DE10020121A1 - Aligning gang of shafts of machine set by using autocollimator to detect plane and centre of curvature of plano-convex lens - Google Patents

Aligning gang of shafts of machine set by using autocollimator to detect plane and centre of curvature of plano-convex lens

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Abstract

The method involves optically detecting shaft deviations. The position of the rotational axes of the shafts is detected using a plano-convex lens connected to the shaft. An autocollimator detects the plane and the centre of curvature of the plano-convex lens. The position of reflected image is detected in the focal plane of the autocollimator, stored, and used as a target value for adjusting the second shaft. An Independent claim is included for an apparatus for performing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justierung von Wellen, die hintereinander angeordnet sind, insbesondere zur fluchtenden Ausrichtung von Maschinensatzwellen.The invention relates to a method and a device for adjusting Waves that are arranged one behind the other, especially to align Alignment of machine set shafts.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das präzise Ausrichten von Maschinensatzwellen, die zu ihrer Funktionserfüllung eine fluchtende Anord­ nung benötigen. Diese Fluchtung kann durch Parallelversatz und/oder Winkel­ versatz der Wellen zueinander beeinträchtigt sei.The preferred field of application of the invention is the precise alignment of Machine set shafts that are in alignment to fulfill their function need. This alignment can be done by parallel offset and / or angle offset of the waves to each other.

Im Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Ausrichten von Wellen sowohl auf mechanischer als auf optischer Grundlage bekannt.The prior art describes methods and devices for aligning Known waves on both a mechanical and optical basis.

Optische Verfahren nutzen meist den Richtstrahl eines Lasers und ein geeigne­ tes Sensorelement zur Bestimmung der Lage dieses Richtstrahles relativ zu einer Welle. Optical processes mostly use the directional beam of a laser and a suitable one tes sensor element for determining the position of this directional beam relative to a wave.  

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in DE 33 35 336 A1 beschrieben. Dabei werden Parallel- und Winkelversatz optisch und elektronisch erfasst und ausgewertet. Hierzu sind sowohl die Einrichtungen zur Erzeugung des Richt­ strahles als auch Sensorelemente zur Lageerfassung und Auswertung des Zielstrahles mittels einer stabilen Halte- und Montagevorrichtung auf beiden Wellen montiert.Such a method is described for example in DE 33 35 336 A1. Parallel and angular misalignments are recorded optically and electronically evaluated. For this purpose, both the facilities for generating the guide beam as well as sensor elements for position detection and evaluation of the Aiming beam using a stable holding and mounting device on both Shafts mounted.

Bedingt durch die notwendige Größe und Masse dieser Halte- und Montage­ vorrichtung und durch den verwendeten Befestigungsmechanismus auf beiden Wellen ergibt sich im allgemeinen eine Grenze des minimalen Wellendurchmes­ sers für die Anwendung solcher Verfahren.Due to the necessary size and mass of this mounting and mounting device and by the fastening mechanism used on both Waves generally have a limit on the minimum shaft diameter sers for the application of such procedures.

Ein weiteres Verfahren, das in DE 297 13 805 U1 beschrieben ist, verwendet nur eine Sende- und Empfangseinrichtung, die auf einer Montage- und Halte­ vorrichtung angeordnet ist. Auf der zweiten Welle ist dabei ein Spiegelprisma zur Reflexion des Richtstrahles befestigt. Dadurch soll eine Reduzierung von Masse und Volumen für die Halte- und Montagevorrichtung bezüglich des Spiegelprismas erreichen werden. Verbesserungen zur Justierung kleinerer Wellendurchmesser sind damit jedoch nicht erreichbar.Another method, which is described in DE 297 13 805 U1, is used only a transmitting and receiving device that is on an assembly and holding device is arranged. There is a mirror prism on the second shaft attached to reflect the beam. This is intended to reduce Mass and volume for the holding and mounting device with respect to the Will reach mirror prisms. Smaller adjustment improvements However, shaft diameters cannot be achieved with this.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Justierung von Wellen anzugeben, mit dem ein genaues Ausrichten möglich ist, das aber auf Haltevorrichtungen für Sende- und Empfangseinrichtungen verzichtet, mit denen der justierbare Wellendurchmesserbereich eingeschränkt wird.The invention has for its object a method for adjusting Specify waves with which an exact alignment is possible, but on Holding devices for transmitting and receiving devices dispensed with which restrict the adjustable shaft diameter range.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.The object is achieved with the characterizing features of Claims 1 and 4 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous refinements are specified in the subclaims.  

