CN106796148B - 用于测量残余扭转的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量诸如钢帘线之类的细长结构(202)的残余扭转的装置(100，200，300)和方法使用枢转头(102)。枢转头(102)包括适于引导细长结构(202)的轮(104)。该轮(104)安装在枢转头(102)中，以将由轮(104)上的细长结构(202)施加的扭矩传递到枢转头(102)。枢转头(102)沿着枢转轴线(110)安装。该枢转轴线(110)位于轮(104)的平面中并且包括轮(104)的中心。传感器装置(116，206)测量枢转头(102)上的扭矩。枢转头(102)围绕枢转轴线(110)的枢转运动被限制在±5°、优选±3°的角度范围内，以便达到改进的扭矩测量准确度。

Description

用于测量残余扭转的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量诸如钢帘线之类的细长元件上的残余扭转(residualtorsions)的装置和方法。

背景技术

在诸如钢帘线之类的细长元件上的残余扭转必须被控制并且因此在细长元件的制造期间被测量。在没有适当控制的情况下，细长元件的下游处理(诸如将钢帘线集成到橡胶层中)可能变得困难或甚至有问题。实际上，钢帘线的不受控制的残余扭转可能导致用那些钢帘线增强的橡胶片的尖端升高。那些橡胶片的自动处理可能由于该尖端升高而失败。

现有技术公开了测量残余扭转的几个实施例。

US-A-4,642,979公开了一种通过测量钢丝绳中的剩余或残余扭矩来调节钢丝绳捻度的方法。在钢丝绳的绞合之后，该钢丝绳在轮或浮动轮上在U形部分中行进。该浮动轮被可枢转地安装。浮动轮的旋转角度被测量，以便具有关于钢丝绳上的剩余扭矩的指示。

尽管在实践中广泛使用，通过测量可以或多或少自由地枢转的浮动轮的旋转角度来测量残余扭转的这种方法具有若干缺点。

当允许浮动轮自由旋转时，人们开始影响想要测量的参数，即自由旋转已经开始减少残余扭转数。

此外，测量显示一些滞后行为。

而且，实践已经表明，不管几乎自由旋转的可能性，难以覆盖残余扭转的全部范围。

发明内容

本发明的一个目的是避免或至少减轻现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供测量残余扭转的简单装置。

本发明的另一个目的是提供更准确的测量装置。

本发明的另一个目的是提供在整个范围内的残余扭转的测量。

本发明的另一个目的是增加可以测量的残余扭转的范围。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量诸如钢帘线之类的细长结构的残余扭转的装置。该装置包括枢转头。枢转头包括适于引导细长结构的轮。该轮安装在枢转头中，以便将由轮上的细长结构施加的扭矩传递到枢转头。枢转头沿着装置中的枢转轴线安装。枢转头的枢转轴线位于轮的平面中并且包括轮的中心。该装置还包括用于测量由细长结构引起的枢转头上的扭矩的传感器装置。扭转头围绕枢转轴线的枢转运动被限制在±5°、优选±3°的角度范围内，最优选地限制在±2°的角度范围内。

术语“细长构件”不仅指钢帘线，而且指其他绞合或未绞合的结构，诸如金属丝股、钢丝绳、绞合的单丝等。

通过将枢转头的旋转的振幅范围减小到非常小的范围，旋转本身对残余扭转测量的负面影响也减小到非常小的部分。

减小的振幅范围还有利于覆盖残余扭转的整个范围，并且如下文将解释的，甚至扩大了可测量的残余扭转的范围。

优选实施例之一是枢转头具有0°旋转。

通过将刚性元件(诸如刚性扭簧)和/或传感器装置本身的刚性载荷元件集成到从轮到框架的机械链中，可以减小枢转头的旋转幅度。根据胡克定律，这些刚性元件将大的扭矩转换成小的位移。使用刚性充分的元件的附加的优点是，除了更准确的测量之外，可测量的扭矩范围以及因此残余扭转的可测量范围也可以增加。

传感器装置优选地具有±50N·mm的扭矩范围，在整个扭矩范围内具有0.5％的准确度。最优选地，传感器装置具有±10N·mm的扭矩范围，在整个扭矩范围内具有0.5％的准确度。使用该类型的传感器，在覆盖实际上满足的残余扭转的整个范围的扭矩范围内达到高准确度。

