Измерительное устройство и способ измерения прогибания удлиненного тела - RU2423680C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в соответствии с первым аспектом относится к измерительному устройству для измерения прогиба удлиненного тела.

В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к способу измерения прогиба удлиненного тела.

Предпосылки создания изобретения

Отсутствие достоверного способа измерения прогиба в основном удлиненного тела и, в частности, лыжи является проблемой. В данном контексте удлиненным телом могут быть, например, различного типа доски, балки, пластинчатые пружины, мачты, стойки, столбы, валы и т.п. Ниже описание будет сфокусировано на лыжах.

Не существует двух абсолютно одинаковых лыж, они всегда индивидуальны, поскольку они конструируются многослойными, состоящими из композита и материала сердцевины. Параметрами, определяющими свойства лыжи, которые существенно зависят от композитного материала, как, например, кривая прогиба, жесткость лыжи, являются тип волокна, содержание волокна, связующий материал, направление армирования, материал сердцевины и адгезия между каждым слоем материала. Кроме того, существуют также условия производства с меняющимися параметрами и их влиянием на готовое изделие.

Лыжи изготавливаются методом прессования, когда при изготовлении используются нагрев и давление. Изделие и материал создаются одновременно, при этом существуют естественные отклонения, которые можно обнаружить в окончательно готовом изделии. Все изделия различны, однако величина и степень, а также причины отклонений для разных лыж могут быть различными. Лыжи могут быть изготовлены с заранее заданными свойствами в соответствии с теоретическим выбором размеров и технологических режимов в зависимости от заданной жесткости и/или для получения заданной конкретной кривой прогиба.

Однако в производстве затруднительно измерять и определять кривую прогиба. После того как лыжи поставлены продавцам, вообще невозможно измерить прогиб, поскольку там отсутствуют способы измерения. Проблемой является отсутствие четко определенной кривой прогиба. Говорят о правильном прогибе, однако невозможно вообще ни изобразить его графически, ни определить. Нет никакой возможности сравнить кривые прогиба у существующей пары лыж для конкретного состояния снега с целью рассортировать или отобрать контролируемым образом пару новых лыж, имеющих определенные одинаковые или определенные разные свойства.

Большой интерес к этому проявляют следующие категории лиц: лыжники, тренеры, смазчики, изготовители, оптовые дилеры, розничные продавцы.

Среди лыжников, входящих в мировую элиту, опытных любителей и просто любителей существует большая заинтересованность в том, чтобы иметь возможность специально определять кривую прогиба. Это необходимо для того, чтобы уметь оптимизировать соотношение между скользящей поверхностью лыжи и той частью лыжи, которая покрывается различными мазями с целью обеспечения сцепления под давлением лыжника на подъемах.

У всех лыжников в мире считается исключительно важным подобрать для каждого лыжника правильный прогиб. Кривая прогиба влияет, в том числе, на длину и положение участка, где на беговую поверхность должна быть нанесена удерживающая смазка.

Элитные лыжники иногда вынуждены перепробовать сотню различных лыж, прежде чем им удастся выявить две лыжи, которые имеют одинаковые свойства и одинаковую кривую прогиба.

В настоящее время две лыжи помещают рядом на плоское основание, предпочтительно в помещении. Лыжник становится на лыжи так, чтобы вес тела был равномерно распределен между обеими лыжами. Лыжник переносит вес тела на одну из лыж с целью попытаться имитировать ситуацию бега на лыжах и стремится "вдавить" прогиб до контакта, чтобы добиться сцепления смазки, после чего производится следующее.

Щуп толщиной обычно 0,2 мм проводится рукой от задней части лыжи к передней до момента, когда начнет ощущаться сопротивление и небольшое защемление. После этой операции эмпирически и произвольно даются рекомендации по длине нанесения смазки от пятки вперед до приблизительной точки лыжи, где щуп начал контактировать с лыжей, или же рекомендуется опробовать другую лыжу и т.д. Затем лыжник надавливает на лыжу изо всех сил, чтобы проверить, может ли быть зажат щуп толщиной 0,2 мм, что должно имитировать его действия на лыжне, когда он давит на лыжи для достижения сцепления благодаря тому, что удерживающая смазка сцепляется с основанием.

