El objeto de la invención es un cabezal indexado con dos ejes de giro que posibilita el movimiento de objetos conectados con el mismo, como por ejemplo un escáner óptico, y cuya particularidad radica en disponer de dos mecanismos independientes para el control del bloqueo de los dos ejes de giro.

Estado de la técnica

Los cabezales indexados son aquellos con capacidad de repetir la posición determinada por el usuario tantas veces como sea requerido. Los cabezales empleados en la actualidad están dirigidos electrónicamente.

El documento US5088337A describe un cabezal que puede ser utilizado para posicionar una sonda montada en una máquina 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, según el plano del dibujo, y un elemento giratorio, que aloja la sonda y efectúa un segundo giro en torno a un eje ortogonal al primero. Las diferentes posiciones se fijan mediante un conjunto de esferas y cilindros cooperantes, dispuestos de modo circunferencial en torno a ambos ejes de giro. El bloqueo y desbloqueo de una posición dada se efectúa mediante un mecanismo manual y común a ambos ejes. Dicho mecanismo consiste en un herraje en ángulo recto que pivota sobre un soporte debido a la retracción 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 porción fija o soporte, bloqueando y desbloqueando así igualmente el primer giro.

Por otro lado, el documento GB2298488A funciona de acuerdo a principios similares al anterior, con la diferencia de que el movimiento del herraje en ángulo 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 está conectado por su extremo más alejado del eje con el dispositivo de accionamiento en forma de herraje en ángulo recto, similar al descrito anteriormente. El funcionamiento del motor hace girar el eje, tirando de la palanca de bloqueo (parte del herraje en ángulo recto) hacia arriba y sacando el rotor de su posición indexada y empujando a otro rotor hacia arriba para acoplarse con la base. A la inversa, el giro opuesto del eje provocaría el efecto contrario en los rotores indicados.

Descripción de la invención

El objeto de la invención, tal y como se ha indicado en el enunciado del mismo, está referido a un cabezal indexado con dos ejes de giro principales que se denotan como A y B por simplicidad. El eje de giro A se corresponde con el eje de giro perpendicular a la posición de fijado respecto al modo de trabajo del cabezal en la máquina de medición, mientras que el eje de giro B se corresponde con el eje de la dirección de fijado del cabezal.

La indexación del cabezal está relacionada con la capacidad de repetición de la posición. La repetición de dicha posición se consigue como consecuencia del siguiente proceso: a) Desbloqueo de la posición inicial en los ejes A y B.

b) Giro de los ejes A y B hasta una posición determinada por el usuario.

c) Bloqueo en la nueva posición de los ejes de giro A y B.

Que el sistema este bloqueado, implica que el eje de giro no tiene ningún grado de libertad que le permita moverse, lo cual se consigue mediante una pluralidad de cilindros y esferas. Tanto en el eje de giro A como en el B, las esferas están colocadas en una circunferencia, de manera ordenada y con una separación de 5 ^o entre ellas. Por otro lado, hay tres pares de cilindros, con una separación de 120° entre ellos, en una pieza con un movimiento relativo respecto de las piezas que permanecen fijas y que albergan las esferas. En una segunda realización práctica, dicha pieza estará conformada por dos rampas inclinadas, que sustituyen a los cilindros.

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 posición determinada por el usuario, se ejecuta el mecanismo de bloqueo superior (bloqueo en el eje B) e inferior (bloqueo en el eje A) para fijar la posición establecida. De esta forma se consigue que los motores sólo trabajen durante el proceso de anclado y desanclado, garantizando mecánicamente la posición, facilitando además un ahorro de energía, consumo y vida útil de los motores, ya que sólo trabajan en el movimiento y no en la posición alcanzada.

