ES2261825T3 - Aparato de prueba de momentos de torsion. - Google Patents
Aparato de prueba de momentos de torsion.Info
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Abstract
Aparato de prueba para determinar momentos de torsión, que comprende: medios sensores para generar señales eléctricas correspondientes a momentos de torsión ejercidos, y medios de procesamiento de señales a los que se aplican las señales eléctricas de los medios sensores y que proporcionan valores de medición del momento de torsión ejercido, caracterizado porque (a) el aparato de prueba presenta varios cabezales de medición (54, 56, 58, 60, 62), cada uno de los cuales comprende un sensor de momento de torsión, (b) cada cabezal de medición (54, 56, 58, 60, 62) comprende medios de procesamiento de señales (36) separados, provistos de una salida de señales para el cabezal de medición (52) y dispuestos en el cabezal de medición (54, 56, 58, 60, 62) junto al sensor del momento de torsión respectivo, (c) los medios de procesamiento de señales de los cabezales de medición comprende medios de calibrado para garantizar que los datos de medición del momento de torsión sean iguales en todos los cabezales de medición para momentos de torsión iguales en las salidas de señales (52; 52A, 52B, 52C) de estos últimos, y (d) las salidas de señales de todos los cabezales de medición (54, 56, 58, 60, 62) están conectadas directamente y en paralelo a los medios de presentación o de evaluación (70, 78).
Description
Aparato de prueba de momentos de torsión.
La invención se refiere a un aparato de prueba
para determinar momentos de torsión, que comprende: medios sensores
para generar señales eléctricas conforme a momentos de torsión
ejercidos, y medios de procesamiento de señales a los que están
aplicadas las señales eléctricas de los medios sensores y que
proporcionan valores de medición para el momento de torsión
ejercido.
Tales cabezales de medición se utilizan, por
ejemplo, para calibrar llaves dinamométricas. Los medios sensores
contienen habitualmente bandas extensométricas. Estas bandas
extensométricas están pegadas sobre piezas que se deforman por
efecto del momento de torsión que se ha de medir. Tales bandas
extensométricas proporcionan señales analógicas muy débiles. En la
mayoría de los casos, las señales analógicas no son exactamente
proporcionales al momento de torsión ejercido sobre el sensor de
momento de torsión. Por lo tanto, es necesario procesar la señal
para que ésta reproduzca exactamente el momento de torsión. Esta
señal se indica mediante medios de presentación o se suministra de
cualquier otro modo a unos medios de evaluación, por ejemplo para
determinar el desarrollo temporal o la distribución estadística del
momento de torsión.
Un cabezal de medición de este tipo se describe
por ejemplo en el documento US 4.976.133. Una llave dinamométrica
contiene un indicador de momento de torsión eléctrico con un puente
de bandas extensométricas. Para calibrar una llave dinamométrica
así, está previsto un cabezal de medición que está construido
también con un puente de bandas extensométricas y en el que se
ejerce un momento de torsión con la llave dinamométrica. Las señales
del indicador de momento de torsión y del cabezal de medición se
comparan y ocasionan un proceso de calibrado.
Cada sensor de momento de torsión tiene un
alcance de medición limitado en el que funciona de forma óptima. Por
lo tanto, para distintos rangos de medición están previstos
distintos cabezales de medición con sensores de momento de torsión
correspondientemente distintos. Estos distintos cabezales de
medición se conectan según sea necesario a los medios de
presentación o evaluación o se aplican mediante un conmutador.
El procesamiento de las señales para generar la
señal que reproduzca exactamente el momento de torsión se realiza
habitualmente en los medios de evaluación. A éstos es a donde se
conduce la señal analógica. Esto parece razonable, especialmente si
hay varios sensores de momento de torsión que pueden conectarse de
modo opcional a los medios de presentación y evaluación. En este
caso, los medios de procesamiento de señales han de preverse sólo
una vez.
La transmisión de la señal analógica a los
medios de presentación y evaluación encierra el peligro de
falseamiento de la señal por influencias perturbadoras. Se requieren
costosas medidas de apantallado.
La conexión o conmutación de cabezales de
medición a los medios de presentación y evaluación es engorrosa y
puede ocasionar errores de manejo.
La invención tiene como objetivo configurar un
aparato de prueba del tipo mencionado al principio de modo que
puedan medirse momentos de torsión dentro de un amplio rango de
medición evitando perturbaciones y errores de manejo.
Este objetivo se logra según la invención
gracias a que
(a) el aparato de prueba presenta varios
cabezales de medición, cada uno de los cuales tiene un sensor de
momento de torsión,
(b) cada cabezal de medición contiene medios de
procesamiento de señales separados, provistos de una salida de
señales de cabezal de medición, y dispuestos en el cabezal de
medición junto al sensor de momento de torsión respectivo,
(c) los medios de procesamiento de señales de
los cabezales de medición contienen medios de calibrado que
garantizan que los datos de medición de momento de torsión sean
iguales en todos los cabezales de medición para momentos de torsión
iguales en las salidas de señales de estos últimos, y
(d) las salidas de señales de todos los
cabezales de medición están conectadas directamente y en paralelo a
los medios de presentación y evaluación.
Así pues, según la invención están previstos
varios cabezales de medición, que pueden tener distintos rangos de
medición o bien estar adaptados a distintas herramientas que se
hayan de verificar. Cada uno de estos cabezales de medición presenta
medios de procesamiento de señales propios. Los medios de
procesamiento de señales están con igual calibración, de modo que
los datos de medición de momento de torsión suministrados por ellos
son comparables entre sí. Un determinado momento de torsión T, que
actúa sobre un cabezal de medición, suministra en la salida de
señales de este cabezal de medición los mismos datos de medición que
los que suministraría el momento de torsión T en la salida de
señales de otro cabezal de medición. En el calibrado, los medios de
procesamiento de señales individuales permiten tener en cuenta
ausencias de linealidad individuales de los sensores de momento de
torsión. Así, resulta fácil conectar los cabezales de medición
directamente y en paralelo a los medios de presentación o
evaluación. Si se ejerce un momento de torsión sobre cualquiera de
los cabezales de medición, este momento de torsión se presenta o
evalúa automáticamente con el calibrado correcto. La utilización de
medios de procesamiento de señales propios en cada cabezal de
medición constituye un gasto adicional. Sin embargo, este gasto se
compensa en gran parte con la posibilidad de prescindir de las
costosas medidas de apantallado y la supresión de interferencias, y
de los medios de conmutación. Además, se obtiene la ventaja de un
manejo más sencillo y por lo tanto un menor peligro de que se
produzcan errores de manejo.
La invención resulta particularmente ventajosa
si, al menos, algunos de los cabezales de medición son distintos,
por ejemplo porque, al menos, algunos de los cabezales de medición
presenten rangos de medición distintos.
Los medios de procesamiento de señales contienen
ventajosamente un convertidor A/D para convertir señales analógicas
del sensor de momento de torsión en datos digitales, apareciendo
estos datos digitales, si es necesario después de un procesamiento
digital adicional de las señales, en las salidas de señales de los
cabezales de medición. Los datos digitales pueden transmitirse
también prácticamente sin perturbaciones a medios de presentación o
evaluación remotos. En particular pueden estar previstos medios para
transmisión inalámbrica de los datos presentes en las salidas de
señales de los cabezales de medición a los medios de presentación o
evaluación.
Puede estar previsto al menos un cabezal de
medición en una llave dinamométrica.
Una forma de realización particularmente
ventajosa prevé que
(a) al menos uno de los cabezales de medición
presente una carcasa fija y, como sensor de momento de torsión, un
cuerpo anular exterior sujeto firmemente a la carcasa, un cuerpo
anular interior con una pieza motriz para la aplicación de un
momento de torsión que se haya de medir, que esté unido al cuerpo
anular exterior mediante nervios, y medios transductores que
reaccionan a la deformación de los nervios bajo la acción del
momento de torsión,
(b) los medios de procesamiento de señales estén
montados en una placa que presente una perforación central, esté
dispuesta en un hueco dentro del cuerpo anular exterior sobre el
cuerpo anular interior y los nervios y unida al cuerpo anular
interior, y
(c) la pieza motriz sobresale a través de la
perforación central de la placa.
A continuación se describen más detalladamente
ejemplos de realización de la invención con referencia a los dibujos
correspondientes.
La figura 1 es una representación esquemática en
perspectiva y muestra un sensor de momento de torsión en el que está
instalada una placa con medios de procesamiento de señales.
La figura 2 es una representación esquemática
desarrollada semejante a la de la figura 1.
La figura 3 es una representación esquemática de
un aparato de prueba con varios cabezales de medición y un
dispositivo de presentación conjunto.
La figura 4 es una representación esquemática,
semejante a la de la figura 3, de un aparato de prueba con medios de
presentación y evaluación.
La figura 5 es una representación esquemática
semejante a la de las figuras 3 y 4 y muestra un aparato de prueba
en el que está previsto un ordenador con pantalla para presentación
y evaluación.
La figura 6 es un diagrama de bloques de los
medios de procesamiento de señales.
En las figuras 1 y 2 se designa de forma general
con 10 un sensor de momento de torsión. Como puede observarse
especialmente en la figura 2, el sensor de momento de torsión 10
comprende un cuerpo anular exterior 12 y un cuerpo anular interior
14. El cuerpo anular exterior 12 y el interior 14 están unidos entre
sí mediante unos nervios radiales 16 y 18. Los nervios 16 tienen una
anchura relativamente grande en la dirección periférica, pero sus
dimensiones axiales son relativamente pequeñas. Las dimensiones
axiales de los nervios 16 son considerablemente menores que el
espesor axial del cuerpo anular exterior 12. Los nervios 18 son
estrechos en la dirección periférica, pero en dirección axial se
extienden casi por encima del espesor total del cuerpo anular
exterior 12. Los nervios anchos y estrechos 16 y 18 se alternan. Los
nervios 16 y 18 están dispuestos regularmente, en cada caso con un
desplazamiento angular de 45º entre nervios 16 y 18 adyacentes, de
modo que se forma una cruz de cuatro nervios anchos, con un
desplazamiento angular de 90º entre ellos. Los nervios anchos llevan
bandas extensométricas 20, que están dispuestas en un circuito
puente. Un sensor de momento de torsión de este tipo se describe en
el documento DE 20209850 U1. En la perforación central 22 del cuerpo
anular interior 14 se halla una pieza motriz 24, en la que puede
actuar una herramienta (no representada) para ejercer el momento de
torsión que ha de medirse.
La superficie delantera, en la figura 2, del
cuerpo anular interior 14 y las superficies frontales delanteras de
los nervios 16 y 18 se hallan en un plano que está algo desplazado
hacia atrás respecto del plano de la superficie frontal delantera
del cuerpo anular exterior. De este modo se forma un hueco plano
dentro del cuerpo anular exterior 12 y delante del cuerpo anular
interior 14. En este hueco se encuentra una placa 26. La placa está
fijada al cuerpo anular interior 14 mediante tornillos 28. La placa
26 presenta con este fin unos agujeros roscados 30. Los tornillos
28 pasan a través de los agujeros roscados 30 y unas piezas
separadoras 32 y están atornillados en unos taladros roscados 34 del
cuerpo anular interior 14. De este modo se mantiene la placa 26
separada del cuerpo anular interior 14 y de los nervios 16 y 18. La
placa 26 lleva en su lado posterior, que queda orientado hacia la
pieza anular 14, los componentes de los medios de procesamiento de
señales indicados esquemáticamente en las figuras 1 y 2 y designados
en las mismas de un modo general con la referencia 36.
La placa tiene una perforación central 38. A
través de esta perforación central 38 sobresale la pieza motriz 24,
como puede observarse especialmente en la figura 1.
Los medios de procesamiento de señales 36 están
representados en la figura 6. En la figura 6 están representados, a
la izquierda de la línea 40, el transductor 42 y la parte analógica
de los medios de procesamiento de señales 36 y, a la derecha de la
línea 40, la parte digital de los medios de procesamiento de señales
36. El transductor 42 es un circuito puente de bandas
extensométricas 44. Las bandas extensométricas 44 están pegadas
sobre los nervios anchos 16.
