Измерительная обувная колодка
MEASURING SHOE

Изобретение относится к обувной промышленности, точнее к устройствам для определения размеров обуви и может быть использовано при осуществлении контроля размерно-полнотных характеристик изделий в массовом производстве обуви.
Известно техническое решение, используемое в качестве измерительного устройства для определения параметров обуви (патентная заявка США № 20070266581). В качестве рабочего измерителя обхвата обуви в пучках в данном устройстве выбрана гибкая лента. Принцип действия устройства основан на измерении длины ленты которая размещается внутри обуви в зоне пучков. Эффективное использование такого подхода возможно для измерения периметра криволинейных фигур с тупыми углами (более 90 град), т.к. лента под влиянием упругих свойств материала, из которого она изготовлена, должна максимально плотно лечь по всему периметру измеряемого сечения. Реальная форма сечения обувной колодки в пучках ближе к треугольной форме, чем к круглой. Полное и точное (более 1,5% точности) заполнение гибкой лентой такой ассиметричной формы (особенно зоны А) представляется крайне затруднительным. Проблема так же заключается и в контроле полного и точного прилегания ленты к поверхности обуви изнутри.
Недостатком данного устройства является реализованный в нем подход к позиционированию измерительной ленты. Позиционирование  измерительной ленты осуществляется на основе измерения длины обуви. Указанный подход не позволяет с достаточной точностью определить верное расстояние от пятки колодки обуви до точек, соответствующих измеряемому сечению колодки по двум причинам. Первая заключается в том, что при проектировании обуви всегда закладывается функциональный припуск (см, например, ГОСТ 3927—88), равный примерно 5 мм для женской обуви и 10 мм для мужской для учета увеличения длины стопы  во время ходьбы по отношению к ее антропометрическому положению. Данный припуск заметно отличается для российских и европейских размеров (отчасти именно им обусловлено различие в размерной сетке отечественной и европейской обуви). Так, в европейской обуви функциональный припуск значительно больше (до 15-20 мм). Вторая заключается не в функциональном припуске, который теоретически можно заложить изначально в систему измерения, а в декоративном припуске, определяемом модными тенденциями (острый/тупой/квадратный нос).
Кроме того, в анализируемом устройстве технически очень сложно предусмотреть возможность поворота оси двигателя в вертикальной плоскости. Такой поворот необходим для учета изменения угла наклона колодки обуви, имеющей каблук. В известном устройстве подобная корректировка не предусмотрена, что делает невозможным измерение полноты обуви, имеющей каблук.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения параметров колодки обуви, содержащее в качестве узла измерения полноты измерительную головку состоящую из не менее двух подвижных частей шарнирно связанных в их передней части (патент США № 9514487). Части измерительной головки могут менять свое положение относительно указанного шарнира (их общей точки). Для измерения размеров обуви обеспечивают плотное прилегание частей головки к внутренней поверхности обуви, для чего раздвигают элементы измерительной головки относительно переднего шарнирного элемента.
Недостаток известного решения заключается в том, что при расширении измерительной головки происходит изменение её формы (не сохраняется подобие геометрической формы головки). При использовании данной технологии для измерения полноты в пучках обуви разных размеров (имеющих разную ширину и обхват) необходимая точность не может быть обеспечена из-за принципиальной невозможности достижения соответствия формы элементов раздвигающихся элементов форме колодки. Другими словами при использовании такого конструктивного решения невозможно обеспечить измерение полноты в необходимом её сечении, а именно в пучках.
Кроме того, в известном устройстве нет элементов, обеспечивающих измерение параметров обуви на каблуке. Доработка известного прибора для измерения обуви на каблуке требует внесения дополнительных узлов передачи вращения, которые будут значительно усложнять конструкцию.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается заявленным изобретением, заключается в реализации возможности измерения параметров обуви, имеющей как высокий, так и низкий каблук.
Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявленного изобретения, заключается в повышении точности измерений.
Заявленный технический результат достигается тем, что в измерительной обувной колодке, содержащей узел определения ширины и обхвата обуви и механически связанный с ним пяточный узел, где узел определения ширины и обхвата имеет по меньшей мере два подвижных элемента и средство определения плотности прилегания подвижных элементов к внутренней поверхности обуви, механическая связь узла определения ширины и обхвата обуви с пяточным узлом выполнена в виде узла измерения угла измерительной колодки, узел определения ширины и обхвата выполнен в виде размещенной на носочной штанге измерительной головки с подвижными щёчками и язычком, а пяточный узел –  в виде штанги с опорным роликом.
Существенность признаков, содержащаяся в формуле изобретения подтверждается тем, что каждый из них в отдельности и все они в совокупности работают на повышение точности проводимых измерений геометрических параметров обуви.
Совокупность существенных признаков может иметь развитие. В частности узел измерения угла измерительной колодки может быть выполнен в виде однооборотного абсолютного энкодера, размещенного в корпусе, где носочная штанга свободным концом жестко связана с валом энкодера, а пяточная штанга – с корпусом энкодера.
