Если вы много катаетесь на велосипеде, то иногда вам приходится и чинить их. Одна из неисправностей, с которой приходится сталкиваться это восьмерка колеса, или овал.
КПДВ — первые результаты измерения овальности колеса
Я долго не мог решить проблему со своим колесом, поэтому пришлось собрать электронную систему измерения.
Для начала немного объяснений, что же такое восьмерка и овал колеса?
Восьмерка — отклонение обода колеса в сторону, в результате чего при езде колесо как бы виляет:
Овал (или яйцо) — когда обод находится не на равном расстоянии от оси колеса, в результате чего колесо подпрыгивает:
И горб и яма приводят к овалу колеса.
В простом случае не трудно с помощью ключа для спиц и зоркого глаза подправить колесико. Но у меня был случай сложнее — влетев в препятствие на дороге сильно погнул обод и выправить вручную, без дополнительной помощи не получалось, поэтому и пришла идея собрать некий прибор, который сможет измерить отклонения от нормы.
Первая проблема, возникшая передо мной — был выбор чувствительного элемента. То есть, как превратить неровность колеса в цифровой сигнал, соответствующий отклонению? Многие из доступных вариантов были отброшены: звуковой детектор расстояния чувствителен к рельефу поверхности, а измерять нужно по узкой кромке обода, детектор расстояния на ик-диоде и ик-приемнике по этим же причинам вызывал у меня опасения (но есть вероятность, что можно было использовать и их).
Немного подумав, я вспомнил принцип действия сканирующего микроскопа — щуп движется по поверхности образца и по отклонению щупа и измеряется рельеф. Идея мне понравилось, и быстро была собрана простейшая схема:
На схеме: обод колеса в держателе колеса (если нет держателя, можно просто оставить обод в велосипеде), шаговый двигатель в тисках, прикрученных к табуретке, кнопка, приклеенная на ось шагового двигателя, контроллер шагового двигателя на чипе LN2003, ардуино, управляющая всей этой схемой и передающая данные на компьютер
Алгоритм измерения простейший: шаговый двигатель начинает приближать кнопку к ободу, как только кнопка нажимается, шаговик возвращается в начальное положение, количество шагов передается на компьютер, это действие повторяется для каждой спицы. Точность оказалась вполне достаточная — 10 или больше шагов на 1мм, то есть принципиально можно настроить колесо с точностью до 0.1мм. Присланные ардуино данные простая программка превращает в понятный график, где видно, какие спицы куда крутить, для исправления проблем.
После полной настройки своего колеса, картинка заметно улучшилась:
Проблема пропала — колесо перестало бить при езде. Но совсем яму справить не удалось, на ободе осталась существенная вмятина после аварии, она и видна на графике выше:
Реальное отклонение обода в точке вмятины меньше миллиметра.
Исходники клиента
Исходники ардуино
КПДВ — первые результаты измерения овальности колеса
Я долго не мог решить проблему со своим колесом, поэтому пришлось собрать электронную систему измерения.
Для начала немного объяснений, что же такое восьмерка и овал колеса?
Восьмерка — отклонение обода колеса в сторону, в результате чего при езде колесо как бы виляет:
Овал (или яйцо) — когда обод находится не на равном расстоянии от оси колеса, в результате чего колесо подпрыгивает:
И горб и яма приводят к овалу колеса.
В простом случае не трудно с помощью ключа для спиц и зоркого глаза подправить колесико. Но у меня был случай сложнее — влетев в препятствие на дороге сильно погнул обод и выправить вручную, без дополнительной помощи не получалось, поэтому и пришла идея собрать некий прибор, который сможет измерить отклонения от нормы.
Первая проблема, возникшая передо мной — был выбор чувствительного элемента. То есть, как превратить неровность колеса в цифровой сигнал, соответствующий отклонению? Многие из доступных вариантов были отброшены: звуковой детектор расстояния чувствителен к рельефу поверхности, а измерять нужно по узкой кромке обода, детектор расстояния на ик-диоде и ик-приемнике по этим же причинам вызывал у меня опасения (но есть вероятность, что можно было использовать и их).