传感器装置优选地通过测量扭矩或力来直接测量扭矩。

在本发明的一个实施例中，传感器装置可以包括作为测压元件的一个或多个应变计。

在本发明的另一个实施例中，传感器装置可以包括扭簧(torsion spring)，例如双扭簧，作为测压元件。

传感器装置还可以通过测量距离、位置或角度来间接测量扭矩。

最优选地，传感器装置被预校准，以便直接显示每单位长度的残余扭转数的测量结果。通过对每个帘线结构预先校准传感器装置，并且在将传感器装置安装在生产中之前，可以防止原位校准或至少将原位校准减至最小。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量诸如钢帘线之类的细长构件上的残余扭转的方法。该方法包括以下步骤：

a)将轮安装在枢转头中，使得在轮上施加的任何扭矩被传递到所述枢转头；

b)沿着枢转轴线将枢转头安装在框架中，其中枢转轴线位于轮的平面中并且包括轮的中心；

c)在轮上引导细长构件；

d)测量由细长构件在轮和枢转头上的产生的扭矩，从而将枢转头的枢转运动限制在±5°，优选地±3°。

优选地，步骤d)通过具有±50N·mm的扭矩范围的传感器装置来执行，在整个扭矩范围内具有0.5％的准确度，最优选地通过具有±10N·mm的扭矩范围的传感器装置来执行，在整个范围内具有0.5％的准确度。

附图说明

图1a和图1b示出了根据本发明的用于测量残余扭转的装置的第一实施例。

图2示出了根据本发明的用于测量残余扭转的装置的第二实施例。

图3示出了根据本发明的用于测量残余扭转的装置的第三实施例。

具体实施方式

图1a、1b和图2示出了直接测量扭矩的方式。

图1a是用于根据图1b的平面AA测量残余扭转的装置100的第一实施例的横截面。图1b是根据图1a的平面BB的该装置100的横截面。

装置100具有枢转头102。轮或滑轮104经由轴承108安装在该枢转头102中的轮轴106上。轮104可以围绕轮轴106自由旋转。轮轴106固定在枢转头102上。枢转头102与轮104一起沿着枢转轴线110可旋转地安装。枢转头102经由悬挂弹簧112安装在框架114中。悬挂弹簧112优选是具有相对低的弹簧常数的相当柔性的弹簧，以允许尽可能自由地旋转枢转头102。悬挂弹簧112可以由细钢丝形成。从枢转头102到框架114的机械链还包括应变计116形式的刚性元件。这些刚性元件占据扭矩的主要部分并且将枢转头102的旋转限制在±3°、优选±2°。优选地，以高准确度和高应变计灵敏系数(gauge factor)选择应变计116。

可替代地，可以使用具有高弹簧常数的刚性悬挂弹簧112，并与应变计116串联布置。相对粗的丝可以形成这些刚性悬挂弹簧112。与图1a相反，在悬挂弹簧之一与应变计116之间形成机械链接。该实施例具有的优点是整个扭矩范围不仅仅由应变计吸收。

另一种替代方案是使用与图1a相同的设置，其中在悬挂弹簧112与应变计116之间具有一种类型的平行布置。该替代方案在于使用刚性悬挂弹簧112而不是柔性悬挂弹簧。由悬架弹簧112吸收的扭矩与由应变计116吸收的扭矩的比率被校准。

图2示出了用于测量细长构件202上的残余扭转的又一装置200。

钢帘线202围绕连接到枢转头102的轮104形成一种类型的U形。枢转头102沿着枢转轴线110可旋转地安装。枢转头102通过刚性悬挂弹簧204连接到静态扭矩传感器206。静态扭矩传感器206可以是商业上存在的类型。这种扭矩传感器可以内部包括机械地连接到扭杆的应变计。由悬挂弹簧204施加的任何扭矩使扭杆变形，并且这样，也使装配到扭杆的应变计弹性地且可逆地变形。应变计的电阻的变化与应变计的变形成比例。优选地，扭矩传感器可以具有四个应变计。也可以使用四个应变计的倍数。这些应变计布置为惠斯通电桥电路，并且由传感器经由连接缆绳208供应有DC电压或AC电压或AC电流。应变计的输出电压与测得的扭矩成比例。使用AC允许消除系统中的热偏移和热电偶效应。静态扭矩传感器206可以容纳在框架210中。