Для пояснения конструктивных особенностей заявленного технического решения приведены чертежи, где на фиг. 1 показан общий вид измерительной колодки, на фиг. 2 – схема размещения измерительной колодки внутри обуви, на фиг. 3 приведена конструкция привода язычка, на фиг. 4 – конструкция привода щёчек измерительной головки, на фиг. 5 – узел измерения угла измерительной колодки.
На чертежах использованы следующие обозначения:
1 – рукоять, с размещенным в ней блоком управления и питания,
2 – узел измерения угла измерительной колодки,
3 – пяточный узел,
4 – узел определения ширины и обхвата обуви,
5 – измерительная головка,
6 – левая щёчка,
7 – правая щёчка,
8 – носочная штанга,
9 – узел энкодера,
10 – кнопка записи параметров,
11 – кнопка «старт» измерения ширины,
12 – кнопка «старт» измерения обхвата,
13 – кнопка «аварийный стоп»,
14 – кнопка «реверс»,
15 – штанга рукояти
16 – пяточная штанга,
17 – узел привода щёчек,
18 – узел привода язычка,
19 – язычок,
20 – левая полка носочной штанги,
21 – правая полка носочной штанги,
22 – пяточный опорный ролик,
23 – левая направляющая язычка
24 – правая направляющая язычка
25 – шаговый двигатель язычка
26 – ходовой винт привода язычка
27 – вал энкодера,
28 – корпус энкодера,
29 – подшипник,
30 – передний шаговый двигатель привода щёчек,
31 – задний шаговый двигатель привода щёчек,
32 – штифт крепления щёчки к ходовому винту переднего двигателя,
33 – штифт крепления щёчки к ходовому винту заднего двигателя,
34 – червячное колесо передачи переднего двигателя,
35 – червячное колесо передачи заднего двигателя,
36 – вал червячного колеса передачи заднего двигателя,
37 – вал червячного колеса передачи переднего двигателя,
38, 40 – ходовой винт передачи переднего двигателя,
39, 41 – ходовой винт передачи заднего двигателя,
42, 43 – отверстия под штифты.
Далее приведено подробное описание предложенного изобретения со ссылкой на чертежи.
Измерительная обувная колодка содержит узел 4 определения ширины и обхвата обуви с подвижными элементами и пяточный узел 3 механически связанный с последним, а также средство определения плотности прилегания подвижных элементов узла 4 определения ширины и обхвата обуви к внутренней поверхности обуви.
Узел 4 определения ширины и обхвата обуви выполнен в виде размещенной на носочной штанге 8 измерительной головки 5 с подвижными щёчками 6, 7 и язычком 19, а пяточный узел 3 –  в виде штанги 16 с опорным роликом 22. Механическая связь узла 4 с узлом 3 выполнена в виде узла 2 измерения угла измерительной колодки. Угол измерительной колодки это угол между носочной 8 и пяточной 16 штангами.
Узел 2 измерения угла измерительной колодки (фиг. 1) содержит узел 9 энкодера, размещенного в корпусе 28 (фиг. 5), с элементами независимого крепления трех штанг: штанги 15 рукояти 1, пяточной штанги 16, носочной штанги 8. Пяточная штанга 16 крепится жестко только на корпус 28 энкодера. Носочная штанга 8 крепится жестко только на вал 27 энкодера. Штанга 15 рукояти крепится полностью на подшипниках 29 и на поворот вала 27 энкодера относительно его корпуса 28 не влияет. В составе узла 2 измерения угла колодки используется однооборотный абсолютный энкодер.
Рукоять 1, размещенная на штанге 15, имеет корпус эргономической формы. Внутри корпуса рукояти 1 размещен блок питания и блок управления. Управляющие кнопки (10-14) выведены на боковую поверхность рукояти 1 и, в приведенном на фиг. 1 примере реализации изобретения, расположены сверху вниз: кнопка 10 записи параметров, кнопка 11 «старт» измерения ширины, кнопка 12 «старт» измерения обхвата, кнопка 13 «аварийный стоп», кнопка 14 «реверс».
Средство определения плотности прилегания подвижных элементов к внутренней поверхности обуви реализовано аппаратно в блоке управления. Алгоритм определения плотности прилегания использует информацию об увеличении силы тока в цепи питания шагового двигателя, который перемещает подвижный элемент, в зависимости от размера пятна контакта элемента и давления, оказываемого подвижным элементом на внутреннюю поверхность обуви.
Пяточный узел 3 (фиг. 1) содержит пяточную штангу 16 и опорный пяточный ролик 22. Штанга 16 верхней частью жестко прикреплена к корпусу 28 энкодера. В нижней части штанги 16 размещен ролик 22. Ролик 22 размещен на оси, закрепленной в нижней части штанги 16 и имеет возможность свободно вращаться относительно последней.
При необходимости пяточная штанга 16 может легко заменяться на аналог другой длины, например, при измерении высококаблучной обуви маленьких размеров – 36 размера и меньше или при измерении низкокаблучной обуви больших размеров (41 и выше). Штанга 16 может быть выполнена также с регулируемой длиной.
Узел 4 определения ширины и обхвата выполнен в виде измерительной головки 5, которая закреплена на носочной штанге 8. Сводный конец штанги 8 прикреплен к узлу 2 измерения угла измерительной колодки, точнее к валу 27 энкодера (фиг. 5).
Измерительная головка 5 содержит подвижные щёчки 6 и 7 с узлом 17 привода щёчек, подвижного язычка 19 с узлом 18 привода. Направления перемещений щёчек 6, 7 и язычка 19 показаны стрелками на фиг. 1. Внешняя поверхность щёчек 6, 7 и язычка 19 имеет плавную обтекаемую форму, повторяющую форму обуви. Перемещение щечек 6, 7 и язычка 19 осуществляется двигателями 25, 30, 31 (фиг. 3 и 4). В качестве двигателей могут быть использованы шаговые двигатели Nema 11.
Перемещение язычка 19 по направляющим 20 и 21 осуществляется посредством винтовой передачи. Ходовой винт 26, сочлененный с валом шагового двигателя 25 взаимодействует с гайкой ходового винта (на фиг. 3 не показана), размещенной в подвижном язычке 19.
На виде снизу измерительной головки (фиг. 4) показана конструкция привода щёчек 6, 7. На валах двигателей 30, 31 размещены червяки червячных передач. Валы 36, 37 колес 34, 35 червячных передач выполнены пустотелыми с внутренней ходовой резьбой. Пустотелый вал выполняет функцию ходовых гаек винтовой передачи, причем левая часть вала имеет левую ходовую резьбу, а правая часть – правую ходовую резьбу. Ходовая резьба может быть выполнена непосредственно в теле вала или внутренняя полость вала может быть снабжена соответствующими винтовыми гайками, запрессованными внутрь. Резьбовые части ходовых винтов 38, 39, 40, 41 винтовых передач, размещены в соответствующих резьбовых частях пустотелых валов 36, 37. Свободные концы ходовых винтов 38, 39 закреплены в передней и задней частях щёчки 6 с помощью штифтов 32 и 33, размещённых в отверстиях 42, 43 ходовых винтов 38, 39. Крепление щёчки 7 осуществляется подобным образом. Крепление щёчек с использованием штифтов обеспечивает образование незначительного люфта в  соединении, что позволяет более точно позиционировать переднюю и заднюю части щёчек внутри обуви.
Устройство работает и используется следующим образом.
1 Этап – Оператор, держа за рукоять 1, погружает измерительную колодку в обувь (фиг. 2).
2 Этап – Надавливая на рукоять 1, оператор фиксирует опорный пяточный ролик 22 на самой выступающей точке пятки.  Измерительная головка 5 позиционируется примерно в самом широком месте носка.
3 Этап – Оператор нажимает на кнопку 11 «старт» измерения ширины. Включаются двигатели 30 и 31. Происходит раздвижение щёчек 6 и 7. При этом оператор рукоятью 1 контролирует их положение в самом широком месте носка. Форма щёчек повторяет форму поверхности колодки обуви, поэтому зрительно видно правильное положение измерительной головки 5.
4 Этап – Раздвижение щёчек 6, 7 осуществляется до полного соприкосновения  их поверхностей щечек с внутренней поверхностью обуви. Давление, оказываемое щёчками на поверхность обуви при полном соприкосновении составляет около 1 кГс на сторону. При площади поверхности одной щечки около 3 см2, давление составляет примерно 330 кГс/см2. При таких давлениях материал обуви практически не растягивается. Создаваемое давление приводит к возникновению пиковой нагрузки на двигатели 30, 31. При указанной расчетной нагрузке прерывания раздвижения щёчек около 1 кГс на сторону ток в цепи питания двигателей возрастает примерно на 10%.  Это служит сигналом для формирования блоком управления команды на остановку двигателей.
5 Этап – Оператор нажимает кнопку 12 «старт» измерения обхвата. Включается двигатель 25 (фиг. 3). За счет ходовой резьбы язычок 19 движется по направляющим 20, 21 вперед до соприкосновения с подъемом обуви. Остановка происходит по команде блока управления, формируемому как описано выше в 4 этапе.
6 Этап – после того, как обувь разжата изнутри, при зрительном контроле оператора, нажимается кнопка 10. При нажатии данной кнопки блок управления записывает итоговые данные: количество шагов, пройденное каждым двигателем 25, 30, 31 угол между штангами 8 и 16. Эти данные отправляются на обработку в ПК.  По ним однозначно определяются следующие значения: размер обуви, ширина в области пучков, обхват в области пучков.
7 Этап – Оператор нажимает кнопку 14. Рабочие детали прибора возвращаются в исходное положение, направление вращения всех трех двигателей меняется на обратное. Прерывание так же делается по росту тока при посадке подвижных элементов (щёчек и язычка) в стартовые места.
Использование измерительной головки с тремя подвижными элементами в совокупности с узлом измерения угла колодки обеспечивает повышение точности измерений параметров обуви.