CN106370099B - 具有紧凑型感测装置的轮子维修机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有紧凑型感测装置的轮子维修机。本发明涉及轮子维修机和用于维修轮子的方法。用于维修轮子(W)、例如车轮的轮子维修机(50)、例如轮胎拆装机或轮子平衡机，包括：具有轴(S)的旋转安装件，轮子(W)安装至轴；框架，用于至少承载旋转安装件；安装到框架的感测装置(1)，用于确定轮子(W)或轮子(W)的部件的几何尺寸，感测装置(1)包括载体元件(30)、用于感测轮子(W)的第一感测单元(10)以及基于从感测装置接收的数据来确定轮子(W)的几何尺寸的计算装置，第一感测单元(10)安装在载体元件(30)上，轮子维修机还包括用于实现感测装置(1)的枢转运动的驱动装置(20)，该驱动装置是微步进电机。

Description

具有紧凑型感测装置的轮子维修机

技术领域

本发明涉及一种感测装置，其用于感测物体——例如轮子、尤其车轮的几何结构，且用于确定该物体的几何尺寸；本发明涉及一种用于轮子的维修设备，其配备有用于确定轮子的几何尺寸的感测装置；本发明还涉及一种用于确定轮子、例如车轮的几何尺寸的方法，其用于确定轮子的几何尺寸。

背景技术

在实践中，轮子维修机是已知的，轮子维修机例如是安装/拆卸机或轮子平衡机；所述安装/拆卸机用于将轮胎安装到轮子、特别是车轮的轮辋，或用于将轮胎从轮子、特别是车轮的轮辋上拆卸下来；轮子或轮胎/轮辋组合的仅轮辋或轮胎在所述轮子平衡机上被检查，例如用于检测轮子中的不平衡性或轮胎或轮辋的变形、轮辋廓形或轮胎的特征。

从欧洲专利申请2 360 461已知用于确定轮子的几何尺寸的设备，所述设备包括测量单元，所述测量单元具有感测装置、如超声感测装置，其包括用于扫描轮子的发射器/接收器式传输器、和角度测量装置，该角度测量装置包括用于测量枢转角度的加速度计装置。测量单元安装到轮子平衡机的罩上，并与该罩一起枢转以执行测量操作。

在德国专利申请100 35 118中公开了一种扫描装置，其是轮子平衡机的一部分。扫描装置用于扫描待平衡的轮子的轮辋廓形，以及用于识别平衡配重附连到轮辋的位置。光源和接收器独立地安装在相应的载体板上，其通过步进电机而枢转。光源和接收器的角度位置由旋转编码器来检测。

在这些已知的装置中，感测装置在测量操作期间的枢转运动通过人工执行或由具有固定增量或节距的步进电机执行。因此，感测装置的实际位置和扫描的分辨率受限并取决于步进电机的节距或步长。为了增加例如扫描的分辨率，即，在预先限定的长度或面积上的点的数目，步进电机可配备有减速齿轮。另外，已知的装置具有复杂的结构且对杂质敏感，这影响测量或定位结果的准确性。附加地，感测装置的组件在组装后必须彼此对准，这是耗时的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于确定轮子的几何尺寸的感测装置、轮子维修设备和方法，它们克服了以上提及的缺点，且实现了简化的结构和测量操作的有效控制。

根据本发明，提供了一种用于维修轮子(例如车轮)的轮子维修机(例如轮胎拆装机或轮子平衡机)。轮子维修机包括：具有轴的旋转安装件，轮子安装到轴上；用于至少承载旋转安装件的框架；以及安装到框架的感测装置，该感测装置用于确定轮子或轮子的部件(如轮胎和/或轮辋或其部段)的几何尺寸。感测装置包括载体元件、用于感测或扫描轮子的第一感测单元、以及基于从感测装置接收的数据来确定轮子的几何尺寸的计算装置，第一感测单元安装在载体元件上。在创新性的感测装置中，轮子维修机还包括用于实现感测装置的枢转运动的驱动装置，该驱动装置是微步进电机。

通过提供用于感测装置的由微步进电机实现的驱动装置，可以获得高分辨率扫描而无需减速齿轮。这由于无附加机械传动元件设置在电机和感测装置之间并借此排除额外振动的事实而实现了扫描准确性的增加。另外，轮子维修机的构造变得更简单且更小，这是因为不需要提供平衡配重或弹簧用于平衡减速齿轮的附加重量。此外，可使用较小的电机，这是因为不需要克服附加减速齿轮的摩擦力。

