CZ31236U1 - Zařízení k provádění měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu s plovoucí tloušťkou - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky' způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 31236 Ul

Zařízení k provádění měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu s plovoucí tloušťkou

Oblast techniky

Předmět technického řešení se týká zařízení k měření a analýze tlouštěk stěn skořepin s proměnou tloušťkou tvarem připomínající rotující křivkový profil, zejména ráfků vozidel.

Dosavadní stav techniky

K měření a vyhodnocování tlouštěk stěn skořepin se v praxi využívají kontaktní nebo bezkontaktní měřidla pro ruční nebo automatické měření.

Pro ruční kontaktní měření se používají zejména tloušťkoměry ve formě obkročných měřidel, sloužících k bodovému měření tloušťky. Obsluha umístí měřidlo tak, aby čelisti měřidla sevřely stěnu skořepiny v měřeném místě. Následně se za nepřetržitého kontaktu naklápěním měřidla do všech stran hledá minimální hodnota - tj. nejkratší vzdálenost mezi stěnami v měřeném místě. Tato vzdálenost reprezentuje tloušťku skořepiny v daném místě. Obdobně, avšak s omezením dosahu měřeného místa, lze měřit třmenovými mikrometry a posuvnými měřítky. Výhodou ručního kontaktního měření je vysoká operativnost a poměrně nízké náklady na měřidla. Zásadní nevýhodou těchto způsobů měření je, že výsledky jsou vysoce závislé na schopnostech a zkušenostech operátora. Především u tvarově složitých skořepin se velmi obtížně určuje kontrolní měřené místo, což u skořepin s proměnou tloušťkou výrazně ovlivňuje výsledek. Částečně se problém s určením místa dá eliminovat speciálně vyrobenými přikládacími šablonami s otvory, které jsou ve stanovených kontrolních místech. Na druhou stranu, výroba šablon snižuje operativnost a zvyšuje náklady měření.

Mezi bodová ruční měřidla také patří ultrazvukové tloušťkoměry, které měří tloušťku na principu vyhodnocení doby mezi odvysílání ultrazvukového impulzu a zachycení jeho odrazu od zadní stěny měřeného materiálu. Hlavní výhodou této metody je, že senzor se přikládá pouze z jedné strany skořepiny, tím se dá tloušťka měřit i u uzavřených nádob a skořepin kde současný přístup z obou stran je náročný nebo dokonce vyloučený. Nevýhodou je, že senzor není vhodný k měření stěn skořepin s proměnnou tloušťkou. Čím je větší poměr změn tlouštěk k celkové tloušťce materiálu, tím výrazněji klesá přesnost měření. Ultrazvukové měření může být také automatické, kdy se objekt nebo sonda měřidla automatickým polohovacím zařízením přemístí do polohy určené k měření tloušťky v daném místě. Mezi automatické systémy bodového měření tlouštěk patří metody založené na vyhodnocení součtu odchylek dvou proti sobě orientovaných a vzájemně kalibrovaných měřidel vzdáleností.

Tato měřidla jsou obvykle bezkontaktní laserové dálkoměry. Dvojice měřidel spolu s rámem tvoří tloušťkoměr, který je automatickým polohovacím zařízením, např. robotickým ramenem, naveden do požadovaného místa měření, nebo měřený objekt je automatickým polohovacím systéme přesunut do požadované polohy měření. Výhodou těchto metod je poměrně velká přesnost, rychlost a spolehlivost měření. Nevýhodou je nízká operativnost měření, kdy s každým novým typem výrobku nebo změnou počtu míst měření se musí systém polohování upravit. Velkým problém jsou pak skořepiny s proměnnou tloušťkou, které vlivem změn vlastností materiálů či technologického procesu tváření nemají vždy stejný tvar, a tudíž poloha tloušťkoměru musí být často korigována.

Speciální kategorií zařízení pro měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu jsou souřadnicové měřicí stroje, které umožňují měřit tloušťku jednak bodově v manuálním nebo automatickém režimu a jednak umožňují naskenovat vnější a vnitřní plochu, ze které se vytvoří počítačový 2D model řezu nebo 3D model skořepiny nebo její části. Z modelu se pak vyhodnocují tloušťky v libovolném bodě. Výhodou souřadnicových strojů je vysoká přesnost a univerzálnost použití. Nevýhodou je vysoká cena, velké rozměry, dlouhá doba přípravy a vlastního měření, vysoké nároky na obsluhu a požadavky na provozní prostředí, které často odpovídají laboratorním podmínkám. Některé z těchto nedostatků se dají zmírnit naprogramováním automatic-1 CZ 31236 Ul kého režimu. Počítačové modely, ze kterých se následně dají vyhodnotit tloušťky skořepin, lze také získat optickými 3D skenovacími systémy nebo proti sobě kalibrovanými 2D skenery.