Немного подумав, я вспомнил принцип действия сканирующего микроскопа — щуп движется по поверхности образца и по отклонению щупа и измеряется рельеф. Идея мне понравилось, и быстро была собрана простейшая схема:
На схеме: обод колеса в держателе колеса (если нет держателя, можно просто оставить обод в велосипеде), шаговый двигатель в тисках, прикрученных к табуретке, кнопка, приклеенная на ось шагового двигателя, контроллер шагового двигателя на чипе LN2003, ардуино, управляющая всей этой схемой и передающая данные на компьютер
Алгоритм измерения простейший: шаговый двигатель начинает приближать кнопку к ободу, как только кнопка нажимается, шаговик возвращается в начальное положение, количество шагов передается на компьютер, это действие повторяется для каждой спицы. Точность оказалась вполне достаточная — 10 или больше шагов на 1мм, то есть принципиально можно настроить колесо с точностью до 0.1мм. Присланные ардуино данные простая программка превращает в понятный график, где видно, какие спицы куда крутить, для исправления проблем.
После полной настройки своего колеса, картинка заметно улучшилась:
Проблема пропала — колесо перестало бить при езде. Но совсем яму справить не удалось, на ободе осталась существенная вмятина после аварии, она и видна на графике выше:
Реальное отклонение обода в точке вмятины меньше миллиметра.
Исходники клиента
Исходники ардуино
Meklon
Эпично. Готовый прототип коммерческого решения для мастерских.
dom1n1k
Коммерческие решения есть.
ToSHiC
В мастерских проще делают: колесо ставится в установку, винтиком подкручивается планка, которая располагается у края обода, и дальше просто на глаз регулируется. Им же важно не идеально сделать, а просто достаточно хорошо, но быстро.
AlexanderG
Идеально и не нужно.
wormball
Да тут по ободу пункт приёма металлолома плачет, какое там идеально, я вас умоляю.
Даже судя по приведённому скриншоту — коли шаг 0,1 мм и разброс значений от 44 до 60, стало быть, итоговая точность 1,6 мм. Мне в сокольниках мастер при мне «на глаз» колёса собирал — я вообще отклонений от идеальности «на глаз» не обнаружил. Меньше полумиллиметра точно, а быть может, что и меньше 0,1 мм. Давно это было, точнее сказать не могу. А потом я ещё вручную «с бумажкой» колёса правил — точность получилась, конечно, похуже, но тоже меньше миллиметра.
В общем, в приведённом случае точность — это явно не то, чем следует восхищаться. Хотя, конечно, принципиально точность автоматической сборки колеса ограничена разве что точностью изготовления самого обода.
V1RuS
Для мастерских нужен еще цифровой тензометр. При сборке колеса ведь задача не просто получить ровный обод, но и по возможности равномерное натяжение спиц.
Сейчас обычно измеряют натяжение вручную и вручную же вбивают данные, если нужны наглядные диаграммы.
Aclz
А цифровой зачем? Везде видел исключительно аналог, и у самого такой.
V1RuS
цифровой — в смысле подключаемый к компу. чтобы не вбивать вручную данные, если захочется диаграмму нарисовать.
uterr
ухты какой график, с точностью до десятки =) это вы для настройки строили?
Klukonin
А метод «на звук» уже устарел?
Мне очень помогает временами =)
GavriKos
Колесо вращали вручную? Сколько занял весь процесс измерения?
uterr
да, колесо крутить вручную, один раз обмерять колесо меньше минуты, потом по графику на компьютере настройка спиц ключом… повторяем замеры, и так пока результат не понравится
GavriKos
Круто. Автопрокруту добавить, да прогу допилить (from1 доставила :-) ) — и в продажу, как сказал Meklon
eta4ever
Дочитав до «щупа» сразу подумал о переменном резисторе и подпружиненной пластинке. А тут вон как хитро.
Кстати, с овалом понятно. А с восьмеркой?
uterr
просто табуреточка ставится не в торец колеса, а сбоку — тогда и измерения идут бокового отклонения
eta4ever
Да, что-то я об этом не подумал.
eta4ever
Долго пытался вспомнить, каким аналоговым прибором задача решалась. Вспомнил все-таки. Индикатор часового типа называется. www.chelzavod.ru/index.php?id=13&name=Content
uterr
кстати датчиком прямого измерения круто было бы мерять =) но у меня таких нету… это нужен или индукционный датчик, или такой вот индикатор с электроникой, или опять же щуп с резистором, или щуп с зеркалом и лазером на него светящим
eta4ever
… и стоят эти датчики линейного положения совершенно негуманно. Механический ИЧ вполне можно купить, а вот что-то электронное — грусть и печаль.
wormball
> или щуп с зеркалом и лазером на него светящим
Вот, так же точно атомно-силовой микроскоп работает. По идее не так сложно его повторить «из спичек и желудей». Зато потом сможете хвастаться, что правите колёса атомно-силовым микроскопом.
iliasam
Как насчет лазерного дальномера на базе web-камеры?