Por otro lado, en el eje A (perpendicular a la posición 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 eje B y, por tanto, reducir el uso y desgaste de los componentes mecánicos del eje B y mejorar su durabilidad. Por otro lado, el sistema de bloqueo / desbloqueo del eje B vuelve a su posición 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 al mecanismo diseñado para tal fin, ya que la fuerza a ejercer puede variar en función del componente que haya que mover.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de las figuras A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

FIG 1 - Muestra una imagen del cabezal objeto de la invención mostrando los dos ejes de giro A y B.

FIG 2 - Muestra la sección transversal del mecanismo de bloqueo del eje B en posición desbloqueada.

FIG 3 - Muestra una primera vista en detalle del mecanismo de bloqueo del eje B en posición desbloqueada.

FIG 4 - Muestra la sección transversal del mecanismo de bloqueo del eje B en posición de bloqueo.

FIG 5 - Muestra una primera vista en detalle del mecanismo de bloqueo del eje B en posición de bloqueo.

FIG 6 - Muestra un detalle de las zonas de descanso y tope del engranaje.

FIG 7 - Muestra un detalle del sistema que garantiza el retroceso a su posición inicial.

FIG 8 - Muestra un detalle del funcionamiento de giro del eje de giro B.

FIG 9 - Muestra un detalle de las zonas de guiado de la estructura, de la carcasa inferior

FIG 10 - Muestra la sección transversal del mecanismo de bloqueo del eje A en posición desbloqueado.

FIG 11 - Muestra la sección transversal del mecanismo de bloqueo del eje A en posición Bloqueado.

Exposición de un modo detallado de realización de la invención

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 posición de fijado respecto al modo de trabajo del cabezal en la máquina de medición, mientras que el eje de giro B corresponde al eje de la dirección de fijado. La denominación cabezal indexado se refiere a la capacidad que tiene el cabezal de repetir la posición determinada por el usuario. La repetición de dicha posición se consigue como consecuencia del siguiente proceso: a) Desbloqueo de la posición inicial del eje de giro A y B.

b) Giro de los ejes hasta una posición determinada.

c) Bloqueo del eje de giro A y B en la nueva posición.

Con referencia a la figura 2 es posible observar el mecanismo de bloqueo del eje B (el que se corresponde con la dirección de fijado) en posición desbloqueada. La base superior (1) se considera la pieza de referencia, ya que se trata de una pieza sin movilidad alguna. En la posición de desbloqueo, la pieza que sujeta la carcasa inferior (5) que alberga el engranaje del eje de giro B (11) se encuentra en su posición natural, sustentándose únicamente por un eje de sujeción (7) y apoyándose 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 sitúan una pluralidad de esferas (38) que están colocadas en una circunferencia, de manera ordenada y con una separación de 5 ^o entre ellas en ambos ejes de giro A y B. Por otro lado, hay tres pares de cilindros (37), con una separación de 120° entre ellos, en una pieza con un movimiento relativo respecto de las piezas que permanecen fijas y que albergan las esferas.

En lo que a la posición de bloqueo 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 sujeción (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, desplazándose una distancia referenciada como (D), llegando a una posición de bloqueo donde las esferas de la carcasa inferior (5) y los cilindros 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 esferas (30) que la pieza en L (8) incorpora para reducir el rozamiento, apoyar en un solo punto y facilitar el giro. La leva obliga que la pieza en L (8) gire sobre su eje transversal, elevando el eje de sujeción (7) y, consecuentemente, toda la parte inferior del cabezal objeto de la invención.

Debido a la leva que incorpora el engranaje anclaje y al giro controlado de este consiguen hacer que la parte inferior del cabezal se desplace verticalmente hasta bloquear cualquier movimiento admisible.

Véase la diferencia entre la posición inicial y la final de los componentes críticos 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 posición inicial, esto es, en posición 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 sujeción (7), la pieza que sujeta la carcasa inferior (5), el engranaje del eje de giro B (1 1) y consecuentemente la parte inferior del cabezal con todas sus piezas asociadas.