Этот способ применяется в настоящее время в магазинах, тренерами и другими заинтересованными сторонами во всем мире.

На фабриках с помощью традиционных промышленных измерительных машин, имеющихся на некоторых фабриках, можно определять параметры прогиба, используя, например, измерительный зонд. Однако различные существующие способы и машины очень дороги и требуют капитальных затрат порядка от нескольких сотен тысяч до миллиона шведских крон. Кроме того, этот способ является очень медленным, что означает, что из-за высокой стоимости нельзя просортировать и промаркировать все лыжи, так как никто или почти никто не будет их покупать, кроме мировой элиты, которая постоянно вынуждена опробовать множество лыж, не зная, какова у них кривая прогиба.

Ощущения и результаты лыжника в значительной степени основаны на прогибе, который имеет решающее значение и является основой работы лыж вообще и с нанесенной под прогибом удерживающей смазкой, способной обеспечить сцепление на подъемах, при одновременном сохранении оптимальной скользящей поверхности.

НИ ОДИН ЛЫЖНИК СЕГОДНЯ НЕ ЗНАЕТ, КАКАЯ У ЕГО ЛЫЖ КРИВАЯ ПРОГИБА, ПОСКОЛЬКУ У ЛЫЖНИКОВ НЕ СУЩЕСТВУЕТ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФОРМЕ ИЛИ ПРИНЦИПАХ КРИВОЙ ПРОГИБА.

Даже среди изготовителей лыж каждый второй имеет собственное мнение о том, как быть с кривой прогиба, или о ее общих параметрах.

Распространенный так называемый прогиб есть нечто, что ощущается и воспринимается без размеров или четкого описания. Иногда прогиб может быть описан через линейный размер, но при этом не учитывается его длина при конкретной нагрузке или геометрия кривой на виде сбоку при конкретной нагрузке.

Примеры последствий отсутствия эффективного и точного способа измерения и определения кривой прогиба

Следовательно, сегодня невозможно измерить существующие лыжи, которые кажутся сравнительно хорошими, и определить, как надо изменить прогиб для получения оптимальных ощущения или результатов при конкретных условиях на лыжной трассе. Только путем практической оценки на лыжных трассах и мнений, так же как и предварительных суждений и после сотен испытаний, может быть удастся добиться требуемого результата.

Для магазина это требует больших затрат времени и ухудшает экономический результат, потому что для продажи лыж требуется больше работников.

Если лыжи не обеспечивают сцепление на лыжне, то это приводит к проскальзыванию лыж назад и неприятным ощущениям при беге на лыжах, причем кто-то вынужден будет сойти с дистанции из-за преждевременной усталости и не пройти все намеченное расстояние. Результат лыжников-спортсменов значительно ухудшается.

Кто-то может испытывать плохое скольжение из-за того, что давит при слишком малой нагрузке на прогиб лыж для контакта, и тогда лыжи "застревают", при этом смазка сцепления быстро исчезает за счет износа, после чего лыжи "проскальзывают назад".

От изготовителей до розничных продавцов везде на складах остается большое количество лыж, которые не были проданы, так как их невозможно было протестировать для продажи простым или быстрым способом.

Всем хочется иметь возможность быстро и просто определять очень важную кривую прогиба с большой точностью, но никто не может сегодня делать это просто, быстро или дешево.

Краткое изложение сущности изобретения

Целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем.

