all’interno della sonda 1. Inoltre, questa realizzazione alternativa può utilizzare le segnalazioni ottenute sulla base dell’apertura e chiusura dei contatti 13 anche per segnalare l’avvenuto tocco fra il tastatore 5 e il pezzo meccanico 20 in sonde - con diverse prestazioni per quanto riguarda tempo di risposta e isotropia - nelle quali non sia previsto il separato sistema di rilevamento 15.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sonda (1) di tastaggio per effettuare controlli dimensionali e/o di posizione di un pezzo meccanico (20), comprendente - una struttura di supporto e protezione (2) con una zona di appoggio e riferimento (7), - un equipaggio (3) mobile rispetto alla struttura di supporto e protezione (2) e in essa parzialmente alloggiato, comprendente un braccetto (4) recante un tastatore (5) atto a toccare il pezzo meccanico (20) da controllare, - un dispositivo di spinta atto a spingere l’equipaggio (3) contro la zona di appoggio e riferimento (7), - un sistema di vincolo e posizionamento (17) collocato fra l’equipaggio (3) e la struttura di supporto e protezione (2) in corrispondenza della zona di appoggio e riferimento (7), comprendente un sistema di appoggio con battute meccaniche di riferimento (10) e contatti (13) che sono chiusi quando elementi meccanici appartenenti all’equipaggio (3) cooperano con elementi meccanici appartenenti alla struttura di supporto e protezione (2), le battute meccaniche di riferimento (10) essendo atte a definire una posizione di riposo della sonda (1) di tastaggio, e - un circuito di elaborazione (30; 30') atto a rilevare lo stato dei contatti (13) e la posizione mutua fra l’equipaggio (3) e la struttura di supporto e protezione (2) e a fornire un segnale indicativo di detta posizione di riposo quando tutti i contatti (13) sono chiusi, caratterizzata dal fatto che - il circuito di elaborazione (30; 30') à ̈ in grado di rilevare individualmente lo stato di ciascuno di detti contatti (13), - il circuito di elaborazione (30; 30') à ̈ atto a fornire detto segnale indicativo della posizione di riposo anche quando rileva che uno di detti contatti (13) non à ̈ chiuso.
2. 2. Sonda (1) di tastaggio secondo la rivendicazione 1, nella quale detti contatti (13) sono di tipo elettrico.
3. 3. Sonda (1) di tastaggio secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, nella quale ciascuno di detti contatti (13) Ã ̈ compreso in un ramo circuitale del circuito di elaborazione (30; 30') e detti rami circuitali sono connessi in parallelo.
4. 4. Sonda (1) di tastaggio secondo una delle rivendicazioni precedenti, nella quale il circuito di elaborazione (30') comprende un partitore di tensione (40) atto a fornire un segnale rappresentativo del numero dei contatti (13) chiusi.
5. 5. Sonda (1) di tastaggio secondo la rivendicazione 4, nella quale il circuito di elaborazione (30') comprende un generatore di impulsi (42) e un comparatore a soglia (41) connessi a detto partitore di tensione (40), il generatore di impulsi (42) essendo atto a rilevare l’apertura di un contatto (13) a partire da uno stato nel quale tutti i contatti (13) sono chiusi e a generare un segnale impulsivo, il comparatore a soglia (41) essendo atto a generare un segnale di uscita a due livelli, un livello essendo indicativo di uno stato nel quale almeno due di detti contatti (13) sono aperti, l’altro livello essendo indicativo di uno stato nel quale non più di un contatto (13) à ̈ aperto, detti segnale impulsivo e segnale di uscita a due livelli essendo utilizzati per elaborare il segnale indicativo della posizione di riposo.
6. 6. Sonda (1) di tastaggio secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente, in corrispondenza della zona di appoggio e riferimento (7), un sistema di rilevamento (15) atto a fornire un segnale di controllo.
7. 7. Sonda (1) di tastaggio secondo la rivendicazione 6, nella quale detto sistema di rilevamento (15) comprende almeno un trasduttore piezoelettrico.
8. 8. Metodo per elaborare un segnale in uscita da una sonda (1) di tastaggio per effettuare controlli dimensionali e/o di posizione di un pezzo meccanico (20), comprendente una struttura di supporto e protezione (2), un equipaggio (3) mobile rispetto alla struttura di supporto e protezione (2) e in essa parzialmente alloggiato, un sistema di appoggio con battute meccaniche di riferimento (10) e contatti (13) che sono chiusi quando elementi meccanici appartenenti all’equipaggio (3) cooperano con elementi meccanici appartenenti alla struttura di supporto e protezione (2), le battute meccaniche di riferimento (10) essendo atte a definire una posizione di riposo della sonda (1) di tastaggio, un circuito di elaborazione (30; 30') per rilevare lo stato dei contatti (13) e la posizione mutua fra l’equipaggio (3) e la struttura di supporto e protezione (2) e fornire un segnale indicativo di detta posizione di riposo quando tutti i contatti (13) sono chiusi, il metodo essendo caratterizzato dalle seguenti fasi: - rilevare individualmente per mezzo del circuito di elaborazione (30; 30') lo stato di ciascuno dei contatti (13), e - fornire per mezzo del circuito di elaborazione (30; 30') detto segnale indicativo della posizione di riposo anche quando il circuito di elaborazione (30; 30') rileva che uno di detti contatti (13) non à ̈ chiuso.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, comprendente il passo di rilevare il numero dei contatti (13) chiusi.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, nel quale detti contatti (13) della sonda (1) di tastaggio sono sei e detto segnale indicativo della posizione di riposo viene fornito quando si rilevano cinque contatti (13) chiusi.
11. 11. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, nel quale - viene generato un segnale impulsivo quando viene rilevata l’apertura di un contatto (13) a partire da uno stato nel quale tutti i contatti (13) sono chiusi, e - viene generato un segnale di uscita a due livelli, un livello essendo indicativo di uno stato nel quale almeno due di detti contatti (13) sono aperti, l’altro livello essendo indicativo di uno stato nel quale non più di un contatto (13) à ̈ aperto, - detti segnale impulsivo e segnale di uscita a due livelli essendo utilizzati per elaborare il segnale indicativo della posizione di riposo.
12. 12. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 8 a 11, comprendente l’ulteriore fase di fornire al circuito di elaborazione (30; 30') segnali di controllo, e di elaborare i segnali di controllo per effettuare detti controlli dimensionali e/o di posizione del pezzo meccanico (20).
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, nel quale i segnali di controllo sono forniti per mezzo di un sistema di rilevamento (15) distinto rispetto a detti contatti (13).
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 8, nel quale viene fornito il segnale indicativo della posizione di riposo quando, a partire da uno stato nel quale uno o due contatti (13) sono aperti, e in seguito a movimenti mutui fra equipaggio (3) e struttura di supporto e protezione (2), si rileva che uno di tali uno o due contatti (13) Ã ̈ chiuso.