图3示出了在枢转头102上的扭矩的间接测量的方式。

具有轮104的枢转头102借助于悬挂弹簧302而可旋转地悬挂到框架304。枢转头102与框架304之间的机械链包括双扭簧306'、306”。在双扭簧306'、306”的扭转常数高的情况下，悬挂弹簧302的扭转常数可以稍微更低。在双扭簧306'、306”的扭转常数低的情况下，悬挂弹簧302的扭转常数更高。总机械链必须足够刚性，以将枢转头102的旋转限制在±3°。优选地，悬挂弹簧302是柔性的，并且双扭簧306'、306”是刚性的，使得扭矩的主要部分被双扭簧306'、306”吸收。左臂308'和右臂308”连接到枢转头302。在枢转头302沿箭头310'的方向旋转的情况下，左臂308'稍微移动双扭簧的左部306'的后端。在枢转头302沿箭头310”的方向旋转的情况下，右臂308”稍微移动双扭簧的右部306”的后端。双扭簧306'、306”的后端的位移程度或臂308'、308”的位移量与在轮104上施加的扭矩和存在于细长构件上的残余扭转量成比例。

附图标记列表

100 测量装置的第一实施例

102 枢转头

104 轮或滑轮

106 轮轴

108 轴承

110 枢转轴线

112 悬挂弹簧

114 框架

116 应变计

200 测量装置的第二实施例

202 细长构件

204 悬挂弹簧

206 扭矩传感器

208 连接缆绳

210 框架

300 测量装置的第三实施例

302 悬挂弹簧

304 框架

306' 双扭簧的左部

306” 双扭簧的右部

308' 臂的左部

308” 臂的右部

310' 双扭簧的左部被接触的旋转方向

310” 双扭簧的右部被接触的旋转方向

Claims (11)

1.一种用于测量细长结构的残余扭转的装置，

所述装置包括枢转头，

所述枢转头包括适于引导细长结构的轮，

所述轮安装在所述枢转头中，以便将由所述轮上的所述细长结构施加的扭矩传递到所述枢转头，

所述枢转头沿着所述装置中的枢转轴线被安装，

所述枢转轴线位于所述轮的平面中并且包括所述轮的中心，

所述装置还包括用于测量由所述细长结构引起的所述枢转头上的扭矩的传感器装置，

其特征在于，

刚性元件被集成到从轮到框架的机械链中，使得所述枢转头围绕所述枢转轴线的所述枢转运动被限制在±5°的角度范围内。

2.根据权利要求1所述的装置，

所述传感器装置具有±50N·mm的扭矩范围，在整个扭矩范围内具有0.5％的准确度。

3.根据权利要求1所述的装置，

其中所述传感器装置具有±10N·mm的扭矩范围，在整个扭矩范围内具有0.5％的准确度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述传感器装置通过测量扭矩或力来直接测量扭矩。

5.根据权利要求4所述的装置，

其中所述传感器装置包括应变计。

6.根据权利要求4所述的装置，

其中所述传感器装置包括扭簧。

7.根据权利要求6所述的装置，

其中所述扭簧是双扭簧。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，

其中所述传感器装置通过测量角度或位置间接地测量扭矩。

9.根据权利要求1所述的装置，

其中所述传感器装置已经被预校准以直接显示每单位长度的残余扭转的测量结果。

10.一种用于测量细长构件上的残余扭转的方法，所述方法包括以下步骤：

a、将轮安装在枢转头中，使得在所述轮上施加的任何扭矩传递到所述枢转头；

b、将所述枢转头沿着枢转轴线安装在框架中，所述枢转轴线位于所述轮的平面中并且包括所述轮的中心；

c、将刚性元件集成到从轮到框架的机械链中，从而将所述枢转头的枢转运动限制在±5°；

d、在所述轮上引导细长构件；

e、测量由所述细长构件在所述轮和枢转头上产生的扭矩。

11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤d通过具有±50N·mm的扭矩范围的传感器装置进行，所述传感器装置在整个扭矩范围内具有0.5％的准确度。