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Geometrie einer Plankonvexlinse zur optischen Detektierung der Lage der Drehachse mechanischer Wellen.The method according to the invention uses the geometry of a plano-convex lens for optical detection of the position of the axis of rotation of mechanical shafts.

Die Wellendrehachse kann beschrieben werden durch das Lot von einen Punkt auf der Wellendrehachse auf eine Ebene, die senkrecht zur Wellendrehachse steht. Als ein solcher Punkt kann der Krümmungsmittelpunkt einer hinreichend genau hergestellten sphärischen Plankonvexlinse betrachtet werden. Die zugehörige Planfläche entspricht der Ebene.The shaft axis of rotation can be described by plumbing one point on the shaft axis of rotation on a plane perpendicular to the shaft axis of rotation stands. As such a point, the center of curvature can be sufficient precisely manufactured spherical plano-convex lens. The The associated plan area corresponds to the level.

Zur Detektierung der Ebene der Plankonvexlinse und ihres Krümmungsmittel­ punktes hat sich die Anordnung eines zur Wellendrehachse ausgerichteten elektronischen Autokollimationsfernrohres als vorteilhaft erwiesen. Bei Drehung der Welle erhält man bei exakter Ausrichtung der Plankonvexlinse zur Welle einen minimalen Schlagkreis des Durchmessers, der durch das Lagerspiel der Welle bedingt ist. Die Lage dieses Durchmessers wird in der Bildebene des Autokollimationsfernrohres erfasst, abgespeichert und für die Justierung der zweiten Welle als Zielwert herangezogen. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Bestimmung der Lage und der feststehenden Wellendrehachse von einer Stirnseite aus mit einem im allgemeinen frei wählbaren Abstand zum verwende­ ten Autokollimationsfernrohr.To detect the plane of the plano-convex lens and its curvature point has the arrangement of one aligned to the shaft axis of rotation electronic autocollimation telescope proved to be advantageous. At Rotation of the shaft is obtained with exact alignment of the plano-convex lens Shaft a minimal impact circle of the diameter caused by the bearing play the wave is conditional. The location of this diameter is in the image plane of the Autocollimation telescope recorded, saved and for the adjustment of the second wave used as the target value. This procedure enables the determination of the position and the fixed shaft axis of rotation of one Front side with a generally freely selectable distance to use autocollimation telescope.

Zur Justierung der zweiten Welle wird diese mit einer zweiten Plankonvexlinse; die wie oben beschrieben justiert wurde, im Strahlengang des Autokollimations­ fernrohres positioniert und mit geeigneten Manipulatoren parallel zur festste­ henden Wellendrehachse 1 gebracht. Zur Korrektur des Parallelversatzes ist eine Modifizierung des optischen Systems erforderlich. Zur Erfassung der Krümmungsmittelpunkte der an den Wellenachsen ausgerichteten Plankonvex­ linsen ist es erforderlich, eine Vorsatzlinse vorzuschalten und das Autokollima­ tionsfernrohr zunächst auf den Krümmungsmittelpunkt der an Welle 1 befestigten Linse zu fokussieren. Anschließend erfolgt die Erfassung und Abspeicherung dieses Wertes, auf den nach Fokussierung des Autokollimati­ onsfernrohres auf dem Krümmungsmittelpunkt der Linse auf der zweiten Welle diese justiert wird.To adjust the second shaft, use a second plano-convex lens; which was adjusted as described above, positioned in the beam path of the autocollimation telescope and brought with suitable manipulators parallel to the fixed shaft axis of rotation 1 . Modification of the optical system is necessary to correct the parallel offset. To detect the centers of curvature of the plano-convex lenses aligned on the shaft axes, it is necessary to connect an auxiliary lens and to focus the autocollimation telescope first on the center of curvature of the lens attached to shaft 1 . This value is then recorded and stored, on which, after focusing the autocollimation telescope on the center of curvature of the lens on the second shaft, the latter is adjusted.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:In the accompanying drawings:

Fig. 1 eine Anordnung einer Plankonvexlinse zur Bestimmung der Lage der Wellendrehachse, Fig. 1 shows an arrangement of a plano-convex lens to determine the position of the shaft axis of rotation,

Fig. 2 eine Anordnung zur Justierung des Winkelfehlers der Welle 2, Fig. 2 shows an arrangement for adjustment of the angle error of the shaft 2,

Fig. 3 eine Anordnung zur Justierung des Parallelversatzes der Welle 2 und Fig. 3 shows an arrangement for adjusting the parallel offset of the shaft 2 and

Fig. 4 eine Anordnung zur Justierung bei gegenüberliegenden Welle­ nenden. Fig. 4 ends an arrangement for adjustment in opposite shaft.

Fig. 1 zeigt die Welle 1 mit ihrer Drehachse sowie eine Plankonvexlinse zur Bestimmung der Lage der Wellendrehachse. Die Darstellung zeigt die Linsen­ anordnung dezentriert zur Wellendrehachse 1. Fig. 1 shows the shaft 1 with its axis of rotation and a plano-convex lens for determining the position of the shaft axis of rotation. The illustration shows the lens arrangement decentred from the shaft rotation axis 1 .

Die Plankonvexlinse wird mit der Ringschneide R relativ zur Welle 1 positio­ niert. Sie kann dabei um zwei Achsen verschoben und gekippt werden. Damit ist die Ausrichtung der Planfläche E senkrecht zur Wellendrehachse 1 und die Verschiebung des Krümmungsmittelpunktes M1 in die Drehachse mittels geeig­ neter Manipulatoren möglich. Der Justierzustand kann mit einem Autokollimationsfernrohr bei Drehung der Welle 1 einfach festgestellt werden. Die so justierende Relativlage von Plankonvexlinse und Welle 1 wird fixiert und dient als Ausgangsposition für die weitere Justierung. Für die Welle 2 wird analog verfahren.The plano-convex lens is positioned with the ring cutting edge R relative to the shaft 1 . It can be moved and tilted around two axes. This makes it possible to align the plane surface E perpendicular to the shaft axis of rotation 1 and to shift the center of curvature M1 into the axis of rotation by means of suitable manipulators. The adjustment state can be easily determined with an autocollimation telescope when shaft 1 rotates. The relative position of the plano-convex lens and shaft 1 that is adjusted in this way is fixed and serves as the starting position for further adjustment. The same procedure is followed for shaft 2 .

Auf die Ringschneide R kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn die Wellen eine ausreichend genau hergestellte Zentrierbohrung besitzen, die die Linsen aufnehmen können.On the ring cutter R can optionally be dispensed with if the Shafts have a sufficiently precisely made centering hole that the Lenses can accommodate.