GavriKos
Может точности не хватить.
iliasam
Если сделать базу (расстояние между лазером и камерой) сделать побольше — 20 см например, и поставить на камеру достаточно длиннофокусный объектив (у большинства камер стандартное крепление), то на близких дистанциях можно получить точность в доли мм.
sandricmora
Пока грузилась страница успел подумать и про датчик холла и про лазер, а тут все на шаговом двигателе откуда то из старого принтера. Все гениальное просто.
svd71
Подобная методика используется в автосервисах шиномонтажа при установке балансировочных грузов на колесо.
ToSHiC
В автомонтаже же не восьмёрки исправляют, а балансируют. Они просто раскручивают колесо и замеряют вибрацию.
ASD2003ru
Не только. Есть комплексы которые и кривые диски замеряют/исправляют и «горбы» покрышки замеряют.
Но вот врятли на них с велосипедными получится.
art1415926535
А почему бы не использовать просто датчик изгиба?
uterr
я совсем не против, просто у меня нет датчика изгиба! Х) но идея совсем неплоха, я бы даже попробовал модифицировать систему… подскажете, какой датчик изгиба стоит попробовать? я видел несколько в хобби-магазинах, но знаю про них маловато
с датчиком изгиба и измерять можно было бы не квантованно, а постоянно
art1415926535
Да в магазинах по продаже всякой электроники для ардуинки их много. Хотя они не особо дешёвые.
Можно и самому собрать из светодиодов, фоторезисторов и прямых рук.
uterr
на самом деле, со второго взгляда, оказывается, что датчик изгиба использовать тут сложнее: перемещение маленькое, 1-2 мм, что будет приводить к малому изменению сопротивления, что будет трудно измерить, и в любом случае нужен усилитель, что для людей от электроники далеких (я %) уже вызовет некоторую проблему…
но датчик прямого измерения все равно было бы очень круто тут применить
Acid_Jack
«Овал» и «восьмёрка» по-научному называются радиальное и торцевое биение соответственно.
Kosyura
А мы люди простые, у нас это называется «овал» и «восьмерка». Все же поняли!
Meklon
Овал чаще яйцом называют обычно. У нас по-крайней мере.
AYrm
Схема показывает сколько и где крутить. Но после того, как покрутили одну спицу схема уже не актуальна — состояние на колесе изменилось. Процесс надо повторять снова и снова после каждой регулировки. Схема показывает, где крутить, но сделать это надо одновременно для всех спиц. А как учесть, что отдельные спицы могут быть перетянуты или не дотянуты? Если выпирает с одной стороны — это еще не говорит, что там надо тянуть, возможно надо отпускать с другой стороны.
uterr
так и есть, нюансов масса. идеальный вариант — промерять один раз радиальное и боковое смещение, натяжение спиц и получить диаграмму, какую спицу на сколько оборотов закрутить :)
Aclz
Если обод ушатан, то равное количество оборотов будет давать неравное натяжение. Плюс, спицы с разных сторон имеют разную длину, на разных втулках длина тоже разная. Без тензометра не обойтись.
А касаемо диаграммы — по-дедовски пользуюсь подводимым к ободу мелком — с некоторой сноровкой выявить восьмерку и яйцо вполне хватает.
lim
Вместо выключателя и мотора — можно подпружиненный рычаг с магнитом на конце, и аналоговый датчик Холла (так, чтобы при одном положении рычага линии магнитного поля были перпендикулярны датчику, а прои другом — параллельны). Тогда можно снять параметры колеса просто за 1-2 оборота, с не меньшей точностью.
Вот здесь например описано, как такой датчик для джойстика использовать.
Closius
Восьмерку и все биения на колесе правят с надетой покрышкой и накаченной камерой ващет. Не знаю как там на автомобиле, но на велосипеде так.