В соответствии с настоящим изобретением согласно первому аспекту предоставляется измерительное устройство для измерения прогиба удлиненного тела. Измерительное устройство содержит опорный элемент, предназначенный для размещения относительно него удлиненного тела. Далее, измерительное устройство содержит измерительный элемент, перемещающийся вдоль продольной оси удлиненного тела с помощью блока привода, входящего в измерительное устройство, при этом измерительный элемент перед измерением калибруется и подсоединяется к процессорному блоку для обработки результатов измерений. Кроме того, измерительное устройство содержит элемент передачи усилия для приложения к удлиненному телу заданного усилия (F), где F≥0 Н, при этом приложенное усилие (F) регистрируется элементом измерения усилия, смонтированным на элементе передачи усилия. Измерительный элемент, упирающийся в удлиненное тело и перемещающийся вдоль его продольной оси, непрерывно измеряет длину (y) и высоту (х) между удлиненным телом и измерительным устройством и передает цифровой сигнал в процессорный блок, который вычисляет прогиб. Преимуществом данного измерительного устройства является то, что прогиб может быть измерен быстро, просто и с высокой точностью. Другим преимуществом данного измерительного устройства является то, что оно занимает мало места и легко может быть смонтировано вертикально, например на стене, или может быть размещено горизонтально как для постоянной, так и для временной эксплуатации. Измерительное устройство очень просто калибруется с помощью простой рукоятки, не требуя никаких точных знаний относительно лыжного спорта или измерения лыж.

В этой связи дополнительное преимущество достигается в том случае, если измерительное устройство дополнительно содержит блок ввода, посредством которого вводится заданное усилие (F), а также привод, подсоединенный к элементу передачи усилия, при этом заданное усилие (F) прикладывается с помощью данного привода.

Кроме того, преимуществом в этой связи является то, что измерительное устройство содержит балку, снабженную продольным пазом, в котором перемещается измерительный элемент.

В этой связи дополнительное преимущество достигается в том случае, если блок привода для перемещения измерительного элемента содержит двигатель и зубчато-ременную передачу.

В соответствии с другим примером осуществления преимущество достигается в том случае, если блок привода для перемещения измерительного элемента содержит электродвигатель, имеющий датчики импульсов и положения.

Кроме того, преимуществом в этой связи является то, что измерительное устройство дополнительно содержит упорный элемент, регулируемый вдоль продольной оси измерительного устройства, к которому поджимается один из коротких торцов удлиненного тела.

В этой связи дополнительное преимущество достигается в том случае, если измерительное устройство дополнительно содержит интерфейсный элемент, подсоединенный к процессорному блоку, к интерфейсу которого могут быть подсоединены, например, устройство отображения и принтер.

Вышеупомянутые проблемы решаются также посредством способа измерения прогиба удлиненного тела в соответствии с настоящим изобретением. Этот способ реализуется с помощью измерительного устройства и содержит следующие шаги:

размещение удлиненного тела вплотную к опорному элементу, входящему в измерительное устройство;

калибровку измерительного элемента, входящего в измерительное устройство;

приложение к удлиненному телу заданного усилия (F), где F≥0 Н, посредством элемента передачи усилия;

непрерывное измерение длины (y) и высоты (х) между удлиненным телом и измерительным устройством посредством измерительного элемента, который поджимается к удлиненному телу и движется вдоль него; и

передачу измерительным элементом цифрового сигнала в процессорный блок, входящий в измерительное устройство, который вычисляет прогиб.

Преимуществом данного способа является возможность быстро, просто и с высокой точностью измерять прогиб. Другим преимуществом является то, что данный способ пригоден как для постоянных, так и для временных измерений.

В этой связи преимущество достигается в том случае, если способ дополнительно содержит следующие шаги:

приложение усилия (F_Ѕ), соответствующего половине веса тела человека (Р), посредством элемента передачи усилия, а также измерение прогиба (А_1/2) при данном усилии (F_1/2) посредством измерительного элемента;

приложение усилия (F₁), соответствующего полному весу тела человека (Р), посредством элемента передачи усилия, а также измерение прогиба (A₁) при данном усилии (F₁) посредством измерительного элемента; и

приложение усилия (F₀), которое сводит прогиб (А₀) к нулю, посредством элемента передачи усилия, а также регистрация данного усилия (F₀).

Кроме того, преимуществом в этой связи является, если способ дополнительно содержит следующие шаги:

перемещение измерительного элемента посредством блока привода, входящего в измерительное устройство.

В этой связи дополнительное преимущество достигается в том случае, если данный способ дополнительно содержит следующий шаг:

введение указанного усилия (F) посредством блока ввода, входящего в измерительное устройство.

