CN106370348B - 用于测量不平衡力的测量单元和测量组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于测量不平衡力的测量单元和测量组件。具体地，本发明涉及一种用于测量由安装在测量轴上的转子的不平衡产生的力的测量单元，转子尤其是安装在车轮平衡机的测量轴上的车辆车轮，测量单元包括：固定框架；第一轴承，其用于接收测量轴，测量轴能够绕其轴轴线旋转；第二轴承，其围绕与轴轴线相交的枢轴线枢转地支撑第一轴承并且被支撑在固定框架上；第一力传感器，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且围绕枢轴线作用在测量轴上的力；和第二力传感器，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且在与轴轴线相交的方向上作用在测量轴上和第二轴承上的力，其中，第二轴承和固定框架由作为支撑板的单个元件一体地形成。

Description

用于测量不平衡力的测量单元和测量组件

技术领域

本发明涉及一种用于测量由安装在测量轴上的转子的不平衡产生的力的测量单元。本发明还涉及一种包括所述测量单元的测量组件以及一种车轮平衡机。

更准确地，本发明涉及一种用于测量由安装在测量轴上的转子的不平衡产生的力的测量单元，转子尤其是安装在车轮平衡机的测量轴上的车辆车轮，测量单元包括：固定框架；第一轴承，其用于接收测量轴，测量轴能够绕其轴轴线旋转；第二轴承，其围绕与轴轴线相交的枢轴线枢转地支撑第一轴承并且被支撑在固定框架上；第一力传感器，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且围绕枢轴线作用在测量轴上的力；和第二力传感器，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且在与轴轴线相交的方向上作用在测量轴上和第二轴承上的力。

背景技术

欧洲专利申请2503313公开了一种用于测量由上述类型的旋转转子的不平衡产生的力的装置。在该已知装置中，第二轴承具有矩形长方体或箱形式的刚性框架结构，并且支撑围绕枢轴线可枢转的第一轴承。枢轴线由弹簧机构产生，该弹簧机构由形成在刚性地连接至第一轴承和第二轴承的安装螺栓上的两个扭力弹簧构成。安装螺栓从管状第一轴承的表面径向地延伸。第二轴承借助于板簧支撑在固定框架结构上，所述板簧基于轴的两侧且关于轴轴线垂直地平行于彼此延伸。板簧在框架结构的相对表面上与轴轴线的距离相等。板簧的两端借助于螺钉或类似物刚性地连接至第二轴承的箱形框架结构和车轮平衡机的固定框架的相应部分。

根据本领域状况的测量装置具有若干缺陷。通常已知的是，对应于本例子中的车辆车轮的旋转转子、测量传感器的平面以及驱动机构的位置之间的轴向距离是不平衡力测量的误差来源，其中这些元件之间的距离越小，测量装置的各自的较小总轴向延伸提供更好的测量。根据本领域状况，第二轴承由具有若干轴向延伸的箱形刚性框架结构构成。因此，根据现有技术的装置的第二轴承的轴向延伸在测量准确性方面是不利的。

另外，刚性框架结构的箱形及由此产生的轴向延伸对根据本领域状况的装置至关重要，因为用于将第一轴承围绕枢轴线可枢转地安装在第二轴承内的安装螺栓需要支撑结构。但是，该支撑结构是分别在箱形刚性框架结构的上表面和下表面上的框架表面。因此，轴向延伸必须比至少安装螺栓大，以便安装螺栓紧固地附接、例如螺旋连接至第二轴承的刚性框架结构。换句话说，减小本领域已知的装置中的第二轴承的框架结构的轴向延伸是不可能的，因为支撑形成第一弹簧机构的安装螺栓需要所述延伸。

此外，还提供在车轮平衡机的第二轴承和机器框架结构之间的板簧，并且其以使得框架结构的轴向延伸为强制性的方式螺旋连接/固定在现有技术装置中。

此外，由于第二轴承的框架结构可动地支撑在机器框架结构上并且在第二轴承和机器框架结构之间执行力测量，因此在测量装置和独立的实体、即机器框架之间执行测量。相应地，依赖于所使用的机器框架结构，测量可能不是可重现的，并且在不同的机器框架结构之间会有偏差。测量的这种偏差和/或可能降低的测量准确性会导致较不利的测量及平衡结果。

因此，鉴于本领域已知的这些缺陷，本发明的目的是提供一种用于测量由转子的不平衡产生的力的测量单元，其提供改进的测量结果并降低制造成本。

发明内容

上述问题通过一种用于测量由安装在测量轴上的转子的不平衡产生的力的测量单元来解决，所述转子尤其是安装在车轮平衡机的测量轴上的车辆车轮，测量单元包括：固定框架；第一轴承，其用于接收测量轴，测量轴能够绕其轴轴线旋转；第二轴承，其围绕与轴轴线相交的枢轴线枢转地支撑第一轴承并且被支撑在固定框架上；第一力传感器，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且围绕枢轴线作用在测量轴上的力；和第二力传感器，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且在与轴轴线相交的方向上作用在测量轴上和第二轴承上的力，其中，第二轴承和固定框架由作为支撑板的单个元件一体地形成。