在一优选实施方式中，第一感测单元是光学感测单元，其包括发射器(优选激光器)和接收器(优选CCD或CMOS组件或传感器)。因为第一感测单元的元件均设置在共同的载体元件上，所以所述元件相对于彼此处于确定关系。因此，针对测量操作，仅发射器必须相应地瞄准待感测或扫描的轮子的目标表面。由于在载体元件上的确定设置，所以接收器的运动或重新调整是不必要的。

在另一优选实施方式中，感测装置还包括用于感测该感测装置的角度位置的第二感测单元。第二感测单元可包括允许检测感测装置的角度位置的任何合适的感测元件，例如编码器。更优选地，第二感测单元包括至少一个加速度计传感器。这样的传感器可提供关于感测装置的枢转角度的非常准确的结果。附加地，加速度计传感器不仅可感测在一个平面中的枢转角度，而且可感测在多于一个的平面中、例如在相对于彼此以确定角度设置的两个平面中的枢转角度，从而用于确定感测装置的精确位置。

此外，基于所述至少一个加速度计传感器的角度测量结果，控制单元可以执行反馈控制，例如用以校正感测装置的位置或以理想角度重新定位感测装置，从而例如验证早先的测量结果。

为了实现感测装置的紧凑设计，在有利的构型中，至少第一感测单元和第二感测单元共同安装在载体元件上。必须理解的是，计算装置也可安装在载体元件上。

至少在测量程序期间用于实现感测装置的枢转运动的驱动装置经由附连元件、例如基本上L形的元件而联接到轮子维修机的框架。由于感测装置的紧凑设计，所述附连元件可具有小尺寸，且感测装置可靠近框架定位。借此，感测装置不会自框架过分突出，由此可防止传感器装置的可能的损坏。

在一个实施方式中，驱动装置安装到轮子维修机的框架。这意味着，驱动装置通过附连元件而固定地设置在轮子维修机的框架处，且感测装置联接至驱动装置的轴从而进行枢转。这种设计允许感测装置以可移除的方式联接到驱动装置，例如用于将感测装置调整至刚被扫描的轮子。

在替代实施方式中，驱动装置安装到感测装置的载体元件上。此处，驱动装置的轴与安装到轮子维修机的框架的附连元件固定地连接。在这种情况下，在感测装置的枢转运动期间，驱动装置与感测装置一起围绕驱动装置的轴枢转。在这种构造下，驱动装置也是感测装置的一部分，由此进一步增加了感测装置的紧凑性。此外，用于驱动装置的电子控制装置也可结合到感测装置中。

在一优选实施方式中，载体元件提供了组装辅助结构，以使得感测装置的组件——即，例如发射器和接收器——相对于彼此具有被限定的位置关系。因此，在将感测装置安装到机器上的过程中，组件相对于彼此的任何对齐或调整或校准是不必要的。

组装辅助结构可以多种方式实现，在另一优选实施方式中，载体元件提供组装辅助结构用于使感测装置的组件相对于彼此具有被限定的位置关系。位置关系可通过至少容纳接收器和/或发射器的相应的定位装置、例如槽或凹口来调整。组装辅助结构可包括多于一个的定位装置，从而允许发射器和/或接收器相对于彼此定位在不同的位置，以适应待扫描的不同类型的轮子，或例如在非常大的轮子的情况下适应轮子的不同类型的区域。必须理解的是，组装辅助结构也可包括用于使发射器和/或接收器相对于彼此定位的仅一个结构或定位装置。

载体元件可以是用于容纳第一感测单元、第二感测单元、计算装置和驱动装置中的一个或全部的壳体，由此这些组件被覆盖且被保护不受例如损坏或杂质的影响。

附加地，紧凑设计、特别是将感测装置的所有部件或至少主要部件容纳在壳体中相应地减少了对将感测装置的组件与其中使用创新性感测装置的机器的其它组件连接而言所必需的电导线或线缆的量。另外，线缆的总长度减小了，从而减少了测量错误和损坏的风险。

为了在感测装置与用于至少控制感测装置的枢转运动的控制单元之间进行数据传输期间进一步减小测量错误，感测装置还可包括用于将数据无线传输到轮子维修机的控制单元的装置。当然，由感测装置生成的数据也可经由将感测装置连接到控制单元的相应的电线传输。

根据本发明，还提供一种用于在轮子维修机(例如轮胎拆装机或轮子平衡机)上维修轮子(例如车轮)的方法，所述轮子维修机包括框架、具有能旋转的轴的旋转安装件、感测装置以及控制单元。所述方法包括以下步骤：将轮子安装在轮子维修机的旋转安装件的轴上；使轮子围绕轴旋转；通过感测装置感测或扫描轮子表面或其一部分(例如轮胎和/或轮子和/或其部段)；在测量操作期间通过驱动装置使联接到框架的感测装置相对于框架枢转，其中驱动装置是微步进电机；以及，借助于计算装置来确定轮子的几何尺寸。

借此，用于确定轮子的几何尺寸的创新性方法提供了与结合用于确定轮子的几何尺寸的创新性的感测装置和设备进行说明的优点相同的优点。

优选地，轮子的几何尺寸的确定可以由三角测量执行。

根据本发明的创新性方法，感测装置的枢转运动由控制单元控制。

在用于确定轮子的几何尺寸的方法的优选实施方式中，所使用的感测装置可以包括光学感测单元，该光学感测单元用于至少确定在感测装置与轮子上的感测点之间的距离。此外，光学感测单元可以包括激光器。

在用于确定轮子的几何尺寸的方法的又一实施方式中，所使用的感测装置可以包括角度测量装置，角度测量装置用于确定感测装置至少相对于框架的角度位置。另外，角度测量装置可以包括加速度计传感器。

将在下文中与以下列出的视图一起描述本发明的其它优点和实施方式。在以下描述中使用的表达方式“左”、“右”、“下”和“上”涉及对齐的视图，使得所使用的附图的附图标记和符号可以按常规理解。

附图说明

在图中：

图1是根据本发明的感测装置的示意透视图；

图2是根据本发明的包括感测装置的轮子维修机的示意透视图；

图3是根据图1的感测装置的第一感测单元的示意透视图；

图4是根据图2的感测装置的载体元件的示意透视图；和

图5是根据本发明的驱动装置和附连元件的示意透视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施方式的感测装置1的示意透视图。感测装置1包括作为其主要组件的第一感测单元10和第二感测单元(未示出)，所述第一感测单元优选是光学感测单元，而所述第二感测单元包括位置敏感元件。感测装置1还包括壳体30和设置在壳体30的上端处的覆盖件40。

在图1中，还示出驱动装置20，其可经由附连元件AE联接至轮子维修机50的框架(参见图2)。驱动装置20——该驱动装置是微步进电机——包括电机轴，感测装置1联接到该电机轴从而执行枢转运动。驱动装置或电机20的电机轴提供枢转轴线AP，感测装置1围绕该枢转轴线在枢转方向DP上枢转。

在这个示例中，驱动装置20是借助于使用ad hoc控制电子器件而被赋予微步进能力的标准步进电机，所述ad hoc控制电子器件诸如是由STMicroelectronics提供的dSPIN^TM全集成微步进电机驱动器。然而，在不同的示例中，也可以按照不同方式来提供驱动装置20的微步进能力。

图2是根据本发明的包括感测装置1的轮子维修机50的示意透视图。

轮子维修机50包括基本上水平地设置的轴S，轮子W、如车轮安装在该轴S上。轴S具有纵向轴线AR，轴S可以例如在维修操作的测量步骤期间围绕该纵向轴线AR旋转，所述维修操作例如是平衡操作，或轮胎安装或拆卸操作。轮子W包括轮辋B和轮胎T。必须注意到，轴S也可具有任何其它合适的取向，例如轴S可被竖向地设置。

维修机50还包括框架(未示出)，该框架承载维修机50的基本组件，诸如轴S、用于驱动轴S的驱动器、控制单元或如防护性覆盖件的安全装置。

感测装置1通过固定地联接到电机20的附连元件AE而以可枢转的方式安装到维修机50的框架。枢转轴或电机轴基本上水平于壳体30的本体部分32地设置。因此，枢转轴线AP同样至少基本上水平于壳体30的本体部分32设置。因而，感测装置1可在竖向于壳体30的本体部分32的平面中围绕枢转轴线AP沿枢转方向DP可逆地枢转。

由第一感测单元10的发射器12发射的光束EB撞击轮子W的轮辋R或轮胎T且自撞击处反射。反射光束RB由第一感测单元10的接收器14接收。

第二感测单元——其在感测装置的这个实施方式中也被容纳在感测装置1的壳体30中——包括用于在枢转运动期间检测感测装置1的位置的位置敏感元件。测量操作的开始和结束通常由控制单元预先确定，而用于执行枢转运动的感测装置的开始及结束位置由机械止动器实现。也可以由第二感测单元来确定感测装置1的开始和结束位置，或可以预先限定开始和结束位置，开始和结束位置由第二感测单元检测用于开始或停止感测装置1的运动。

第二感测单元可包括任何合适的位置敏感元件(未示出)。这些位置敏感元件或传感器也固定地联接到感测装置1的壳体30。在一优选实施方式中，第二感测单元包括至少一个、优选两个加速度计传感器，所述加速度计传感器可检测感测单元1在一个或两个平面中的运动。在提供两个传感器的情况下，检测平面可相对于彼此成任何合适的角度地设置。感测平面可平行于或竖向于彼此设置。也可以使用任何其它合适的用于检测感测装置1的角度位置的角度测量传感器，例如倾角计或编码器。

在这个示例中，所述至少一个加速度计传感器是MEMS(微电子机械系统)加速度计。然而，在不同的示例中，还设想到现有技术中已知的其它加速度计传感器。

如在图3中可以看到的，优选为光学感测单元的第一感测单元10包括发射器12和接收器14。优选为激光器的发射器12和优选为CCD或CMOS组件的接收器14固定地联接到壳体30，并且相对于彼此以固定关系设置，从而在该发射器和该接收器的光学轴线之间限定出锐角，该锐角优选等于或小于45°。

如在图1中进一步示出的，在图1的实施方式中，驱动装置20是微步进电机。在替代实施方式中，驱动装置或电机20也可容纳在壳体30中且固定地联接到该壳体。在这个实施方式中，驱动装置20还可包括对准枢转轴线AP的齿轮(未示出)，感测装置1可围绕该枢转轴线在枢转方向DP上可逆地枢转。在这个实施方式中，枢转轴线AP也水平地取向。然而，创新性的感测装置也能够以任何其它取向设置，即，其中枢转轴线AP竖直地取向或介于水平与竖直取向之间的某取向。

图4示出壳体30，壳体30用作用于感测装置1的主要组件(即第一感测单元10、第二感测单元和驱动装置20)的载体元件，并且具有侧壁34和平的本体部分32，所述侧壁设置在本体部分32的周向边缘处且自该周向边缘向上延伸。侧壁34围绕至少大部分本体部分32且仅中断用于提供开口34a、34b、34c，所述开口用于驱动装置20以及第一感测单元10的发射器12和接收器14。发射器12可以经由开口34a发射光束，而接收器14可以经由开口34c接收从轮子W的轮胎和/或轮辋反射的光束。

另外，本体部分32设有对齐和组装辅助元件——例如肋状部、突起和凹部，从而为第一感测单元10和/或第二感测单元和/或驱动装置20的组件的安装提供良好限定的定位。这些对齐和组装辅助元件也可以被设置用以容纳用于控制第一感测单元10和/或驱动装置20的一个或数个电路板。附加地，所述对齐和组装辅助元件也可被设置用以容纳用于保护感测装置1的组件的防护性元件，诸如覆盖发射器12和接收器14的防护性玻璃。此外，用于无线数据传输的组件可以例如经由对齐和组装辅助元件而容纳在壳体30中。

覆盖件40由平的材料形成且具有与壳体30的本体部分32至少基本上一致的外轮廓。覆盖件40设置在侧壁34的上边缘处并覆盖壳体30中的空间。

壳体30和覆盖件40由任何合适的材料、优选塑料或金属制造。在一个实施方式中，壳体30可由金属制成用以提供用于传感器装置1的组件的强固的基部，而覆盖件40由塑料制成用以实现无线数据传输。

当将感测装置1安装至机器时，感测装置的创新性设计允许仅发射器12必须被调整。由于发射器12与接收器14之间通过本体部分32实现的确定关系，所以无需进一步调整。然而，例如在组装传感器装置1时发射器12和接收器14两者都能被调整也是可以的。

图5是根据本发明的驱动装置20和附连元件AE的示意透视图。

如可以在图5中看见的，附连元件AE具有安装部分MP和凸缘部分FP，附连元件借助于所述安装部分安装到轮子维修机50的框架，且借助于所述凸缘部分联接到驱动装置或电机20。凸缘部分FP具有中心开口，当附连元件AE联接到电机20时，电机20的电机轴延伸穿过该中心开口。在图5的实施方式中，附连元件AE的安装部分MP包括用于将附连元件AE安装到轮子维修机50的框架的两个孔。必须理解的是，附连元件AE还可具有除图5中示出的设计之外的任何其它合适的设计。

如图5进一步示出的，枢转轴线AP同轴且居中地延伸经过驱动装置20的电机轴，感测装置1在测量程序期间围绕该枢转轴线枢转。

为了执行维修操作，待维修的轮子W被安装在维修机50的轴S上。感测装置1、尤其第一感测单元10指向轮子W用于扫描轮胎T和/或轮辋R的表面，例如用于检测轮胎T或轮辋R的几何结构。在维修机50是轮子平衡机的情况下，感测装置1可用于标记待附连到轮辋R的平衡配重的位置，从而校平不平衡的轮子W。