Кроме того, преимуществом в этой связи является, если шаг перемещения дополнительно содержит следующий шаг:

перемещение измерительного элемента посредством двигателя и зубчато-ременной передачи.

Согласно другому примеру осуществления преимущество достигается, если шаг перемещения содержит следующий шаг:

перемещение измерительного элемента посредством электродвигателя, имеющего датчики импульса и положения.

Дополнительное преимущество в этой связи достигается, если данный способ дополнительно содержит следующий шаг:

размещение короткого торца удлиненного тела вплотную к упорному элементу, регулируемому вдоль продольной оси измерительного устройства.

Кроме того, преимуществом в этой связи является, если данный способ дополнительно содержит следующий шаг:

подсоединение устройства отображения и/или принтера к интерфейсному элементу, подсоединенному к процессорному блоку.

Следует подчеркнуть, что когда в настоящей заявке используется выражение "содержит/содержащий", то оно служит для указания присутствия соответствующих средств, этапов или компонентов, но не исключает присутствия одного или нескольких других средств, блоков, этапов, компонентов или групп.

Далее будут описаны примеры осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан перспективный вид измерительного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

На фиг.2 показан перспективный вид (частично в разрезе) измерительного устройства, изображенного на фиг.1;

На фиг.3 показан другой перспективный вид (частично в разрезе) измерительного устройства, изображенного на фиг.1;

На фиг.4 показан перспективный вид, среди прочего, измерительного элемента, включенного в измерительное устройство, изображенное на фиг.1;

На фиг.5 схематически показано, как производится измерение прогиба лыжи;

На фиг.6 показана блок-схема способа измерения прогиба удлиненного тела в соответствии с настоящим изобретением; и

На фиг.7 показана блок-схема дополнительных шагов, которые могут содержаться в данном способе, когда удлиненным телом является лыжа.

Подробное описание примеров осуществления изобретения

На фиг.1-3 показаны различные перспективные виды измерительного устройства 10 для измерения прогиба (А) удлиненного тела 12. Удлиненное тело 12 не показано на фиг.1-4, а изображено только на фиг.5. На фиг.2 и 3 измерительное устройство 10 показано частично в разрезе. Измерительное устройство 10 содержит удлиненный опорный элемент 14, предназначенный для размещения одной длинной стороны удлиненного тела 12. Кроме того, измерительное устройство 10 содержит измерительный элемент 16, который выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси удлиненного тела 12 с помощью блока привода (не показан), входящего в измерительное устройство 10. Измерительный элемент 16 подсоединен к процессорному блоку 18 для обработки результатов измерений. Перед измерением измерительный элемент 16 калибруется. Кроме того, измерительное устройство 10 содержит элемент 20 передачи усилия для приложения заданного усилия (F), где F≤0 Н, к удлиненному телу 12, причем приложенное усилие (F) регистрируется посредством элемента измерения усилия, смонтированного на элементе 20 передачи усилия. Элемент измерения усилия может представлять собой, например, тензометрические датчики, комплект пружин с предварительным натягом, снабженный электронным блоком для регистрации положения и, соответственно, усилия, или цилиндр, снабженный поршнем, где в качестве меры усилия измеряется избыточное давление в цилиндре. Измерительный элемент 16 упирается в удлиненное тело 12, перемещается вдоль его продольной оси, непрерывно измеряя длину (y) и высоту (х) (см. фиг.5) между удлиненным телом 12 и измерительным устройством 10, и передает цифровой сигнал в процессорный блок 18, который вычисляет прогиб (А). Кроме того, измерительное устройство 10 содержит блок ввода (не показан), посредством которого вводится заданное усилие (F). Как показано на фиг.3, измерительное устройство 10 содержит привод 22, подсоединенный к элементу 20 передачи усилия. С помощью привода 22 прикладывается заданное усилие (F).

Кроме того, измерительное устройство 10 содержит удлиненную балку 24, снабженную продольным пазом 26, в котором перемещается измерительный элемент 16.

В соответствии с одним примером осуществления блок привода для перемещения измерительного элемента 16 содержит двигатель и зубчато-ременную передачу.