通过提供由包括第二轴承和固定框架的单个元件形成的支撑板，第二轴承的总轴向延伸能够减少为仅支撑板的轴向延伸。具体地，支撑板允许紧凑的单件布置。避免了对提供包括用于将第二轴承附接至固定框架的附接机构的复杂框架结构的需求。另外，由于组装在一起以形成测量单元的部件的数量相比于现有技术减少，制造成本和工作量减少。另外，也能更灵活地定位用于诸如车轮平衡机的轮胎维修机的附加实体的更自由空间，因为相比于总体尺寸，由测量单元占据的空间减少。最后，也能够减小测量单元和测量轴组件、诸如车轮平衡机的总轴向延伸。由此，测量准确性能得以提高。

在根据本发明的测量单元的进一步发展中，枢轴线垂直于轴轴线。由于枢轴线垂直于轴轴线，轴围绕轴轴线的旋转变为正交并因此独立于围绕枢轴线的枢转。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，第二力传感器的检测轴线布置为基本上垂直于枢轴线和轴轴线。

通过该布置，由第二力传感器测量的力不与由沿着轴轴线运动或围绕枢轴线旋转产生的力重叠。因为轴线基本上彼此垂直，在每个相应其它轴线中的力和运动分量为零。

在本文中，基本上垂直意味着80°至100°之间的角度，更优选为85°至95°之间的角度，并且最优选为89°至91°之间的角度。

在另一发展中，第二力传感器的检测轴线布置为基本上垂直于测量轴的静止位置中的枢轴线和轴轴线。静止位置是指第一弹簧不向枢轴线施加力的位置。在该位置，横向轴线垂直于枢轴线和轴轴线。由于第二力传感器优选与横向轴线对准，第二力传感器也垂直于枢轴线和轴轴线两者布置。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，第一力传感器的检测轴线布置为基本上平行于轴轴线。

在本文中，基本上平行意味着0°与10°之间的两个轴线之间的角度，更优选为0°和5°之间，最优选为0°和1°之间。

为了测量围绕枢轴线的旋转，第一力传感器的检测轴线必须关于枢轴线倾斜。为了获得最准确的枢转力测量，优选的是，第一力传感器的检测轴线布置为垂直于枢轴线。在该发展中，第一力传感器布置为基本上平行于轴轴线，以便安装布置更紧凑。但是，在其它发展中，还设想到第一力传感器的检测轴线的不同布置，诸如垂直于轴轴线等，只要第一力传感器的检测轴线不沿着枢轴线布置。

在另一发展中，根据本发明的测量单元包括用于将第一轴承围绕枢轴线枢转地支撑在第二轴承内的至少一个第一弹簧。

提供弹簧允许系统返回至不受干扰的情况，其中自静止位置的增加的干扰形成较大的力用于系统由于弹簧返回至静止位置。

在一种发展中，至少一个第一弹簧由至少一个扭力弹簧形成。由于第一弹簧由至少一个扭力弹簧形成，迫使系统的旋转干扰、即第一轴承围绕枢轴线关于第二轴承旋转，以便返回至静止位置。并且另外，由于旋转移位在扭力弹簧中形成反力，移位能够被转换为不平衡力。因此，在一种发展中，不必要直接测量力，而是替代地测量旋转移位。换句话说，代替测量不平衡力，也能够考虑旋转移位、速度(移位变化)和加速度(速度变化)的测量。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，支撑板包括作为其一体部分的至少一个第一弹簧。由于支撑板包括作为其一体部分的至少一个第一弹簧，不必要将至少一个第一弹簧固定至作为支撑板的一部分的第二轴承。因此，同时，在测量单元中涉及的部件的数量能够减少且测量单元的轴向延伸能够减小，因为没有附加固定机构、诸如螺钉需要用于附接至第二轴承的空间。

在另一发展中，根据本发明的测量单元包括用于将第二轴承支撑在固定框架内的至少一个第二弹簧。

通过提供第二弹簧，基本上能够实现如提供第一弹簧的相同优点，即，使第二轴承在固定框架内的位置返回至静止位置。第二弹簧迫使由第二轴承和固定框架构成的系统朝向静止位置的力随着第二轴承或固定框架分别从静止位置偏离而增大。

在一种发展中，至少一个第二弹簧由至少一个板簧形成。由此，沿着板簧轴线的线性运动是可能的，而垂直于其的运动被板簧禁止。因此，在板簧布置为使得沿着横向轴线的运动成为可能的情况下，第二轴承沿着枢轴线和/或轴轴线相对于固定框架的运动是不可能的。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，至少一个第二弹簧构造为使得第二轴承能够在垂直于轴轴线和/或枢轴线的横向轴线上关于固定框架平移运动。

例如，在该发展中在横向轴线的平移是可能的。但是，对横向轴线、枢轴线和轴轴线的限定是任意的并且轴线的不同选择也是可能的。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，支撑板包括作为其一体部分的至少一个第二弹簧。由于支撑板包括作为其一体部分的至少一个第二弹簧，部件的数量能进一步减少。此外，为了第二弹簧附接在第二轴承和固定框架之间，不需要支撑板的轴向延伸，其中，第二弹簧允许第二轴承和支撑板之间在横向方向上的线性运动。除了节约尺寸的优点，由于部件的数量减少，制造变得更容易且更成本有效。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，支撑板包括传感器接收凹槽，用于在第二轴承和固定框架之间垂直于轴轴线和枢轴线接收传感器。