感测装置1通过驱动装置20而围绕轴线AP枢转，用于扫描轮子W的轮胎T和/或轮辋R。轮子W进一步围绕轴S的轴线AR在旋转方向DR上旋转。由此，可形成整个轮胎T和/或轮辋R的图像或其预先设定的范围(诸如轮胎廓形)的图像。

基于扫描结果——例如在维修机50是轮胎拆装机(tyre changer)的情况下，可确定轮胎状况，例如廓形或侧壁的状况。另外，可确定轮胎是否必须更换。附加地，可确定轮胎的类型或尺寸从而选择将安装的相应的新轮胎。此外，还可检测轮辋R的变形且可确定轮辋R是否必须更换。

另一方面，在轮子维修机50是轮子平衡机的情况下，轮辋的几何结构可被确定成使得配重的位置可被标记从而允许操作员将配重布置在正确的角度位置。

感测装置1包括评估单元，该评估单元用于确定刚被扫描的轮胎T或轮辋R的表面部分的距离和角度位置。相应数据被传输到维修机50的控制单元，例如用于控制轮子W围绕轴S的轴线AR的旋转，从而使轮子W旋转到必须布置平衡配重或已经检测到变形的预先确定的位置。基于加速度计传感器的数据，感测装置1的枢转位置也可受控于维修机50的控制单元。

第二感测单元——借助该第二感测单元来检测感测装置1的角度位置——可用于反馈控制，从而正确定位轮子W和感测装置1，或重新测量轮胎T或轮辋R的选定部分。

由感测装置1评估的数据被传输到维修机50的控制单元。感测装置1可通过相应数据线而与维修机50的控制单元连接。为了通过减少电线或线缆的量来降低损坏的潜在风险，感测装置1包括可连结到控制单元的相应数据接收器的无线数据传输器。感测装置1的无线数据传输器包括相应接口，该接口优选是标准接口，如IR或蓝牙接口。因此，仅需要用于第一感测单元10、驱动装置20和第二感测单元的电源的一根线缆。在不应该存在线缆的情况下，也可以将一个或多个电池集成在壳体30中。

感测装置1被设计为紧凑式装置，其包括用于扫描车轮和用于处理扫描数据所必需的所有组件。因此，感测装置1可用作便携式感测装置，其可暂时或永久地联接到轮子维修机的框架。感测装置1也可用作用于现有轮子维修机的升级装置。

Claims (6)

1.一种用于维修轮子(W)、例如车轮的轮子维修机(50)，该轮子维修机例如是轮胎拆装机或轮子平衡机，该轮子维修机包括：

具有轴(S)的旋转安装件，轮子(W)安装至该轴，

用于至少承载旋转安装件的框架，和

安装到框架、用于确定轮子(W)或轮子(W)的部件的几何尺寸的感测装置(1)，该感测装置(1)包括载体元件(30)、用于感测轮子(W)的第一感测单元(10)以及基于从感测装置(1)接收的数据来确定轮子(W)的几何尺寸的计算装置，第一感测单元(10)安装在载体元件(30)上；

轮子维修机还包括驱动装置(20)，所述驱动装置(20)用于实现感测装置(1)围绕由所述驱动装置(20)的轴提供的枢转轴线(AP)的枢转运动，该驱动装置(20)是步进电机，

其中，所述驱动装置(20)是微步进电机并且所述感测装置还包括用于感测该感测装置(1)的角度位置的第二感测单元，

其中，至少所述第一感测单元(10)和所述第二感测单元共同安装在所述载体元件(30)上，

其中，所述载体元件(30)提供组装辅助结构，该组装辅助结构用于使感测装置(1)的组件相对于彼此具有限定的位置关系，

其中，所述载体元件(30)是壳体，所述壳体具有本体部分(32)、围绕至少大部分本体部分(32)的侧壁(34)、和覆盖壳体(30)的覆盖件(40)，其中所述枢转轴线(AP)设置为平行于所述本体部分(32)，并且其中对齐和组装辅助元件设置在至少所述本体部分(32)处。

2.根据权利要求1所述的轮子维修机，其中，第一感测单元(10)是光学感测单元，其包括发射器(12)和接收器(14)。

3.根据权利要求2所述的轮子维修机，其中，所述发射器(12)是激光器发射器。

4.根据权利要求2所述的轮子维修机，其中，所述接收器(14)是CCD或CMOS组件。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的轮子维修机，其中，驱动装置(20)安装至轮子维修机(50)的框架。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的轮子维修机，其中，驱动装置(20)安装至感测装置(1)的载体元件(30)。

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