Společnou nevýhodou zařízení založených na kontaktních metodách měření je nutnost kontaktu, jenž vyžaduje určitou velikost kontaktních ploch a přítlačnou sílu což má vliv na měřený povrch a podrobnosti nasnímání.

Společnou nevýhodou zařízení založených na bezkontaktních optických metodách je v porovnání s dosaženou přesností vyšší cena a závislost přesnosti měření na reflexivitě a drsnosti měřeného povrchu a to především v případech kdy se tyto charakteristiky výrazně mění.

V praxi se aktuálně používají dva základní typy zařízení pro měření tlouštěk polotovaru ráfků vozidel po operaci flowformingu.

Nej častěji se kontrolní měření provádí pomocí obkročných kontaktních měřidel (tloušťkoměrů). Mnohdy se využívají přikládací šablony s otvory reprezentující místa měření. Tento způsob je velmi problematický, vyžaduje značnou zkušenost pracovníka a používá se spíše jako operativní měření výrobků operátorem linky.

Druhým typem zařízení pro měření je zařízení založené na využití souřadnicových měřicích strojů. Toto zařízení klade vysoké nároky na obsluhu a je poměrně pomalé a neflexibilní. Na druhou stranu při správném provedení je toto zařízení pro měření vysoce přesné a dává kompletní přehled o tvaru a rozměrech výrobku.

Podstata technického řešení

Předkládané technické řešení se týká zařízení pro bezkontaktní měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu s plovoucí tloušťkou, založeném na principu počítačového vyhodnocování rovinných obrazů řezů skořepiny polorovinami, jejíž společnou hraniční přímkou je osa rotace skořepiny.

Zařízení pro bezkontaktní měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu s plovoucí tloušťkou podle tohoto technické řešení sestávající z uchopovacího mechanismu, polohovacího mechanizmu optických senzorů a vyhodnocovací jednotky, jehož podstata spočívá v tom, že uchopovací mechanizmus tvoří nejméně tři rovnoběžné válečky symetricky uspořádané do kruhu tak, že osy těchto rovnoběžných válečků se nacházejí na plášti pomyslného společného válce, jehož osa rotace je v okamžiku uchycení shodná s osou rotace skořepiny, přičemž válečky se navíc pohybují po přímých paprskových drahách kolmých k ose rotace, se středem na ose rotace svírající vůči sobě stejný úhel, který symetricky dělí plochu kruhu na stejné výseče a během souměrného pohybu válečků se tak mění průměr pomyslné kružnice, průměr válce, respektive rozepnutí či sevření uchopovacího mechanizmu, když funkce rozepnutí a sevření je precizně řízena včetně velikosti přítlačné síly, přičemž měřená skořepina je sevřením za vnější povrch, nebo rozepnutím za vnitřní povrch uchopena přímo válečky nebo výměnnými pouzdry, nasazenými na válečcích uchopovacího mechanizmu, a že mechanizmus polohování soustavy optických senzorů je konstruován a orientován vůči uchopovacímu mechanizmu tak, aby se pohyboval výhradně v rovině, ve které se nachází osa rotace měřené skořepiny, když tento mechanizmus polohování soustavy optických senzorů má minimálně jeden stupeň volnosti, zajišťující změnu polohy ve směru osy rotace, přičemž ve výhodném provedení má tento mechanizmus dva stupně volnosti, které umožňují polohovat snímače po dráze kopírující povrch skořepiny v rovině řezu, přičemž tyto stupně volnosti mohou být zajištěny dvěma na sobě kolmými lineárními pojezdy.

Profil výměnných pouzder válečků uchopovacího zařízení a/nebo válečků uchopovacího zařízení bez výměnných pouzder nebo s pevnými pouzdry, je u jednoho z výhodných řešení v místech požadovaného kontaktu se skořepinou negativní vůči podélnému profilu uchopovaného povrchu a jejich plášť je navržen tak, že při uchopování dochází k samovolnému srovnání skořepiny v uchopovacím mechanizmu, když současně jsou jeho kontaktní části, uchopovací válečky a/nebo jejich pouzdra, vyrobeny z měkkého a kluzného materiálu, zabraňujícího poškození skořepiny. Jednotlivé válečky včetně nasazených pouzder se přitom mohou synchronně otáčet, díky čemuž je možné během procesu uchopování skořepinou otáčet a tím podpořit samovolné srov-2CZ 31236 Ul nání a vystředění skořepiny v uchopovacím mechanizmu, a současně je možné skořepinu natáčet za účelem naskenování libovolné části skořepiny.

Výhodou výměnných pouzder válečků nebo válečků jako celku je zejména možnost rychlého přizpůsobení zařízení pro měření jiných typů skořepin s odlišným profilem.

Sestava uchopovacího a polohovacího mechanizmu, popřípadě celé zařízení může být pasivními nebo aktivními prvky tlumení odstíněno od okolních vibrací. Zařízení tak může být implementováno do prostředí v reálném provozu, aniž by okolní vibrace výrazně ovlivňovaly přesnost měření.

