ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ КОНТАКТНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛИНЕЙКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА И "ВЫЛЕТА" ДИСКА АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА НА БАЛАНСИРОВОЧНОМ СТАНКЕ

Полезная модель относится к балансировочному станку, в частности, к конструкции механизма станка, предназначенного для измерения диаметра и «вылета» диска автомобильного колеса на шпинделе балансировочного станка в статике непосредственно перед его балансировкой с целью определения места корректирующей поверхности (плоскости) диска колеса.
Известны контактные электронно-механические измерительные линейки, установленные на балансировочных станках, например, фирмы «Hofmann Geodyna» модели 3501/р, 5501/р, см. прилагаемый чертеж fig.8 данного устройства на 1 листе, приложение №1, см. также по адресу в Интернете: www.Hofmann-ge.com. (1).
На известном балансировочном станке фирмы «Hofmann Geodina» 3501/р и 5501/р измерение диаметра и «вылета» диска автомобильного колеса производят контактно при помощи электронно-механической измерительной линейки, как правило, в статике при неподвижном положении шпинделя балансировочного станка.
Для измерения диаметра и «вылета» диска колеса оператор выдвигает из ниши в станине станка данную линейку, которая концом одной неподвижной части укреплена на поворотном кронштейне, который в свою очередь укреплен на поворотной оси, укрепленной на станине станка перпендикулярно продольной оси шпинделя балансировочного станка. На неподвижной части измерительной линейки установлена подвижная часть 1 измерительной линейки с возможностью перемещения вдоль неподвижной части посредством пружинно-ленточного механизма 13, предназначенного для перемещения подвижной части 1 одновременно и вдоль продольной оси шпинделя станка (см. чертеж по приложению №1). Это одна степень свободы подвижной части 1.
Вторая степень свободы измерительной линейки 1 заключается в возможности углового поворота вверх (перемещения относительно продольной оси шпинделя станка) вокруг горизонтальной оси крепления поворотного кронштейна 1 вместе с линейкой 1. При этом измерительная линейка 1 расположена в вертикальной плоскости, проходящей по продольной оси шпинделя балансировочного станка.
При измерении диаметра и «вылета» диска колеса при повороте измерительной линейки 1 величина угла поворота линейки через шестеренчатую пару 8 передается на укрепленный на корпусе станины станка переменный резистор 10, сопротивление которого изменяется прямопропорционально углу поворота вала этого же резистора относительно станины станка и соответственно прямопропорционально углу наклона измерительной линейки 1 относительно первоначального положения (см. приложение №1).
Электрически данный переменный резистор 10 подключен следующим образом: один конечный вывод резистора подключен к нулевому потенциалу (земле), другой вывод подключен к источнику опорного напряжения. Ползунок резистора 10 подключен через фильтр низких частот и схему защиты к входу АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Выходной сигнал на выходе АЦП аппроксимируется следующим уравнением:
#
n
α
α=α+K·α,
где:α - угол наклона измерительной линейки 1;
n
α - начальное смещение переменного резистора 10 (в единицах АЦП);
α
K - коэффициент пропорциональности переменной резистора 10;
#
α - оцифрованное АЦП значение угла поворота линейки 1.
Продольное перемещение линейки 1 с контактным измерительным наконечником 11 по неподвижной части измерительной линейки и в вертикальной плоскости, расположенной в продольной оси шпинделя балансировочного станка, измеряется при помощи переменного резистора 9, установленного на оси вращения пружинно-ленточного механизма 13 перемещения подвижной линейки 1.
Аналогично преобразованию сигнала перемещения с резистора 10 производится расчет величины линейного перемещения подвижной линейки 1, но по следующему уравнению:
#
H
L
L=L+K·L,
#
где: L - оцифрованное АЦП значение величины линейного перемещения подвижной части линейки 1;
H
L - начальное значение величины смещения переменного резистора 9 (в единицах АЦП);
L
K - коэффициент пропорциональности резистора 10;
L - величина перемещения подвижной части линейки 1.
#
#
При измерении диаметра и «вылета» диска колеса оцифрованные значения α и L поступают в счетно-решающее устройство системы управления станка, в которое ранее были введены калибровочные параметры и геометрические размеры системы измерения данной электронно-механической контактной измерительной линейки данного балансировочного станка.
Результаты вычисления в виде величины диаметра и «вылета» диска колеса отображаются на дисплее балансировочного станка и дополнительно вводятся в программу расчета дисбаланса колеса.