В соответствии с другим примером осуществления блок привода для перемещения измерительного элемента 16 содержит электродвигатель, имеющий датчики импульсов и положения.

Кроме того, измерительное устройство 10 содержит упорный элемент 28, регулируемый вдоль продольной оси измерительного устройства 10, относительно которого размещается один короткий торец удлиненного тела 12. Как упрощенно показано на фиг.2, упорный элемент 28 соединен с планкой 30 для регулировки высоты упорного элемента 28. Планка 30 в свою очередь соединена с тормозной кареткой 32, подсоединенной к тормозному рычагу 34, который служит для фиксации упорного элемента 28 на соответствующей высоте.

Кроме того, измерительное устройство 10 содержит интерфейсный элемент (не показан), подсоединенный к процессорному блоку 18, к интерфейсу которого могут быть подсоединены, например, устройство отображения и принтер.

На фиг.5 схематически показано, как производится измерение прогиба (А) удлиненного тела 12, в данном случае в виде лыжи 12. Как было указано ранее, "х" означает высоту между лыжей 12 и измерительным устройством 10, а "y" означает длину между точками контакта лыжи 12 с измерительным устройством 10. "С" означает точки равновесия (центр тяжести) лыжи 12, a "F" означает точку приложения усилия F.

В ходе возвратно-поступательного перемещения измерительный зонд изнутри балки считывает высоту "х" при заданном усилии F, при этом регистрируются точки, где "х" равняется нулю (расстояние А-В). Дуга окружности вычисляется автоматически с помощью компьютерного блока, смонтированного в балке.

Измерительный зонд 16 передает данные с беговой поверхности лыжи на цифровой индикатор 18, который непрерывно считывает значения в вертикальном направлении, в то время как перемещение измерительного зонда 16 вдоль лыжи осуществляется автоматически посредством только одной управляющей команды из компьютерного блока. Продольное перемещение производится двигателем с зубчато-ременной передачей или аналогичным устройством. Блок с измерительным зондом, смонтированным внутри балки, приводит в движение электродвигатель, имеющий датчики импульсов и положения. Измерительный зонд 16 может получать данные с беговой поверхности лыжи через канавку 26 в балке 24.

Требуемое усилие задается посредством блока ввода и прикладывается по направлению к удлиненной балке 24 вблизи точки равновесия С удлиненного тела 12 с помощью электрического привода 22. Заданное усилие измеряется, когда прогиб равняется нулю, т.е. оно равняется усилию давления, которое создает лыжник, когда прогиб исчезает.

Могут быть подсоединены принтер и устройство отображения. Данные и результаты могут быть представлены в виде кривой, а также в цифровом виде. Выбранным способом представляется информация о положении, длине и геометрии прогиба, т.е. об ощущениях лыжника, выраженная в виде графического изображения и длины, а также положения участков смазки. По беспроводному каналу связи и через стационарную сеть данные могут быть переданы в базу данных для сравнения, расчетов и анализа. Процесс измерения длится меньше минуты.

Благодаря тому, что данное устройство локально или через распределенную компьютерную сеть, по беспроводному каналу связи и через стационарное соединение может осуществлять обмен данными и информацией с базой данных, результаты различных измерений можно сравнивать с текущими измерениями. Это означает, что вне зависимости от того, где или кем производились измерения, кривые прогиба всегда будут сопоставимы, если используются одни и те же принципиальные определения.

Могут быть проанализированы и сопоставлены ощущения лыжника, ранее испытывавшего лыжи с другими кривыми прогиба. Из этого могут быть сделаны соответствующие выводы, и ощущения от кривой прогиба требуемых лыж могут быть выражены в графическом виде.

