DE102017000869A1 - Positioning arrangement and method - Google Patents
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Abstract
Eine Positionieranordnung (1) zum Ermitteln einer Drehwinkelposition (α) eines Behälterabschnitts (2) einer verfahrenstechnischen Anlage, mit zumindest einer Positioniervorrichtung (6) zum Drehen des Behälterabschnitts (2) um eine Symmetrieachse (M2) desselben in die Drehwinkelposition (α), einer Maßbandfolie (10), die so an dem Behälterabschnitt (2) anbringbar ist, dass diese umfänglich um den Behälterabschnitt (2) umläuft, und einer Abtasteinrichtung (21) zum Abtasten der Maßbandfolie (10), wobei die Abtasteinrichtung (21) dazu eingerichtet ist, die Drehwinkelposition (α) mit Hilfe eines Abtastens einer maschinenlesbaren Maßskala (17, 19, 20) der Maßbandfolie (10) zu ermitteln. A positioning arrangement (1) for determining a rotational angular position (α) of a container section (2) of a process plant, comprising at least one positioning device (6) for rotating the container section (2) about an axis of symmetry (M2) thereof into the rotational angular position (α) A measuring tape (10) attachable to the container portion (2) so as to circumferentially revolve around the container portion (2) and a scanner (21) for scanning the tape (10), the scanner (21) being arranged thereon to determine the rotational position (α) by means of scanning a machine-readable scale (17, 19, 20) of the tape measure (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Positionieranordnung zum Ermitteln einer Drehwinkelposition eines Behälterabschnitts einer verfahrenstechnischen Anlage und ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehwinkelposition eines Behälterabschnitts.The invention relates to a positioning arrangement for determining a rotational angular position of a container section of a process plant and a method for determining a rotational angular position of a container section.
Eine verfahrenstechnische Anlage, wie beispielsweise zur Tieftemperaturzerlegung von Luft, kann eine Rektifikations- oder Luftzerlegungssäule umfassen. Eine derartige Rektifikations- oder Luftzerlegungssäule weist einen zylinderförmigen Behälter auf, in dem verschiedene Einbauten eingebaut sein können. Der Behälter ist aus sogenannten Behältersektionen oder Behälterabschnitten aufgebaut. Jeder Behälterabschnitt kann mehrere sogenannte Mantelschüsse aufweisen. Zum Herstellen eines derartigen Behälters ist es erforderlich, an den Behälterabschnitten verschiedene Arbeitsschritte durchzuführen. Hierzu können manuell Anreißlinien auf den jeweiligen Behälterabschnitt aufgebracht werden, um die Lage von Öffnungen, Anschweißteilen oder dergleichen festzulegen. Die notwendigen Arbeiten können dann manuell anhand dieser Anreißlinien durchgeführt werden.A process plant, such as for the cryogenic separation of air, may comprise a rectification or air separation column. Such a rectification or air separation column has a cylindrical container in which various installations can be installed. The container is constructed of so-called container sections or container sections. Each container portion may have a plurality of so-called shell shots. For producing such a container, it is necessary to perform various operations on the container sections. For this purpose, scribe lines can be applied manually to the respective container section in order to determine the position of openings, weld-on parts or the like. The necessary work can then be carried out manually using these scribe lines.
Um diese Arbeiten mit einem Roboter oder anderen CNC-Maschinen (engl.: „Computerized Numerical Control“) automatisiert oder teilautomatisiert durchzuführen, ist es erforderlich diese Maschinen auf ein einheitliches Bezugskoordinatensystem zu referenzieren. Des Weiteren ist es zum Herstellen eines derartigen Behälters erforderlich, mehrere Behälterabschnitte fest miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verschweißen. Hierzu können die Behälterabschnitte mit Hilfe von Positioniervorrichtungen relativ zueinander positioniert werden. Eine derartige Positioniervorrichtung umfasst Laufrollen, die angetrieben sein können, auf denen die jeweilige Behältersektion aufliegt und mit deren Hilfe diese dreh- und positionierbar ist. Da jedoch die Behälterabschnitte im Querschnitt oftmals nicht ideal kreiszylinderförmig sind, kann die Positioniergenauigkeit der Positioniervorrichtungen besonders bei großen Durchmessern des Behälterabschnitts begrenzt sein.To automate or semi-automate this work with a robot or other computerized numerical control (CNC) machine, it is necessary to reference these machines to a common reference coordinate system. Furthermore, in order to produce such a container, it is necessary to firmly connect a plurality of container sections, for example to weld them. For this purpose, the container sections can be positioned by means of positioning devices relative to each other. Such a positioning device comprises rollers, which may be driven, on which rests the respective container section and with the aid of which these can be rotated and positioned. However, since the container portions in cross-section are often not ideal circular cylindrical, the positioning accuracy of the positioning can be limited, especially for large diameters of the container portion.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Positionieranordnung zur Verfügung zu stellen.Against this background, the object of the present invention is to provide an improved positioning arrangement.
Demgemäß wird eine Positionieranordnung zum Ermitteln einer Drehwinkelposition eines Behälterabschnitts einer verfahrenstechnischen Anlage vorgeschlagen. Die Positionieranordnung umfasst zumindest eine Positioniervorrichtung zum Drehen des Behälterabschnitts um eine Symmetrieachse desselben in die Drehwinkelposition, eine Maßbandfolie, die so an dem Behälterabschnitt anbringbar ist, dass diese umfänglich um den Behälterabschnitt umläuft, und eine Abtasteinrichtung zum Abtasten der Maßbandfolie, wobei die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet ist, die Drehwinkelposition mit Hilfe eines Abtastens einer maschinenlesbaren Maßskala der Maßbandfolie zu ermitteln.Accordingly, a positioning arrangement for determining a rotational angular position of a container section of a process plant is proposed. The positioning assembly includes at least one positioning device for rotating the container portion about an axis of symmetry thereof to the rotational angular position, a tape measure attachable to the container portion to circumferentially revolve around the container portion, and scanning means for scanning the tape scale, the scanner means being arranged thereon is to determine the rotational position by means of a scanning of a machine-readable scale of the measuring tape.
Dadurch, dass die Drehwinkelposition des Behälterabschnitts nicht mit Hilfe der Positioniervorrichtung sondern als auf der Maßbandfolie gemessenes Längenmaß ermittelt wird, kann die exakte Drehwinkelposition auch bei Behälterabschnitten ermittelt werden, die im Querschnitt nicht ideal kreiszylinderförmig sind oder ideal einem Zeichnungsdurchmessersollmaß entsprechen. Auch durch einen Schlupf zwischen der Positioniervorrichtung und dem Behälterabschnitt können keine Messungenauigkeiten bei der Bestimmung der Drehwinkelposition entstehen. Mit Hilfe der Positionieranordnung ist eine einfach herzustellende und exakte Verbindung zwischen der Drehwinkelposition und automatisierten Fertigungsprozessen möglich. Automatisierungsmaßnahmen auch an Behälterabschnitten mit großen Dimensionen können kostengünstig realisiert werden.Characterized in that the rotational angular position of the container portion is not determined by means of the positioning device but as measured on the tape measure Längenmaß, the exact rotational angle position can also be determined in container sections that are not ideal circular cylindrical in cross section or ideally correspond to a drawing diameter ideal. Also due to slippage between the positioning device and the container section, measurement inaccuracies in the determination of the rotational angle position can not arise. With the help of the positioning arrangement an easy to manufacture and exact connection between the rotational angle position and automated manufacturing processes is possible. Automation measures also on container sections with large dimensions can be realized inexpensively.
Die Positionieranordnung ist außerdem dazu eingerichtet, einen Koordinatenursprung und/oder eine Längsrichtung des Behälterabschnitts zu bestimmen. Die Positionieranordnung kann auch dazu eingerichtet sein, eine Winkellage der Symmetrieachse in einer horizontalen Bezugsebene und/oder in einer vertikalen Bezugsebene zu bestimmen. Desweitern kann die Abtasteinrichtung durch weitere Markierungslinien auf der Maßbandfolie eine Winkellage der Längsrichtung und die Lage des Koordinatenursprungs in Längsrichtung des Behälterabschnitts ermitteln. Unter einer „Maßbandfolie“ kann vorliegend eine Kunststofffolie, eine Metallfolie aber auch ein Papier zu verstehen sein. Das heißt, der Begriff „Folie“ bedeutet keine Einschränkung hinsichtlich des verwendeten Materials. Die Maßbandfolie ist dabei so dünn, dass sie anliegend um den Behälterabschnitt gewickelt werden kann, wobei die Maßbandfolie auch Unebenheiten oder Unrundheiten folgt. Vorzugsweise umfasst die Maßbandfolie mehrere maschinenlesbare Maßskalen, die auf die Maßbandfolie aufgedruckt sein können. Die Maßbandfolie kann auch eine mit dem menschlichen Auge lesbare Maßskala umfassen.The positioning arrangement is also configured to determine a coordinate origin and / or a longitudinal direction of the container section. The positioning arrangement can also be set up to determine an angular position of the axis of symmetry in a horizontal reference plane and / or in a vertical reference plane. Furthermore, the scanning device can determine an angular position of the longitudinal direction and the position of the coordinate origin in the longitudinal direction of the container section by means of further marking lines on the measuring tape. In the present case, a "measuring tape film" can be understood as meaning a plastic film, a metal foil but also a paper. That is, the term "film" means no limitation on the material used. The tape measure is so thin that it can be wrapped fitting around the container portion, the tape measure also follows unevenness or irregularities. The measuring tape film preferably comprises a plurality of machine-readable measuring scales which can be printed on the measuring tape film. The tape measure may also include a scale readable by the human eye.
Die Abtasteinrichtung ist bevorzugt ein Lasermesskopf oder umfasst einen Lasermesskopf und kann die Maßbandfolie berührungsfrei mit Hilfe von Laserstrahlen abtasten. Die Abtasteinrichtung kann einer Lageerkennungsvorrichtung der Positionieranordnung zugeordnet sein. Vorzugsweise ist der Behälterabschnitt im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Mittel- oder Symmetrieachse aufgebaut. Unter „im Wesentlichen“ ist dabei zu verstehen, dass der Behälterabschnitt im Querschnitt nicht zwingend ideal kreisrund ist, sondern Unrundheiten aufweisen kann. Beispielsweise ist der Behälterabschnitt im Querschnitt elliptisch oder oval. Die Positionieranordnung kann den Behälterabschnitt zumindest zeitweise umfassen. Das heißt, der Behälterabschnitt kann, beispielsweise während der Bestimmung der Drehwinkelposition, Teil der Positionieranordnung sein. Die Positionieranordnung kann dazu eingerichtet sein, mehrere Behälterabschnitte aufzunehmen, die dann relativ zueinander ausrichtbar sind. Die zumindest eine Positioniervorrichtung kann, beispielsweise mit Hilfe eines Elektromotors, angetrieben sein. Alternativ kann die zumindest eine Positioniervorrichtung auch antriebslos sein, so dass der Behälterabschnitt manuell drehbar ist. Die Positionieranordnung kann mehrere Positioniervorrichtungen umfassen. Insbesondere ist die Maßbandfolie stufenlos, insbesondere durch entsprechendes Kürzen derselben, an verschiedene Durchmesser des Behälterabschnitts anpassbar.The scanning device is preferably a laser measuring head or comprises a laser measuring head and can scan the measuring tape film without contact with the aid of laser beams. The scanning device may be associated with a position detection device of the positioning arrangement. Preferably, the container portion is constructed substantially rotationally symmetrical to the central or symmetry axis. By "substantially" is to be understood that the container portion in cross section not imperatively ideal circular, but may have omissions. For example, the container portion is elliptical or oval in cross-section. The positioning arrangement may comprise the container portion at least temporarily. That is, the container portion may be part of the positioning assembly, for example, during the determination of the rotational angular position. The positioning assembly may be configured to receive a plurality of container sections, which are then aligned relative to each other. The at least one positioning device can be driven, for example by means of an electric motor. Alternatively, the at least one positioning device can also be drive-free, so that the container section can be rotated manually. The positioning arrangement may comprise a plurality of positioning devices. In particular, the measuring tape is infinitely variable, in particular by appropriate shortening thereof, adapted to different diameters of the container portion.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, einen Umfang des Behälterabschnitts zu bestimmen, um die Drehwinkelposition als umfänglich an der maschinenlesbaren Maßskala abgetastetes Längenmaß zu ermitteln.According to one embodiment, the scanning device is set up to determine a circumference of the container section in order to determine the rotational angle position as a length measure scanned circumferentially on the machine-readable scale.
Wie zuvor erwähnt, kann die Maßskala stufenlos durch kürzen der Maßbandfolie auf einen beliebigen Durchmesser angepasst werden. Die Abtasteinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen Umfang des Behälterabschnitts zu errechnen. Hierzu kann die Abtasteinrichtung eine Rechnereinheit umfassen. Aus dem errechneten Umfang kann die Positionieranordnung errechnen, welche Größe der Drehwinkelposition beziehungsweise wie viele Winkel-Grad einer Maßeinheit, beispielsweise einem Millimeter, auf der maschinenlesbaren Maßskala entsprechen. Hierdurch kann eine direkte Abtastmöglichkeit der Drehwinkelposition des Behälterabschnitts erreicht werden.As previously mentioned, the scale can be adjusted continuously by shortening the tape measure to any diameter. The scanning device is preferably configured to calculate a circumference of the container section. For this purpose, the scanning device may comprise a computer unit. From the calculated extent, the positioning arrangement can calculate which size of the rotational angle position or how many angular degrees of a unit of measurement, for example one millimeter, correspond to the machine-readable scale. In this way, a direct possibility of scanning the angular position of the container portion can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, eine Verkippung der Symmetrieachse in einer horizontalen Bezugsebene und/oder in einer vertikalen Bezugsebene zu ermitteln.According to a further embodiment, the scanning device is adapted to determine a tilt of the axis of symmetry in a horizontal reference plane and / or in a vertical reference plane.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, mit Hilfe eines Abtastens der Maßbandfolie den ermittelte Abstand zwischen einer vertikalen Ausrichtlinie und einer vertikalen Referenzausrichtlinie zu bestimmen, um eine Winkellage der Symmetrieachse zu der Abtasteinrichtung in der horizontalen Bezugsebene festzustellen.According to a further embodiment, the scanning device is adapted to determine by means of a scanning of the tape measure the determined distance between a vertical alignment rule and a vertical Referenzausrichtlinie to determine an angular position of the symmetry axis to the scanning device in the horizontal reference plane.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, mit Hilfe des Abtastlaserstrahls in Verbindung mit der vertikalen Ausrichtlinie und einem ersten Maßstrich einer maschinenlesbaren absoluten Maßskala die Abtasteinrichtung parallel zu der horizontalen Bezugsebene der Symmetrieachse einzurichten.According to a further embodiment, the scanning device is arranged to set up the scanning device parallel to the horizontal reference plane of the symmetry axis by means of the scanning laser beam in conjunction with the vertical alignment rule and a first scale of a machine-readable absolute scale.
Die Abtasteinrichtung wird bevorzugt so ausgerichtet, dass die Symmetrieachse sowohl parallel zu der horizontalen Bezugsebene als auch zu der vertikalen Bezugsebene ist. Mit Hilfe der vertikalen Referenzausrichtlinie der Maßbandfolie kann die Abtasteinrichtung insbesondere erkennen, ob Laserstrahlen der Abtasteinrichtung senkrecht zu der Symmetrieachse positioniert sind. Die horizontale Bezugsebene ist bevorzugt senkrecht zu der vertikalen Bezugsebene positioniert und die beiden Bezugsebenen sind senkrecht zu einer von einer Stirnseite des Behälterabschnitts aufgespannten weiteren Bezugsebene positioniert. Im Idealfall entspricht die Symmetrieachse einer Schnittlinie der horizontalen Bezugsebene und der vertikalen Bezugsebene. Ist die Symmetrieachse nicht parallel zu Führungselementen der Positionieranordnung positioniert beziehungsweise sind die Laserstrahlen nicht senkrecht zu der Symmetrieachse orientiert und ist diese somit in zumindest einer der Bezugsebenen verkippt, ergibt eine Abstandsmessung während eines Drehens des Behälterabschnitts zwischen der vertikalen Ausrichtlinie und der vertikalen Referenzausrichtlinie, dass der gemessene Abstand kleiner ist als der tatsächliche Abstand zwischen den Ausrichtlinien. Die Abtasteinrichtung wird dann insbesondere so verschwenkt, dass bei dem Drehen des Behälterabschnitts der gemessene Abstand dem tatsächlichen Abstand entspricht und der gemessene Abstand während des Drehens des Behälterabschnitts konstant bleibt. Sobald die Abtasteinrichtung optimal ausgerichtet ist, ist die Symmetrieachse in keiner der Bezugsebenen verkippt und entspricht der Schnittlinie der beiden Bezugsebenen. Die Symmetrieachse ist dann insbesondere parallel zu den Führungselementen positioniert. Wenn ein Winkel, um den die Abtasteinrichtung dann geschwenkt wurde, bekannt ist, kann aus dieser Information eine Nichtparallelität der Symmetrieachse zu den Führungselementen rechnerisch ausgeglichen werden und trotzdem eine exakte Positionierung eines Werkzeugkopfs erreicht werden. Alternativ kann das gesamte System mit den Führungselementen um eine Vertikalachse geschwenkt oder die Positioniereinrichtungen quer verschoben werden, bis die Symmetrieachse parallel zu den Führungselementen angeordnet ist.The scanner is preferably oriented so that the axis of symmetry is both parallel to the horizontal reference plane and to the vertical reference plane. With the help of the vertical reference alignment of the tape measure, the scanning device can detect, in particular, whether laser beams of the scanning device are positioned perpendicular to the axis of symmetry. The horizontal reference plane is preferably positioned perpendicular to the vertical reference plane, and the two reference planes are positioned perpendicular to a further reference plane defined by an end face of the container section. Ideally, the symmetry axis corresponds to a section line of the horizontal reference plane and the vertical reference plane. If the symmetry axis is not positioned parallel to guide elements of the positioning arrangement or if the laser beams are not oriented perpendicular to the axis of symmetry and is thus tilted in at least one of the reference planes, a distance measurement during rotation of the container section between the vertical alignment guideline and the vertical reference guideline yields measured distance is smaller than the actual distance between the alignment lines. The scanning device is then in particular pivoted such that when the container section is rotated, the measured distance corresponds to the actual distance and the measured distance remains constant during the rotation of the container section. As soon as the scanning device is optimally aligned, the symmetry axis is not tilted in any of the reference planes and corresponds to the intersection line of the two reference planes. The axis of symmetry is then positioned in particular parallel to the guide elements. If an angle by which the scanning device was then pivoted is known, this information can computationally compensate for non-parallelism of the axis of symmetry relative to the guide elements and nevertheless achieve exact positioning of a tool head. Alternatively, the entire system can be pivoted with the guide elements about a vertical axis or the positioning devices are moved transversely until the axis of symmetry is arranged parallel to the guide elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Maßbandfolie selbstklebende Klebebereiche zum Befestigen derselben an dem Behälterabschnitt auf.According to a further embodiment, the measuring tape has self-adhesive areas for attaching it to the container portion.
Hierdurch kann die Maßbandfolie besonders komfortabel und einfach an dem Behälterabschnitt angebracht werden. Die Klebebereiche können durch eine Schutzfolie geschützt sein. Die Klebebereiche können als Laschen ausgebildet sein. Alternativ können die Klebebereiche auch ohne Laschen gebildet sein, so dass die Maßbandfolie ohne Ausbuchtungen ist.As a result, the tape measure film can be attached particularly comfortably and easily to the container section. The adhesive areas can through be protected by a protective film. The adhesive areas may be formed as tabs. Alternatively, the adhesive areas can also be formed without tabs, so that the tape strip is without bulges.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Maßbandfolie eine vertikale Ausrichtlinie und eine parallel zu und beabstandet von der vertikalen Ausrichtlinie positionierte vertikale Referenzausrichtlinie auf.In accordance with another embodiment, the tape foil has a vertical alignment rule and a vertical reference alignment parallel to and spaced from the vertical alignment policy.
Hierdurch kann ermittelt werden, ob die Abtasteinrichtung senkrecht zu der Symmetrieachse angeordnet ist oder nicht. Außerdem kann eine konische Abweichung von der idealen Zylinderform festgestellt werden. Ist die Abtasteinrichtung nicht senkrecht zu der Symmetrieachse positioniert, wird mit Hilfe der Abtasteinrichtung ein kleinerer Abstand zwischen der vertikalen Ausrichtlinie und der vertikalen Referenzausrichtlinie als der tatsächliche Abstand gemessen. Ändert sich beim Drehen des Behälterabschnitts der mit Hilfe der Abtasteinrichtung zwischen der vertikalen Ausrichtlinie und der vertikalen Referenzausrichtlinie ermittelte Abstand, ist dies ein Hinweis auf einen konischen Behälterabschnitt, dessen Symmetrieachse schräg zu einer Achse der Abtasteinrichtung beziehungsweise zu Führungselementen der Abtasteinrichtung liegt. Vorzugsweise ist die Abtasteinrichtung in einer Höhenrichtung auf Höhe der Symmetrieachse positioniert.In this way it can be determined whether the scanning device is arranged perpendicular to the symmetry axis or not. In addition, a conical deviation from the ideal cylindrical shape can be determined. If the scanner is not positioned perpendicular to the symmetry axis, the scanner measures a smaller distance between the vertical alignment rule and the vertical reference alignment than the actual distance. When the container section is rotated, the distance determined by means of the scanner between the vertical alignment rule and the vertical reference alignment changes as an indication of a conical container section whose axis of symmetry lies obliquely to an axis of the scanning device or to guide elements of the scanning device. Preferably, the scanning device is positioned in a height direction at the height of the axis of symmetry.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, mit Hilfe eines Abtastens einer vertikalen Ausrichtlinie der Maßbandfolie einen Koordinatenursprung des Behälterabschnitts zu ermitteln.According to a further embodiment, the scanning device is adapted to determine a coordinate origin of the container section with the aid of a scanning of a vertical alignment rule of the measuring tape.
Insbesondere ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, mit Hilfe eines Abtastlaserstrahls mittels Abtastens der vertikalen Ausrichtlinie bei einer Drehung des Behälterabschnitts um die Symmetrieachse unabhängig von der Drehwinkelposition den Koordinatenursprung in der Längsrichtung des Behälterabschnitts zu ermitteln. Dem Koordinatenursprung ist ein Koordinatensystem mit einer in Richtung der Symmetrieachse orientierten Längsrichtung und der Drehwinkelposition zugeordnet. Der Koordinatenursprung kann dabei durch ein Abtasten der vertikalen Ausrichtlinie bestimmt werden. Der Koordinatenursprung kann in der von der Stirnseite des Behälterabschnitts aufgespannten Bezugsebene oder in einer von der vertikalen Ausrichtlinie aufgespannten Ebene, die parallel zu der zuvor genannten Bezugsebene angeordnet ist, liegen. Der Koordinatenursprung ist dann bevorzugt ein Schnittpunkt der Symmetrieachse mit der von der vertikalen Ausrichtlinie aufgespannten Ebene oder der Bezugsebene. Die Längsrichtung ist dabei insbesondere von dem Koordinatenursprung entlang der Symmetrieachse orientiert. Mit Hilfe der Koordinaten, nämlich der Drehwinkelposition und einer Position entlang der Längsrichtung kann der Behälterabschnitt so gedreht und ein Werkzeugkopf der Positionieranordnung so verfahren werden, dass der Werkzeugkopf jeden Punkt des Behälterabschnitts anfahren und bearbeiten kann.In particular, the scanning device is set up to determine the origin of the coordinate in the longitudinal direction of the container section with the aid of a scanning laser beam by scanning the vertical alignment rule during a rotation of the container section about the axis of symmetry independently of the rotational angle position. The coordinate origin is assigned a coordinate system with a longitudinal direction oriented in the direction of the axis of symmetry and the rotational angle position. The origin of the coordinates can be determined by scanning the vertical alignment rule. The origin of the coordinates may lie in the reference plane spanned by the front side of the container section or in a plane defined by the vertical alignment guideline, which is arranged parallel to the aforementioned reference plane. The coordinate origin is then preferably an intersection of the axis of symmetry with the plane defined by the vertical alignment rule or the reference plane. The longitudinal direction is in particular oriented from the origin of the coordinate along the symmetry axis. With the aid of the coordinates, namely the rotational angle position and a position along the longitudinal direction, the container portion can be rotated and a tool head of the positioning arrangement can be moved so that the tool head can approach and process each point of the container portion.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Maßbandfolie eine maschinenlesbare absolute Maßskala und einen Übergangsbereich mit einer maschinenlesbaren positiven Maßskala und einer maschinenlesbaren negativen Maßskala auf.According to a further embodiment, the measuring tape has a machine-readable absolute scale and a transition region with a machine-readable positive scale and a machine-readable negative scale.
Der Übergangsbereich ist seitlich an einem Folienabschnitt der Maßbandfolie vorgesehen. Auf den Folienabschnitt ist die maschinenlesbare absolute Maßskala aufgedruckt. Nullpunkt zwischen der maschinenlesbaren positiven Maßskala und der maschinenlesbaren negativen Maßskala ist eine auf den Folienabschnitt aufgedruckte horizontale Ausrichtlinie.The transition region is provided laterally on a foil section of the measuring tape foil. The machine-readable absolute scale is printed on the film section. The zero point between the machine readable positive scale and the machine readable negative scale is a horizontal alignment rule printed on the film section.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Positionieranordnung ferner einen mit der Abtasteinrichtung gekoppelten Werkzeugkopf zum Bearbeiten des Behälterabschnitts.According to a further embodiment, the positioning arrangement further comprises a tool head coupled to the scanning device for processing the container section.
Der Werkzeugkopf kann dazu eingerichtet sein, auf einer Wandung des Behälterabschnitts Markierungen anzureißen oder aufzudrucken. Ferner kann der Werkzeugkopf über Fräser, Bohrer, eine oder mehrere Lasereinrichtungen, eine oder mehrere Schweißeinrichtungen, ein Röntgengerät oder dergleichen verfügen. Der Werkzeugkopf kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch um verschiedene Achsen bewegt werden. Eine Steuereinrichtung des Werkzeugkopfs kann dabei CAD-Daten (engl.: „Computer Aided Design“) und mit Hilfe der Abtasteinrichtung ermittelte Lagepositionsdaten nutzen.The tool head may be adapted to mark or print marks on a wall of the container portion. Furthermore, the tool head may have cutters, drills, one or more laser devices, one or more welding devices, an X-ray device or the like. The tool head can be moved electrically, hydraulically or pneumatically about different axes. A control device of the tool head can thereby use CAD data (English: "Computer Aided Design") and determined by means of the scanning device position position data.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Werkzeugkopf mit Hilfe von Führungselementen mechanisch mit der Abtasteinrichtung gekoppelt.According to a further embodiment, the tool head is mechanically coupled to the scanning device by means of guide elements.
Der Werkzeugkopf kann mit Hilfe einer Höhenverstelleinrichtung entlang der Höhenrichtung höhenverstellbar sein. Die Höhenverstelleinrichtung kann an den Führungselementen, insbesondere Führungsschienen, entlang der Symmetrieachse linear verschieblich sein. Der Werkzeugkopf kann mit Hilfe der Führungselemente mechanisch mit der Abtasteinrichtung gekoppelt sein. Die Führungselemente können an einem Fundament, beispielsweise einer Betonplatte oder einem Hallenboden, befestigt sein. Die Führungselemente können parallel zu der Symmetrieachse orientiert sein.The tool head can be height-adjustable by means of a height adjustment device along the height direction. The height adjustment device can be linearly displaceable on the guide elements, in particular guide rails, along the symmetry axis. The tool head can be mechanically coupled to the scanning device by means of the guide elements. The guide elements can be fastened to a foundation, for example a concrete slab or a hall floor. The guide elements can be oriented parallel to the axis of symmetry.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Werkzeugkopf mit Hilfe eines Wegmesssystems berührungslos mit der Abtasteinrichtung gekoppelt.According to a further embodiment, the tool head is coupled with the aid of a displacement measuring system without contact with the scanning device.
Das berührungslose Wegmesssystem kann beispielsweise ein Lasermesssystem oder dergleichen sein. Die Abtasteinrichtung und/oder der Werkzeugkopf können dann autonom ohne Führungen auf Rollen oder Rädern relativ zu dem Behälterabschnitt bewegt werden. The non-contact path measuring system can be, for example, a laser measuring system or the like. The scanning device and / or the tool head can then be moved autonomously without guides on rollers or wheels relative to the container section.
Ferner wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehwinkelposition eines Behälterabschnitts einer verfahrenstechnischen Anlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Anbringen einer Maßbandfolie an dem Behälterabschnitt, so dass diese umfänglich um den Behälterabschnitt umläuft, Drehen des Behälterabschnitts um eine Symmetrieachse desselben mit Hilfe zumindest einer Positioniervorrichtung in die Drehwinkelposition, und Ermitteln der Drehwinkelposition mit Hilfe eines Abtastens einer maschinenlesbaren Maßskala der Maßbandfolie mit Hilfe einer Abtasteinrichtung.Furthermore, a method for determining a rotational angular position of a container section of a process plant is proposed. The method comprises the steps of attaching a tape measure to the container portion to circumferentially revolve around the container portion, rotating the container portion about an axis of symmetry thereof by at least one positioner in the rotational angular position, and determining the rotational angle position by scanning a machine readable scale the measuring tape with the help of a scanner.
Die Reihenfolge der Schritte ist beliebig. Die Schritte können nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden. Bei dem Verfahren kann, wie zuvor schon erwähnt, der Koordinatenursprung ermittelt werden.The order of the steps is arbitrary. The steps can be performed sequentially or simultaneously. In the method, as already mentioned, the coordinate origin can be determined.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine vertikale Ausrichtlinie der Maßbandfolie bei dem Anbringen der Maßbandfolie an dem Behälterabschnitt parallel zu einer von einer Stirnseite des Behälterabschnitts aufgespannten Bezugsebene ausgerichtet.According to one embodiment, a vertical alignment of the tape measure in attaching the tape measure to the container portion is aligned parallel to a reference plane defined by an end face of the container portion.
Der Behälterabschnitt weist eine rohrförmige Wandung auf, die beidseits von je einer Stirnseite begrenzt ist. Zumindest eine der Stirnseiten ist bearbeitet, beispielsweise überfräst, und dient als Bezugsebene für das Anbringen der Maßbandfolie an dem Behälterabschnitt.The container portion has a tubular wall which is bounded on both sides by a respective end face. At least one of the end faces is processed, for example milled over, and serves as reference plane for attaching the measuring tape to the container portion.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Abtasteinrichtung so zu dem Behälterabschnitt ausgerichtet, dass bei dem Drehen des Behälterabschnitts um die Symmetrieachse ein mit Hilfe der Abtasteinrichtung ermittelter Abstand zwischen der vertikalen Ausrichtlinie und einer vertikalen Referenzausrichtlinie der Maßbandfolie mit einem tatsächlichen Abstand zwischen der vertikalen Ausrichtlinie und der vertikalen Referenzausrichtlinie identisch ist, wobei der ermittelte Abstand bei dem Drehen des Behälterabschnitts konstant bleibt.In accordance with another embodiment, the scanner is aligned with the container portion such that as the container portion is rotated about the axis of symmetry, a distance determined by the scanner between the vertical alignment rule and a vertical reference alignment of the tape measure with an actual distance between the vertical alignment rule and the vertical Referenzausrichtlinie is identical, wherein the determined distance remains constant during the rotation of the container section.
Hierdurch kann die Abtasteinrichtung mit einfachen Mitteln senkrecht zu der Symmetrieachse ausgerichtet werden. Bevorzugt wird die Abtasteinrichtung auch in der Höhenrichtung auf Höhe der Symmetrieachse ausgerichtet. Bevorzugt ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet, mit Hilfe eines Abtastens der Maßbandfolie den ermittelten Abstand zwischen der vertikalen Ausrichtlinie und der vertikalen Referenzausrichtlinie zu bestimmen, um eine Winkellage der Symmetrieachse zu der Abtasteinrichtung in einer horizontalen Bezugsebene festzustellen. Insbesondere ist die Abtasteinrichtung dazu eingerichtet ist, mit Hilfe des Abtastlaserstrahls in Verbindung mit der vertikalen Ausrichtlinie und einem ersten Maßstrich der maschinenlesbaren absoluten Maßskala die Abtasteinrichtung parallel zu der horizontalen Bezugsebene der Symmetrieachse einzurichten.As a result, the scanning device can be aligned with simple means perpendicular to the axis of symmetry. Preferably, the scanning device is also aligned in the height direction at the height of the axis of symmetry. Preferably, the scanning device is adapted to determine by means of a scanning of the tape measure the determined distance between the vertical alignment rule and the vertical Referenzausrichtlinie to determine an angular position of the axis of symmetry to the scanning device in a horizontal reference plane. In particular, the scanning device is arranged to set up the scanning device parallel to the horizontal reference plane of the axis of symmetry by means of the scanning laser beam in conjunction with the vertical alignment rule and a first scale of the machine-readable absolute scale.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird mit Hilfe eines ersten Abtastlaserstrahls der Abtasteinrichtung auf einer maschinenlesbaren absoluten Maßskala ein erster Abstand zwischen einem einem ersten Endabschnitt der Maßbandfolie zugeordneten ersten Maßstrich der maschinenlesbaren absoluten Maßskala und einem einem zweiten Endabschnitt der Maßbandfolie zugeordnetem zweiten Maßstrich der maschinenlesbaren absoluten Maßskala erfasst.According to a further embodiment, a first scanning laser beam of the scanning device on a machine-readable absolute Maßskala a first distance between a first end portion of the tape measure associated first Maßstrich the machine-readable absolute Maßskala and a second end portion of the tape measure associated second Maßstrich the machine-readable absolute Maßskala detected.
Die Maßbandfolie wird bevorzugt so an den Behälterabschnitt angelegt, dass der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt einander gegenüberliegend positioniert sind. Der erste Abstand ist dabei definiert als ein auf dem Umfang des Behälterabschnitts gemessener Abstand zwischen den beiden Maßstrichen. Zwischen den beiden Maßstrichen sind zwei Abstände messbar, nämlich ein langer, um den Umfang umlaufender Abstand und ein kurzer Abstand, der direkt zwischen den beiden Maßstrichen messbar ist. Der erste Abstand ist dabei insbesondere der längere der beiden möglichen messbaren Abstände. Die maschinenlesbare absolute Maßskala umfasst bevorzugt eine Vielzahl gleichmäßig voneinander beabstandeter Maßstriche.The measuring tape is preferably applied to the container portion, that the first end portion and the second end portion are positioned opposite to each other. The first distance is defined as a measured on the circumference of the container portion distance between the two scales. Two distances are measurable between the two scales, namely a long circumferential distance and a short distance measurable directly between the two scales. The first distance is in particular the longer of the two possible measurable distances. The machine-readable absolute measure scale preferably comprises a multiplicity of uniformly spaced-apart graduations.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird mit Hilfe eines zweiten Abtastlaserstrahls der Abtasteinrichtung eine maschinenlesbare negative Maßskala abgetastet und ein negativer Skalenwert erfasst.According to a further embodiment, a machine-readable negative scale is scanned with the aid of a second scanning laser beam of the scanning device and a negative scale value is detected.
Neben der maschinenlesbaren negativen Maßskala ist an einem Übergangsbereich der Maßbandfolie auch eine maschinenlesbare positive Maßskala vorgesehen. Die maschinenlesbare negative Maßskala umfasst bevorzugt eine Vielzahl gleichmäßig voneinander beabstandeter Maßstriche. Der negative Skalenwert ist definiert als ein Abstand zwischen dem ersten Maßstrich der maschinenlesbaren absoluten Maßskala und einem Maßstrich der maschinenlesbaren negativen Maßskala. Der erste Maßstrich der maschinenlesbaren absoluten Maßskala bildet bevorzugt einen Nullpunkt der maschinenlesbaren absoluten Maßskala, der maschinenlesbaren negativen Maßskala sowie der maschinenlesbaren positiven Maßskala.In addition to the machine-readable negative scale, a machine-readable positive scale is provided at a transition region of the tape measure. The machine-readable negative scale preferably includes a plurality of uniformly spaced apart scales. The negative scale value is defined as a distance between the first Measure of the machine-readable absolute scale and a measure of the machine-readable negative scale. The first measure of the machine-readable absolute measure scale preferably forms a zero point of the machine-readable absolute measure scale, the machine-readable negative measure scale and the machine-readable positive measure scale.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein zweiter Abstand zwischen dem zweiten Maßstrich der maschinenlesbaren absoluten Maßskala und einem Maßstrich der maschinenlesbaren negativen Maßskala erfasst.According to another embodiment, a second distance between the second measure of the machine-readable absolute measure scale and a measure of the machine-readable negative measure scale is detected.
Der Maßstrich der maschinenlesbaren negativen Maßskala, der zur Ermittlung des negativen Skalenwerts verwendet wird, wird bevorzugt auch zur Ermittlung des zweiten Abstands herangezogen.The measure of the machine readable negative scale used to determine the negative scale value is also preferably used to determine the second distance.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Umfang des Behälterabschnitts errechnet als eine Summe des ersten Abstands und des negativen Skalenwerts, von welcher der zweite Abstand subtrahiert wird.According to another embodiment, a circumference of the container portion is calculated as a sum of the first distance and the negative scale value from which the second distance is subtracted.
Hierdurch kann mit Hilfe dreier von der Maßbandfolie abtastbarer Abstände der Umfang des Behälterabschnitts errechnet werden. Mit Hilfe des ermittelten Umfangs und der auf der Maßbandfolie angebrachten Maßstriche kann dann bestimmt werden, welche Drehwinkelposition beziehungsweise welcher Drehwinkel einem abtastbaren Abstand zwischen zwei benachbarten Maßstrichen auf der Maßbandfolie entspricht. Hierdurch ist eine einfache und exakte Positionierung des Behälterabschnitts möglich. Bei einer entsprechend feinen Maßskala-Einteilung geht der zweite Abstand im Rahmen der Behältertoleranzen insbesondere gegen Null und kann vernachlässigt werden.As a result, the circumference of the container section can be calculated with the aid of three scannable spacings from the measuring tape film. With the aid of the determined circumference and the scales applied to the measuring tape, it can then be determined which angular position or which angle of rotation corresponds to a scannable distance between two adjacent dimension marks on the measuring tape. As a result, a simple and accurate positioning of the container portion is possible. In a correspondingly fine graduated scale division, the second distance in the context of container tolerances goes in particular to zero and can be neglected.
Weitere mögliche Implementierungen der Positionieranordnung und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Positionieranordnung und/oder des Verfahrens hinzufügen.Further possible implementations of the positioning arrangement and / or of the method also include combinations of features or embodiments described above or below with respect to the exemplary embodiments which are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the positioning arrangement and / or the method.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Positionieranordnung und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Positionieranordnung und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden die Positionieranordnung und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Positionieranordnung; -
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Maßbandfolie für diePositionieranordnung gemäß 1 ; -
3 zeigt eine weitere schematische Ansicht der Maßbandfolie gemäß1 ; -
4 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht der Positionieranordnung gemäß1 ; -
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Positionieranordnung; und -
6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zum Verwenden der Positionieranordnung gemäß1 oder 5 .
-
1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a positioning arrangement; -
2 shows a schematic view of an embodiment of a tape measure for the positioning assembly according to1 ; -
3 shows a further schematic view of the tape measure according to1 ; -
4 shows a further schematic perspective view of the positioning assembly according to1 ; -
5 shows a schematic perspective view of another embodiment of a positioning assembly; and -
6 FIG. 12 shows a schematic block diagram of a method of using the positioning arrangement according to FIG1 or5 ,
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.In the figures, the same or functionally identical elements have been given the same reference numerals, unless stated otherwise.
Die
Die Positionieranordnung
Zum Drehen des Behälterabschnitts
Da der Behälterabschnitt
Die Lageerkennungsvorrichtung
Die Maßbandfolie
Die Lageerkennungsvorrichtung
Weiterhin kann eine mehrachsig verstellbare Bearbeitungseinheit
Die Funktionalität der Lageerkennungsvorrichtung
Mit Hilfe der vertikalen Referenzausrichtlinie
Wenn ein Winkel, um den die Abtasteinrichtung
Eine Höhe der Abtasteinrichtung
Beispielsweise kann mit Hilfe des ersten Abtastlaserstrahls
Hiermit kann der Umfang
Mit Hilfe von Abtastlaserstrahlen
Weiterhin kann mit Hilfe der Positionieranordnung
Die
Die
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described with reference to embodiments, it is variously modifiable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Positionieranordnungpositioner
- 22
- Behälterabschnittcontainer section
- 33
- Wandungwall
- 44
- Stirnseitefront
- 55
- Stirnseitefront
- 66
- Positioniervorrichtungpositioning
- 77
- Fundamentfoundation
- 88th
- Laufrollecaster
- 99
- LageerkennungsvorrichtungPosition detection device
- 1010
- Maßbandfolietape foil
- 1111
- Klebebereichadhesive area
- 1212
- Folienabschnittfilm section
- 1313
- Ausrichtliniealignment line
- 1414
- Ausrichtliniealignment line
- 1515
- ReferenzausrichtlinieReferenzausrichtlinie
- 1616
- Maßskalameasuring scale
- 1717
- Maßskalameasuring scale
- 1818
- ÜbergangsbereichTransition area
- 1919
- Maßskalameasuring scale
- 2020
- Maßskalameasuring scale
- 2121
- Abtasteinrichtungscanning
- 2222
- Höhenverstelleinrichtungheight adjustment device
- 2323
- Führungselementguide element
- 2424
- Führungselementguide element
- 2525
- Laserstrahllaser beam
- 2626
- Bearbeitungseinheitprocessing unit
- 2727
- Werkzeugkopftool head
- 2828
- Höhenverstelleinrichtungheight adjustment device
- 2929
- Endabschnittend
- 3030
- Endabschnittend
- 3131
- Abtastlaserstrahlscanning laser beam
- 3232
- Abtastlaserstrahlscanning laser beam
- 3333
- MaßstrichMaßstrich
- 3434
- MaßstrichMaßstrich
- 3535
- MaßstrichMaßstrich
- 3636
- Abtastlaserstrahlscanning laser beam
- 3737
- Abtastlaserstrahlscanning laser beam
- 3838
- Abtastlaserstrahlscanning laser beam
- 3939
- Wegmesssystemdisplacement measuring system
- 4040
- Rad wheel
- a13a13
- Abstanddistance
- a13'a13 '
- Abstanddistance
- a17a17
- Abstanddistance
- a17'a17 '
- Abstanddistance
- a20a20
- Skalenwertscale value
- a20'a20 '
- Abstanddistance
- DMDM
- Drehmomenttorque
- E1E1
- Bezugsebenereference plane
- E2E2
- Bezugsebenereference plane
- E3E3
- Bezugsebenereference plane
- KK
- Koordinatenursprungorigin
- LL
- Längsrichtunglongitudinal direction
- M2M2
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- uu
- Umfangscope
- zz
- Höhenrichtungheight direction
- αα
- DrehwinkelpositionRotational angle position
Claims (15)
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-
2017
- 2017-01-31 DE DE102017000869.8A patent/DE102017000869A1/en not_active Withdrawn
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