专利名称：轮胎平衡设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及轮胎/车轮组件的平衡，并且更加具体地，涉及一种测定需安装在轮胎/车轮组件上的车轮配重位置和校正量的方法和设备，其用来校正不平衡状态。
背景技术：
轮胎/车轮组件通常由车辆制造商在轮胎组件安装在车辆上之前做平衡。当前已有用来测试轮胎/车轮组件平衡的设备。这些测试机器通常包括旋转轮胎/车轮组件的主轴。主轴连接于力传感器，例如测力传感器，其提供信号用来测定校正轮胎组件中的不平衡状态的位置和所需要的车轮配重量。通常地，车轮配重的安装位置标记在轮胎/车轮上。带有标记的车轮接着传送到安装校正车轮配重的配重施加台。
当前已有的平衡机器和系统用来在轮胎/车轮组件上测定不平衡状态，并且标记出需要安装的校正车轮配重位置。当前可获得的此类机器的例子如美国专利4191055和4262536，两者特此通过引用并入本文。对于至少一些当前已有的机器，能够被测试的轮胎/车轮组件的尺寸有限。在另一些机器中，当机器需要调节来适用不同尺寸的轮胎/车轮时，需要相当长的停机时间。还有另外的机器需要无法接受的长周期，因此产量低。现在使用该类型设备的车辆制造商要求平衡机器具有高产量和低设置时间。制造商也要求机器能够适合较宽范围的轮胎/车轮尺寸、操作可靠性高地和具有低维护成本。
发明内容
本发明提供了一种用来在轮胎、车轮或轮胎/车轮组件中测定平衡状态的新的改进方法和设备。在所示实施例中，公开的设备提供了一种高度自动化的机器，其包括测试台，在测试台中轮胎/车轮组件由主轴组件旋转。主轴组件连接于传感器，例如测力传感器，其用来测定在轮胎/车轮组件上需要安装校正配重的位置，和这些配重的量。这些车轮配重的位置可通过形成该设备的一部分的标记装置作标记。本发明还包括用来相对于主轴组件将轮胎定中心和随后将定中心的轮胎/车轮组件输送到测试台的往复输送装置。
根据本发明的优选实施例，公开了一种在轮胎、车轮或轮胎/车轮组件上进行平衡测量的机器。该机器包括限定轮胎定中心和测试位置的框架结构，在所示实施例中，定中心位置和测试位置间隔开。输送机将被测试的轮胎输送到定中心位置，并且在其定中心的同时支撑轮胎。往复输送装置可操作来使被测试轮胎定中心，并且在定中心步骤过程中进一步操作来接合轮胎，而且在同轮胎保持接合的同时，从定中心位置将轮胎输送到测试位置。第二输送机，优选组成位于测试台的升降机机构的一部分。在测试循环后，当第二输送机操作卸下轮胎时，升降机机构相对于主轴组件升起或降下轮胎。在此应注意，在大多数情况中术语轮胎≌指单个轮胎、可在其上安装轮胎的单个车轮和轮胎/车轮组件。
根据本发明的特征，在定中心操作过程中，当轮胎前进到测试台时，第一输送机允许轮胎以侧向移动，而基本上阻止在轮胎和输送机之间纵向的相对移动，所述纵向即输送机的移动方向。在更优选的实施例中，该特征通过数个辊子实现，数个辊子形成第一输送机的一部分，使其旋转轴纵向定向。由于该结构，轮胎由辊子支撑，并且在侧向相对容易移动，但阻止纵向移动，因为其要求轮胎相对于辊子以平行于辊子的旋转轴的方向移动。
在所示的实施例中，往复输送装置包括一对夹钳，其以侧向同时相互相向和远离移动。操作中，夹钳相互相向移动来接合位于定中心台的轮胎。根据本实施例的特征，往复输送装置组件安装来以纵向移动，并且包括用来实现移动的驱动机构。根据优选实施例，在定中心操作过程中，驱动机构允许往复输送装置组件在纵向移动，当夹钳接合轮胎时，使往复输送装置移动到相对于轮胎纵向对准的位置。
根据本发明的另一个特征，机器的框架结构包括三个间隔开的地面接合支撑部件，其一起形成机器的三点支撑装置。该支撑装置增加机器的稳定性。在所示的实施例中，每个支撑部件包括螺柱，其下端终止于锥形表面。锥形表面容纳于在地面接合接收器单元中形成的互补表面凹处中。
根据本发明的进一步特征，框架结构包括至少四条腿，其从框架结构向下延伸。腿在由三个间隔开的地面接合支撑部件限定的地面接合平面上方间隔开。这些腿部分阻止机器倾斜超出预定界限。如果机器倾斜，至少一条腿将与地板或底座接合，其由支撑部件接合来阻止进一步倾斜。
在示例实施例中，用来使轮胎下降到主轴上和用来将轮胎从主轴升起离开的升降机包括一对用来支撑升降机框架的滑杆。传感器感测升降机框架的位置，并且流体压力操作的致动器实现在框架中的往复运动，优选为垂直运动。致动器包括制动机构，其在优选实施例中为闸，其与形成致动器一部分的可延伸的杆相关联。当框架在由传感器感测的预定位置中时，该闸阻碍在杆中的移动。在所示的实施例中，致动器为气动致动器。
根据优选实施例的特征，升降机还包括用来在由主轴组件保持的轮胎或车轮上的预定位置放置标记的标记机构。在测试循环过程中，当轮胎由主轴组件旋转时，放置标记的位置被测定，并且传感器，例如测力传感器在轮胎上测定不平衡点。在测定不平衡点后，控制器旋转轮胎，以在轮胎或车轮上使测定的不平衡状态的位置同标记机构对准。接着开动标记机构，以将标记放置在轮胎或车轮下侧(通常非边缘≌侧边)的该位置。当机器用来检查轮胎/车轮组件的不平衡状态时，标记机构在车轮上需要安装校正配重处标记位置。
在优选和所示实施例中，机器还包括上部标记机构，其在轮胎或轮胎/车轮组件的上部(通常边缘≌侧边)上的预定位置可操作放置标记。
根据本发明的另一个特征，公开的主轴组件包括轴组件，其由位于轴承壳体内的轴承装置可旋转地支撑。用来接合将要旋转的轮胎或轮胎/车轮组件的夹紧机构位于轴组件的上端；而轴承壳体位于夹紧机构的下方。驱动电动机包括驱动电动机壳体和电枢，驱动电动机可运转来驱动轴组件旋转。电枢连接于轴组件，以使电枢通过可旋转地支撑轴组件的轴承装置保持在其电动机壳体中的运转位置中。使用本发明，可不需要通常位于电动机壳体和电枢之间的单独的驱动电动机轴承。这减少了主轴组件的维护，并且提高了其可靠性。
根据本发明的优选方法，被测量的轮胎(或轮胎/车轮组件)被推进到定中心位置。具体地，往复输送装置组件和夹钳操作来相对于主轴组件使轮胎定中心。定中心的轮胎接着由往复输送装置组件接合，并且从定中心位置输送到测试位置。接着将轮胎从往复输送装置组件释放，并且由主轴组件接合，于是主轴组件开动来旋转轮胎。优选地，轮胎通过位于测试台的升降机下降到主轴组件上，并且从主轴组件升起。在优选的操作中，升降机仅下降足够的量，以在轮胎下侧和升降机之间提供间隙。在轮胎(或轮胎/车轮组件)被测试后，形成升降机的一部分的输送机在轮胎由升降机升起离开主轴组件后，从测试台将轮胎卸下。
在优选方法的更详细的实施例中，升降机设置有标记机构，并且在测试循环完成后，轮胎由主轴旋转到一个位置，在该位置，轮胎上的预定位置与标记机构对准。接着标记机构开动来将标记放置在预定位置。当机器用来测试轮胎/车轮组件时，标记机构在车轮上将标记放置在需要安装校正配重的位置。
在优选实施例中，标记机构沿轨迹移动，以使放置在车轮上的标记为线段形式。
本发明的其它特征和较完整的理解将通过阅读下列结合参考附图的详细描述来获得。
图1是根据本发明优选实施例构成的平衡测试机的立体图；图2是图1中所示机器的俯视图；图3是图1中所示机器的端视图；图4A是从图2中线4A-4A表示的平面观察的侧视图；图4B是从图2中线4B-4B表示的平面观察的侧视图；图4C是从图2中线4C-4C观察的机器的剖视图；图5是图1中所示机器的停止机构的形成部分的立体图；图6是平衡测试机的进口输送机形成部分的立体图；图7和8分别显示了机器的带驱动组件和惰轮组件的形成部分；图9是机器的出口输送机形成部分的立体图；图10是图1中所示机器的主轴组件形成部分的剖视图；图10A是图10中所示的主轴组件的立体图；图11是从图2中线11-11表示的平面观察的剖视图；
图12是显示根据本发明优选实施例构成的下部标记组件结构的立体图；图13是图1中所示机器的安装单元构成部分的局部剖视图；图14是从图11中线14-14表示的平面观察的局部平面图；图15是同图14相比，处于交替位置的某零件的另一局部平面图；图16是从图2中线16-16表示的平面观察的机器的另一剖视图；及图17是用来控制图1中所示机器的各种功能的控制系统的示意图。
具体实施例方式
图1显示了在轮胎/车轮组件中用来测定平衡(或不平衡)状态的动态平衡机器10的整体结构。同时参考图2和3，机器10包括由附图标记12总体表示的底座，其由支撑部件16形成的三点或三角形支撑系统(图3最佳示出)支撑在车间地板上。
机器包括进口输送机20和轮胎往复输送装置24，其通过同进口输送机20协同移动，输送轮胎/车轮组件22(图4C所示)到由附图标记26总体表示的平衡测试台；平衡测试台26包括形成主轴组件28的一部分的可旋转主轴28a。机器还包括分别由附图标记32a，32b(见图2)总体表示的上部、下部轮胎标记机构。平衡测试循环完成时，在图2中由附图标记34总体表示的出口输送机将轮胎/车轮组件从平衡测试台26输出，并且将其传送到车间中的其它处理设备，例如配重施加台，在其上将用来校正机器10检测到的不平衡的适合的车轮配重安装在由平衡机测定的位置。配重施加台的一个例子公开在同时提交的序列号为60/561974的名称为“ATire Weight Applying Apparatus”的临时专利申请中，于2004年4月14日提交，特此通过引用将其并入本文。
通常，公开的动态平衡机器10的操作顺序如下。轮胎/车轮组件22由另外的轮胎处理设备传送到进口输送机20。其它的设备，例如，可包括用来从将轮胎安装到车轮的机器输送到轮胎/车轮组件的输送机(未显示)。进口输送机20移动轮胎/车轮组件22到定中心位置，在那里进口输送机20同往复输送装置24一起，侧向地关于主轴组件28将轮胎定中心。定中心步骤完成后，轮胎组件22由往复输送装置机构抓紧，并且通过与进口输送机20和出口输送机34协同移动，输送轮胎到由主轴组件28限定的同可旋转的主轴29(图2)轴向对准的位置。轮胎组件22接着下降到形成主轴28(通过将要描述的机制)的一部分的工具27(图2)上，并且一旦到达工具上，工具运转刚性地将轮胎装配组件22夹到主轴28a，以使主轴和轮胎装配组件22能够作为一个整体旋转。
主轴28a接着通电来旋转轮胎组件22。当旋转时，数据采集装置，例如测力传感器，可操作地连接到主轴组件28，测定轮胎组件22上的不平衡量和位置。数据采集步骤完成时，轮胎优选旋转到第一位置，在那里轮胎/车轮组件的外侧(边侧)上的不平衡点同上部标记机构32a对准，并且在那个位置时，标记机构32a通电在轮胎组件22(见图16)上标记配重位置。轮胎组件22接着优选旋转，以使轮胎组件的下侧上的不平衡点同下部标记机构32b对准，并且在那个位置时，下部标记机构32b通电在轮胎组件22(图16所示)上标记不平衡点。标记步骤完成时，轮胎接着由出口输送机34从机器卸下。
返回图1，现在将详细说明该机器。机器的进口包括停止机构50，其用来阻止轮胎装配组件移动到进口传送机20上，直到机器准备接纳轮胎装配组件，即，当机器准备开始平衡测试循环时。同时参考图5，停止组件50包括一对止动销52，54，其可相互相向和远离移动。止动销包括相关联的辊子52a，54a。停止组件50还包括一对中心定位和侧向定向的支撑辊子56(图1和2最佳示出)，其当轮胎组件移动到进口输送机20上时，为轮胎组件提供滚动支撑。当止动销52，54在图1和5所示的位置时，轮胎组件被允许进入到进口输送机20上。当止动销52，54相互相向移动到间隔小于将被平衡的轮胎组件的直径时，止动销52，54阻隔通道，并且阻止轮胎组件移动到进口输送机20上。