Fig. 2 zeigt die Justierung des Winkelfehlers der Welle 2. Dabei wird davon ausgegangen, dass durch vorangegangene Teiljustierungen die Planfläche der Linse, die an der Welle 1 montiert ist, senkrecht zur Wellendrehachse der Welle 1 und senkrecht zur Achse des Autokollimationsfernrohres steht. Die Marke O des Autokollimators wird dann in sich selbst reflektiert und am Punkt O'1 in der Bildebene des Autokollimationsfernrohres abgebildet. Die Justierung des Winkelfehlers erfolgt durch Verkippung der Welle 2 um die x- und y-Achse. Dabei ist das Markenbild O'2 möglichst mit O'1, dessen Koordinaten zuvor abgespeichert wurden, zur Deckung zu bringen. Die Welle 2 ist dann parallel zur Welle 1 ausgerichtet. Fig. 2 shows the adjustment of the angle error of the shaft 2. It is assumed that, through previous partial adjustments, the flat surface of the lens, which is mounted on the shaft 1 , is perpendicular to the shaft axis of rotation of the shaft 1 and perpendicular to the axis of the autocollimation telescope. The mark O of the autocollimator is then reflected in itself and imaged at point O ' 1 in the image plane of the autocollimation telescope. The angular error is adjusted by tilting the shaft 2 around the x and y axes. The brand image O ' 2 is to be matched with O' 1 where possible, the coordinates of which have previously been stored. The shaft 2 is then aligned parallel to the shaft 1 .

Zur Fehlerminimierung werden die Wellen gedreht, d. h. es entstehen Schlag­ kreisdurchmesser, deren Mittelpunkte berechnet werden können und die als Bezugspunkte für die Justierung dienen können.To minimize errors, the shafts are rotated. H. there is a blow circle diameter, the center points of which can be calculated and which as Can serve as reference points for the adjustment.

Fig. 3 zeigt die Justierung des Parallelversatzes der Welle 2. Zur Fluchtung beider Wellen ist es erforderlich, den vorhandenen Parallelversatz möglichst zu eliminieren. Dazu ist eine Modifizierung des optischen Systems des Autokolli­ mationsfernrohres erforderlich. Fig. 3 shows the alignment of the parallel displacement of the shaft 2. To align both shafts, it is necessary to eliminate the existing parallel misalignment as far as possible. This requires a modification of the optical system of the autocollimation telescope.

Die Krümmungsmittelpunkte M1 und M2 der an den Wellen angebrachten Plankonvexlinsen liegen in den Ebenen E1 und E2. Zur Detektierung von M1 und M2 ist es erforderlich, eine Vorsatzlinse vor das Autokollimationsfernrohr zu schalten und auf die Ebenen E1 und E2 zu fokussieren. Dazu dient eine zur Wellenachse 1 ausgerichtete Führung oder eine weitere Vorsatzlinse mit verän­ derter Brennweite.The centers of curvature M 1 and M 2 of the plano-convex lenses attached to the shafts lie in the planes E 1 and E 2 . To detect M 1 and M 2 , it is necessary to place a front lens in front of the autocollimation telescope and to focus on the levels E 1 and E 2 . For this purpose, a guide aligned with the shaft axis 1 or a further auxiliary lens with a changed focal length is used.

Die Justierung der Welle 2 erfolgt durch Parallelverschiebung in x- und y- Richtung. Bei drehenden Wellen ist der Schlagkreisdurchmesser in beiden Fokussiereinstellungen zu minimieren.The shaft 2 is adjusted by parallel displacement in the x and y directions. With rotating shafts, the impact circle diameter must be minimized in both focusing settings.

Die Ausrichtung der Welle 2 kann bei montierter Ausgleichskupplung durchge­ führt werden, wenn deren Montage nach Entfernung der temporär fixierten Plankonvexlinse von der Welle 1 durchgeführt wird.The alignment of the shaft 2 can be carried out with the compensating coupling installed, if its assembly is carried out after removing the temporarily fixed plano-convex lens from the shaft 1 .