由于在第二轴承和固定框架之间提供传感器接收凹槽，用于测量第二轴承和固定框架之间的运动或力的传感器能设置为与支撑板同轴，并且由此总的轴向方向不会由轴向地定位在支撑板外侧的传感器增加。因此，传感器的定向对应于横向方向，并且其方向在支撑板内的一个点处与轴轴线和枢轴线相交。

在一种发展中，根据本发明的测量单元包括用于处理由第一力传感器和/或第二力传感器接收的数据的处理部件，和用于执行与另一数据通信部件的数据通信、尤其用于传输由处理部件处理的数据的数据通信部件。

通常，测量单元的传感器提供原始数据，其必须由该数据被传输至的任何处理机构理解。如果这些原始数据被传输至例如车轮平衡机的中央处理机构，车轮平衡机必须准确知晓测量装置给其提供的原始数据。在测量单元的传感器等被替换或改变的情况下，存在发送至中央处理机构的原始数据与中央处理机构分配到的原始数据不同的可能性。通过提供与测量单元一体的处理部件，测量单元能够例如向车轮平衡机的中央处理单元提供总是相同数据格式的处理数据。更具体地，测量单元本身能够被校准，使得测量单元的第一传感器和第二传感器关于测量单元中形成的处理部件校准。在该情况中，测量单元不是必须关于与其一起使用的机器校准，诸如车轮平衡机。

在根据本发明的测量单元的另一发展中，数据通信部件布置为根据预定义的协议与另一数据通信部件无线通信。

由于数据通信部件构造为无线地传输数据，通信线缆不必连接在测量单元和例如车轮平衡机之间。这基本上有利于诸如车轮平衡机的机器中所采用的这种测量单元的安装、替换和维修。另外，通过省略测量单元和例如车轮平衡机之间的物理缆线，不再需要由缆线占据的空间，使得测量单元及由此车轮平衡机的总尺寸能减小。由此，附加地能实现较高的准确度，因为测量单元和安装在测量轴上的转子之间能由此获得的较小距离能导致由测量单元执行的测量的较高准确性。

另外，由于数据通信部件根据预定义的协议通信，数据通信变得独立于所使用的具体测量传感器。更特别地，数据通信部件的受讯者能识别处理的数据，而不必鉴于传感器的特殊性分析数据。因此，可以改变、替换测量传感器和/或给测量单元增加测量传感器，而诸如示例性车轮平衡机的中央处理单元的其它数据通信部件不难理解改变的和/或附加的数据。

在根据本发明的测量单元的一种发展中，另一数据通信部件是车轮平衡机的中央单元、相同或不同机器中采用的另一测量单元的数据通信部件、服务器部件、台式计算机或移动电话中的至少一种。但是，这些仅仅是测量单元能够布置为与其通信的数据通信部件的例子，并且本领域技术人员也考虑不同部件。

在一种实施方式中，测量组件包括根据本发明的测量单元和与用于支撑驱动机构的第一轴承刚性连接的驱动支撑构件，驱动机构用于使转子围绕轴轴线旋转，其中，第一传感器的一端安装至驱动支撑构件。

由于第一传感器的一端安装至驱动支撑构件，不必为第一传感器的一侧提供单独的安装机构，因为驱动支撑构件在任意情况中是必须的以便支撑用于使转子围绕轴轴线旋转的驱动机构。换句话说，已设有测量组件的部件被重复利用并且同时用作第一力传感器的支撑件。

在另一发展中，根据本发明的安装组件包括从第二轴承基本上平行于驱动支撑构件延伸的杆，其中第一力传感器的第二端安装至杆。通过在驱动支撑构件和从第二轴承延伸的杆之间安装第一力传感器，第一力传感器固定在刚性地连接至驱动支撑构件的第一轴承和杆刚性地连接至其的第二轴承之间。因此，这种安装的第一力传感器能够测量第一轴承和第二轴承之间围绕枢轴线的枢转力。更确切地，杆和驱动支撑构件之间的任何移位与它们之间围绕枢轴线的扭转角成比例。

在该发展中，第一力传感器安装在第一轴承和第二轴承之间。但是，在不同发展中，第一力传感器也能够安装在第一轴承和固定框架之间。在这种情况下，第一力传感器将测量作用在第二轴承和固定框架之间与横向力重叠的枢转力的力。但是，由于枢轴线及由此枢转运动垂直于横向运动，两种运动之间的分离是容易实现的。另外在该例子中，杆不是必须的，因为第一力传感器能够直接安装在驱动支撑构件和固定框架之间。

在一种实施方式中，车轮平衡机包括机器框架和根据本发明的测量单元或测量组件。

这种车轮平衡机提供如上讨论的根据本发明的测量单元或测量组件的所有优点和益处。

在另一发展中，根据本发明的车轮平衡机包括布置为根据预定义的协议与测量单元的数据通信部件通信、优选为无线通信的中央处理单元。

由于车轮平衡机布置为与测量单元或测量组件的数据应用部件通信、优选为无线通信，测量信号能够由车轮平衡机的中央处理单元处理。此外，由于根据预定义的协议执行通信，中央处理单元不依赖于校准测量或所使用的传感器的具体类型。换句话说，可以用不同或附加的传感器替换测量单元和/或增加附加测量单元，而没有关于中央处理单元不能够处理接收的数据等方面的问题。此外，这种预定义的协议使车轮平衡机的未来需求成为可能且有利于该未来需求，以记录以广泛的方式执行的所有平衡操作。

最后，在测量单元与中央处理单元无线通信的情况下，组装和维修任务能进一步减少，因为不需要缆线根据预定义的协议连接在测量单元和中央处理单元之间用于传输数据。这是尤其有利的，因为如上所述尺寸对于车轮平衡机是重要的，其中缆线占据空间并且缆线的连接越舒适，缆线所需的空间将越大。通过根本避免对缆线的需求，对所述缆线的这种容纳空间的需求也不再存在。

以下将结合下面所列附图描述本发明的另外的优点和优选实施方式。在以下说明中，附图中所指的表述“左”、“右”、“底”和“顶”是指附图和附图标记的指示能被读取的定向。

附图说明

图1示出根据本发明的包括测量单元的轮胎维修机用测量组件的立体图，

图2示出根据本发明的示例性测量单元的多个视图，

图3示出根据本发明用在测量单元内的示例性支撑板的多个视图，

图4示出作为例子采用根据本发明的测量组件的车轮平衡机的立体图，

图5示出根据本发明的附加测量单元的立体图，

图6示出作为用于理解本发明的另一测量单元的例子的半自动参数输入单元的细节立体图，

图7示出作为用于理解本发明的另一测量单元的例子的激光扫描器单元的细节立体图。

具体实施方式

图1中所示的实施方式是用于测量力的测量组件10，特别是由尤其为旋转车辆车轮(未示出)的旋转转子的不平衡产生的不平衡力。测量轴12可旋转地安装在第一轴承40内以围绕其轴轴线Z旋转。在该例子中，例如，测量轴12借助于管状第一轴承40内的滚柱轴承(未示出)可旋转地支撑。

驱动机构70、尤其为电动马达设置用于使测量轴12在第一轴承40内旋转。驱动机构70的旋转借助于传动带72传送至测量轴12。驱动机构70自身通过支撑构件74相对于第一轴承40支撑，支撑构件74刚性地连接至第一轴承40和驱动机构70。

接着，电子机构76设置例如用于驱动夹持系统，该夹持系统用于借助于夹持机构14将车辆车轮夹持在测量轴12上。但是，在不同的例子中，电子机构76也能够控制附加或不同的电子部件。

测量组件10连接至轮胎维修机的机器框架，其设计为仅借助于测量单元20来使用。由于驱动机构70而且没有另外的部件(不管上述测量单元20)连接至机器框架，能够实现不平衡力的独立测量。

旋转编码器单元100提供主轴12的旋转位置，使得由测量单元20测量的力能够对应于主轴的具体旋转位置。换句话说，需要旋转位置以使测量的力值与车轮上的物理位置相关，以便计算用于平衡车轮所需的平衡重量。旋转编码器单元100在该例子中是光学编码器，例如具有从欧洲专利1089059已知的构造。

现在参照图2更详细地描述测量单元20。图2示出从不同视角看的测量单元20的多个视图。

横向轴线X和枢轴线Y被示出为关于测量轴12的轴轴线Z的方向正交。轴线X、Y和Z形成轴线的正交系统。该正交系统的原点描绘在测量轴12在轴轴线Z的方向上的中心与支撑板30的厚度方向上的中心平面相交的点处，其中支撑板30在横向轴线X和枢轴线Y上延伸。支撑板30将测量轴12和由此安装在其上的旋转转子基本上支撑在轮胎维修机的框架或壳体上。但是，本领域技术人员意识到该轴线选择是任意的并且轴线能够很容易限定。

应当注意到，虽然横向轴线X示出为水平且枢轴线Y示出为竖直定向，该布置不限于此且本领域技术人员可以设想到例如具有围绕特定角度旋转的整个组件的其它定向。

第二轴承50支撑插入其中的第一轴承40并且围绕对应于枢轴线Y的轴线支撑第一轴承40。

第二轴承50支撑在固定框架60内，使得在横向轴线X的方向上的平移运动是可能的。相应地，第二轴承50和固定框架60之间的平移运动垂直于由第二轴承50围绕第一轴承40限定的枢轴线Y。换句话说，两个运动的轴线、即围绕枢轴线Y的旋转和在横向轴线X的方向上的平移的轴线，都正交于轴轴线Z。

在该例子中，第一轴承40、第二轴承50和固定框架60的至少部分由现在参照图3更详细描述的单个支撑板30形成。图3示出从不同视角看到的支撑板30的不同侧向视图。对于X、Y和Z，引用参考图2描述的相同轴线。