На фиг.6 показана блок-схема способа измерения прогиба (А) удлиненного тела 12 в соответствии с настоящим изобретением. Данный способ реализуется посредством измерительного устройства 10 (см. фиг.1-5). Способ начинается с блока 50. Затем способ продолжается блоком 52 с шагом размещения одной из длинных сторон удлиненного тела 12 вплотную к удлиненному опорному элементу 14, входящему в измерительное устройство 10. Затем способ продолжается блоком 53 с шагом калибровки измерительного элемента 16, входящего в измерительное устройство 10. Затем способ продолжается блоком 54 с шагом приложения к удлиненному телу 12 заданного усилия (F), где F>0 Н, посредством элемента 20 передачи усилия, входящего в измерительное устройство 10. Затем способ продолжается блоком 56 с шагом непрерывного измерения длины (y) и высоты (х) между удлиненным телом 12 и измерительным устройством 10 посредством измерительного элемента 16, который поджимается к удлиненному телу 12 и перемещается вдоль него. Затем способ продолжается блоком 58 с шагом передачи измерительным элементом 16 цифрового сигнала в процессорный блок 18, входящий в измерительное устройство 10, при этом процессорный блок 18 вычисляет прогиб (А). Способ заканчивается блоком 60.

На фиг.7 показана блок-схема дополнительных этапов, которые могут содержаться в способе, когда удлиненным телом 12 является лыжа 12. Способ начинается с блока 70. Затем способ продолжается блоком 72 с шагом приложения усилия (F_1/2), соответствующего половине веса тела человека (Р), посредством элемента 20 передачи усилия, а также измерения прогиба (А_1/2) при этом усилии (F_Ѕ) посредством измерительного элемента 16. Затем способ продолжается блоком 74 с шагом приложения усилия (F₁), соответствующего полному весу тела человека (Р), посредством элемента 20 передачи усилия, а также измерения прогиба (A₁) при этом усилии (F₁) посредством измерительного элемента 16. Затем способ продолжается блоком 76 с шагом приложения усилия (F₀) посредством элемента 20 передачи усилия, при котором прогиб (А₀) становится равным нулю, а также регистрации этого усилия (F₀). Способ заканчивается блоком 78.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного способа он дополнительно содержит этап регистрации приложенного усилия посредством элемента измерения усилия, смонтированного на элементе 20 передачи усилия. Элемент измерения усилия может представлять собой, например, тензометрические датчики, комплект пружин с предварительным натягом, снабженный электронным блоком для регистрации длины и, соответственно, усилия, или цилиндр с поршнем, в котором в качестве меры усилия измеряется избыточное давление в цилиндре.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного способа он дополнительно содержит шаг перемещения измерительного элемента 16 посредством блока привода, входящего в измерительное устройство 10.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного способа он дополнительно содержит шаг ввода усилия (F) посредством блока ввода, входящего в измерительное устройство 10.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного способа он дополнительно содержит шаг перемещения измерительного элемента 16 посредством двигателя и зубчато-ременной передачи.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного способа он дополнительно содержит шаг перемещения измерительного элемента 16 посредством электродвигателя, имеющего датчики импульсов и положения.

В соответствии с предпочтительным примером осуществления данного способа он дополнительно содержит шаг подсоединения устройства отображения и/или принтера к интерфейсному элементу, подсоединенному к процессорному блоку 18.

Следует подчеркнуть, что измерения посредством измерительного устройства 10 могут выполняться роботом или человеком.

Изобретение не ограничено вышеописанными примерами осуществления. Очевидно, что в рамках приведенной ниже формулы изобретения возможно множество различных модификаций.

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике. Измерительное устройство содержит удлиненную балку, снабженную удлиненным опорным элементом, предназначенным для размещения одной длинной стороны удлиненного тела; измерительный элемент, выполненный с возможностью перемещения вдоль продольной оси удлиненного тела с помощью блока привода, входящего в измерительное устройство. Измерительный элемент перед измерением прокалиброван и подсоединен к процессорному блоку для обработки результатов измерений. Измерительное устройство дополнительно содержит элемент передачи усилия для приложения к удлиненному телу по направлению к удлиненной балке заданного усилия. Приложенное усилие регистрируется посредством элемента измерения усилия, смонтированного на элементе передачи усилия. Измерительный элемент, упирающийся в удлиненное тело и перемещающийся вдоль его продольной оси, непрерывно измеряет длину и высоту между удлиненным телом и измерительным устройством и передает цифровой сигнал в процессорный блок, который вычисляет прогиб. Технический результат: возможность быстро и просто определять кривую прогиба с большой точностью. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула