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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines
Körpers
in einer Papiermaschine, wobei
- – ein Messgerät eingesetzt
wird, das in das bekannte Koordinatensystem der Papiermaschine, das
eine festgelegte Grundlinie hat, eingefügt wird;
- – eine
Zielmarke eingesetzt wird, die auf eingestellte Weise bei wenigstens
einem an dem Körper
gewählten
Messpunkt angeordnet wird; und
- – mit
dem Messgerät
die Zielmarke eingemessen und die Position des Körpers am besagten Messpunkt im
Koordinatensystem der Papiermaschine bestimmt wird.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine bei dem Verfahren einzusetzende Messanlage.
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Im
finnischen Patent 113295 ist
eine Anordnung zum Positionieren von Papiermaschinenkomponenten,
zum Beispiel Walzen, beschrieben. Das Messen der Rechtwinkligkeit
der Komponente erfolgt dabei durch Aufsetzen der Zielmarke auf das
zu messende Objekt. Durch Messen der Differenz zwischen Führerseite
und Antriebsseite erhält
man die Abweichung gegenüber
einer in der Maschinenhalle definierten Mess- d.h. Grundlinie bzw.
gegenüber
anderen Komponenten. Diese besagte Anordnung ist jedoch mit verschiedenen
Problemen verbunden.
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Mit
Zunahme der Produktionsgeschwindigkeit der Maschinen haben sich
zum Beispiel die Walzenbeläge
und ihre Eigenschaften derart geändert, dass
zum Beispiel Nipwalzen während
des Messens nicht mehr normal belastet werden können. Bei der in besagtem FI-Patent
vorgeschlagenen Anordnung muss sich die Walze in statischem, d.h.
nicht rotierendem Zustand befinden, weil die in der Zielmarke enthaltene
Messhilfsvorrichtung ordentlich an der Walzenoberfläche befestigt
und da eine gewisse Zeit gehalten werden muss. Dabei kann es u.U.
zu einer Beschädigung
der Walzenbeläge
kommen. Um das Beschädigungsrisiko
möglichst
gering zu halten, müssen
bei der gegenwärtigen
Praxis sehr niedrige Flächendrücke gefahren
werden. Daraus wiederum resultiert der Missstand, dass das Messergebnis
nicht der normalen, während
des Produktionsrozesses herrschenden Betriebssituation entspricht.
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Weiter
wäre es
wichtig, an rotierenden Objekten auch deren Form, wie zum Beispiel
die Durchbiegung oder die Bombierung, zu messen. Auch die Durchführung solcher
Messungen ist mit der gegenwärtigen
Technik in der Praxis unmöglich,
da ja dabei an der Manteloberfläche
des Objekts operiert werden muss.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein zur Bestimmung der Position
eines Körpers
in der Papiermaschine dienendes Verfahren zu schaffen, das in seiner
Verwirklichung freier als die bisherigen ist und die Möglichkeit
zur Durchführung
mehrerer verschiedenartiger Bestimmungen bietet. Weiter soll mit
dieser Erfindung eine zum Messen der Position eines Körpers in
der Papiermaschine dienende Messanlage geschaffen werden, die im
Vergleich zum Stand der Technik freier in Verbindung mit dem Körper angeordnet
werden kann, und mit der die beim Stand der Technik auftretenden
Mängel
vermieden werden. Außerdem
können
mit der gleichen Anlage mehrere verschiedene die Position oder sogar die
Form des Körpers
betreffende Größen gemessen werden.
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Die
kennzeichnenden Merkmale dieses erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus Patentanspruch
1 hervor.
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Entsprechend
sind die kennzeichnenden Merkmale der erfindungsgemäßen Messanlage
im Patentanspruch 12 definiert.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die Position und über
diese auch die Form des Körpers
nicht nur an stationären,
d.h. unbewegten Objekten, sondern auch an in dynamischem Zustand, d.h.
in Bewegung befindlichen Objekten bestimmt werden. So braucht zum
Beispiel eine rotierende Walze nicht mehr der bloßen Messung
wegen gestoppt zu werden. Daraus folgt, dass die Position der Walze
unter den bei ihrem normalen Betrieb herrschenden Einstellungen
und Positionen gemessen werden kann, wobei dann auch die Messergebnisse in
hohem Maße
zweckdienlich sind. Besonders das Messen der Form der Walze, wie
zum Beispiel ihrer Durchbiegung oder ihrer Bombierung, in betriebsmäßigem Zustand
liefert wertvolle Aufschlüsse
im Hinblick auf die Funktion der Walze.
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Ein
weiterer mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, dass
nun an bewegten Flächen Vergleichswerte
relativ zu einer Grundlinie und/oder zu anderen Komponenten gemessen
werden können.
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Als
dritten Vorteil bietet die Erfindung die Möglichkeit, die Vergleichsdaten
zur Maschinen-Mittelachse und zu anderen Komponenten der Maschinen
unter allen Umständen
laufend zu halten.
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Ein
vierter Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Platzierung
der Zielmarke bei dem Maschinenteil frei gewählt werden kann. Bekanntlich herrscht
ja in der Umgebung von Maschinenteilen oft große Enge. Bei Anwendung der
auf Kontakt beruhenden Messungsweise nach dem Stand der Technik
kann es durchaus passieren, dass sich der für die Messung einzig mögliche Platz
der Zielmarke an dem Maschinenteil zum Beispiel in radialer Richtung
der Walze an einer so engen Stelle befindet, dass das Anbringen
der Zielmarke sehr schwierig oder sogar unmöglich ist. Da nun gemäß dieser
Erfindung die Zielmarke getrennt von der Walze angeordnet, ihre Position
zur Walze aber dennoch weiterhin sehr genau bestimmt oder eingestellt
werden kann, kann die Position der Walze fast an jeder beliebigen
Stelle in radialer Richtung des Walzenmantels gemessen werden. Dadurch
wird ein Messen und Vergleichen sämtlicher Koordinaten möglich.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen einige Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt sind, im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die
Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Papiermaschine als Prinzipzeichnung;
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2a eine
erste Ausführungsform
der Erfindung in Verbindung mit dem zu bestimmenden Körper;
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2b eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung in Verbindung mit dem zu bestimmenden Körper;
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3 die
Erfindung in Anwendung auf die Messung der Durchbiegung;
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4 die
Erfindung in Anwendung auf die Messung der Bombierung.
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In 1 sind
prinzipmäßig drei
in Maschinenrichtung hintereinander angeordnete zylindrische Körper 10, 10.1, 10.2 gezeigt.
In Papiermaschinen und anderen Materialbahn-Herstellungsmaschinen bestehen
solche zylindrische Körper
im Allgemeinen aus Walzen oder Zylindern, von denen eine einzige Papiermaschine
Dutzende, ja sogar Hunderte aufweisen kann. Die zylindrischen Körper können zueinander
in Maschinenrichtung zum Beispiel hintereinander und/oder übereinander
angeordnet sein. Im Folgenden wird die Papiermaschine einfach als
Maschine bezeichnet, worunter jedoch hier auch andere Materialbahn-Herstellungsmaschinen
wie z.B. Zellstoff-, Karton- und Tissuemaschinen zu verstehen sind.
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Die
hintereinander angeordneten Walzen und Zylinder tragen/stützen in
der Maschine verschiedenartige Bespannungen, wie z.B. Langsiebe und
Filze. Um einen möglichst
störungsfreien
Lauf dieser Bespannungen und überhaupt
einen reibungslosen Betrieb der Maschine zu gewährleisten, müssen die
Walzen sehr genau positioniert werden. In der Praxis wird die Position
eines jeden Körpers auf
Rechtwinkligkeit in Bezug auf die Maschinenlängsachse oder die Vertikale
geprüft.
Die Maschinenlängsachse
wird gewöhnlich
auch in Form einer besonderen Grundlinie dargestellt. Auch die Montage
der anderen Komponenten der Papiermaschine erfolgt an Hand dieser
Grundlinie.
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In 1 ist
auch die so genannte Grundlinie 11 dargestellt, an der
man sich beim Aufbau der Maschine orientiert. Bei Papiermaschinen
wird in Verbindung mit der Montage eine separate Mess- oder Grundlinie
geschaffen, die sich in einem bestimmten Abstand von der Mittelachse
der Maschine befindet. An Hand der Messlinie kann zum Beispiel die
Rechtwinkligkeit einzelner Maschinenkomponenten in Bezug zur Messlinie,
d.h. also zur Mittelachse der Maschine festgestellt werden. Mit
anderen Worten, die Positionen der verschiedenen Maschinenteile
werden in Relation zur Mess-/Grundlinie bestimmt. Das Bestimmen
der Position der Körper
kann zum Beispiel bei der Zusammenstellung der Maschine, bei der
Montage der Komponenten wie auch nach erfolgter Wartung erfolgen.
In der Maschinenhalle wird die Grundlinie oft sichtbar am Hallenboden
angezeichnet; zumindest aber werden die diese Linie bestimmenden
Festpunkte 13 in den verschiedenen Teilen der Maschinenhalle
markiert.
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Zur
Bestimmung der Position des Körpers, zum
Beispiel einer sich in Maschinenquerrichtung erstreckenden langen
Walze, sind an deren Zylinderfläche
mindestens zwei Messpunkte erforderlich, zum Beispiel je einer an
beiden Enden des Körpers.
Die Differenz der bei der Messung erhaltenen Ablesungen gibt die
Abweichung der Walze von der besagten Rechtwinkligkeit in Bezug
auf die Maschinenlängsachse
oder die Vertikale an. Zum Messen dienen ein besonderes Messgerät 12 sowie
eine bei dem Körper 10 auf
eingestellte Weise angeordnete Zielmarke 14.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt
zum Beispiel ein an sich bekanntes Messgerät 12 zum Einsatz.
Gewöhnlich
besteht das Messgerät
aus einem Tachymeter oder Theodoliten, der auch als Totalstation
bezeichnet wird. Mit dem Theodoliten kann sowohl der Winkel als
auch die Entfernung gemessen werden, so dass sich also die Position
der einzelnen Zielmarke 14 genau bestimmen lässt. Außerdem verfügen die
heutigen Messgeräte über derart
große
und vielseitige Speicher- und Re chenkapazität, dass man aus ihnen unverzüglich die
fertigen Messergebnisse erhält.
Eines der allgemein für
diesen Zweck eingesetzten Tachymeter ist das LEICA TC2003, das von
der Schweizer Firma Leica Geosystems AG hergestellt wird. Auch der
Einsatz eines Laser-Trackers
ist möglich;
als Beispiel sei das Gerät LEICA
LTD 800 genannt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Messanlage
erfolgt die Bestimmung der Position des Körpers mit dem Messgerät 12,
das in 1 prinzipmäßig dargestellt
ist. Das Messgerät 12 wird
hier von dem Stativ 40 gestützt auf der Grundlinie 11 aufgestellt.
Am Rumpfteil 30 des Messgeräts 12 ist eine Visiervorrichtung 31 angeordnet,
deren Winkeländerung
gegenüber
dem Rumpfteil 30 in zwei Ebenen genau gemessen wird. Weiter
hat das Messgerät 12 einen
Entfernungsmesser. So können
mit dem in das Koordinatensystem der Maschine eingefügten Messgerät 12 die
an jeder beliebigen Stelle bei dem Körper 10 angeordnete
Zielmarke 14 gemessen und die Koordinaten des durch die
Zielmarke 14 definierten Messpunktes bestimmt werden. Die
Visiervorrichtung 31 hat außerdem eine passende Optik
zur Gewährleistung
eines genauen Zielens, d.h. Anvisierens. Entsprechend hat die Zielmarke 14 eine
das Anvisieren erleichternde (nicht dargestellte) Marke.
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Die
Messanlage umfasst außerdem
die bereits genannte Zielmarke 14 für das Messgerät 12. Die
Zielmarke 14 kann zum Beispiel aus einem an sich bekannten
auf einem Prisma basierenden Modell bestehen wie es in der finnischen
Gebrauchsmusterregistrierung Nr. 3229 beschrieben ist. Statt einer
auf Prisma basierenden Zielmarke kann zum Beispiel auch ein Maßstab verwendet
werden.
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Die
Zielmarke 14 einschließlich
ihrer Hilfsvorrichtungen kann nun auf eine verblüffende Weise kontaktfrei beim
Messpunkt P1, P3 des
Körpers 10 angeordnet
werden. Dabei kann sich der Körper
während
der Durchführung
der Messung sogar in Bewegung befinden.
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In 2a und 2b ist
eine erste Ausführungsform
der Zielmarke 14 und ihrer Hilfsvorrichtungen dargestellt.
Die Walze 10 und die Stützkonstruktion 26, 17.2 der
Zielmarke 14 sind im Querschnitt dargestellt. Einander
entsprechenden Komponenten ist jeweils die gleiche Bezugszahl zugeordnet.
Zu der in 2a gezeigten Zielmarke 14 gehört ein Unterteil 28 zum
Abstützen
der Zielmarke 14. Die Zielmarke 14 wird so abgestützt, dass
sie sich beim Messen bei der zu bestimmenden Zylinderfläche 15 des
Körpers 10 in
einer bestimmten Stellung zu dieser Zylinderfläche 15 befindet. In
diesem Fall ist die Zielmarke 14 einschließlich ihres
Rumpfteils 16 an einem in der Nähe der Walze 10 befindlichen
Balken, zum Beispiel an dem Blaskasten 26, angeordnet.
Zu diesem Zweck hat die Zielmarke 14 ein zum Befestigen
dienendes Unterteil 28, wobei hier als Beispiel eine nach dem
Schraubzwingen-Prinzip funktionierende Befestigung gezeigt ist.
Auch Magnetbefestigung kommt in Frage. Eine solche Zielmarkeneinheit 14, 16 lässt sich
schnell befestigen.
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In
Verbindung mit der Zielmarke 14 sind ferner Mittel 18 zum
Einmessen der Stellung der Zielmarke 14 und damit auch
zum Positionieren der Zielmarke in eine gewünschte Stellung zum zu messenden
Körper 10 vorhanden.
Nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Mittel zur Bestimmung der Stellung der
Zielmarke, insbesondere ihrer Stellung zu dem Körper 10, wenigstens
Entfernungsmessmittel 18. Die Entfernungsmessung kann auch
mit Winkelmessung kombiniert sein, wobei dann der Zielwinkel der
Entfernungsmessmittel 18 bestimmt und daraus die Position
der Zielmarke 14 in radialer Richtung des Umfangs des Körpers 10 abgeleitet
werden kann. Auch aus der Entfernungsmessung selbst kann die Position
der Zielmarke 14 in Umfangsrichtung des Körpers 10 abgeleitet
werden, so dass sich dann besondere Winkelmessungen erübrigen.
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Die
zur Bestimmung der Stellung der Zielmarke 14 dienenden
Messmittel können
zum Beispiel aus einem in seinem Funktionsprinzip an sich bekannten
Laserentfernungsmesser 18 bestehen. Dabei wird der reflektierte
Strahl R des vom Lasersender 19 auf den Körper 10 emittierten
Lichtes E auf an sich bekannte Weise mit den Detektormitteln 20 festgestellt.
In der Vorrich tung 18 selbst kann auch eine Recheneinheit 21 enthalten
sein, welche den Abstand zwischen der Zielmarkeneinheit 16 und
dem Körper 10 auf
Grund der aus den Lichtstrahlen E, R bestimmten Daten berechnet.
Da die Einstellung der Zielmarke 14 an ihrem Unterteilgehäuse 16 zum
Laser/Detektor 19, 20 bekannt ist, kann aus der
Abstandsberechnung die absolute Stellung zum Körper 10 abgeleitet
werden. Anderseits ist die Bestimmung der absoluten Stellung gar
nicht unbedingt erforderlich, wenn die Stellung der Zielmarkeneinheit 14, 16 zu
dem Körper 10 für die einzelnen
Messpunkte standardisiert wird. Statt des Laserentfernungsmessers kann
natürlich
auch irgendeine andere auf berührungsfreiem
Messen basierende Vorrichtung eingesetzt werden. Als Beispiele seien
da nur die induktiven und die kapazitiven Verfahren genannt.
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Da
die Zielmarkeneinheit 16 einschließlich ihrer Entfernungsmessmittel 18 sehr
nahe bei der Oberfläche 15 des
Körpers 10,
aber dennoch losgelöst
von diesem oder zumindest so, dass sich der Körper 10 auch in bewegtem
Zustand befinden darf, angeordnet ist, wird der bei der Entfernungsmessung benutzte
Lichtstrahl von der Mantelfläche 15 der
Walze 10 gut reflektiert. Außerdem kann die Mantelfläche 15 der
Walze 10 auch mit irgendeinem das Reflexionsvermögen verbessernden
Mittel behandelt werden. Dabei kann dann der Abstand dmin vergrößert werden,
falls dies aus irgendeinem Grund erforderlich ist. Eine solche Behandlung
kann besonders dann vorgenommen werden, wenn man sich nicht in Produktionssituation
befindet, aber die Walzen 10, 10.1, 10.2 trotzdem
rotieren und sie ansonsten die dem Produktionsbetrieb entsprechenden
Einstellwerte haben. Das die Detektion verbessernde Mittel lässt sich
nach erfolgter Messung vor dem Hochfahren der Produktion leicht
entfernen. Allgemein kann hier von einer Oberflächenbehandlung zur Verbesserung
der Messtauglichkeit gesprochen werden. Statt eines guten Reflexionsvermögens kann
allerdings auch eine matte Oberfläche angestrebt werden.
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Als
Beispiel für
den Abstand dmin zwischen dem erfindungsgemäßen kontaktfreien
Messhilfsmittel 14, 16 und der Walze 10,
bei dem das von der unbehandelten Oberfläche 15 der Walze 10 reflektierte Licht
benutzt werden kann, seien 1-300 mm, zum Beispiel 5-100 mm oder
noch besser 20-70 mm (zum Beispiel 35 mm) genannt.
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Die
Zielmarkeneinheit 14, 16 kann auch mit einem elektronischen
Sender 23, 24 versehen werden, wobei der diesem
zugeordnete Empfänger 27 an
dem Messgerät 12 zur
Durchführung
der Messung angeordnet ist. Als Beispiele dafür, wie die Datenübertragung
erfolgen kann, seien die auf lokalen Funknetzen basierenden Systeme
(Bluetooth, WLAN (Wireless Local Area Network)) oder IrDa (Infrared Data)
genannt. Mit dem Sender 23, 24 kann die Datenübertragung
zwischen der Zielmarkeneinheit 14 und dem Messgerät 12 in
wenigstens einer Rich tung oder sogar in beiden Richtungen durchgeführt werden.
Ein Beispiel für
solche Daten sind die die Entfernungsmessung zwischen dem Körper 10 und
der Zielmarke 14 betreffenden Daten, die in das Messgerät 12 übertragen
werden. An Hand dieser Daten kann das Messgerät die absolute Position des
Körpers 10 an
dem besagten Messpunkt im Koordinatensystem der Maschine berechnen.
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Natürlich kann
die Datenübertragung
auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Als Beispiel dafür sei die Änderung/Einstellung
der Stellung der Zielmarke 14 relativ zum Körper 10 auf
den gewünschten
Wert genannt. Dabei können
dann Daten zur Betätigung der
Servomotoren der Führungen 17.1-17.3 (2b) übertragen
werden. Überhaupt
gibt es hier mannigfaltige Möglichkeiten
zur Datenübertragung.
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Allerdings
kommt man bei der Erfindung auch ohne jegliche Sender/Empfänger-Einheiten aus.
Dabei kann dann ein Helfer die Werte des in der Zielmarke 14 enthaltenen
Entfernungsmessers 18 ablesen und die Stellung der Zielmarkeneinheit 14, 16 zum
Körper 10 einstellen.
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Das
Messgerät 12 selbst
benötigt
nicht unbedingt den Abstand dmin zwischen
der Zielmarkeneinheit 14, 16 und dem Körper 10.
Es kann genügen, dass
der Abstand zwischen der Zielmarkeneinheit 14, 16 und
dem Körper 10 an
allen Messpunkten der gleiche ist. Es kann dann von relativer Positionsbestimmung
gesprochen werden, weil ja die Stellung der Zielmarke 14 zum
Körper 10 wenigstens
in einer Dimension (z.B. Entfernung) standardisiert ist.
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Die
Zielmarkeneinheit 14, 16 kann auch Mittel 25, 22 zum
Speichern und Vergleichen der Position der Zielmarke 14 in
radialer Richtung des Körpers 10 (Position
der Zielmarke 14 in vertikaler Richtung) und des Abstandes
dmin zwischen dem Körper 10 und der Zielmarkeneinheit 14, 16 enthalten.
Diese Funktionen können
zum Beispiel von dem in der Einheit 14, 16 enthaltenen
Speicher 25 und Prozessor 22 ausgeführt werden.
Außerdem
kann der Prozessor 22 mit Hilfe der Datenübertragungsmittel 23, 24 der Einheit 16 an
das Messgerät 12 ein
Funksignal zur Durchführung
der Messung senden sobald sich die Zielmarke 14 in radialer
Richtung des Körpers 10 an der
richtigen/gewünschten
Stelle des Umfangs des Körpers 10 befindet.
Die Mittel können
auch aus einem Licht- und/oder einem akustischen Signal bestehen.
Dabei kann die Messung automatisch erfolgen, oder an dem Messgerät 12 kann
ein wahrnehmbares Signal erscheinen, das anzeigt, dass sich die
Zielmarke 14 an der richtigen Stelle des Umfangs des Körpers 10 befindet.
Nach Erhalt dieser Anzeige kann der Bediener des Messgeräts 12 diesem
den Befehl zur Durchführungen
der Messung geben.
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Bei
der Ausführungsform
in 2b ist die Zielmarke 14 beweglich konzipiert
und an wenigstens einer Führung 17.2 angeordnet.
Die Führung 17.2 kann
lösbar
zum Beispiel an der Stuhlung der Maschine befestigt sein. An der
Führung 17.2 kann die
Zielmarke 14 wenigstens in axialer Richtung des Körpers 10 verlagert
werden. Die Zielmarke kann somit in Längsrichtung der Walze 10 (d.h.
in Maschinenquerrichtung, CD) an die gewünschte Stelle gefahren und
die Position oder die Form der Walze 10 an einer oder mehreren
Stellen gemessen werden. Die Positionsveränderung der zum Beispiel an
dem Linearbewegungsmittel 17.2 befestigten, vom Körper 10 losgelösten Zielmarke 14 erfolgt
dann sogar ohne humane Interaktion genau und mühelos. Dies bedeutet eine beträchtliche
Verbesserung der Arbeitssicherheit, besonders bei laufender Maschine.
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Zusätzlich zur
Bewegungsmöglichkeit
in Längsrichtung
des Körpers 10 können der
Zielmarke 14 auch Mittel 17.1 zu ihrer Platzierung
in radialer Richtung des Körpers 10 an
eine gewünschte
Stelle zugeordnet sein. Auch das kann zum Beispiel mit Hilfe einer
Linearführung 17.1 verwirklicht
werden. Außerdem
kann die Zielmarkengesamtheit 14, 16 an ihrem
Stützteil
gekippt werden, um ihre Stellung zum Körper 10 in gewünschter
Weise zu korrigieren. Zu diesem Zweck kann die Zielmarkeneinheit 14, 16 außerdem mit
einer (nicht dargestellten) Libelle versehen sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
wenigstens die zur Zielmarke 14 gehörenden Entfernungsmessmittel 18 richtbar
sein. Gleichzeitig können
auch die Zielmarke 14 und ihr Rumpfteil 16 so beschaffen
sein, dass sie zum Beispiel einen Schwenkbereich von wenigstens
180 Grad haben. Damit erzielt man insofern einen Vorteil, als nun
von ein und derselben Stelle in Maschinenlängsrichtung, zum Beispiel einer
zwischen den Walzen befindlichen Stelle, Bestimmungen an mehreren
Körpern vorgenommen
werden können.