Al ejercerse un momento de torsión, las bandas
extensométricas 44 se ven sometidas a un esfuerzo de cizalla y
modifican por ello sus resistencias. Las bandas extensométricas
suministran una señal analógica débil. Esta señal analógica se
aplica a un circuito integrado 46. El circuito integrado 46 está
montado en el lado posterior de la placa 26. Entre el transductor 42
y el circuito 46, las líneas de transmisión son cortas. De este modo
se reducen al mínimo las perturbaciones. El circuito integrado 44 es
una combinación de pre-amplificador y convertidor
A/D. Mediante el pre-amplificador se aumenta la
débil señal analógica al nivel necesario para la conversión A/D. El
convertidor A/D genera los datos de medición digitales que
reproducen la señal analógica. Éstos se aplican mediante un bus 48 a
un circuito integrado 50. El circuito 50 convierte los datos de
medición del bus en una señal digital, que reproduce el momento de
torsión ejercido en Nm o mNm. Mediante el circuito se compensan
desviaciones residuales y ausencias de linealidad. Además, se
realiza un ajuste con respecto al calibrado. A continuación se
recibe, en una salida de señales del cabezal de medición, una señal
digital que reproduce directamente el momento de torsión en Nm o
mNm.
En lugar de ello, el circuito integrado puede
estar diseñado también de modo que el cabezal de medición suministre
el valor máximo de momento de torsión de un impulso de momento de
torsión.
La figura 3 muestra un aparato de prueba con
tres cabezales de medición 54, 56 y 58 del tipo arriba descrito y
dos llaves dinamométricas 60 y 62, que también presentan cada una un
sensor de momento de torsión con medios de procesamiento de señales
según la figura 6. En cada uno de los cabezales de medición 54, 56 y
58, el cuerpo exterior anular 12 del sensor de momento de torsión se
halla fijo en una carcasa fija 64, 66 ó 68. Los cabezales de
medición 54, 56 y 58 y las llaves dinamométricas 60 y 62 están todos
conectados directamente, es decir sin más procesamiento de señales,
y en paralelo a un dispositivo de presentación 70. La transmisión de
los datos de medición de momento de torsión digitales de la llave
dinamométrica 60 se realiza de forma inalámbrica, lo que se indica
mediante la conexión en puntos 72. Para ello, el dispositivo de
presentación 70 está conectado a un receptor 74.
El cabezal de medición 54 es un cabezal de
medición para verificar tornillos. Los momentos de torsión se
ejercen por impulsos, en forma de golpes sucesivos. El cabezal de
medición está diseñado con sus medios de procesamiento de señales de
modo que en su salida de señales 52A aparezcan datos de medición
digitales que reproduzcan el momento de torsión máximo del impulso
de momento de torsión. Estos datos de medición de momento de torsión
se transmiten mediante una línea de datos 76A al dispositivo de
presentación 70.
Los cabezales de medición 56 y 58 suministran en
sus salidas de señales 52B ó 52C datos de medición de momento de
torsión digitales en distintos rangos de medición. Los distintos
rangos de medición se logran confiriendo distintos grados de rigidez
a los nervios 16 correspondientes de los distintos sensores de
momento de torsión, o sea por ejemplo realizando los nervios 16 con
distintos espesores. Los datos de medición de momento de torsión se
transmiten al dispositivo de presentación 70 paralelamente entre sí,
y también con respecto a los datos de medición de momento de torsión
del cabezal de medición 54, a través de líneas de datos 76B ó
76C.
Como alternativa, los cabezales de medición 56 y
58 también pueden estar diseñados para rangos de medición iguales,
siendo no obstante las piezas de accionamiento 24 distintas para
poder adaptarse a distintas herramientas.
Los distintos cabezales de medición 54, 56 y 58
y las llaves dinamométricas 60, 62 están calibrados de igual modo.
Momentos de torsión iguales generan en los distintos cabezales de
medición datos de medición iguales.
La figura 4 corresponde en gran parte a la
figura 3 arriba descrita. Los elementos análogos están provistos de
referencias iguales a las de la figura 3.
