DE10020121A1

DE10020121A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Justierung von Wellen

Info

Publication number: DE10020121A1
Application number: DE10020121A
Authority: DE
Inventors: Dieter Hes
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-01-11

Abstract

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. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die Lage der Wellendrehachsen mittels einer mit der Welle verbundenen Plankonvexlinse detektiert werden, indem mit einem zur Wellendrehachse ausgerichteten Autokollimationsfernrohr die Ebene der Plankonvexlinse und ihres Krümmungsmittelpunktes (M1) detektiert werden, wobei die Lage des Reflexionsbildes in der Bildebene des Autokollimationsfernrohrs erfasst, abgespeichert und für die Justierung der zweiten Welle als Zielwert herangezogen wird und dass der Parallelversatz 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. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justierung von Wellen, die hintereinander angeordnet sind, insbesondere zur fluchtenden Ausrichtung von Maschinensatzwellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Justierung von Wellen, die hintereinander angeordnet sind, insbesondere zur fluchtenden Ausrichtung von Maschinensatzwellen.

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.

Im Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Ausrichten von Wellen sowohl auf mechanischer als auf optischer Grundlage bekannt.

Optische Verfahren nutzen meist den Richtstrahl eines Lasers und ein geeigne tes Sensorelement zur Bestimmung der Lage dieses Richtstrahles relativ zu einer Welle.

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.

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.

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.

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.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Geometrie einer Plankonvexlinse zur optischen Detektierung der Lage der Drehachse mechanischer Wellen.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung einer Plankonvexlinse zur Bestimmung der Lage der Wellendrehachse,

Fig. 2 eine Anordnung zur Justierung des Winkelfehlers der Welle 2,

Fig. 3 eine Anordnung zur Justierung des Parallelversatzes der Welle 2 und

Fig. 4 eine Anordnung zur Justierung bei gegenüberliegenden Welle nenden.

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.

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.

Auf die Ringschneide R kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn die Wellen eine ausreichend genau hergestellte Zentrierbohrung besitzen, die die Linsen aufnehmen können.

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.

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.

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.

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.

Die Justierung der Welle 2 erfolgt durch Parallelverschiebung in x- und y- Richtung. Bei drehenden Wellen ist der Schlagkreisdurchmesser in beiden Fokussiereinstellungen zu minimieren.

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.

Fig. 4 zeigt eine Anwendung des Verfahrens bei gegenüberliegenden Welle nenden. Dabei erfolgt die Strahlumlenkung um 90° mit Hilfe einer Spiegel- oder Strahlungsteileroptik.

BEZUGSZEICHENLISTE

R Ringschneide
E Planfläche der Linse
M1 Krümmungsmittelpunkt der Linse

Claims

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.

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.

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.

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.

5. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorrichtung Manipulatoren angeordnet sind, mit denen eine Ausrichtung der Plankonvexlinse parallel zur Wellendrehachse erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur des Parallelversatzes dem Autokollimationsfernrohr eine Vorsatz linse vorgeschaltet ist.