Gumanoid
Не обязательно: youtu.be/W6gZ79S1ZS0
spiritus_sancti
В качестве датчика расстояния неплохо подойдет цифровой штангенциркуль. Стоят они недорого, разрешающая способность высокая. Вот например
uterr
а какой в таком штангенциркуле принцип действия? считаются насечки?
eta4ever
Там хитрая емкостная конструкция
www.biotele.com/digital_caliper.htm
www.capsense.com/capsense-wp.pdf
wormball
Девайс, конечно, зачотный, но только как задача для практикума по электронике. Со всех остальных точек зрения одни минусы:
— Вручную 36 раз вращать и ждать, пока шаговик повернётся? А потом ещё несколько раз после актов спицеверчения? А потом то же самое с восьмёркой? Это не автоматизация, это издевательство. Вы бы вручную это в разы быстрее сделали, просто поставив вместо вашего девайса обычную пластиковую карту. Вот ежели бы оно автоматически колесо вращало и автоматически спицы крутило — тогда да.
— Точность шаговика 0,1 мм, а точность выключателя и вообще всей конструкции? Коли померять, сделать оборот и снова померять, насколько будет различаться?
— И самое главное, быть может. Не стал бы я ездить на этом колесе. Разве что по парку в сугубо прогулочном темпе. Алюминий вообще любит накапливать усталость, а уж после удара не ровён час и вовсе развалится. А вы ещё деформацию спицами «скомпенсировали» — к гадалке не ходи, некоторые спицы у вас перетянуты, на любой кочке могут лопнуть. Получилась эдакая мина замедленного действия «два в одном». Как говорится, не пытайтесь повторить это дома!
uterr
Я настраивал восьмерку и овал вручную, я совсем не механик и велик настраиваю редко, и это было просто жутко кошмарно, после нескольких часов настройки колесо жутко било, пришлось отдать мастеру, он настроил =) поэтому эта штуковина это подспорье для новичка, такого как я — она позволила настроить другое колесо, вот это, с ударом, сам бы я, с пластиковой картой такого не добился. Поэтому нет, это не издевательство, здорово помогает, если вы не мастер настройщик — вообще, настраивать восьмерки и овалы обычному велолюбителю приходится скорее редко, можно и потерпеть
На 1мм приходится 10+ шагов шаговика, если сделать оборот колеса и снова померять в том же месте то будет +-1 шаг
На таком колесе ездить можно достаточно спокойно, колесо от усталости умирает медленно — начинают лопаться спицы одна за одной, расходится спайка обода, начинают вырываться нипели, возможно бывают случаи и «взрывного» разрушения, но у меня уже несколько колес умерло — медленно и печально, можно прям наблюдать за тем как это происходит постепенно
ToSHiC
У вас так било не потому, что вы плохо замеряли, а потому, что спицы крутили не совсем правильно. Если есть восьмёрка, то иногда нужно половину спиц покрутить, а не одну-две, а то легко получить яйцо. А потом будете яйцо исправлять — получите восьмёрку :) Установка из статьи вам бы тут никак не помогла, она же не говорит, что и куда крутить, а только показывает фактическую кривизну.
uterr
ну вот как раз с помощью этой штуки я и увидел, сколько и каких спиц нужно крутить, а вручную подкручвал вслепую, только ориентируясь по тому как обод шатает относительно чего-нибудь :) опять же, простые легкие случаи даже мне удавалось несложно подправить без измерений… а тут появилась большая яма, и чтобы ее исправить нужно было закрутить все остальные спицы, я понимаю что это устройство не панацея, но как так может быть, чтоб без него новичку было проще? боюсь никак :)
SHVV
На самом деле, принцип вашего устройства больше похож не на сканирующий микроскоп, а на координатные измерительные машины (CMM) с датчиком касания (touch-trigger). Они действуют тем же способом: измерительную головку двигают шаговые моторы, так что координаты всегда известны, а в момент касания в датчике просто размыкается один из контактов и координаты передаются компьютеру. Но, датчики там довольно дорогие, потому что могут обеспечить точность в 1 мкм.
IronHead
Можно попробовать поставить датчик положения коленчатого вала от ВАЗа, в идеале получим бесконтактный способ съема кривизны.
NetBUG
Он работает на магнитный диск, а обода (обычно) алюминиевые.