如图5中所示，止动销52，54由各自的支撑部件52b，54b可滑动地安装在公共滑动杆58上。流体压力操纵的致动器60连接于止动销支撑部件52a，以使相关联的致动杆60a的伸展和收缩移动使止动销52朝向和远离由附图标记66总体表示的中心位置。链或带68将止动销安装单元52b和止动销安装单元54b互相连接，以使在止动销单元52中的移动在另一个止动销单元54中产生同时移动，所以当致动杆60a伸展时，两个止动销单元52，54相互远离移动；当致动杆60a收缩时，两个止动销单元52，54朝向中心位置66移动。
由上所示，当止动销52，54向外移动时，如图1中所示，当轮胎组件22从上游传送机或其它设备移动到进口传送机20上时，其被允许进入到进口输送机20上，并且由中心定位的侧向辊子56支撑。
同样参考图6，进口输送机20由驱动电动机70驱动，并且包括连续的输送带72；输送带自身包括数个辊子72a，其围绕平行于输送带72的移动方向的轴旋转。该类型的输送带可使用Intralox Inc.的00TRT系列。公开的输送带结构施加摩擦驱动力于轮胎组件22上(当输送带72移动时)，从而纵向，即输送带移动的方向，移动轮胎组件22。然而，上面支撑有轮胎/装配体的辊子72a允许轮胎/车轮组件22侧向移动，以易于定中心操作，如下面说明。
在优选实施例中，进口输送机20包括组件，其包括由附图标记80总体表示的驱动轴，驱动轴连接于驱动电动机70和由附图标记82总体表示的惰轮轴，输送带围绕其绕过。轴由附图标记86总体表示的框架状结构可旋转地支撑，其包括数个适于固定于机器底座12的支撑腿88。
参考图1，2，4A，4B，14和15，往复输送装置机构24用作定中心装置，用于相对于主轴装配组件28将轮胎/车轮装配组件22定中心，也用作传送装置，用来将定中心的轮胎组件输送到主轴28a。往复输送装置24包括矩形框架24a，其被支撑用来沿安装于底座12的间隔开的轨道90a，90b移动。成对的轨道接合支撑腿92a，92b从框架24a向下延伸。每对支撑腿的下端部由横梁94互相连接。一对支撑腿92a可滑动地接合导轨或轨道90a，反之支撑腿92b可滑动地接合导轨或轨道90b。还参考图4C，轨道90a，90b通常为正方形或矩形，并且合适地连接到间隔开的形成底座12的一部分的支撑梁91a，91b。承重块93a，93b可滑动地接合各自的轨道90a，90b，并且固定到底座板95a，95b，其分别形成往复输送装置支撑腿92a，92b的一部分。承重块由数个紧固件97(在图2中最佳示出)固定到各自的底座板。
如图1中所示，轨道可由折叠状或褶皱状防尘罩99罩住。在所示的实施例中，轨道90a，90b由常规的Hiwan轨道形成，可从Hiwan Technologycorporation购得。往复输送装置24因此支撑在定中心位置和轮胎组件22同主轴28a旋转轴对准的位置之间往复滑动。
矩形框架24a支撑定中心/抓紧机构。特别参考图1和2，机构包括一对可侧向移动的夹钳100a，100b，每个夹钳包括一对向下伸展的辊子102。夹钳100a，100b滑动地安装到间隔开的滑杆104，其允许夹钳100a，100b相互相向和远离移动。滚珠丝杠110同时延伸贯穿并串接夹钳100a，100b，并且包括螺纹装置，以根据旋转方向，使该滚珠丝杠110的旋转同时相互相向或远离移动夹钳。相连的双向驱动电动机112用来旋转滚珠丝杠来相互相向和远离移动夹钳100a，100b。
特别参考图2，4a，7和8，往复输送装置24在定中心位置和测试位置(轮胎组件同主轴组件对准的位置)之间的移动由传动带116实现，其由连接单元94a(图4A)可操作地连接到往复输送装置24的一侧。传动带116围绕形成驱动电动机装配组件122(图4A和7)的一部分的传动轮118(图7)和惰轮组件120(图4A和8)。在优选实施例中，驱动电动机组件122还包括用来监测往复输送装置24位置的编码器(未明确显示)。传动带116优选为齿形带或正时带，以使传动轮118和传动带116之间的滑移被阻止，从而保证了往复输送装置的精确位置监测。当往复输送装置24从定中心位置移动到测试位置时，驱动电动机122通电来使传动带116前进，并且因此往复输送装置24移动到期望位置。形成驱动电动机组件122的一部分的编码器为形成机器的一部分的控制器提供连续的位置信息，以使往复输送装置24能够相对于轮胎的测试位置精确移动或调整。
根据本发明的特征，当驱动电动机122未通电时，其允许在往复输送装置24中纵向移动，同时监测往复输送装置的位置。该特征易于使轮胎/车轮组件22定中心，如将详细解释。在优选实施例中为了完成定中心，将进行下列步骤。特别参考图14和15，轮胎组件22由进口输送机20向前推进到定中心位置。在到达定中心位置时，滚珠丝杠驱动电动机112通电，来使夹钳100a，100b相互相向移动，由图14中的箭头124指示。随着其相互相向移动，一个或多个辊子102与轮胎组件接合并且侧面限制轮胎(相对于进口输送机20的移动方向)。如果轮胎未侧向定中心，形成输送机20的部分的辊子72a允许轮胎装配组件22侧向移动，因此，使主轴组件的中心与轴主轴组件中心轴29(图2所示)对准。随着夹钳100a，100b相互相向移动，如果轮胎组件22未相对于夹钳纵向定中心，往复输送装置24能够在任一方向中纵向移动，以使轮胎相对于夹钳100a，100b纵向定中心。该往复输送装置的移动由图15中的箭头126指示。应注意，由箭头124，126指示的移动可同时出现，而不是顺序出现。如无该特征，则需在定中心台中纵向移动轮胎本身来完成定中心。由于轮胎需相对于输送机传送带72以纵向移动，或输送机传送带72需适应轮胎组件的要求移动，因此推动轮胎纵向移动困难或产生位置错误。
如上所示，滚珠丝杠电动机112通电来相互相向驱动夹钳100a，100b来实现定中心。一旦定中心完成，驱动电动机112继续相互相向驱动夹钳100a，100b，来在轮胎组件上产生夹紧力，以当往复输送装置驱动电动机122通电来推进往复输送装置24时，轮胎组件22由往复输送装置运送，并且在主轴28上方同其旋转轴29基本对准。
参考图2和9，测试台26包括出口或卸出输送机34，其连接到由图4B，4C和11中的附图标记130总体指示的升降机构，通过其输送机34被升起或下降。如图9最佳示出，卸出输送机34包括一对间隔开的输送机传送带132，其由驱动电动机134驱动穿过公共驱动轴136。卸出输送机还包括公共惰轮轴138，输送机传送带132围绕其绕过。通电驱动电动机134同时驱动两个输送机传送带132，来从测试台26移出轮胎组件。
卸出输送机34安装于升降机构130，其以垂直方向可操作地往复移动出口输送机34。在优选的操作方法中，当轮胎组件从定中心台传送到测试台26(由图4C和11最佳示出)时，出口输送机34在其最上位置。当往复输送装置24到达轮胎组件22同主轴28的旋转轴29对准的位置时，滚珠丝杠驱动电动机112被反向操作来移开夹钳100a，100b。该夹钳移动释放轮胎组件22，以使它完全由升起的出口输送机34支撑。往复输送装置24可接着返回定中心台来接纳下一个将要测试的轮胎组件并定中心。测试步骤开始时，在主轴组件28上，出口输送机34被降低来放置将测试的轮胎组件。在优选实施例中，升降机快速下降，并且当接近预定的下部位置时减速。预定的下部位置为轮胎尺寸的函数。优选地，将输送机34下降到仅能够通过轮胎。该操作方法减少机器的整个循环时间。
在所示的实施例中，出口输送机34升起和下降到预定位置通过如下步骤实现。出口输送机34适合连接到升降机框架136，其沿一对轨道138(由图4B最佳示出)垂直移动。由附图标记138总体表示的适合的承重块固定于框架136，并且成对布置，每对承重块可滑动地与一个轨道138(见图2，4B和4C)接合。轨道138和承重块139与轨道90a，90b和相关联的承重块93a，93b基本相似，承重块93a，93b可滑动地支撑往复输送装置24来水平移动。在所示实施例中，轨道和承重块来自于Hiwan Technology Corporation，并且分别标记为LGR轨道和LGW30块。如图4B中最佳示出，轨道138可由折叠状或褶皱状防尘罩138a罩住。
参考图4C，框架136由致动器135升起或下降，因而卸出输送机34也由致动器135升起或下降。在优选和所示的实施例中，致动器135为气动致动器，并且铰轴安装到安装盘137，其允许在致动器中枢转运动来适应出现在致动器和升降机框架136的安装之间的轻微安装误差。特别地，致动器135包括致动杆135a，其具有通过倒L形安装突出部133固定于框架136的上端或末端(如图4C中所示)。如果用于致动杆135a的末端的安装点稍微错位，致动器135可在杆伸展和收缩期间枢转来适应错位。
根据本发明该方面的特征，致动器包括制动单元141，用来在致动杆135a中阻止运动，并且用来阻止致动杆的伸展或收缩。根据本发明的该特征，升降机的位置由位置传感器监测。在所示的实施例中，位置传感器包括相对于框架136以探测关系安装的垂直定向的管状传感器143(由图1，2和4B所示)。特别参考图2，传感器143靠得很近地安装到安装于框架136的磁铁143a的移动轨迹。当升降机由致动器135升起和下降时，传感器143探测磁铁143a的位置，并且因此测定升降机的位置。所示类型的适合距离的传感器来自于Balluff Inc.，并且标记为MicroPulse AT传感器。
通过监测框架136的位置，机器控制系统连续地得知升降机位置。当升降机到达控制系统测定的它应该停止的位置时，制动141(图4C)通电接合致动杆135a来阻止在升降机中的进一步移动，即使致动器保持加压。本发明试图移动升降机到预定的停止位置并标记位置(将被解释)。例如，输送机34可只下降到轮胎/车轮组件22与主轴工具27接合的位置，并且在出口输送机34和轮胎组件的底部之间，即图16中所示的位置，仅限定微小的间隙。
一旦出口输送机34离开轮胎组件，轮胎组件由可能是常规的工具27夹紧到主轴28。例如，现有技术中已知的夹头类装置，其安装在主轴28a上，并且其包括向外张开的部分来接合车轮主轴孔的内部。用来将轮胎组件夹紧到主轴组件28的装置不构成本发明的部分，因此不必要进一步解释。
一旦轮胎组件夹紧或固定于主轴组件28，主轴28a以预定速度旋转。当轮胎组件旋转时，可获得与轮胎/车轮组件的不平衡有关的数据，并且，特别是，可测定配重量和需要安装校正车轮配重来平衡轮胎组件的位置。
图10显示了主轴组件28的结构。主轴组件由底座12运送，但包括安装装置，其允许至少部分组件28响应轮胎不平衡来移动。由图10最佳示出，轴组件140在其上端安装轮胎接纳/夹紧工具29。轴组件140的下端由保持在固定壳体组件144中的一对间隔开的轴承可旋转地支撑。根据本发明，驱动电动机146固定于壳体144或形成壳体144的部分，并且包括可操作地连接到轴组件140的电枢(未显示细节)。电动机146通电旋转轴组件140，并且因此旋转保持轮胎组件的工具。在优选实施例中，驱动电动机146为夹头式电动机，其可使用Danaher Motion的C092型。优选和示出的电动机146不包括直接支撑相关联电枢(未特别显示)的内部轴承。相反，电枢由安装在主轴壳体144内的主轴轴承142a，142b保持在相对于电动机壳体的操作位置中。由于该结构，保持零件的主轴轴承142a、142b能够容易地替换而不需要拆卸驱动电动机。该结构还不需要用于驱动电动机146的附加轴承，并且通过排除轴承噪声源可获得较少的维护和更清晰的测量/收集数据。
由上所述，当轮胎组件旋转时，主轴壳体144响应于由轮胎不平衡生成的力可在底座12中移动。在所示的实施例中，有关不平衡的数据经由传感器被聚集，传感器包括一对垂直隔开的测力传感器150，152。
特别地，参考图10，测力传感器150，152的右端机械连接于主轴壳体144。其左端连接于各自的安装组件150a，152a。测力传感器150，152和相关联的安装组件150a，152a为常规的。已知，安装组件150a，152a固定测力传感器的左端，并且可包括用来调节传感器位置的部件，来确保其同主轴壳体完全对准。常规地，由于不平衡轮胎产生的力导致的在主轴壳体144中的移动，在测力传感器150，152和壳体144之间的接触面产生反作用力。测力传感器150，152产生与移动程度和反作用力成比例的电信号。因此，该信号与由轮胎中的不平衡产生的力成比例。这些信号接着用来生成关于轮胎组件22的不平衡的数据。最后，该数据用来测定在轮胎/车轮组件上施加适当大小的校正配重来校正不平衡的位置。主轴组件28包括编码器(未特别显示)，用来监测主轴位置，并且由此监测轮胎组件22的旋转位置。结果，施加于测力传感器150，152上的力能够同到达校正配重需要施加的位置的轮胎位置数据和这些配重的大小一起配合。
在获取轮胎不平衡数据，并且测定配重的量和位置后，轮胎组件由主轴组件28旋转，直到在组件22上侧施加配重的位置同上部轮胎标记机构32a对准。参考图1，2和11，上部轮胎标记机构32a包括可调节地安装到支座162的标记装置160。支座162形成滑动机构的一部分，其包括一对垂直滑动单元166a，166b，其中每一个在其上端包括停止单元168。中间的滑动单元166a，166b安装了流体压力操纵致动器170，如气动致动器，其可操作地连接于标记装置160的支座162。致动器170的加压使致动杆170a(图3)连接到支座162来向下驱动，直到标记装置160接触轮胎车轮组件22，并且放置适合的标记指示出需要施加配重的位置(图16中所示为标记器32a的标记位置)。停止单元168测定标记装置160下降的距离。
在轮胎组件的上侧作出标记后，主轴28a接着旋转或调整，直到轮胎组件22的下侧同下部标记机构32b对准(见图11，12和16)。图12显示了下部标记机构的细节。不同于上部标记机构，下部标记机构32b使用了旋转运动来标记轮胎装配组件的下侧(该运动在图16中由箭头178指示)。如图11和16所示，垂直支撑杆180由安装盘180a(如图12所示)合适地连接于升降机框架单元136a。特别地，参考图12，调节滑杆184在支撑杆180顶上，适于可调节地接纳下部标记机构32b。标记机构32b包括侧面安装盘186，其位于调节滑动杆184的顶上。一对圆柱内六角螺栓(Socket bolt)187适合延伸穿过安装盘中的孔，并且接纳于夹钳盘188中的相关联螺纹孔中。夹钳盘188的尺寸制成可与一对向内弯曲的凸缘184a接合，以当螺栓187拧紧时，弯曲的凸缘184a在安装盘186和夹紧盘188之间夹紧，因此固定下部标记机构32b的位置。
机构32b包括致动器或电动机190，其适于旋转标记器装置安装臂194经过基本为90E的弧。旋转臂194适于可移动地接纳标记装置或笔196。如图11中所示，笔196的主体容纳在臂194中形成的孔198中。槽198a从臂的外侧延伸进入到孔198中来形成夹紧部分200a，200b。螺栓202延伸穿过在一个部分200a中的孔与在相对部分200b中的螺纹孔接合，以使螺栓202的拧紧将部分200a，200b挤压到一起，因此夹紧在孔198中的标记装置196。
公开的机构对于下部标记具有几个优点。在其停止位置中，标记装置196旋转到虚线所示的水平位置196’。当不使用时，通过将标记装置196保持在水平位置，标记器中的标记流体持续湿润标记尖端。另外，因为标记笔旋转标记尖端经过弧线，标记器旋转与轮胎装配体接触留下的标记为线而不是点。可认为提供线作为标记有助于校正配重的安装，特别是如果其为胶着固定的配重，其放置在车轮的内部，与由车轮轮缘限定的胎圈隔开距离。
下部标记机构32b开动以在放置校正配重的车轮组件22b的下部标记位置后，轮胎通过升起出口输送机34升起离开主轴工具。轮胎组件因此升起离开主轴组件28，于是出口输送机驱动电动机194通电来旋转或使输送带132前进，因此驱动轮胎组件离开机器，并且将其运送到配重施加设备或可选地，到其它输送机上。
特别地，参考图16，通过升起或下降升降机130来标记轮胎内部，直到下部标记器32b被放置在距离轮胎壁的适当距离，以根据标记装置196的旋转，将标记放置在轮胎(或车轮)上。该关系在图16中最佳示出。在此应注意，对于一些操作，当升降机130在测试循环的开始时将轮胎降下到主轴上时，其可直接向下移动到其标记位置。换句话说，当输送机34向下移动将轮胎组件22放置到主轴28a上时，其在标记位置停止，以使下部标记器32b可用于在测试循环完成时作标记，而不需要升降机进一步移动。另外，在测试循环开始时，升降机130可被下降到中间或最低位置，并且在测试循环完成时，升降机130被升起到标记位置来实现标记轮胎。
根据本发明的特征，如图2最佳示出，一对间隔开的标记组件可被固定到升降机(在图2中其它标记组件由附图标记32b＝示出)。两个标记机构32b，32b＝操作基本相同。然而，标记器可调节，以使标记笔在轮胎/车轮组件22上的不同半径位置放置标记。使用两个标记器能够在轮胎/车轮的来校正不平衡状态的两个半径的不同位置上作标记。可使用双下部标记装置，例如，在校正配重被放置在中间平面≌位置及轮缘位置的情况下。放置在该装置中的校正配重通常用于在车轮外部或边侧≌安装校正配重不理想的轮胎/车轮组件。本发明提供了用来在轮胎/车轮组件的下部放置轮缘标记和中间平面标记的自动装置。
使用致动器制动141，沿升降机移动轨迹在任何位置停止升降机的能力，非常有利于轮胎标记功能。另外，该特性改善了循环时间，因为时间没有延长来等待输送机34从其最低位置升起到其再次接触轮胎/车轮组件22的点，已从主轴28升起离开轮胎/车轮组件。
在此应注意，在公开的操作中，轮胎组件22假设在轮胎组件的上部(边侧)和下部都需要校正配重。然而，给定的轮胎/车轮组件可能仅在轮胎组件的一侧需要校正配重。在该情况中，在主轴组件将轮胎组件22旋转到适合的位置后，仅开动适合的标记机构。