El giro del engranaje de anclaje (2) está controlado por un servomotor secundario del eje B (14) que se activa cuando recibe la señal del controlador. Este servomotor secundario del eje B (14) está asociado a una reductora (13) que reduce la velocidad de salida del servomotor y a su vez aumenta el par motor. Dicha reductora está conectada con un sistema de transmisión (15) que es el que hace girar el engranaje de anclaje (2) y consecuentemente bloquear o desbloquear el conjunto, evitando o permitiendo el giro del eje B.

Para que el giro del engranaje de anclaje (2) sea más efectivo, la pieza está guiada por medio de un rodamiento de bolas (3) que a su vez está insertado en una pieza denominada disco posicionador (10).

Para que el mecanismo pueda aguantar en la posición de anclado, la leva del engranaje de anclaje (2) dispone de dos zonas planas (16), perpendiculares a la dirección donde se ejerce la fuerza, y donde no hay peligro de que el sistema pueda volver a su posición inicial. Asimismo, para que el sistema no pueda volver a la posición inicial siguiendo la misma dirección 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 posición 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 dirección axial del eje de giro B. Estos muelles son precargados por medio de dos prisioneros (23) roscados que se enroscan en unas aberturas (19) que se observan en la figura 7. El hecho de que se enrosquen más o menos es lo que hace que los muelles (18) se precarguen más 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 señal para poder girar el cabezal a la posición que el usuario desee para el eje B. Este servomotor principal B (21), tal y como ocurre con el servomotor secundario B (14), está 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 piñón (20) que dicha reductora (22) dispone a la salida de su propio eje de giro está 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 posición deseada.

Una vez explicado tanto el mecanismo de anclado / desanclado como el funcionamiento de giro del eje B, se procederá a explicar el mecanismo de anclado / desanclado como el funcionamiento de giro del eje A.

En la figura 10 se presenta la sección transversal de la parte inferior del cabezal en posición de desbloqueo. Por otro lado, en la figura 1 1 se presenta la sección transversal de la parte inferior del cabezal en posición de anclado. Como se puede observar, la única variación consta del movimiento longitudinal (D1) que ha experimentado el anclaje de la carcasa exterior (24) en el eje de giro A (transversal a la dirección de bloqueo).

Para bloquear el giro de la carcasa exterior (31), tal y como se ha presentado anteriormente en referencia al sistema de bloqueado, la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) dispone de una pluralidad de esferas (39) que permiten posicionar la carcasa exterior, así como tres pares de cilindros con una separación de 120° entre sí, en una posición determinada cada 5 ^o .

Una vez explicado el sistema de bloqueo del eje de giro A, se procederá a explicar el sistema de posicionamiento y giro del eje A.

El funcionamiento de giro, así como el posicionamiento de la carcasa exterior (31) son idénticos 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 transmisión mediante engranajes, compuesto por el piñón (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 característica es la simplicidad. El servomotor secundario A (33) incorpora una pieza denominada eje roscado A (28) a la salida del eje. Esta pieza es introducida en el agujero roscado de la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31).

Una vez que el servomotor secundario A (33) entra en funcionamiento, el sentido de giro determinará si la pieza de anclaje (24) 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) sólo 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 la pieza de anclaje (24) de la carcasa exterior (31) desliza sin tener posibilidad de poder girar.

Una de las diferencias en lo que al mecanismo de bloqueo / desbloqueo del eje de giro B se refiere es que mientras las esferas de posicionamiento del eje de giro B (39) están fijas a la base superior (1) que es una pieza estática, las esferas de posicionamiento del eje de giro A tienen movimiento relativo, ya que dichas esferas de posicionamiento del eje de giro B (39) están fijadas 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 las esferas puedan repetir su posición aunque tengan movimiento relativo.

Para evitar que todo el peso que el cabezal tenga que soportar sobre el eje recaiga sobre la tapa, los engranajes (35) de la carcasa interior (32) y el eje de anclaje (27) de la tapa interior, se han desarrollado 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).