在支撑板30的中心，提供通孔31，由第一轴承40环绕的测量轴12穿过通孔31插入。为此，支撑板30还包括改进支撑板30和管状第一轴承40之间的联接的薄的环形构件42。从环形构件42径向向外设置第二轴承50。在第二轴承50和环形构件42之间，几乎环形构件42的整个周向除了两个相对定位的薄部分、即第一弹簧元件32以外具有自由空间33。提供第一弹簧元件32以围绕第二轴承50枢转地支撑环形构件42及由此插入其中的第一轴承40。在该例子中，第一弹簧元件32也能够称为扭力弹簧。这些扭力弹簧32的刚性和力常数能够通过具体实施的几何结构考量来调整。在该例子中，扭力弹簧与枢轴线Y对准，使得测量轴12能够凭借扭力弹簧枢转。

最后，进一步径向向外，支撑板30包括将测量组件10与轮胎维修机(未示出)的机器框架连接的固定框架60。第二轴承50和固定框架60之间的自由空间35由四个第二弹簧元件34桥接，在该例子中是在X-Y平面(该平面具有与其对准的支撑板30)中在第二轴承50的所有边缘处基本上对称地布置的板簧34。板簧34支撑关于固定的固定框架60沿着横向轴线X可动的第二轴承50。

总之，第一轴承40及由此测量轴12允许围绕枢轴线Y的枢转运动和沿着横向轴线X的线性运动。在该例子中，枢轴线Y和横向轴线X相对于彼此正交，由此允许测量对应运动的测量的完全分离。

从环形构件42的中心在横向轴线X的方向上朝向固定框架60径向向外形成有传感器凹槽36。安装在其中的传感器能够确保这种传感器的测量方向关于沿着横向轴线X的线性运动被优化，并且同时测量单元20的总延伸不会在轴轴线Z的轴向方向上超出支撑板30的尺寸。

在一个例子中，整个管状第一轴承40也能够形成为支撑板30的一体部分。在另一例子中，管状第一轴承40能够诸如通过焊接或不同的合适的工艺固定至环形构件42。在另一例子中，支撑板30不提供环形构件42并且第一轴承40直接固定至第一弹簧元件32。

现在广泛地讨论涉及支撑板30的支撑结构，将再次参照图2描述实际力和运动测量布置。第一力传感器22测量由旋转转子的不平衡产生且围绕枢轴线Y枢转地作用的力。第二力传感器24测量也由旋转转子的不平衡产生且沿着横向轴线X线性地作用在测量轴12和第二轴承50上的力。

第一力传感器22定位并张紧在第一轴承40和第二轴承50之间。力传感器22的测量或检测轴线基本上对应于轴轴线Z并且测量第一轴承40围绕枢轴线Y枢转的力。虽然在该例子中，检测轴线基本上平行于轴轴线Z，也可以设想其它测量轴线。但是，第一力传感器22的检测轴线必须关于枢轴线Y成角度倾斜。因此优选的是，枢轴线Y和第一力传感器22的测量方向或检测轴线之间的角度接近于90°，诸如75°至105°，优选为80°至100°，更优选为85°至95°。

第一力传感器22的一端附接至驱动支撑构件74。由此，用于支撑第一力传感器22的附加支撑结构不是必要的。第一力传感器22的另一端附接至杆26，杆26借助于可选的杆连接机构28、在该例子中诸如两个螺钉刚性固定至第二轴承50。杆26执行围绕枢轴线Y径向向外至邻近第一力传感器22的附接至驱动支撑构件74的一端的位置的任何枢转运动。通过增大与枢轴线Y的距离，由杆26和驱动支撑构件74之间的旋转引起的移位变得更大，由此减小第一力传感器22的误差。但是，由于第一力传感器22设置在驱动支撑构件74与第二轴承50之间的空间中，总延伸不会增加。

代替连接在第二轴承50和驱动支撑机构74之间，第一力传感器22也能够连接在固定框架60和第一轴承40分别与驱动支撑机构74之间。在该例子中，第一力传感器22测量与沿着横向轴线X的纵向运动重叠的围绕枢轴线Y的枢转运动。但是，由于纵向运动正交于枢转运动，两种运动能够容易地分离。

第二力传感器24在传感器凹槽36内定位于第二轴承50和固定框架60之间。因此，第二力传感器24不必在支撑板30上轴向延伸。由此，测量单元20的总大小和尺寸能减小。由于传感器凹槽36关于用于在其中接收测量轴12的通孔31的中心在径向方向上设置，第二力传感器24的测量或检测轴线与测量轴12的中心相交并且对应于横向轴线X。

虽然第一力传感器22和第二力传感器24示例位于附图所示的具体位置，本领域技术人员也可以设想到用于各个传感器的不同位置。更重要地，第一力传感器22和第二力传感器24各自的位置以及各个检测轴线的定向必须允许两个运动的轴线分离，所述两个运动即围绕枢轴线Y的旋转和沿着横向轴线Y的平移。

在该例子中，压电力传感器能够用作第一力传感器22和第二力传感器24的例子。但是，还考虑本领域技术人员已知的不同类型的力传感器。

图4示出作为轮胎维修机的例子的车轮平衡机200的示意性立体图。图4示出车轮平衡机200，从其前侧具有安装至机器框架202的顶部的测量组件10。测量组件10和测量轴12借助于测量单元20支撑在机器框架202上。

车轮平衡机200通过使不平衡的车辆车轮围绕主轴5旋转并测量由任何不平衡产生的影响来操作，以便将配重附接在车辆车轮轮辋的内周表面上的适当位置处。

为此目的，图4中所示的示例性车轮平衡机200提供四个不同的示例性测量单元20、80、90和100，现在将进一步详细公开。所有测量单元20、80、90和100能够被实现为可替换的独立单元，其能够独立执行测量而不依赖于车轮平衡机200的剩余部分尤其是电子元器件的信息。为此，每个测量单元20、80、90和100分别包括处理部件28、88、98和108，其布置用于接收并处理由包含在各个测量部件20、80、90和100的传感器部件中的传感器接收的测量数据。优选地，各个处理部件28、88、98和108接收原始数据并处理原始数据，使得车轮平衡机200能够变为独立于传感器或测量单元的具体选择，因为处理的数据通常可例如以常用数据格式理解。由此，各个测量单元20、80、90和100中的每个也可以容易地安装校准，使得针对各个测量装置的安装和维修工作最小化。另外，测量单元20、80、90和100中的每个能够由不同的或替代的测量单元替代，而不会使对剩余车轮平衡机200的改变或重新校准变为必须的。

另外，处理部件28、88、98和108中的每个分别连接至或包括数据通信部件29、89、99和109。在该例子中，每个数据通信部件29、89、99和109设置为无线数据通信。借助于对应的数据通信部件29、89、99和109，由对应的处理部件处理的数据能够在各个测量单元20、80、90和100之间传输并且也在对应的测量单元与车轮平衡机200的中央处理单元208之间传输。为此，车轮平衡机200包括与中央处理单元208连接的数据通信部件209。优选地，数据通信部件209也是无线数据通信部件，其布置为通过预定义的协议与诸如数据通信部件29、89、99和109的其它数据通信部件通信。

通过将数据通信部件29、89、99和109作为无线数据通信部件提供，能够省略与缆线相关的安装和连接工作，使得能够实现较容易且更不易出错的组装和维修，诸如像缆线的错误连接。此外，通过舍弃任何物理缆线，不再需要由缆线占据的空间并且车轮平衡机200的总尺寸能够减小，由此可能改进本领域理解的平衡结果。

另外，通过采用预定义的协议，数据通信变为独立于所使用的具体测量传感器。更特别地，数据通信部件28、88、98和108的受讯者能够识别处理的数据，而不必鉴于传感器的特殊性分析数据。因此，可以改变、替换测量传感器和/或给测量单元20、80、90、100增加测量传感器，而诸如示例性车轮平衡机200的中央处理单元208的其它数据通信部件不难理解改变的和/或附加的数据。

已经参照图1至3描述测量单元20。接着，将进一步详细地参照图5至7描述另一示例性测量单元80和90和100中的每个。具体地，测量单元80是半自动参数输入(SAPE)单元80并且将参照图6描述。测量单元90是诸如枢转激光扫描器单元90的几何结构感测单元90，并且将参照图7描述。

图5对应于图1，其中旋转编码器单元100和测量单元20示出为具有相应的处理部件28、108和数据通信部件29、109。相应地，测量单元20和旋转编码器单元100能够借助于预定义的协议经由数据通信部件209容易地与中央处理单元208通信。

SAPE单元80包括具有轴向延伸区段81和径向旋转区段82的试探部件。试探部件以弯曲臂的形式形成，其中径向旋转区段82从轴向延伸区段81的前向端基本上垂直地延伸。在本文中，车轮平衡机的车辆车轮安装侧指示“前向”。

图6示出处于静止位置的SAPE单元80，在该位置，轴向延伸区段81回缩至测量组件20的后侧并且径向旋转区段82关于车轮平衡机200基本上水平，如能够在图4中清楚看到的。推件力借助于弹簧83施加在轴向延伸区段81上，弹簧83将轴向延伸区段81朝向静止位置偏压。

另外，能够提供用于将径向旋转区段82朝向径向静止位置偏压的保持机构，诸如扭力弹簧(未示出)。

围绕旋转轴线R的径向旋转和沿着延伸轴线E的轴向延伸由此能够分别借助于第一传感器84和第二传感器85基于保持力来确定。在该例子中，第一传感器84和第二传感器85设置为电位计，其中还可以设想不同的传感器机构。

第一传感器84和径向旋转区段82之间的联接借助于齿轮87实现。第二传感器85和轴向延伸区段81之间的联接借助于设置在轴向延伸区段81的表面上的齿条86实现，该齿条86与设置有第二传感器85的齿轮87接合。

第一传感器84和第二传感器85与用于接收并处理由对应的传感器感测的数据的处理部件88连接。处理部件88能够借助于在该例子中是无线数据传输单元的数据通信部件89从车轮平衡机200、更具体为从其数据通信部件209传送并接收处理的数据和/或进一步的信息。

在该例子中，试探部件能够由使用者人工定位，以便指示例如车辆车轮的轮辋的轮辐的位置。

在另一例子中，第一传感器84和第二传感器85还能够包括用于朝向限定位置驱动轴向延伸区段81和径向旋转区段82的驱动机构，所述限定位置诸如为用于施加由车轮平衡机200的中央处理单元208计算的平衡重量的位置。

在另一例子中，待施加的重量的位置能够借助于几何结构感测单元90(以下描述的)来指示。重量由此能够安装在径向旋转区段82的端部上且通过人工地或自动地使试探单元朝向指示位置运动且经由用于重量的试探单元在轮辋的指示位置施加压力以附接在特定位置处来附接在指示位置处。

最后，图7是几何结构感测单元90的示意性立体图，其包括作为其主部件的第一感测部件91(其为光学感测部件)、包括位置感测元件的第二感测部件(未示出)、和驱动机构94。几何结构感测单元90还包括外壳96和基本上全等于外壳96的基部96a布置在外壳96的侧壁96b的上端处的覆盖件97。优选为光学感测单元的第一感测单元91包括发射器92和接收器93。优选为激光器的发射器92和优选为CCD传感器的接收器93固定地联接至外壳96，并且相对于彼此以固定关系设置，在其光学轴线之间限定锐角、优选等于或小于45°。发射器92能够发射光束，而接收器94能够接收从车轮的轮胎和/或轮辋反射的光束。

驱动机构94优选是微型步进电机并且还容纳在外壳96中且固定地联接至外壳96。驱动机构94还能够包括齿轮(未示出)，其与枢轴线AP对准，几何结构感测单元90围绕枢轴线AP可以在枢转方向DP上反向枢转。在该实施方式中，枢轴线AP竖直定向。但是，几何结构感测单元90能够以任何其它定向布置，即枢轴线AP水平地定向或位于水平定向和竖直定向之间的某处位置。

外壳96和覆盖件97由任何适当的材料制成，优选为塑料或金属。在一种实施方式中，外壳96可以由金属制成，用于为几何结构感测单元90的部件提供强基部，并且覆盖件97由用于使无线数据传输成为可能的塑料制成。

当几何结构感测单元90安装至机器时，几何结构感测单元90的设计允许仅发射器92必须被调整。由于通过外壳96在发射器92和接收器93之间限定的关系，进一步调整是不必要的。但是，也可以调整发射器92和接收器93，例如在组装传感器装置1的同时。

几何结构感测单元90安装至诸如车轮平衡机200的维修机的框架结构上，以在平行于外壳96的基部96a的平面中围绕枢轴线AP在枢转方向DP上反向枢转。

也容纳在感测单元90的外壳96中的第二感测部件包括在枢转运动过程中用于检测感测单元90的位置的位置感测元件。第二感测部件可以包括任何适当的位置感测元件(未示出)，优选为至少一个，更优选为两个加速计。

为了在待维修的车轮上执行维修操作，第一感测部件91指向车轮用于扫描轮胎和/或轮辋的表面，例如用于检测轮胎或轮辋的几何结构。在车轮平衡机200的情况下，几何结构感测单元90可以用于识别待附接至轮辋用于校平车轮的不平衡的平衡器重量的位置。

感测单元90包括用于确定仅基于从第一感测部件91和/或第二感测部件获得的测量数据扫描的轮胎或轮辋的表面部分的距离和角度位置的数据处理部件98。对应数据传输至车轮平衡机200的中央处理单元208，例如用于控制车轮围绕轴轴线12的旋转，用于将车轮旋转至预定位置，在该预定位置，必须布置平衡器重量或者已检测到变形。基于加速计传感器的数据，感测单元90的枢转位置也可以通过车轮平衡机200的中央处理单元208控制。

最后，几何结构感测单元90包括用于与车轮平衡机200的数据通信部件209和另外的测量单元20、80和100的数据通信部件29、89和109通信数据的数据通信部件99。该数据通信优选地也借助于预定义的协议无线地进行，具有涉及另外的测量单元20、80和100的上述优点。

几何结构感测单元90还设计为紧凑单元，其包括用于扫描车辆车轮和用于处理扫描的数据必须的所有部件。因此，几何结构感测单元90可以用作便携式感测装置，其可以暂时地或永久地联接至车轮维修机200的框架结构。

元件列表

10测量组件

12测量轴

14夹持机构

20测量单元

22第一力传感器

24第二力传感器

26杆

27杆连接机构

28处理部件

29数据通信部件

30支撑板

31通孔

32扭力弹簧

33自由空间

34板簧

35自由空间

36传感器凹槽

40第一轴承

42环形构件

50第二轴承

60固定框架

70驱动机构

72传动带

74支撑构件

76电子元器件

80半自动参数输入(SAPE)单元

81轴向延伸区段

82径向旋转区段

83弹簧

84第一传感器

85第二传感器

86齿条

87齿轮

88处理部件

89数据通信部件

90几何结构感测单元

91第一感测部件

92发射器

93接收器

94驱动机构

96外壳

96a基部

96b侧壁

97覆盖件

98处理部件

99数据通信部件

100旋转编码器单元

108处理部件

109数据通信部件

200车轮平衡机

208中央处理部件

209数据通信部件

E SAPE延伸方向

R SAPE旋转方向

X横向轴线

Y枢轴线

Z轴轴线

AP几何结构感测单元枢轴线

DP几何结构感测单元枢转方向

Claims (20)