Fig. 4 zeigt eine Anwendung des Verfahrens bei gegenüberliegenden Welle­ nenden. Dabei erfolgt die Strahlumlenkung um 90° mit Hilfe einer Spiegel- oder Strahlungsteileroptik. Fig. 4 shows an application of the method with opposite shaft ends. The beam is deflected by 90 ° with the aid of mirror or radiation splitter optics.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

R Ringschneide
E Planfläche der Linse
M1 Krümmungsmittelpunkt der Linse
R ring edge
E flat surface of the lens
M1 center of curvature of the lens

Claims (6)

1. Verfahren zur Justierung von Wellen, die hintereinander angeordnet sind, insbesondere zur fluchtenden Ausrichtung von Maschinensatzwellen, mit optischer Erfassung der Abweichungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Wellendrehachsen mittels einer mit der Welle verbundenen Plankon­ vexlinse detektiert werden, indem mit einem zur Wellendrehachse ausgerichte­ ten Autokollimationsfernrohr die Ebene der Plankonvexlinse und ihres Krümmungsmittelpunktes (M1) detektiert werden, wobei die Lage des Refle­ xionsbildes in der Bildebene des Autokollimationsfernrohres erfasst, abgespei­ chert und für die Justierung der zweiten Welle als Zielwert herangezogen wird.1. A method for adjusting shafts, which are arranged one behind the other, in particular for the aligned alignment of machine set shafts, with optical detection of the deviations, characterized in that the position of the shaft rotation axes are detected by means of a plano-convex lens connected to the shaft, by using a to the shaft rotation axis aligned autocollimation telescope the plane of the plano-convex lens and its center of curvature (M1) are detected, the position of the reflection image in the image plane of the autocollimation telescope being recorded, stored and used as a target value for the adjustment of the second wave. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Autokolli­ mationsfernrohr ein elektronisches Autokollimationsfernrohr verwendet wird und die mit diesem ermittelten Messwerte erfasst und abgespeichert werden und dass nach diesen Messwerten eine zweite Welle justiert wird, indem nach Fokussierung des Autokollimationsfernrohres auf dem Krümmungsmittelpunkt der an der zweiten Welle angebrachten Linse diese ausgerichtet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that as autocolli mation telescope an electronic autocollimation telescope is used and the measured values determined with it are recorded and stored and that a second wave is adjusted according to these measured values by using Focusing the autocollimation telescope on the center of curvature the lens attached to the second shaft is aligned. 3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Parallelversatzes der Krümmungsmittelpunkte M1 der an den Wellenachsen ausgerichteten Plankonvexlinsen mit Hilfe einer am Autokollimationsfernrohr angebrachten Vorsatzlinse erfasst wird und das Autokollimationsfernrohr zunächst auf den Krümmungsmittelpunkt der an der Welle befestigten Linse fokussiert wird.3. The method according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the parallel offset of the centers of curvature M1 of the Plano-convex lenses aligned on the shaft axes with the help of an am Autocollimation telescope attached lens is detected and that  Autocollimation telescope first on the center of curvature at the Shaft attached lens is focused. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu justierenden Wellen mit einer Ringschneide (R) oder einer Zentrierbohrung zur Aufnahme einer Plankonvexlinse verbunden sind, und annähernd fluchtend zur Welle ein Autokollimationsfernrohr positioniert ist.4. Device for performing the method according to at least one of the Claims 1 to 3, characterized in that the shafts to be adjusted with a ring cutting edge (R) or a center hole for receiving a Plano-convex lens are connected, and approximately aligned with the shaft Autocollimation telescope is positioned. 5. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorrichtung Manipulatoren angeordnet sind, mit denen eine Ausrichtung der Plankonvexlinse parallel zur Wellendrehachse erfolgt.5. The device according to claim 5, characterized in that at the Device manipulators are arranged with which an alignment of the Plano-convex lens is made parallel to the axis of rotation of the shaft. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur des Parallelversatzes dem Autokollimationsfernrohr eine Vorsatz­ linse vorgeschaltet ist.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that for Correction of the parallel misalignment for the autocollimation telescope lens is connected upstream.
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