专利名称：测量表面静和/或动摩擦系数的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一个装置，用于测量表面尤其是天然或人造草地表面的静和/或动摩擦系数，装置包括一个放在支杆上的框架，支杆位于被测试表面上；一个转轴，它垂直地设在上述框架中；一个与面向表面的上述轴一端连接的物体，物体包括一个可以与被测试表面接触的接触面；以及一个测量装置，用于在操作时测量被测试表面和转动物体接触面之间摩擦引起的力矩。
对各种室外运动采用人造草地替代天然草地，已经多年来受到广泛的关注。人造草地通常包括各种合成材料的纤维，它用成簇方法等固定到载体材料的铺垫上。
了解这种人造草地的性质和性能变得愈来愈重要，现在也正在考虑如足球场的应用。为了使得人造草地运动场适用于这些用途，需要进一步改进它的许多相关性质。特别是为此要考虑运动鞋在这种场地上的粘着力和滑动性质。一个安全的人造草地应该最佳地不损伤运动员的脚。为了防止伤害，人造草地的摩擦不应该太高，而另一方面在运动员脚/鞋和人造草地表面之间粘着/摩擦程度不足也是不希望的。
已经提出了几种设备和方法，用于测量影响人造草地运动场运动特征的参数，由此与天然草地比较，获得对这些特征更深入了解，并且利用所测参数用于人造草地的新开发。已经知道一个相关的测量设备，例如FR-A-2751748。包含接触面的物体装在一个杆上，杆垂直地设在垂直转轴上。物体被“拖”过被测试表面。另外，可以依靠一个复杂的连杆调节物体压在表面上的力。
但是，实际上已经很明显，按照FR-A-2751748的测量装置的结果和使用方便性并不完全满意。除了复杂以外，所采用的测量构造对摩损敏感，易产生于对测量有不利影响的机械变形和载荷。
本发明的目的是提供一个测量表面静和/或动摩擦系数的装置，它提供更可靠和可复现的测量结果，另外使用方便，易于运输。
为了达到这个目的，本发明装置的特征在于物体的接触表面与转轴的转动轴线一致。
当运动员在比赛时绕着他的脚转弯时，大的力施加在运动员的脚踝和脚膝上。除此，为了尽量减少运动员受伤的风险，运动场应该不太粗糙，但也不应该太泥泞。采用本发明装置的构造，以更精确的方式模拟运动员绕着脚转弯或转动状态，由此更精确地了解比赛时场地的特征。
这个方面，以及简化的构造，转轴直接把载荷加在被测试表面上，与已知的测量设备相比，提供了更精确和可复现的测量。除此之外，本发明构造不容易磨损和机械变形，它不仅对寿命，也对测量结果有好的影响。
本发明的一个具体的专门实施例的特征在于轴沿着垂直方向在框架内自由运动，尤其是加载装置可以放在远离表面的轴端。上述加载装置可以包括重块。
这使得可能用不同的重量把在框架内自由运动的垂直轴压在被测试表面上，从而使表面在不同重量载荷下测量。由于其简单的构造，这使得装置具有通用性，其中被测试表面可以在不同情形下受到各种测量(例如模拟具有不同重量的运动员)。
因此，更逼真的模拟测量将产生对运动员和人造草地之间相互作用的更精确了解。
为了对不同测量状态调节测量装置的具体位置，物体可以从轴上拆除。
为了建立对实际状态更逼真模拟的测量状态，物体相对于被测试表面采取一个倾斜位置。按照本发明的实施例，物体的上述倾斜位置可以调节。
尤其是，上述物体的形状是一个脚或鞋，脚的拇指形成上述物体的接触面。采用本实施例，达到了实际状态更逼真的模拟，因为现在可以采用本发明装置模拟表面对运动员脚的影响(粘着力以及静动摩擦系数)。
在一个具体实施例中，测量装置包括至少一个力矩测量装置。
按照本发明，支杆可以拆除，从而能够快速装卸测量装置和易于运输。
按照本发明，为了使得能够进行最大的静态测量，而不存在框架和被测试表面之间滑动的风险，上述支杆上设有增加摩擦的装置，该装置尤其是具体化为柱钉，如运动鞋中用的柱钉。
现在将参照附图更详细地说明本发明，其中
图1是本发明装置的一个实施例的侧视图。
图2是本发明装置的一个实施例的透视图。
在两个图中相同的零件用相同的编号表示。
装置由一个框架10组成，它可以通过支杆11a-11c放在被测试的表面1上。被测试表面1可以是一个天然草地运动场，或者一个人造草地运动场。特别是这种人造草地运动场日益增长地用于通常在天然草地运动场上运动的专业运动。这种运动包括曲棍球、足球等。装置也可以用于所谓的方格跑道(田径运动跑道和网球场)。
当人造草地运动场用于这种强烈和身体接触运动时，了解这类人造草地表面的性质和性能是必不可少的。需要测量这种人造草地运动场的性质，不仅为了能够把这种运动场与天然草地运动场做比较，而且也因为这种测量参数对开发新一代人造草地运动场很重要。还有，了解人造草地运动场的具体性质是必不可少的，因为此时不仅可以尽可能接近天然草地的运动特征，而且也可以尽量减少运动员受伤害的风险。
采用图1和2所示装置的实施例来测量被测试表面1的性质，尤其是人造草地运动场的性质，但也包括天然草地运动场的性质，特别是要测量运动员和运动场之间摩擦力矩(摩擦和粘着力)，它在造成转动运动的状态下发生。例如考虑一个运动员绕一条腿快速转弯或转动，其中腿更具体的说是足踝和膝盖可能受到很大的力。
图1和2所示的装置通过支杆11a-11c位于被测试的表面上。一个垂直轴14设在框架10内，它可以依靠一个适当的驱动装置15，例如一个通过皮带传动系统16的电机，按任意希望的速度转动。垂直轴14可以按不变速度转动，但也可以以较高或较低速度驱动垂直轴14，从而模拟在比赛中特别的、具体的状态。
为此，装置上设有适当的控制和调节设备，例如一台计算机，它设在框架10内，或者可以在被测试表面1上放在测试装置旁作为一个单独装置。上述控制和调节设备(例如一台计算机)也可以设有适当的处理设备(例如，软件)，用于处理测量结果和对使用者提出上述测量结果。
最好是，垂直轴在框架10内沿垂直方向可以有一定程度的自由运动，使得上述框架在重力的影响下位于被测试表面1上。尤其是，一个物体18面向表面1放在轴14的自由端14a，该物体包括一个位于被测试表面1上的接触面19。物体18可以具有脚的形状，依靠一个安装板20与轴14的下端14a连接。
按照本发明，物体18的接触面19与在框架10内垂直设置的轴14转动轴线一致。这种构造能够更实际和精确地模拟运动员绕其脚转弯或转动的方式，由此得到被测试表面1具体性质的更精确测量。则使得有可能利用与沿转动方向表面摩擦系数有关的所得测量结果，来把被测试表面(例如，人造草地运动场)与其他表面(例如，天然草地运动场)比较。另外，所得测量结果的更精确性和可复现性使得有可能利用上述结果来开发新一代的人造草地运动场。
图1和2表示的本发明构造的另一个优点是由于相关零件设置成环绕一条转动轴线，减少了发生磨损和机械变形的程度。因此，不仅延长了上述零件的寿命，而且它对测量结果没有不利的影响。
由于驱动装置15转动垂直轴14，以及造成物体18的接触面19在被测试表面1的转动，产生了一个反力矩或扭矩，这个力矩由适当的测量装置，例如设在轴上不同位置的一个或几个力矩测量装置来探测，并且送到控制和测量设备(例如计算机)进一步处理和显示。为了防止框架10中的运动零件产生可能对测量结果有不利影响的反力矩，依靠一个安装杆17把驱动电机15固定安装在框架10中。因此，电机15的操作将不影响垂直轴14的转动和最终的测量结果。轴的测量摩擦力矩提供了对物体18接触面19和(人造)草地运动场表面1之间转动时产生的摩擦力的直接了解。
虽然物体18示意地用图1和2中的一个脚的形式表示，但也可以采用其他形状。可以把一只运动鞋(图中未示)穿在脚18上，此时鞋与被测试表面1接触的面19可以设有柱钉、尖钉或“刃口”(月亮形或卵形柱钉)。
为了防止在物体18转动时，装置沿着支承表面1运动，支杆11a-11c可以设有装置12a-12c，用于增加摩擦，这种装置特别包括或设有柱钉或尖钉，如在通常运动鞋所采用的那样。可以选择支杆11a-11c描绘的圆，使得在物体18和被测试表面1之间的摩擦力矩永远低于支杆11a-11c和表面1之间的最大摩擦力矩。结果是，在装置和表面1之间发生的滑动量将减到最小。
为了使得装置易于运输，支杆11a-11c依靠螺钉13a-13c与框架10连接。
另外，可以从轴14下端14a方便地卸除物体18，这样为了在运输时，或者对于不同形状的不同类型物体18(例如另一种鞋)重新设定本发明装置时，保护物体18。这使得可以在不同情形下进行在表面1上的测量。
装置以相对于物体18垂直调节。
最好是，物体18相对于被测试表面1采取一个倾斜位置，此时采取不变的倾角α。总之，物体18相对于表面1的倾斜位置导致对实际状态的更精确模拟，因为当运动员进行转弯或转动时，通常靠在脚的拇指上。但是，也可以设定上述倾斜位置，从而设定相对于被测试表面1的角α，从而模拟比赛中不同的状态，因此可在不同情况下进行测量。
如上已经指出，轴14和物体18的转速不变，与模拟的比赛状态有关，为每分钟2-11转(rpm)。但是，转速也可以增加或减少到一个特定的转数，同样取决于被模拟和测试的比赛状态。依靠适当的力矩测量装置，在轴14中测量物体18施加到表面1上的力矩，物体18最好在测量时转90°。这个量级的转动运动是比赛的正常状态中运动员在运动场最经常的转动运动。但是，也可以其他的转动运动，取决于被测试的测量状态。
如上已经指出，轴14在框架10内可以自由运动，并且按照本发明，靠近其自由端14b可以设有加载装置21，加载装置由一个或几个重块21a-21j组成。因此可以按规定的重量/载荷把轴14和包括接触面19的物体18向下压在被测试的表面上。这使得可以对具有不同重量的相关虚拟运动员得到测量结果。这对本发明装置给出了更大的通用性，另外可以更精确地模拟所有不同状态。总之，当绕脚转弯或转动时，一个运动员把其大部分重量放在他站着的脚上。
可以理解到，图1和2所示的本发明装置提供了一个通用的测量设备，依靠它可以在最自然方式下，模拟比赛中大量的不同状态。因此，所得到的测量结果提供了有关运动员脚和人造草地运动场之间转动相互作用的更逼真的指示，例如，测量结果可以更好地与天然草地运动场比较。
另外，可以采用本发明的测量设备，在轴14转动时对物体18施加一个加速度或减速度，来测量被测试表面的动摩擦。
权利要求
1.一个装置，用于测量表面尤其是天然或人造草地表面的静和/或动摩擦系数，装置包括一个放在支杆上的框架，支杆位于被测试表面上；一个转轴，它垂直地设在上述框架中；一个与面向表面的上述轴一端连接的物体，物体包括一个可以与被测试表面接触的接触面；以及一个测量装置，用于在操作时测量被测试表面和转动物体接触面之间摩擦引起的力矩，特征在于物体的接触面与转轴的转动轴线一致。
2.按照权利要求1的装置，特征在于上述轴在框架内沿着垂直方向自由运动。
3.按照权利要求1或2的装置，特征在于加载装置可以放在远离表面的轴端。
4.按照权利要求3的装置，特征在于上述加载装置包括重块。
5.按照以上权利要求任何一条或几条的装置，特征在于上述物体可以从上述轴拆除。
6.按照以上权利要求任何一条或几条的装置，特征在于上述物体采取一个相对于被测试表面的倾斜位置。
7.按照权利要求6的装置，特征在于物体的倾斜位置可以调节。
8.按照以上权利要求任何一条或几条的装置，特征在于上述物体具有脚的形状。
9.按照权利要求8的装置，特征在于脚的拇指形成上述物体的接触面。
10.按照以上权利要求任何一条或几条的装置，特征在于测量装置包括至少一个力矩测量装置。
11.按照以上权利要求任何一条或几条的装置，特征在于上述支杆可以调节。
12.按照以上权利要求任何一条或几条的装置，特征在于上述支杆上设有增加摩擦的装置。
13.按照权利要求12的装置，特征在于上述增加摩擦的装置具体化为柱钉，如运动鞋中用的柱钉。
全文摘要
本发明涉及了一个装置，用于测量表面尤其是天然或人造草地表面的静和/或动摩擦系数，装置包括一个放在支杆上的框架，支杆位于被测试表面上；一个转轴，它垂直地设在上述框架中；一个与面向表面的上述轴一端连接的物体，物体包括一个可以与被测试表面接触的接触面；以及一个测量装置，用于在操作时测量被测试表面和转动物体接触面之间摩擦引起的力矩。本发明的目的是提供一个测量表面静和/或动摩擦系数的装置，它提供更可靠和可复现的测量结果，另外使用方便，易于运输。按照本发明，为此装置的特征在于物体的接触面与转轴的转动轴线一致。
文档编号G01N19/02GK1717580SQ03825705
公开日2006年1月4日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年11月20日
发明者M·H·奥尔德·韦格赫伊斯, G·C·比尔马, H·哈森贝格, I·W·维特布罗伊克 申请人:腾凯特塞奥隆公司