1.一种用于测量由安装在测量轴(12)上的转子的不平衡产生的力的测量单元(20)，所述测量单元(20)包括：

-固定框架(60)，

-第一轴承(40)，其用于接收所述测量轴(12)，所述测量轴(12)能够绕其轴轴线(Z)旋转，

-第二轴承(50)，其围绕与轴轴线(Z)相交的枢轴线(Y)枢转地支撑第一轴承(40)并且被支撑在固定框架(60)上，

-至少一个第一弹簧(32)，用于将第一轴承(40)围绕枢轴线(Y)枢转地支撑在第二轴承(50)内，

-第一力传感器(22)，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且围绕枢轴线(Y)作用在测量轴(12)上的力，和

-第二力传感器(24)，其用于测量由旋转转子的不平衡产生且在与轴轴线(Z)相交的方向上作用在测量轴(12)上和第二轴承(50)上的力，

其特征在于，第二轴承(50)和固定框架(60)由作为支撑板(30)的单个元件一体地形成，支撑板(30)还包括用于测量轴(12)插入的通孔(31)和设置在通孔(31)中用于支撑第一轴承(40)的环形构件(42)，其中环形构件(42)通过至少一个第一弹簧(32)联接至第二轴承(50)。

2.根据权利要求1所述的测量单元(20)，其中，所述转子是安装在车轮平衡机的测量轴(12)上的车辆车轮。

3.根据权利要求1所述的测量单元(20)，其中，第二力传感器(24)的检测轴线布置为基本上垂直于枢轴线(Y)和轴轴线(Z)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量单元(20)，其中，第一力传感器(22)的检测轴线布置为基本上平行于轴轴线(Z)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的测量单元(20)，其中，至少一个第一弹簧(32)为扭力弹簧。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的测量单元(20)，其中，支撑板(30)包括作为其一体部分的至少一个第一弹簧(32)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的测量单元(20)，包括至少一个第二弹簧(34)，用于将第二轴承(50)支撑在固定框架(60)内。

8.根据权利要求7所述的测量单元(20)，其中，所述至少一个第二弹簧(34)为至少一个板簧。

9.根据权利要求7所述的测量单元(20)，其中，至少一个第二弹簧(34)被构造为使得第二轴承(50)在垂直于轴轴线(Z)和/或枢轴线(Y)的轴线(X)上能够相对于固定框架(60)平移运动。

10.根据权利要求7所述的测量单元(20)，其中，支撑板(30)包括作为其一体部分的至少一个第二弹簧(34)。

11.根据权利要求9所述的测量单元(20)，其中，支撑板(30)包括作为其一体部分的至少一个第二弹簧(34)。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的测量单元(20)，其中，支撑板(30)包括传感器接收凹槽(36)，用于将第二力传感器(24)垂直于轴轴线(Z)和枢轴线(Y)接收在第二轴承(50)和固定框架(60)之间。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的测量单元(20)，包括：

处理部件(28)，其用于处理由第一力传感器(22)和/或第二力传感器(24)接收的数据，和

数据通信部件(29)，其用于执行与另一数据通信部件的数据通信。

14.根据权利要求13所述的测量单元(20)，其中，用于执行与另一数据通信部件的数据通信的数据通信部件(29)是用于传送由处理部件(28)处理的数据的数据通信部件(29)。

15.根据权利要求13所述的测量单元(20)，其中，数据通信部件(29)布置为用于根据预定义的协议与另一数据通信部件无线通信。

16.一种测量组件(10)，其包括根据权利要求1至15中任一项所述的测量单元(20)和与用于支撑驱动机构(70)的第一轴承(40)刚性连接的驱动支撑构件(74)，所述驱动机构(70)用于使转子围绕轴轴线(Z)旋转，其中，第一力传感器(22)的一端安装至驱动支撑构件(74)。

17.根据权利要求16所述的测量组件(10)，包括从第二轴承(50)基本上平行于驱动支撑构件(74)延伸的杆(26)，其中第一力传感器(22)的第二端安装至杆(26)。

18.一种车轮平衡机，其包括机器框架和根据权利要求1至15中任一项所述的测量单元(20)或根据权利要求16或17所述的测量组件(10)。

19.一种车轮平衡机，其包括根据权利要求13至15中任一项所述的测量单元(20)，或当包括根据权利要求13至15中任一项所述的测量单元(20)时的根据权利要求16或17所述的测量组件(10)，和布置为用于根据预定义的协议与测量单元(20)或测量组件(10)的数据通信部件通信的中央处理单元。

20.根据权利要求19所述的车轮平衡机，其中，所述中央处理单元布置为用于根据预定义的协议与测量单元(20)或测量组件(10)的数据通信部件无线通信。

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