Плюс к тому, расстояние срабатывания зависит до какого-то момента от объёма магнитной массы.
psman
А если вращать колесо шаговым двигателем, а снимать искажения камерой по картинке обода подсвеченного полосой лазера??
Точнее, быстрее.
IronHead
Сложнее — дороже.
Loki3000
А где лазер брать?
IronHead
Из DVD-RW привода же, красный там отменный, до 0,5 Вт мощности выжать можно.
Loki3000
А сможет ли его камера регистрировать? И на каком расстоянии он сможет давать сфокусированный луч?
IronHead
Камера сможет регистрировать с километра, я получал точку диаметром 30 см на здании в 200-300 метрах, точно не скажу, давно было. На расстоянии до 10 метров точку можно сфокусировать до 2 мм мне кажется.
Loki3000
В том-то и проблема с лазером, что для исправления геометрии колеса, размер точки должен быть меньше миллиметра. В противном случае, у механических способов точность получается выше.
IronHead
Я уже давно предложил бесконтактный метод на основе датчика положения коленвала от ВАЗа. Дешево и точность в связке с микроконтроллером довольно высокая получается.
uterr
а можете скинуть ссылочку на датчик? интересны любые подходящие для измерения методы
ну, ссылочку не на покупку, а где обьясняется как оно работает… а вообще супер было бы с рабочими характеристиками
а то я попробовал погуглить, но сразу не нашел, точнее нашел датчики коленвалов, но это было что-то не то
IronHead
http://refereed.ru/ref_5d94f912c76d66c246b3083c4c1faedc.html
или гуглить по фразе: Магнитоэлектрические датчики углового положения коленчатого вала.
uterr
а как это применить для измерения линейного отклонения?
IronHead
Вращать колесо и снимать уровень сигнала. Есть кривизна — получаем изменение уровня (причем скорость нарастания сигнала напрямую зависит от размера неровности), нет кривизны — получаем ровные показания. Если вращать колесо с известной скоростью — то можно рассчитать много параметров. А известной скорость можно сделать по метке или с помощью энкодера. Простейшая метка — магнит + геркон. Чуть посложнее — из ИК светодиода и фотоприемника (тогда вообще скорость можно вычислить из количества посчитанных спиц в колесе). Простейший энкодер можно сделать из любого шагового двигателя (например от старого принтера). Просто исходите из тех деталей, которые вам проще или дешевле найти.
uterr
тут есть сложности — нужно вращать колесо с точной скоростью, нужно делать усилитель сигнала безконтактного датчика
и самое главное — я не уверен, что алюминиевый обод будет работать как магнитопровод
IronHead
Можно не вращать колесо с нужной скоростью — а знать точную скорость вращения, что намного проще (как уже писал — в простейшем случае магнит + геркон). Усилитель сигнала делается на 1 ОУ общего назначения, в конструкции просто добавится еще один 8 выводный корпус.
Насчет алюминия — нужно пробовать, мне кажется будет. Проще всего проверить — взять катушку любую, подключить к осциллографу и пронести над ее сердечником алюминиевую плашку, сразу будет видно. И вы уверены, что там алюминий? Может другой какой то похожий металл?
psman
Самый простой вариант из указки.
Самый «сложный» — заказать на алиэкспрессе задний стоп сигнал на велик с лазерными «светиками» в виде полосок. Например
Loki3000
Я пробовал и лазерную указку и строительный уровень… Они дают пятно такого размера, что что-то по нему отрегулировать совершенно невозможно. А в в случае хромированных ободов — вообще ничего не разобрать.
psman
Хм, мне казалось видно линию хорошо везде.
Loki3000
Видно ее замечательно. Плохо то, что резкого края она не имеет. Край расплывается и, в результате, не разобрать каково расстояние от края пятна до края обода.
Когда надо оценить отклонение строительных конструкций — лазерный уровень вполне себе помощник, но когда нужно поймать отклонение <2мм, выясняется что точности такого лазера недостаточно.
Loki3000
И такой задний фонарь я тоже разглядывал на днях, кстати. Толщина луча там для подобных измерений не годится.
Loki3000
Я в качестве чувствительного элемента использую карандаш, лежащий на табуретке: неровностями обода он сдвигается и сразу видна величина максимального отклонения:)
apstim