Недостатками известной электронно-механической контактной измерительной линейки являются:
1) дороговизна переменных резисторов 9 и 10 ввиду особенностей их конструкции, так как они должны быть многооборотистыми;
2) ресурс надежной работы резисторов 9 и 10 весьма ограничен ввиду несовершенства их конструкции; так, например, ползунок переменного резистора находится в постоянном контакте с резистивным слоем, и при постоянных его перемещениях резистивный слой интенсивно изнашивается, тем самым теряется его линейность, и как следствие происходит заметное снижение точности измерения;
3) в конструкции данной электронно-механической контактной измерительной линейки используется сложная шестеренчатая передача, а также используется сложная система калибровки в целом всей измерительной системы.
Известен также балансировочный станок фирмы SICAM SBM 100S, на котором измерение электронно-механической контактной измерительной линейкой производится согласно конструктивным схемам станка, см. приложение №2, а также схему измерения в приложении №3 - fig.18 и в приложении №4 - fig.21 и 22 (прилагаются к описанию на 3 листах), (2).
Данная измерительная линейка работает следующим образом. Для измерения диаметра и «вылета» диска колеса необходимо переместить вдоль продольной оси шпинделя станка мерную линейку и прижать контактным наконечником, укрепленным на поворотном поводке (детали), к полке диска колеса (см. fig.18, 21, 22 в приложениях 3 и 4).
Определяя угол наклона поворотного поводка в вертикальной плоскости, распложенной перпендикулярно продольной оси шпинделя станка, после вычислений определяют диаметр диска колеса, а продольным перемещением мерной линейки вдоль продольной оси шпинделя станка после вычислений определяют «вылет» диска колеса.
Измерение угла наклона поворотного поводка 600800 (см. приложение №2, узел 622100) производится посредством переменного резистора, который установлен в корпусе 615900, а поворотный вал резистора соединен с измерительной мерной линейкой 613100.
Измерение величины «вылета» диска колеса производится посредством зубчатой рейки 615800, которая перемещается в корпусе 613700 и взаимодействует со вторым переменным резистором, установленным в корпусе 615900.
Вычисление значений диаметра и «вылета» диска колеса производится на основе полученных оцифрованных АЦП значений входного сигнала, напряжение которого поступает с движков обоих переменных резисторов.
Измерительная линейка к балансировочному станку фирмы SICAM SBM 100S обладает теми же недостатками, что и измерительная линейка к станкам фирмы «Hofmann Geodina».
Целью при разработке и реализации конструкции предлагаемого измерительного устройства является существенное повышение точности измерения диаметра и «вылета» диска колеса за счет существенного усовершенствования конструкции и способа измерения угла поворота и продольного линейного перемещения подвижной части измерительной линейки.
Указанная цель и технический результат реализуются следующим образом.
Предлагаемая конструкция электронно-механической контактной измерительной линейки для измерения диаметра и «вылета» диска автомобильного колеса на балансировочном станке, так же как известные аналоги, содержит узел измерения величины линейного перемещения подвижной части измерительной линейки, по меньшей мере, пружинно-ленточным механизмом и посредством переменного резистора, а также узел измерения величины угла поворота поворотной детали измерительной линейки также посредством переменного резистора.
Но в отличие от аналогов в предлагаемой конструкции на поворотной детали измерительной линейки установлен MEMS акселерометр, предназначенный для вычисления значения угла поворота поворотной детали измерительной линейки. Кроме этого, при использовании пружинно-ленточного механизма в конструкции линейки на его поворотной оси может быть также установлен MEMS акселерометр, предназначенный для вычисления значения углового перемещения поворотной оси пружинно-ленточного механизма.
В качестве близких аналогов предлагаемому устройству можно принять электронно-механическую контактную измерительную линейку, использованную в балансировочном станке фирмы «Hofmann Geodina» по источнику научно-технической информации (1), а также линейку, использованную на станке фирмы SICAM SBM 100S (2).
Перечень фигур на чертежах.
На фиг.1 изображена схематично предлагаемая конструкция электронно-механической контактной измерительной линейки для измерения диаметра и «вылета» диска автомобильного колеса на балансировочном станке фирмы «Hofmann Geodina». На фиг.2 изображена схематично конструкция узла измерительной линейки для измерения диаметра диска колеса на балансировочном станке фирмы SICAM SBM IOCS.
Предлагаемое устройство по аналогу (1) содержит следующие механизмы, узлы, детали и комплектующие.
В корпусе станины станка в нише на горизонтальной оси 0, расположенной перпендикулярно продольной оси шпинделя 1 станка, установлен поворотный кронштейн (деталь) 2 с возможностью поворота на этой оси на заданный угол вверх относительно продольной оси шпинделя станка.
На поворотном кронштейне 2 неподвижно установлена линейка 3, на которой установлена линейка 4, которая перемещается вдоль линейки 3 посредством пружинно-ленточного механизма 5. На конце подвижной линейки 4 укреплен контактный наконечник 6.