Zařízení může být dále vybaveno klimatizační jednotkou, která udržuje optické senzory a sestavu uchopovacího a polohovacího mechanizmu v ustálených klimatických podmínkách, čímž se eliminuje vliv změny teplot na přesnost měření, případně může být zařízení vybaveno stálým kalibrem, podle kterého se zařízení opakovaně automaticky kalibruje, v intervalech vyšších než je dynamika změny teploty.

Zařízení může být rovněž vybaveno přetlakovým vzduchovým systémem, který vhání filtrovaný vzduch do zařízení a prostoru měření, čímž zabraňuje průniku prachových částic do měřicího prostoru.

Nepřesnosti výroby a sestavení zařízení jsou přitom eliminovány kalibrací, v jejímž rámci jsou v zařízení nasnímány speciálně tvarované kalibry. Ze známých rozměrů a tvarů kalibru se z nasnímaných dat vypočtou kalibrační křivky, které následně slouží k přepočtu nasnímaných dat na skutečné souřadnice. Hlavní výhodou předmětu předkládaného technického řešení je schopnost automatického měření a analýz tlouštěk stěn rotačních skořepin s proměnou tloušťkou v definovaných místech na základě výkresu ideálního profilu.

Bezkontaktní způsob nasnímaní je nezávislý na mechanických vlastnostech měřeného materiálu, probíhá poměrně rychle a současně dokáže povrch nasnímat s vysokou přesností a rozlišením, díky čemuž je možné vyhodnotit tloušťky s přesností až ± 0,005 mm, a při použití konfokálních snímačů pak ještě až ±0,001 mm.

Výhodou zařízení podle tohoto technické řešení jsou rovněž minimální nároky na obsluhu, a to včetně změny typu měřeného produktu, která spočívá ve výběru jedné definice ze seznamu předdefinovaných definic a odolnost vůči vibracím, změnám provozních teplot a prachu běžného provozního prostředí tvářecích linek. Díky tomu může být provozováno v blízkosti výrobní linky, čímž se minimalizuje doba manipulace s výrobky.

Zařízení k provádění bezkontaktního měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu s plovoucí tloušťkou tohoto způsobu podle tohoto technického řešení je přímo určeno pro automatické měření tlouštěk rotačních skořepin křivkových profilů s proměnnou tloušťkou v definovaných místech na základě výkresu ideálního profilu. Oproti ručním metodám měření pracuje zcela automaticky včetně vyhodnocování a archivace dat. Na rozdíl od bodových metod měření detailně nasnímá profil nebo sadu profilů celé skořepiny, ze kterých lze kdykoliv vyhodnotit tloušťky v libovolném místě. Oproti ultrazvukovému měření dokáže měřit velmi přesně i v místech proměnlivých tlouštěk. Oproti 3D souřadnicovým strojům metoda může spolehlivě pracovat v provozním prostředí s proměnlivou teplotou a vibracemi v okolí. Oproti metodám vycházející z naskenování 3D ploch, včetně souřadnicových strojů, tato metoda vyhodnocuje tloušťky zcela automaticky pouze na základě jednoduché definice, když příprava nové definice je rychlá a poměrně jednoduchá. Současně se u měřeného objektu nevyžadují fyzické značky či pevné rozměry, ze kterých se určí polohy měřených míst. Místo toho se polohy míst určují na základě porovnání tvaru naskenováného profilu s ideálním, který je uveden v definici formou výkresu.

Objasnění výkresů

Předmět přihlášky technického řešení bude blíže vysvětlen pomocí přiložených obrázků, na nichž Obr. 1 znázorňuje příklad realizace základní varianty zařízení s uchopovacím mechanizmem 2, který uchopuje polotovar ráfku 1 ocelového disku za vnitřní povrch rozepnutím tří válečků tak,

-3 CZ 31236 Ul že osa rotace disku je totožná s centrální osou 7 uchopovacího mechanizmu a s polohovacím mechanizmem 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotkou s dotekovou obrazovkou 5, vše je umístěno ve skříni 31 měřicího zařízení.

Obr. 2 znázorňuje základní prvky uchopovacího mechanizmu, které tvoří tři otáčející se válečky 6, jejichž osy rotace jsou rovnoběžné s centrální osou mechanizmu 7, a symetricky ji obklopují v kruhu ve vzdálenosti odpovídající aktuálnímu poloměru rozepnutí. Současně se válečky 6 synchronně pohybují v lineárních vedeních 8 po přímkových drahách v rovině kolmé na osy válečků. Tyto dráhy mezi sebou svírají úhel 120° a pomyslně se protínají na ose 7 uchopovacího mechanizmu 2.

Obr. 3 znázorňuje vyměnitelná pouzdra 9, kontaktní čelisti pro uchopení za vnitřní plochu polotovaru ráfku rozepnutím válečků, nasazených a upevněných na válečkách 6 uchopovacího mechanizmu, synchronně otáčejících se pomocí pohonů 10.