由上所示，主轴组件28安装在底座12中，以示其可响应于轮胎中产生的不平衡力朝向和远离测力传感器150，152移动。这些移动通常非常小，但足够使测力传感器150，152生成适合的与力相关的信号，其中主轴传感器28连接到测力传感器150，152。
在所示实施例中，安装主轴组件28以使其被约束仅在侧向朝向和远离测力传感器移动。参考图10A和16，使用一对悬架弹簧220(一个显示在图10A中)来实现，其通过保持杆222固定于壳体144。虽然在图10A中仅显示了一个弹簧220，但是悬架弹簧220安装在主轴壳体144的每一侧。同样参考图16，每个悬架弹簧220包括周边部分220a，其通过保持杆222刚性固定于壳体。周边部分220a用作中心悬挂安装盘220b的支座。安装盘220b通过垂直延伸的悬架节段220c连接到周边部分220a。悬架弹簧节段220c同弹簧220的其它部分相比相对较细，并且能够弯曲来允许在安装盘220b中侧向移动。然而，安装盘220b的垂直移动基本上被阻止。一对安装凸出物226以垂直间隔开的关系固定于安装盘220b。如图4C最佳示出，安装凸出物226刚性固定到形成底座12的部分的相关联框架单元228。由于安装凸出物226直接连接到悬挂安装盘220b(其能够侧向移动)，如果向壳体侧向施加力，则凸出物226能够相对于壳体144移动。以该方式，使用悬架弹簧装置将主轴组件安装到底座，旋架弹簧装置能使主轴壳体28相对于测力传感器侧向移动，同时在其它方向基本阻碍移动。
图13显示了机器支撑部件16的结构。支撑部件包括具有螺纹部分230a的螺柱230，通过螺纹容纳在框架单元234中，形成底座12的一部分。螺纹部分230a包括锁紧螺母236和垫圈238，通过其螺柱230的位置能够锁紧到框架单元234。螺柱的下端终止于锥形表面240，其容纳在形成于容纳器244中的相似形状的锥形表面244a中，容纳器244通过螺纹紧固件246合适地固定到车间地板。在优选和所示的实施例中，锥形或有锥度的表面240由支撑螺柱230的下端形成，其具有小于凹座244a角度的锥度，以使锥形表面240的侧部不与容纳器244的锥形表面244a接合。结果，机器的重量通过在锥形尖端和凹座244a之间的点接触传递。由于所公开的装置，由机器产生的重量矢量仅在支架16上施加垂直的力。如果底座的腿以稍微偏斜的状态直接紧固到车间地板，产生的侧向力将被避免。此外，通过使用三个支撑部件(而不是四个)，在连接框架单元234中通过调节螺纹螺柱230的相对位置，易于实现机器的水平测量。根据本发明的特征，四个腿部分250a从形成底座12的一部分的角柱250向下延伸，并且进一步增加机器的稳定性，如果机器需要倾斜移动。如果机器倾斜，一个或多个部分250将接触车间地板来稳定机器底座12。
图17示意地显示了用来控制机器10的各种功能的控制系统。在所示的实施例中，基于Pentium IV的PC用来传递控制信号，并且从主轴组件和测力传感器接收数据。常规控制电路同PLC协同用于控制往复输送装置电动机120、滚珠丝杠电动机112、出口输送机电动机和进口输送机电动机。如该市意图所示，往复输送装置编码器、夹钳编码器和进口输送机编码器连续监测这些装置的位置。升降机位置传感器143监测升降机的位置，并且因此卸载输送机。常规的键盘经由USB接线连接到CPU，并且常规的视频监视器来给操作者显示信息。本领域技术人员认为必须编写同PLC兼容的合适的软件用来实现控制各种驱动电动机。该软件本身易于本领于技术人员编写，并且取决于选择的部件的类型和这些部件的制造商。
本发明作为将用于轮胎/车轮组件平衡机器的部分进行了描述，轮胎/车轮组件平衡机器包括间隔开的轮胎定中心和平衡测量位置。然而，应理解为，本发明的原理能够用于其它类型的机器中，例如在单个位置对轮胎/车轮组件进行定中心和测量。此外，本发明的原理能够应用于在一个位置定中心和测量轮胎组件，并且接着输送到与标记轮胎组件间隔开的位置的机器。
最后，本发明作为将用于安装轮胎的车轮(轮胎组件)上进行了描述。本发明的原理能够应用于用来单独测量轮胎平衡的机器，也用于在单独的车轮上用来测量平衡的机器。本发明和附带的权利要求不应仅限于轮胎/车轮组件。特别地，用于权利要求中的术语轮胎旨在包括单独的轮胎、安装于车轮的轮胎和单独的车轮(没有安装轮胎的车轮)。
虽然本发明已经以特定的某一角度进行了描述，应理解为本领域技术人员可做出各种变化而不偏离本发明下文中权利要求的精神或范围。
权利要求
1.一种用来在轮胎上实现平衡测量的机器，包括a)限定轮胎定中心位置和测试位置的结构，所述轮胎测试位置与所述定中心位置间隔开；b)输送机，用来将被测试的轮胎移动到定中心位置，并且用来在定中心操作过程中支撑所述轮胎；c)往复输送装置组件，可操作来将所述被测试的轮胎定中心于所述定中心位置，并且在其定中心后，可进一步操作来接合所述轮胎，并且当所述轮胎从定中心位置移动到测试位置时，保持其与所述轮胎的接合；及d)第二输送机，在轮胎测试后用来卸下轮胎，所述第二输送机位于所述第一输送机的下游，并且包括升降机构，用来相对于形成所述测试台的一部分的主轴升起和降下轮胎。
2.根据权利要求1所述的平衡机器，其中在定中心操作过程中，所述第一输送机允许所述轮胎在侧向移动，同时在纵向基本阻止所述轮胎和所述输送机之间的相对移动。
3.根据权利要求1所述的平衡机器，其中所述往复输送装置组件包括一对夹钳，其在所述侧向同时相互相向或远离移动。
4.根据权利要求1所述的平衡机器，其中所安装的所述往复输送装置组件用来在所述纵向移动，并且进一步包括在所述定中心位置和所述测试位置之间用来移动所述往复输送装置组件的驱动机构，所述驱动机构允许所述往复输送装置组件在定中心操作过程中在所述侧向移动，来使所述夹钳能够移动到相对于所述定中心的轮胎纵向对准的位置。
5.根据权利要求1所述的平衡机器，其中所述第一输送机包括数个辊子，使其旋转轴在所述纵向定向，以在定中心操作过程中，允许所述第一输送机支撑的轮胎相对于所述输送机以侧向移动。
6.一种用来测量轮胎平衡的机器，包括a)框架结构；b)往复输送装置组件，用来将被测试轮胎从由框架部分限定的第一位置移动到与所述第一位置间隔开的第二位置；c)主轴组件，用来旋转由所述主轴组件接合的轮胎；d)传感器，同所述主轴组件相关联，用来获取用于由主轴组件旋转的轮胎的平衡数据；e)控制器，用来控制所述往复输送装置组件的移动，并且用来控制在测试台被测试的轮胎的平衡数据的获取；f)形成所述框架结构的一部分的三个间隔开的地面接合支撑部件，所述支撑部件形成用于所述机器的三点支撑装置。
7.根据权利要求6所述的机器，其中所述框架结构还包括至少四个腿部分，其从所述框架结构延伸，所述框架结构在由支撑部件限定的平面上方间隔开，其阻止所述机器倾斜超出预定界限。
8.一种用来使轮胎下降到主轴上并且用来将轮胎升起从而与所述主轴分离的升降机，包括a)一对滑杆，支撑相互垂直移动的升降机框架；b)传感器，用来感测所述升降机框架的位置；c)流体压力操作致动器，用来在所述框架中实现往复移动，所述致动器包括可伸展的杆；及d)闸，与所述杆相关联，当所述框架处于由所述传感器感测的预定位置中时，用来阻止在所述杆中的运动。
9.根据权利要求8所述的升降机，其中所述流体压力操作致动器为气动致动器。
10.根据权利要求8所述的升降机，进一步包括用来在由所述主轴组件保持的轮胎上放置标记的标记机构。
11.根据权利要求10所述的升降机，进一步包括用来控制所述主轴组件和所述标记机构旋转的控制器，以使所述轮胎由所述主轴组件旋转，从而使所述轮胎的预定位置同所述标记机构对准，以使得所述标记机构由所述控制器致动来在所述预定位置放置标记。
12.一种用来测量轮胎平衡状态的方法，包括以下步骤a)使被测量轮胎前进到定中心位置；b)提供往复输送装置组件，其可在定中心位置和轮胎测试位置之间纵向移动；c)提供主轴组件，用来在所述测试位置中旋转被测试轮胎；d)使所述轮胎在所述定中心台相对于所述主轴组件定中心；e)在所述轮胎定中心后，将其与所述轮胎接合，并且将所述往复输送装置组件移动到所述测试位置；及f)从所述往复输送装置组件释放所述轮胎，并且将所述轮胎与主轴组件接合，以使得所述主轴组件开动旋转轮胎。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤在所述测试台将所述轮胎初始支撑在升降机上，并且使用所述升降机下降所述轮胎，在所述轮胎由所述往复输送装置释放后，来使所述轮胎下降到所述主轴组件上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述升降机仅下降足够的量，来在轮胎底部和所述升降机之间提供间隙。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述升降机包括输送机机构，并且所述方法进一步包括以下步骤在测试循环完成时，升起所述升降机，来使所述轮胎升起离开所述主轴组件，并且接着开动所述输送机来将所述轮胎从所述测试台输送出。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤a)为所述升降机提供标记机构；b)在测试循环完成时，在标记位置定位所述升降机；c)旋转所述轮胎和主轴组件，使所述标记机构同在所述轮胎上的预定位置对准；及d)开动所述标记机构来在所述轮胎上施加标记。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述标记机构包括可沿轨迹移动的标记装置，在所述标记机构开动后，将线段形式的标记施加于所述轮胎。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述轮胎安装到车轮，形成轮胎/车轮组件，并且所述主轴组件包括用来驱动地接合所述车轮的设备。
19.根据权利要求18所述的方法，其中通过向所述轮胎和所述往复输送装置施加力而使所述轮胎在所述定中心台定中心，并且允许所述轮胎响应所述力以侧向移动，允许所述往复输送装置相对于所述轮胎响应由所述往复输送装置施加到所述轮胎的力以纵向移动。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述力由一对夹钳来施加，所述一对夹钳的至少一个可在侧向相互移动。
21.根据权利要求19所述的方法，其中允许所述轮胎侧向移动的所述步骤，通过在可纵向移动的输送带上支撑所述位于所述定中心位置的所述轮胎来实现，输送带安装有多个其轴以纵向定向的辊子。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤相对于所述主轴组件监测所述往复输送装置组件的位置。
23.根据权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤a)提供上部标记机构；b)在测试循环完成时，旋转所述主轴组件和所述轮胎，以使在所述轮胎上部上的预定位置同所述上部标记机构对准；c)开动所述上部标记机构，以在所述预定位置将标记放置在所述轮胎上。
24.一种用来在测试台从旋转的轮胎获取数据的主轴组件，包括a)轴组件；b)夹紧机构，用来接合将旋转的轮胎，所述夹紧机构位于所述轴组件的上端；c)主轴轴承，位于轴承壳体内部，用来可旋转地支撑所述轴组件，所述轴承壳体位于所述夹紧机构的下面；及d)驱动电动机，包括驱动电动机壳体和电枢，用来可旋转地驱动所述轴组件，所述电枢连接于所述轴组件，以使所述电枢相对于所述电动机壳体通过所述主轴轴承保持在其运转位置，由此在所述电动机壳体和所述电枢之间不需要驱动电动机轴承。
25.根据权利要求24所述的主轴组件，其中所述电枢和电动机壳体形成筒型电动机的部分。
26.根据权利要求23所述的主轴组件，进一步包括连接于所述主轴壳体的数据获取装置，由此在所述壳体中的移动转化为电数据信号。
27.根据权利要求26所述的装置，其中所述数据获取装置为测力传感器。
28.根据权利要求6所述的机器，其中每个支撑部件包括螺柱，其下端终止于锥形表面，所述锥形表面容纳于在地面接合容纳器单元中形成的互补形状的表面中。
29.根据权利要求1所述的机器，其中所述轮胎组成轮胎/车轮组件的一部分，并且所述主轴同所述轮胎/车轮组件的车轮组成部分接合。
30.根据权利要求24所述的主轴组件，其中所述轮胎组成轮胎/车轮组件的一部分，并且所述夹紧机构驱动地接合所述轮胎/车轮组件的车轮组成部分。
31.根据权利要求5所述的机器，其中第一位置为定中心位置，并且第二位置为平衡测量位置，平衡测量位置与所述定中心位置间隔开。
32.一种用来在轮胎、车轮或轮胎/车轮结合体上完成与平衡相关的操作的机器，包括a)限定定中心位置的结构；b)输送机，用来在定中心位置支撑被测试的轮胎、车轮或轮胎/车轮组件，所述输送机包括数个使其旋转轴以所述输送机的移动方向定向的辊子，以在定中心操作过程中，允许轮胎、车轮或轮胎/车轮组件相对于所述输送机的移动方向侧向移动；c)往复输送装置组件，可操作所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件定中心于所述定中心位置，包括一对夹钳，其以侧向同时互相相向和远离移动；d)所述往复输送装置组件，可在基本上平行于所述输送机的移动方向中移动，以当所述夹钳接合述轮胎、车轮或轮胎组件来在所述定中心位置使所述往复输送装置和所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件对准时，允许所述往复输送装置相对于所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件移动。
33.根据权利要求32所述的平衡机器，进一步包括与所述定中心位置间隔开的测试位置，所述测试位置包括用来旋转所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件的主轴组件。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述机器进一步包括第二输送机和升降机，用来相对于所述主轴组件升起和下降所述轮胎，并且用来在测试过程后，卸下所述轮胎、车轮或轮胎车轮组件。
35.一种用来轮胎、车轮或轮胎/车轮组件定中心的方法，包括以下步骤a)将要被定中心的轮胎、车轮或轮胎/车轮组件输送到定中心位置；b)提供往复输送装置，其可在纵向移动；c)提供用来在所述定中心台支撑所述轮胎的输送机，所述定中心台包括在定中心操作过程中用来允许在所述轮胎、车轮或轮胎车轮组件中相对侧向移动的辊子；及d)在所述定中心台，通过以侧向延伸所述形成往复输送装置的一部分的夹钳来接合所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件，使所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件以侧向定中心，同时在所述轮胎定中心位置，允许所述输送机组件纵向移动来允许它自身同所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件对准。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括以下步骤使用所述往复输送装置组件从定中心位置来将所述定中心的轮胎、车轮或轮胎/车轮组件输送到与所述定中心位置间隔开的轮胎测试位置。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括以下步骤从所述定中心位置将所述轮胎、车轮或轮胎/车轮组件输送到与定中心位置间隔开的标记位置。
全文摘要
一种用来在轮胎或轮胎/车轮组件上进行平衡测量的机器和方法，其包括限定间隔开的轮胎定中心位置和轮胎测试位置的结构。第一输送机将轮胎移动到定中心位置，在那里往复输送装置组件操作来使轮胎定中心，并且在轮胎定中心后，与轮胎接合并且实现从定中心台将轮胎输送到测试台。往复输送装置组件包括一对夹钳，其在侧向相互相向或远离移动，以接合轮胎。第一输送机允许轮胎以侧向移动；而其基本阻止在轮胎和输送机之间的纵向相对移动，即输送机移动的方向。往复输送装置组件安装用来以纵向移动，并且包括驱动机构，当夹钳接合轮胎时，其允许往复输送装置组件以纵向相对于轮胎移动，以使往复输送装置能够将其自身在纵向相对于轮胎对准。机器的框架结构包括三个间隔开的支撑部件，为机器提供三点支撑装置。机器还包括至少四条腿，其向下延伸，但在由支撑部件限定的平面上方间隔开，并且阻止机器倾斜超出预定界限。测试台，其包括用来旋转轮胎的主轴组件，还包括用来将轮胎下降到主轴上和用来将轮胎从主轴升起离开的升降机机构。下部标记机构组成升降机的一部分，并且在轮胎测试过程完成后，可操作在轮胎上的预定位置作标记。主轴组件包括驱动电动机，其包括驱动电动机壳体和电枢。电枢通过与形成主轴组件的一部分的轴组件相关联的轴承装置保持在其运转位置，这使得在驱动电动机壳体中不再需要电枢支撑轴承。
文档编号G01M1/22GK1938573SQ200580010279
公开日2007年3月28日 申请日期2005年4月13日 优先权日2004年4月14日
发明者托马斯·D.·威廉姆斯, 史蒂夫·海杜, 罗纳德·简·霍尔, 史蒂夫·沃森, 比尔·谢弗, 尼尔·内伦兹, 詹姆斯·C.·毕比 申请人:伊利诺斯器械工程公司