En la forma de realización según la figura 4
está previsto un ordenador 78, por ejemplo un ordenador portátil,
además del dispositivo de presentación sencillo 70. Dicho ordenador
78 recibe los datos de medición de momento de torsión digitales
suministrados en cada caso por el dispositivo de presentación 70 a
través de una línea de datos 80 y un convertidor de nivel 82. El
ordenador 78 constituye un medio para la evaluación de los momentos
de torsión medidos. Así por ejemplo, el ordenador puede seguir el
desarrollo temporal de un momento de torsión ejercido por medio de
una llave dinamométrica y determinar la posición de un codo en la
curva característica momento de torsión-tiempo
producido al reaccionar la llave dinamométrica. Los datos de
medición pueden también registrarse y evaluarse de forma
estadística.
La figura 5 también es similar a las figuras 3 y
4. Los elementos análogos están provistos de nuevo de referencias
iguales a las de dichas figuras. En el aparato de prueba de la
figura 5 no está previsto ningún dispositivo de presentación, sino
sólo un ordenador 78. Todas las salidas de señales 52A, 52B y 52C de
los cabezales de medición y las salidas de las llaves dinamométricas
60 y 62 están conectadas a dicho ordenador 78 a través de un
convertidor de nivel 82. La pantalla del ordenador 78 adopta la
función del dispositivo de presentación 70.
Claims (7)
1. Aparato de prueba para determinar momentos de
torsión, que comprende: medios sensores para generar señales
eléctricas correspondientes a momentos de torsión ejercidos, y
medios de procesamiento de señales a los que se aplican las señales
eléctricas de los medios sensores y que proporcionan valores de
medición del momento de torsión ejercido, caracterizado
porque
(a) el aparato de prueba presenta varios
cabezales de medición (54, 56, 58, 60, 62), cada uno de los cuales
comprende un sensor de momento de torsión,
(b) cada cabezal de medición (54, 56, 58, 60,
62) comprende medios de procesamiento de señales (36) separados,
provistos de una salida de señales para el cabezal de medición (52)
y dispuestos en el cabezal de medición (54, 56, 58, 60, 62) junto al
sensor del momento de torsión respectivo,
(c) los medios de procesamiento de señales de
los cabezales de medición comprende medios de calibrado para
garantizar que los datos de medición del momento de torsión sean
iguales en todos los cabezales de medición para momentos de torsión
iguales en las salidas de señales (52; 52A, 52B, 52C) de estos
últimos, y
(d) las salidas de señales de todos los
cabezales de medición (54, 56, 58, 60, 62) están conectadas
directamente y en paralelo a los medios de presentación o de
evaluación (70, 78).
2. Aparato de prueba según la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos algunos de los cabezales de
medición (56, 58) presentan rangos de medición distintos.
3. Aparato de prueba según la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos uno de los cabezales de
medición (54) proporciona el valor máximo del momento de torsión de
un impulso de momento de torsión.
4. Aparato de prueba según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los medios de
procesamiento de señales (36) comprenden un convertidor A/D (46)
para convertir señales analógicas del sensor de momento de torsión
en datos digitales y estos datos digitales aparecen, si es necesario
después de un procesamiento adicional de las señales, en las salidas
de señales (52) de los cabezales de medición.
5. Aparato de prueba según la reivindicación 4,
caracterizado por medios (72, 74) para transmisión
inalámbrica de los datos presentes en las salidas de señales (52) de
los cabezales de medición a los medios de presentación o evaluación
(70, 78).
6. Aparato de prueba según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos está
previsto un cabezal de medición en una llave dinamométrica (60,
62).
7. Aparato de prueba según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque
(a) al menos uno de los cabezales de medición
(54, 56, 58) presenta una carcasa fija (64, 66, 68) y, como sensor
de momento de torsión (10), una pieza exterior anular (12) sujeta de
forma fija en la carcasa (64, 66, 68), una pieza interior anular
(14), que está unida a la pieza exterior por medio de unos nervios
(16), una pieza motriz (24) que está alojada en la pieza interior y
en la que puede ejercerse un momento de torsión que ha de medirse, y
medios transmisores de medición (42) que reaccionan a la deformación
de los nervios (16) por efecto del momento de torsión,
(b) los medios de procesamiento de señales (36)
están dispuestos en una placa (26) que presenta una perforación
central (38), está dispuesta en un hueco dentro de la pieza exterior
(12) sobre la pieza interior (14) y los nervios (16, 18) y unida a
la pieza interior (14), y
(c) la pieza motriz (24) sobresale a través de
la perforación central (38) de la placa (26).
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