Obr. 4 znázorňuje sestavu uchopovacího mechanizmu 2, přichyceného k nosné desce 11, která je prostřednictvím tlumicích vložek 12, silentbloků, pružného uchycení nosné desky 11 připevněna k rámu 13 měřicího zařízení.

Obr. 5 znázorňuje sestavu polohovacího mechanizmu optických snímačů 16, tvořeného dvěma na sebe navázanými lineárními vedeními 14, 15, která umožňují polohovat laserové triangulační dálkoměry 16 ve skenovací rovině. Pohyb vodorovně realizuje soustava vedení 14 s pojezdem 17 s maticí 18 a kuličkovým šroubem 19 poháněným pohonem 20 s enkodérem. Pohyb vertikálně realizuje sestava příčného vedení 15 s pojezdy 21 a maticí 22 příčného kuličkového šroubu 23 poháněného pohonem 24 s enkodérem. Obě sestavy propojuje pravoúhlý nosník 25, který je na jedné straně přichycen k příčnému pojezdu 21 a na druhé straně drží kolejnici podélného vedení 14. K vozíku příčného pojezdu je připevněn nosník 26 s dvěma rovnoběžnými rameny 27, na jejíchž koncích jsou seřiditelné držáky 28 triangulačních dálkoměrů 16.

Obr. 6 znázorňuje sestavu uchopovacího mechanizmu 2 s polohovacím mechanizmem 3, jež jsou ukotveny na společné nosné desce 11. Jedná se o úplnou sestavu uchopovací mechanizmu s vyměnitelnými pouzdry 9 otáčenými pohony 10 pro uchycení skořepiny za vnitřní plochu a o úplnou sestavu polohovací mechanizmu 3 s proti sobě orientovanými laserovými dálkoměry 16.

Obr. 7 znázorňuje sestavu polohovacího mechanizmu s proti sobě orientovanými laserovými triangulační dálkoměry 34 s binokulární optikou, tvořenou okuláry 35 snímaní polohy odraženého laserového paprsku 36 a s držákem 29 pevného kalibru 30 pro pravidelnou kalibraci optické sestavy k eliminaci vlivu změny teploty.

Obr. 8 znázorňuje sestavu polohovacího mechanizmu s proti sobě orientovanými a o 90° kolem laserového paprsku 36 otočenými laserovými triangulační dálkoměry 37 s okuláry 35 snímaní polohy odraženého laserového paprsku 36.

Obr. 9 znázorňuje příklad realizace varianty zařízení s uchopovacím mechanizmem 2, který uchopuje polotovar ráfku I ocelového disku za vnější povrch sevřením tří válečků s pouzdry 32 a s polohovacím mechanizmem 3 optických snímačů vše umístěno ve skříni 31 měřicího zařízení.

Obr. 10 znázorňuje od sebe orientované laserové triangulační dálkoměry 38 uchycené na nosníku 39 s jedním ramenem.

Obr. 11 znázorňuje princip skenování profilu polotovaru ráfku proti sobě orientovanými liniovými 2D skenery 40 se skenovací výsečí 42 rovnoběžnou s osou uchopovacího mechanizmu.

Obr. 12 znázorňuje princip skenování profilu polotovaru ráfku od sebe orientovanými liniovými 2D skenery 41 se skenovací výsečí 42 rovnoběžnou s osou uchopovacího mechanizmu.

Obr. 13 znázorňuje princip skenování profilu polotovaru ráfku proti sobě orientovanými liniovými 2D skenery 43 se skenovací výsečí 42 kolmou na osu uchopovacího mechanizmu.

Obr. 14 znázorňuje princip skenování profilu polotovaru ráfku od sebe orientovanými liniovými 2D skenery 44 se skenovací výsečí 42 kolmou na osu uchopovacího mechanizmu.

-4CZ 31236 Ul

Obr. 15 znázorňuje příklad definičního výkresu s očekávanými křivkami 45 vnějších a vnitřní ploch v rovině řezu, definice měřených míst 46 v profilu včetně směru měření a nasnímané křivky 47 vnitřní a vnější plochy ve skenovací rovině před srovnáním.

Obr. 16 znázorňuje příklad definičního výkresu s očekávanými křivkami 45 vnějších a vnitřní ploch v rovině řezu, definice měřených míst 46 v profilu včetně směru měření a nasnímané křivky 47 vnitřní a vnější plochy ve skenovací rovině po srovnání a vyhodnocené tloušťky 48 v definovaných místech měření.

Obr. 17 znázorňuje parametry vzájemné polohy proti sobě orientovaných laserových paprsků triangulačních senzorů a stěny měřené skořepiny, kde Wmin je minimální tloušťka skořepiny. Wmax je maximální tloušťka skořepiny. R je měřicí rozsah jednotlivých dálkoměrů. Oje překrytí měřicích rozsahů a D dovolené vyosení skořepin od dělící roviny při udržení současného měření z obou senzorů.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Zařízení pro měření polotovaru ráfků i ocelových disků podle obrázků 1 až 7 a obrázků 15 a 16 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5.

