DE10064820B4

DE10064820B4 - Verfahren zum Überprüfen der winkelmässigen Ausrichtung einer präzise zu lagernden Walze

Info

Publication number: DE10064820B4
Application number: DE10064820.7A
Authority: DE
Inventors: Dieter Busch
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: DE10064820A1

Abstract

Verfahren zum Überprüfen der winkelmässigen Ausrichtung einer präzise zu lagernden Walze, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Walze fest mit einem in Richtung ihrer Achse extendierenden Adapter verbunden wird, in einem zweiten Schritt ein hochauflösendes Winkelmessgerät an dem Adapter befestigt wird, in einem dritten und nachfolgenden Schritten die Drehlage der Walze kontrolliert verändert wird und für jede Drehlage die räumliche Orientierung des hochauflösenden Winkelmessgerätes an dem Adapter bestimmt wird, in einem weiteren anschliessenden nachfolgenden Schritt aus den Einzel-Werten der räumlichen Orientierung des hochauflösenden Winkelmessgerätes an dem Adapter ein Repräsentativ-Wert einer Orientierung errechnet wird, welche im wesentlichen mit der wahren Orientierung der Walze übereinstimmt, wobei dieser Repräsentativ-Wert der Orientierung durch Mittelwertbestimmung der jeweiligen vom Winkelmessgerät gemessenen Werte der Elevation sowie des zugehörigen Azimut gebildet wird.

Description

In den Schriften DE 198 00 901 A1 , EP 0 842 393 B1 und DE 197 33 319 A1 werden Geräte zur Messung der winkelmässigen Ausrichtung von Gegenständen beschrieben. Die Anbringung eines in axialer Richtung einer Walze verlaufenden Adapters ist nicht vorgesehen.
In der DE 100 60 974 ( DE 199 59 866 ) ist vorgeschlagen worden, eine Druckmaschine zum Zwecke der Überprüfung ihrer Walzen so zu modifizieren, dass zu den Walzen gehörige Achsen oder Achsstücke mit einer hochplanen Stirnfläche versehen werden, oder mit einem hochpräzise gefertigten Adapter versehen werden, welcher in Verlängerung der Achsrichtung einer solchen Walze zeigt.
An diesen Stirnflächen, oder einem mit einer Walze in Verbindung stehenden Adapter, können dann mittels zumindest eines zweidimensional wirkenden hochpräzise arbeitenden Winkelmessgerätes in Form eines optischen Kreisels die Komponenten der winkelmäsigen Ausrichtung einer zu vermessenden Walze bestimmt werden.
Ein noch nicht gelöstes Problem besteht jedoch darin, dass es ausserordentlich schwierig ist, die Stirnflächen, oder den genannten Adpater, mit der erforderlichen Präzsion herzustellen. Für die gewünschte Präzisionsmessung sind die genannten hochpräzise gefertigten Flächen nämlich mit einer Oberflächengüte herzustellen, deren Rauhigkeitsmass weit unter einem Mikrometer betragen muss.
Das genannte Problem wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren angegeben wird, welches die Verwendung von weniger genau gefertigten Oberflächen an den Stirnflächen oder dem Adapter, der ansonsten dem in der DE 100 60 974 ( DE 199 59 866 ) gezeigten entspricht, gestattet.
Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung wird nämlich der Kreisel oder das Winkelmessgerät fest an der Peripherie des Adapters befestigt, zum Beispiel mit einer Schraubvorrichtung, oder mit Spannketten, ggf. mit einer lösbaren Klebung. Nach erfolgter Befestigung von Kreisel oder Winkelmeßgerät an dem Adapter wird die zugehörige Walze sodann mehrfach um einen Winkel gedreht, d. h. in zumindest drei unterschiedliche Winkelpositionen gebracht, in denen die vermutete Winkellage der Walze bestimmt wird Wegen der genannten mechanischen Ungenauigkeiten können solcherart bestimmten Winkellagen jedoch mit einem systematischen Fehler behaftet sein, welcher in Vektorform dargestellt werden kann Von erfindungsgemässer Bedeutung ist, dass eine vorliegende Fehlerverteilung als ideal kegelförmig um die wahre Orientierung der zu vermessenden Walze verteilt angenommen wird. Die Symmetrieeigenschaften des zugehörigen idealen Kegels werden gemäss der Erfindung dazu herangezogen, die wahre winkelmässige Orientierung der zu vermessenden Walze im Raum zu ermitteln. Das heisst, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens die Symmetrieachse des genannten Kegels der Fehlerverteilung als die wahre Orientierung der zu vermessenden Walze betrachtet wird und zugrundegelegt wird. Zu diesem Zweck ist es rechentechnisch am vorteilhaftesten, eine zu vermessende Walze in vier um 90° unterschiedliche Positionen zu drehen, so dass die jeweiligen vom Winkelmessgerät gemessenen Werte der Elevation (pitch) der Walze sowie der zugehörige Azimut (yaw) einer Mittelwertbestimmung zugeführt werden, deren Ergebnis in relativ präziser Weise die wahre Orientierung der zu vermessenden Walze wiedergibt.
Das genannte Messverfahren setzt voraus, dass die zu vermessende Walze in relativ kurzen Zeitabschnitten weitergedreht werden kann.
Diese Voraussetzung ist jedoch bei grösseren Maschinen nicht immer gegeben, so dass die messtechnisch unvermeidbaren Driftfehler für Kreiselmeßgeräte einen zu grossen Wert annehmen würden.
Gemäss einem zweiten Aspekt der Erfindung ist daher vorgesehen, in einem solchen Falle zunächst jeweils mehrere einzelne, absolute winkelmässige Orientierungen eines Adapters für verschiedene Drehlagen der zu vermessenden Walze festzustellen In einem Folgeschritt werden die Werte der einzelnen Orientierungen dann ebenfalls zu einem Mittelwert verrechnet, welcher einen verbesserten Wert für Azimut und Elevation der Walze darstellt.
Um die genannten einzelnen, absoluten winkelmässigen Orientierungen des Adapters für verschiedene Drehlagen der zu vermessenden Walze zu erhalten, kann gemäss der Erfindung ein vergleichsweise spielfreies Gleitlager vorgesehen sein, an welches der Messkreisel befestigt werden kann, und welches auf eine zylindrische Oberfläche des Adapters gesetzt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Kreisel annähernd spielfrei um den Adapter gedreht werden kann.
Somit ist es möglich, in verschiedenen Drehlagen, die der Kreisel relativ zu dem Adapter einnehmen kann, scheinbare Orientierungen der Längsachse des verwendeten Adapters zu bestimmen, welche jedoch ebenfalls mit gerichteten Fehlern behaftet sein können. Auch an dieser Stelle wird durch Vermessen der scheinbaren Orientierungen an zumindest drei Drehlagen, bevorzugt an vier Drehlagen, und einer nachfolgenden Mittelwert- oder Symmetrieachsenbestimmung die wahre Orientierung der Längsachse des Adapters bestimmt.
Sobald mindestens drei wahre Orientierungen der Längsachse des Adapters bestimmt sind, (für unterschiedliche Drehlagen einer zu vermessenden Walze) können mit diesen die wahre Orientierung, oder zumindest einer hervorragenden Näherung, einer zu vermessenden Walze unter Zugrundelegung von Symmetriebetrachtungen, bestimmt werden.
In einer anderen Vorgehensweise zur Bereitstellung vergleichbarer Meßergebnisse wird jedoch ein adapterloses Verfahren verwendet, bei welchem der Kreisel verschiebbar direkt auf den Adapter gesetzt wird, und zwar an verschiedenen, tangential verschobenen Meßpositionen auf dem Zylindermantel des Kreisels.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt:
1 eine querschnittsmässige, winkelmässig stark überhöhte Ansicht auf eine Walze, einen Adapter und einen angesetzten Kreisel
2 eine querschnittsmässige, ebenfalls winkelmässig stark überhöhte Ansicht auf eine Walze, einen Adapter, ein aufgesetztes Gleitlager und einen auf diesem besfestigten Kreisel, in einem oberen Totpunkt
3 eine vergleichbare Ansicht, jedoch in einem unteren Totpunkt des Kreisels
Wie aus 1 hervorgeht, wird zur Vermessung der Orientierung einer Walze 10 an der geschliffenen Stirnseite 12 eines Achsstückes ein bevorzugt zylindrischer Adapter 16 angesetzt, dessen Mantelflächen mit Bezugsziffer 14 gekennzeichnet sind. Aufgrund unvermeidlicher geometrischer Abweichungen von idealen Oberflächen, dargestellt durch Fehlermass f1, ergibt sich eine Winkelabweichung f3 relativ zu der zu vermessenden Achse bzw. Orientierung 100 von Walze 10. Auch die zweite Deckfläche 18 des Adapters kann aufgrund eines Fehlermasses f2 nicht exakt symmetrisch sein.
Ein an den Adapter 16 angebrachtes Winkelmessgerät in Form eines Laserkreisels 20 bestimmt die Orientierung des Adapters relativ zu einem Koordinatensystem, welches z. B. durch eine Fabrikhalle definiert wird. Der Laserkreisel 20 ”sieht” also in der dargestellten Position, in einem oberen Totpunkt, die Orientierung 200', welche mit der des Adapters 16 im wesentlichen übereinstimmt, und einen Winkelfehler zur Orientierung 100' aufweist. Die Orientierung 100' ist dabei parallel zu Orientierung 100. Wird der Laserkreisel 20 zusammen mit Walze 10 und befestigtem Adapter 16 gedreht (wobei auch der Laserkreisel an dem Adapter fixiert ist), so wird er im unteren Totpunkt eine Orientierung 200'' sehen, welche symmetrisch und praktisch auf einem Kegelmantel liegend zur tatsächlichen Achse 100' angeordnet ist.
Der Richtungs-Mittelwert aus Orientierungen 200' und 200'' ist daher der gesuchte Orientierungs-Wert 100' bzw. 100, der hier einem Elevation-Wert entspricht, Entsprechende Messungen und Mittelwertbildungen werden in einer dazu senkrecht orientierten Messebene für die azimutale Ausrichtung durchgeführt.
In 2 und 3 wird eine Art doppeltes Differenzverfahren zur Bestimmung einer gesuchten Orientierung 100 gezeigt. Sofern es nicht möglich ist, nach einer Messung in einem azimutalen oder elevationsmässigen Totpunkt die nächste Drehlage der Walze 10 anzufahren, ist es vorteilhaft, zunächst die absolute winkelmässige Orientierung eines mit einer zylindrischen Oberfläche 14 versehenen Adapters 16 zu bestimmen. Dies geschieht dadurch, dass Laserkreisel 20 mittels eines annähernd spielfreien Gleitlagers 30 (Fehlerdimensionen stark übertrieben dargestellt) auf den Adapter 16 aufgesetzt wird, so dass der Kreisel um den Adapter geschwenkt werden kann (wie mit Drehpfeil 32 symbolisiert). Die vom Laserkreisel 20 gesichtete Orientierung 300 wandert bei Drehung des Gleitlagers 30 auf mit Drehpfeil 202 symbolisierten kegeligen Oberfläche um deren Symmetrieachse 200', welche mit der Orientierung des Adapters 200 übereinstimmt, sofern die Walze nicht verdreht wird. Auf diese Weise gelingt es, die Orientierung des Adapters 16 im gezeigten oberen Totpunkt hinreichend genau in Azimut und Elevation zu bestimmen.
Diese Messung reicht jedoch nicht aus, um auch die Orientierung der Walze 10 genau zu bestimmen. Vielmehr müssen in weiteren Drehstellungen der Walze erneut die Orientierungen des Adapters 16 bestimmt werden, welcher zu diesem Zweck jedoch ohne Veränderung an dem Achsstück der Walze befestigt bleiben muss, da sonst die zu eliminierenden Messfehler in unkontrollierter Weise in Erscheinung treten würden.
In 3 werden die Verhältnisse gezeigt, wie sie in der unteren Totpunktlage des Adapters vorzufinden sind. Bei Drehung von Kreisel 20 samt Gleitlager 30 um den Adapter werden Orientierungen gesichtet, die auf einem Kegelmantel liegen, wie er mit Drehpfeil 202 symbolisiert ist. Die Symmetrierichtung 200' aus 3 ist somit genau um denjenigen negativen Fehlwinkel gegenüber der Vertikalen versetzt, wie der positiv zu rechnende der Symmetrierichtung 200' aus Fig. Der Mittelwert der beiden genannten Symmetrierichtungen 200' entspricht somit der gesuchten Orientierung 100.

Claims

Verfahren zum Überprüfen der winkelmässigen Ausrichtung einer präzise zu lagernden Walze, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Walze fest mit einem in Richtung ihrer Achse extendierenden Adapter verbunden wird, in einem zweiten Schritt ein hochauflösendes Winkelmessgerät an dem Adapter befestigt wird, in einem dritten und nachfolgenden Schritten die Drehlage der Walze kontrolliert verändert wird und für jede Drehlage die räumliche Orientierung des hochauflösenden Winkelmessgerätes an dem Adapter bestimmt wird, in einem weiteren anschliessenden nachfolgenden Schritt aus den Einzel-Werten der räumlichen Orientierung des hochauflösenden Winkelmessgerätes an dem Adapter ein Repräsentativ-Wert einer Orientierung errechnet wird, welche im wesentlichen mit der wahren Orientierung der Walze übereinstimmt, wobei dieser Repräsentativ-Wert der Orientierung durch Mittelwertbestimmung der jeweiligen vom Winkelmessgerät gemessenen Werte der Elevation sowie des zugehörigen Azimut gebildet wird.
Verfahren zum Überprüfen der winkelmässigen Ausrichtung einer präzise zu lagernden Walze, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Walze fest mit einem in Richtung ihrer Achse extendierenden Adapter verbunden wird, in einem zweiten Schritt ein hochauflösendes Winkelmessgerät annähernd spielfrei drehbar an dem Adapter befestigt wird, in einem dritten Schritt einzelne, absolute winkelmässige Orientierungen des Winkelmessgeräts an dem Adapter bestimmt werden, in einem vierten und nachfolgenden Schritten die Drehlage der Walze kontrolliert verändert wird und für jede Drehlage die räumliche Orientierung des hochauflösenden Winkelmessgerätes an dem Adapter bestimmt wird, in einem weiteren anschliessenden nachfolgenden Schritt aus den Einzel-Werten der räumlichen Orientierung des hochauflösenden Winkelmessgerätes an dem Adapter ein Repräsentativ-Wert einer Orientierung errechnet wird, welche im wesentlichen mit der wahren Orientierung der Walze übereinstimmt, wobei dieser Repräsentativ-Wert der Orientierung durch Mittelwertbestimmung der jeweiligen vom Winkelmessgerät gemessenen Werte der Elevation sowie des zugehörigen Azimut gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren an einer Druckmaschine angewendet wird, die mit einem Adapter zur Ausführung des Verfahrens versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren an einer Maschine zur Herstellung von Feinblechen, Filmen oder Folien angewendet wird, die mit einem Adapter zur Ausführung des Verfahrens versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter mit einem Laserkreisel als hochauflösendes Winkelmessgerät bestückt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wenn rückbezogen auf Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserkreisel in stabiler und fester Weise an dem Adapter befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wenn rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehlager, insbesondere ein Gleitlager verwendet wird, mit welchem der Laserkreisel in schwenkbarer Weise um den Adapter gedreht werden kann.