При измерении диаметра и «вылета» диска колеса наконечник 6 устанавливают на внутренней поверхности обода диска колеса 7, слегка прижимая к торцу корректирующей поверхности обода диска колеса. Диск колеса 7 установлен на планшайбе 8, укрепленной на шпинделе 1 балансировочного станка и прижат прижимной шайбой 9 к планшайбе 8.
На поворотном кронштейне 2 укреплен MEMS акселерометр 10, а на поворотной оси пружинно-ленточного механизма 5 укреплен MEMS акселерометр 11.
MEMS акселерометры предназначены для измерения угла наклона различных деталей и узлов изделий относительно вектора ускорения свободного падения g.
Подробнее с акселерометрами можно ознакомиться в Интернете по адресу: www/kit-e.ru/articles/sensor/2006_3_10.php, ксерокопия краткого описания прилагается на 2 листах (приложение №5).
Измерительная линейка по аналогу (1) фиг.1 работает следующим образом.
Оператор станка подводит измерительную линейку 4 наконечником 6 к торцу корректирующей поверхности и к внутренней поверхности обода диска колеса 7. При этом происходит следующее:
1) изменение угла наклона линейки 4 вместе с кронштейном 2 относительно вектора g (ускорения свободного падения).
2) изменение угла поворота оси пружинно-ленточного механизма 5 относительно первоначального положения.
Измерение угла наклона линейки 4 осуществляется MEMS акселерометром 10 за счет изменения угла наклона (отклонения) корпуса MEMS акселерометра 10 относительно вектора g (который постоянно расположен вертикально при любом наклонении MEMS акселерометра 10).
Изменение линейного перемещения подвижной части линейки 4 измерительной линейки через пружинно-ленточный механизм 5 вызывает изменение угла поворота поворотной оси пружинно-ленточного механизма 5, которое измеряется MEMS акселерометром 11, установленным на поворотной оси механизма 5.
При этом выход сигнала акселерометра 11 содержит две составляющие:
1) паразитная составляющая, вызванная самой конструкцией устройства измерительной линейки, так как поворотная ось пружинно-ленточного механизма поворачивается одновременно с поворотным кронштейном (деталью) 2 при угловом перемещении линейки 4. Для исключения из расчетов паразитной составляющей достаточно из значения сигнала MEMS акселерометра 11 вычесть значение сигнала MEMS акселерометра 10;
2) собственно сам полезный сигнал MEMS акселерометра 11, вызванный смещением его ориентации в пространстве относительно вектора g, из которого можно вычислить величину фактического линейного перемещения линейки 4.
При этом возможно измерение угла поворота на величину не более π. При измерении угла поворота на величину больше π необходимо использовать двухкоординатный MEMS акселерометр. А многооборотные угловые перемещения (вращения) поворотной оси пружинно-ленточного механизма 5 осуществляются программно за счет определения смены чередования фаз, полученных с выходов двухкоординатного MEMS акселерометра.
При использовании конструкции измерительной линейки, применяемой на балансировочных станках фирмы SICAM SBM 100S конструкция содержит следующие узлы, комплектующие и детали.
На станине станка укреплен корпус линейки 12, в котором установлена мерная линейка 13 с возможностью перемещения в корпусе 12 вокруг своей продольной оси, а также параллельно продольной оси шпинделя станка (фиг.1 и fig.22 по приложению №4).
На конце мерной линейки 13 неподвижно укреплен поворотный поводок (деталь) 14 с укрепленным на его другом конце контактным наконечником (роликом) 15. На поворотном поводке 14 укреплен также MEMS акселерометр 16.
При таком варианте использования MEMS акселерометра 16 оператор станка подводит мерной линейкой 13 поворотный поводок 14 и упирает контактным наконечником 15 в торец корректирующей поверхности обода диска колеса и поворачивает поводок 14 до соприкосновения контактного наконечника 15 с внутренней поверхностью обода диска колеса. Поворотный поводок 14 перемещается в плоскости, расположенной перпендикулярно продольной оси шпинделя станка. При этом MEMS акселерометр 16 измеряет величину угла наклона поворотного поводка 14 относительно вектора g.
Таким образом, зная оцифрованное АЦП значение сигнала, полученного с MEMS акселерометра 16, можно вычислить значение размера диаметра обода диска колеса при заданных известных размерах конструкции измерительной линейки описанного типа. Предлагаемая конструкция электронно-механической контактной измерительной линейки значительно совершеннее по конструкции, обеспечивает высокую точность измерений, надежна в эксплуатации, дешевле в производстве.
Источники информации.
1. «Электронно-механические контактные измерительные линейки», установленные на балансировочных станках, например, фирмы «Hofmann Geodyna» 3501/p, 5501/p, см. страницу в Интернете: www. Hofmann-ge.com.
2. «Электронно-механическая контактная измерительная линейка», установленная на балансировочном станке фирмы SICAM SBM 100S, прилагаются чертежи на трех листах, приложения №2, 3, 4.