Uchopovací mechanizmus 2 tvoří tri otáčející se válečky 6, jejichž osy rotace jsou rovnoběžné s centrální osou mechanizmu 7, a symetricky ji obklopují v kruhu ve vzdálenosti odpovídající aktuálnímu poloměru rozepnutí. Současně se válečky 6 synchronně pohybují v lineárních vedeních 8 po přímkových drahách v rovině kolmé na osy válečků. Tyto dráhy mezi sebou svírají úhel 120° a pomyslně se protínají na ose 7 uchopovacího mechanizmu 2. V rámci rozsahu lineárního vedení jsou válečky v dolní úvrati k sobě nejblíže, čemuž odpovídá nejmenší poloměr rozepnutí uchopovacího mechanizmu 2 150 mm. V horní úvrati jsou válečky od sebe nejdále, čemuž odpovídá největší poloměr rozepnutí uchopovacího mechanizmu 2 370 mm. Lineární přesuny válečků jsou synchronizovány a poháněny systémem s regulací síly přítlaku. Na válečcích 6 jsou nasazena vyměnitelná pouzdra 9 z otěruvzdomého plastu, jehož vnější pláště mají křivkové profily, které odpovídají částem vnitřního křivkového profilu měřeného polotovaru ráfku I. Pouzdra jsou k válečkům fixována a společně se otáčejí. Otáčení válečků zajišťují precizně řízené pohony 10, jejichž otáčky jsou synchronizovány. Celý uchopovací mechanizmus 2 je upevněn k masivní ocelové nosné desce 11, která je přes tlumící prvky, silentbloky, 12 připevněna k rámu 13 zařízení.

Základním prvkem polohovacího mechanizmu 3 jsou dvě na sebe navázaná lineární vedení 14, 15, která umožňují polohovat laserové triangulační dálkoměry 16 ve skenovací rovině. Pohyb podél osy 7 (vodorovně) realizuje soustava vedení 14 s pojezdem 17, s maticí 18 a kuličkovým šroubem 19 poháněným pohonem 20 s enkodérem. Vertikální pohyb kolmo na osu 7 realizuje sestava příčného vedení 15 s pojezdy 21 a maticí 22 příčného kuličkového šroubu 23 poháněného pohonem 24 s enkodérem. Polohy posuvů jsou vyhodnoceny na základě hodnot z enkodérů a znalosti stoupání kuličkových šroubů 19, 23.

Obě sestavy propojuje pravoúhlý nosník 25, který je na jedné straně přichycen k příčnému pojezdu 21 a na druhé straně drží kolejnici podélného vedení 14.

K vozíku příčného pojezdu 21 je připevněn nosník 26 s dvěma rovnoběžnými rameny 27, na jejíchž koncích jsou seriditelné držáky 28 triangulačních dálkoměrů 16. Délka a rozpětí ramen jsou navrženy tak, aby oba triangulační dálkoměry 16 v rámci svého měřicího rozsahu a dosahu polohovacího mechanismu 3 mohly zároveň měřit všechny požadované polotovary z obou stran po celé jejich délce. Triangulační dálkoměry 16 jsou proti sobě nastaveny tak, že jejich laserové paprsky se nacházejí na jedné společné přímce ve skenovací rovině kolmo na osu uchopovacího mechanizmu. Zároveň se jejich 10 mm měřicí rozsahy překrývají 8mi mm, což umožňuje měřit skořepiny do tloušťky 4 mm, které se současně mohou nacházet ± 4 mm od dělicí roviny (od poloviny vzdálenosti mezi snímači).

-5CZ 31236 Ul

K příčnému pojezdu 21 je rovněž připevněn držák 29 pevného kalibru 30, který je umístěn v dělicí rovině v místě krajního dosahu podélného pojezdu 17. Při zatažení podélného pojezdu 17, nezávisle na poloze vertikálního pojezdu, je kalibr nasnímán a ze získaných hodnot jsou vypočteny korekce vlivu aktuální teploty.

Celý polohovací mechanizmus je připevněn k masivní nosné ocelové desce 11 tak, aby snímací rovina byla totožná s polorovinou, jejíž hraniční přímkou je centrální osa uchopovacího mechanizmu. Při úplném zatažení podélného pojezdu jsou laserové triangulační dálkoměry 16 na opačné straně nosné desky, než jsou uchopovací válečky. V této poloze jsou snímače chráněny a nepřekáží při manipulaci s polotovarem ráfku. Při úplném vytažení podélného pojezdu jsou paprsky laserových snímačů za protilehlým koncem nej širšího dovoleného polotovaru ráfku. Příčný pojezd mění výšku soustavy snímačů a v rámci svého rozsahu umožňuje plně nasnímat polotovary 13 až 28 palcových ráfků ocelových disků.

Celý systém je zabudován do skříně 31, která chrám zařízení před poškozením. Součástí skříně je vyhodnocovací jednotka s ovládacím panelem s dotykovou obrazovkou 5 a zabudovaným řídicím a vyhodnocovacím počítačem. Počítač má přístup do databáze s definicemi měření polotovaru ráfků. Tyto definice se připravují speciálním dispečerským programem, přes který se zadávají potřebné parametry včetně výkresu očekávaných křivek 45 podle definice 46 měřených míst v profilu tlouštěk a tolerancí.

Uvedené zařízení je vhodné pro měření všech typů polotovarů ráfků nebo jiných obdobných skořepin.

Příklad 2

Zařízení pro měření polotovaru ráfků 1 ocelových disků podle obr. 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení popsaného v Příkladu 1 svíracím uchopovacím mechanizmem 2, který provádí uchopení polotovaru ráfku i sevřením za vnější plochu polotovaru ráfků i. Na válečcích jsou nasazena vyměnitelná pouzdra 32 z otěruvzdomého plastu, jejichž vnější pláště mají křivkový profil, který je inverzní k tvaru vnějšího křivkového profilu měřeného polotovaru ráfku 1. Ve svislé poloze je mechanizmus orientován tak, že válečky tvoří rovnostranný trojúhelník, jehož spodní strana je vodorovná a homí váleček je v případech rozepnutí válečků v poloze určené pro vložení a vyjmutí polotovaru vždy v maximální výšce. V tomto případě je polohovací mechanizmus 3 optické soustavy orientován do dolní svislé skenovací poloviny, jejíž hraniční přímka je centrální osou uchopovacího mechanizmu. Tato varianta je vhodná pro skořepiny s menším vnitřním prostorem.

Příklad 3

Zařízení pro měření polotovaru ráfků i ocelových disků podle obrázků 1, 7 a 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení popsaného v Příkladu 1 variantou triangulačních dálkoměrů, zejména jejich rozdílnými parametry, typy a natočením optických laserových triangulačních dálkoměrů, které mohou být libovolně kombinovány.

Je přitom použita varianta dvou laserových triangulačních dálkoměrů 34 s binokulární optikou, jejíž výhodou je, že měření odraženého paprsku probíhá současně ze dvou okulárů 35 pro jeden laserový paprsek 36. Údaje jsou pak průměrovány, nebo jsou jinak filtrovány. Řešení zvyšuje přesnost měření.

Příklad 4

Zařízení pro měření polotovaru ráfků i ocelových disků podle obrázků 1, 8 a 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení popsaného v Příkladu 1 a Příkladu 3 pozicí laserových triangulačních dálkoměrů 37, které jsou otočeny o 90° kolem osy laserového paprsku 36.

-6CZ 31236 Ul

Příklad 5

Zařízení pro měření polotovaru ráfků 1 ocelových disků podle obr. 1, 9 a 17 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení popsaného v předchozích příkladech pou5 žitím jiných měřicích rozsahů a překrytím proti sobě orientovaných triangulačních dálkoměrů. Toto zařízení je použitelné pro jiné rozsahy tlouštěk W skořepin nebo složitějších tvarovaných profilů. Změnou měřicích rozsahů R obvykle dojde ke změně přesnosti měření - linearity, která bývá definována jako procento z rozsahu. Snížení rozsahu tudíž zvyšuje přesnost a naopak.

V níže uvedené tabulce jsou uvedeny některé rozměrové varianty proti sobě orientovaných trianío gulačních dálkoměrů:

Minimální tloušťka skořepiny Wmin [mm]	Maximální tloušťka skořepiny Wmax [mm]	Měřicí rozsahy jednotlivých dálkoměrů R [mm]	Překrytí měřicích rozsahů O [mm]	Dovolené vyosení skořepin od dělící roviny Dmax [mm]	Linearita [mm]
0,0	4,0	10,0	8,0	±4,00	±0,010
1,0	5,0	8,0	5,0	±3,00	±0,008
0,8	4,2	8,0	5,5	±3,15	±0,008
0,8	4,2	6,0	4,0	±1,90	±0,006
2,0	6,0	8,0	4,0	±3,00	±0,008
2,0	8,0	8,0	3,0	±2,50	±0,008
2,0	8,0	10,0	5,0	±3,50	±0,010
5,0	10,0	10,0	3,0	±3,50	±0,010
10,0	15,0	10,0	-2,0	±3,50	±0,010
15,0	20,0	10,0	-6,0	±3,00	±0,010

Příklad 6

Zařízení pro měření polotovaru ráfků I ocelových disků podle obr. 1, 9 a 10 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení popsaného v předchozích příkladech tím, že od sebe orientované laserové triangulační dálkoměry 38 jsou orientovány od sebe a jsou upevněny na nosníku 39 s jedním ramenem nebo celý polohovací mechanizmus 3 je realizován systémem s více stupni volnosti. V tomto případě se skenování provádí dvakrát: jednou na vnějším a jednou na vnitřním povrchu. Výhodou řešení je že je lze použít na složitěji tvarované skořepiny, kdy při pohybu optické soustavy nad měřeným povrchem není potřeba přihlížet na polohu druhého snímače.

Příklad 7

Zařízení pro měření polotovaru ráfků 1 ocelových disků podle obr. 1 a 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení uvedeného v Příkladu 6 se tím, že dvojice senzorů je nahrazena jedním senzorem uchyceným v otáčecím úchytu. Přesný otáčecí mechanizmu má dvě krajní polohy, které natočí senzor o 180° do dvou poloh, které odpovídají dvojici od sebe orientovaných senzorů. Zařízení nejprve otočí senzor podle toho, zdaje snímána vnější nebo vnitřní plocha. Pro každou krajní polohuje senzor kalibrován.

-7CZ 31236 Ul

Příklad 8

Zařízení pro měření polotovaru ráfků I ocelových disků podle obr. 1 a 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od zařízení uvedeného v Příkladu 1 tím, že je použito vícestupňové polohovací rameno polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů realizované robotickým ramenem.

Příklad 9

Zařízení pro měření polotovaru ráfků 1 ocelových disků podle obrázků 1, 9, 11 a 12 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od variant s triangulačními dálkoměry se liší tím, že sestavu optických snímačů tvoří dvojice proti sobě orientovaných liniových 2D skenerů 40 nebo dvojice od sebe orientovaných liniových 2D skenerů 41, jejichž skenovací výseče 42 se nacházejí ve skenovací rovině měřicího zařízení. V každé vzorkovací periodě senzorů se nasnímá část profilu řezu, přičemž se pokaždé změní (posune) poloha soustavy snímačů. Získané profily se částečně překrývají. Překryvy se pak využívají k provázání dílčích profilů a zpřesnění výsledného profilu řezu. Tato varianta umožňuje zrychlit proces skenování profilu.

Příklad 10

Zařízení pro měření polotovaru ráfků locelových disků podle obrázků 1, 9, 13 a 14 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od variant s triangulačními dálkoměiy tím, že sestavu optických snímačů tvoří dvojice proti sobě orientovaných liniových 2D skenerů 43 nebo dvojice od sebe orientovaných liniových 2D skenerů 44, jejichž skenovací výseče jsou kolmo ke skenovací rovině měřicího zařízení. Proces snímaní je přitom obdobný jako u triangulačních dálkoměrů s tím rozdílem, že v každé vzorkovací periodě je nasnímána příčná výseč, ze které se současně generují body hned několika profilů v blízkém okolí. Tato varianta umožňuje zrychlit proces skenování celé skořepiny.

Přikladli

Zařízení pro měření polotovaru ráfků I ocelových disků podle obr. 1 a 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od základní varianty popsané v Příkladu 1 tím, že jak skříň 31 zařízení, tak i prostor pro měření jsou během měření uzavřeny, a v uzavřeném prostoru se udržuje konstantní teplota pomocí klimatizační jednotky. Tím je eliminován vliv okolní teploty na přesnost měření. U této varianty dále nemusí být součástí zařízení pevný kalibr 30.

Příklad 12

Zařízení pro měření polotovaru ráfků I ocelových disků podle obr. 1 a 9 se skládá z uchopovacího mechanizmu 2, polohovacího mechanizmu 3 optických snímačů 4 a vyhodnocovací jednotky s dotekovou obrazovkou 5, lišící se od základní varianty popsané v Příkladu 1 tím, že zařízení je umístěno na pneumatických samonivelačních antivibračních izolátorech s aktivním tlumením. U této varianty nemusí být součástí zařízení tlumicí vložky pružného uchycení nosné desky k rámu.

Průmyslová využitelnost

Zařízení k bezkontaktnímu měření tlouštěk stěn rotačních skořepin křivkového profilu s plovoucí tloušťkou je primárně určeno pro měření profilu polotovaru ráfků ocelových disků. Lze však využít pro jakékoliv měření profilu rotačních skořepin.

Claims (7)

1. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření sestávající z uchopovacího mechanismu (2), polohovacího mechanizmu (3) optických senzorů (4) a vyhodnocovací jednotky (5), uložených ve skříni (31), vyznačující se tím, že uchopovací mechanizmus (2) tvoří tři otáčející se uchopovací válečky (6), jejichž osy rotace jsou rovnoběžné s centrální osou (7) uchopovacího mechanizmu (2), a symetricky ji obklopují v kruhu ve vzdálenosti odpovídající aktuálnímu poloměru rozepnutí, když se současně uchopovací válečky (6) pohybují v lineárních vedeních (8) po přímkových drahách v rovině kolmé na osy uchopovacích válečků (6) a jsou poháněny systémem pohonu (10) otáčení uchopovacích válečků (6), přičemž přímkové dráhy mezi sebou svírají úhel 120° a pomyslně se protínají na centrální ose (7) uchopovacího mechanizmu (2) , přičemž horizontální pohyb uchopovacího mechanismu (2) podél centrální osy (7) realizuje sestava podélného lineárního vedení (14) s pojezdem (17) poháněným pohonem (20) a vertikální pohyb kolmo na centrální osu (7) realizuje sestava příčného vedení (15) s pojezdy (21), poháněnými pohonem (24) když k vozíku příčného pojezdu (21) je připevněn nosník (26) se dvěma rovnoběžnými rameny (27), na jejichž koncích jsou uloženy seřiditelné držáky (28) laserových triangulačních dálkoměrů (16) přičemž délka a rozpětí ramen jsou navrženy tak, aby oba laserové triangulační dálkoměry (16) v rámci svého měřicího rozsahu a dosahu polohovacího mechanismu (3) mohly současně měřit všechny požadované polotovary z obou stran po celé jejich délce, když celý polohovací mechanizmus (3) je připevněn tak, aby snímací rovina byla totožná s polorovinou, jejíž hraniční přímkou je centrální osa (7) uchopovacího mechanizmu (2).

2. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření podle nároku 1, vyznačující se tím, že uchopovací válečky (6) uchopovacího zařízení (2) jsou v místech požadovaného kontaktu s měřenou skořepinou, polotovarem ráfku (1), opatřeny křivkovým profilem negativním vůči podélnému křivkovému profilu uchopovaného povrchu měřené skořepiny, polotovaru ráfku (1), a jejich lineární přesuny jsou precizně prováděny pohonem (10) s regulací a řízením velikosti svírací nebo rozpínací síly.

3. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že uchopovací válečky (6) jsou opatřeny vyměnitelnými pouzdry (9) pro uchopení polotovaru ráfku (1) za vnitřní plochu a vyměnitelnými pouzdry (32) pro uchopení polotovaru ráfku (1) za vnější plochu, vyrobenými z otěruvzdomého a kluzného materiálu, jejichž vnější pláště mají křivkové profily odpovídající částem vnitřního křivkového profilu měřeného polotovaru ráfku (1), když vyměnitelná pouzdra (9 a 32) jsou k uchopovacím válečkům (6) fixována a společně se otáčejí, přičemž otáčení válečků zajišťují precizně řízené pohony (10), jejichž otáčky jsou synchronizovány. Lineární přesuny válečků jsou precizně prováděny pohonem s regulací, který rovněž umožňuje řídit velikost svírací nebo rozpínací síly

4. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření podle nároku laž3, vyznačující se tím, že jednotlivé uchopovací válečky (6) nebo uchopovací válečky (6) s připojenými vyměnitelnými pouzdry (9 a/nebo 32) při svém synchronním otáčení umožňují pri uchopování měření skořepiny, polotovaru ráfku (1), skořepinou otáčet a tím zabezpečují samovolné srovnání a vystředění skořepiny v uchopovacím mechanizmu (2), a současně její natáčení pro naskenování libovolné části této skořepiny, polotovaru ráfku (1).

5. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření podle nároku laž4, vyznačující se tím, že polohovací mechanizmus (3) soustavy optických senzorů (4) je konstruován a orientován vůči uchopovacímu mechanizmu (2) tak, aby se pohyboval výhradně v rovině, ve které se nachází osa rotace měřené skořepiny, když tento polohovací mechanizmus (3) soustavy optických senzorů (4) má alespoň jeden stupeň volnosti, zajišťující změnu polohy ve směru osy rotace měřené skořepiny.

6. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření podle nároku laž5, vyznačující se tím, že laserové triangulační dálkoměry (16), uložené na koncích ramen nosníků

-9CZ 31236 Ul (26) v držácích (28), jsou proti sobě nastaveny a orientovány tak, že jejich laserové paprsky se nacházejí na jedné společné přímce ve skenovací rovině kolmo na centrální osu (7) uchopovacího mechanizmu. (2) a současně se jejich měřicí rozsahy překrývají, když přesouvání nosníků (26) z počáteční do koncové pozice v rovině řezu je řízeno řídícím systémem se zpětnou vazbou

5 polohy.

7. Zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření podle nároku laž5, vyznačující se tím, že laserové triangulační dálkoměry (16), uložené na koncích ramen nosníků (39) v držácích (28), jsou proti sobě nastaveny a orientovány tak, že jejich laserové paprsky se nacházejí na jedné společné přímce ve skenovací rovině kolmo na centrální osu (7) uchopovacího ío mechanizmu (2), a současně jsou od sebe nastaveny a orientovány tak, že jejich laserové paprsky se nacházejí na jedné společné přímce ve skenovací rovině kolmo na centrální osu (7) uchopovacího mechanizmu (2), když přesouvání nosníků (26) z počáteční do koncové pozice v rovině řezu je řízeno řídícím systémem se zpětnou vazbou polohy.