Die Zielmarke 14 einschließlich ihres Rumpfteils 16 braucht
also nicht unbedingt in Maschinenrichtung an eine andere Stelle verlagert
zu werden, sondern es genügt,
dass ihr Entfernungsmesser 18 vom ersten zu bestimmenden Körper 10.1 auf
den zweiten zu bestimmenden Körper 10.2 gerichtet
wird (1). Weiter ergibt sich daraus auch die Möglichkeit,
dass sich zum Beispiel die gegenseitigen Stellungen 10.1, 10.2 aufeinanderfolgender
Körper 10.1, 10.2 oder
die Position deren Enden fast beliebig bestimmen lassen, ohne dass
das Messgerät 12 umgesetzt
zu werden braucht. Die zur Bestimmung der Position erforderliche
Gesamtzeit pro Körper
reduziert sich dadurch erheblich. Unter „aufeinanderfolgend" kann hier neben
oder statt der Aufeinanderfolge in Maschinenrichtung auch teilweises
oder vollständiges Übereinanderbefinden
verstanden werden.
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Im
Folgenden werden verschiedene durch die Erfindung ermöglichte
Ausführungsformen
zum Beispiel zur Bestim mung der Position oder der Form eines Körpers 10 in
der Papiermaschine beschrieben. Für den Fachmann ist klar, dass
die Erfindung natürlich
nicht auf zylindrische Körper
beschränkt werden
soll, denn es lassen sich damit genau so gut Position und Stellung
zum Beispiel balkenförmiger Konstruktionen
messen und bestimmen. Im Mindestfall wird die Messung wenigstens
an einer Stelle pro Körper
vorgenommen. Als Beispiel dafür
kann die Bestimmung/Regulierung der Position der auf der einen Seite
der Maschine angeordneten Sieb/Filzführung genannt werden. Dabei
wird die Zielmarkeneinheit 14, 16 in eingestellter
Weise zum Beispiel relativ zu einem an der Oberfläche der
Siebführung
befindlichen Messpunkt (?) positioniert, wonach dann, da man die
Stellung der Zielmarke 14 zur Siebführung kennt, die Position der
Siebführung
im Maschinenkoordinatensystem bestimmt werden kann (nicht dargestellt).
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Unter
Verweis auf 1 sei zunächst das Positionieren der
Walze 10 behandelt. Gemäß dem Verfahren
beginnt die Bestimmung der Position des Körpers 10 an einem
bestimmten Messpunkt durch Einfügen
des Messgeräts 12 in
das bekannte Koordinatensystem der Papiermaschine. Die Basis des
Koordinatensystems wird von der Grundlinie 11 gebildet,
an Hand deren Festpunkte 13 mit dem Messgerät 12 die
Koordinaten des Standorts des Messgeräts 12 bestimmt werden.
Alternativ können
bekannte Messpunkte benutzt werden, deren Koordinaten in das Messgerät eingegeben
werden. Nachdem das Messgerät 12 in
das Koordinatensystem eingebunden ist, wird die Zielmarke 14 an
dem ersten Ende des zu bestimmenden Körpers 10, kontaktfrei
auf den gewählten
Messpunkt P1 am Umfang des Körpers 10 gerichtet,
bei dessen Zylinderfläche
angeordnet.
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Da
die die Oberfläche 15 des
Körpers 10 nicht
berührende
Zielmarke 14 einschließlich
Hilfsvorrichtungen in eingestellter Weise zur Oberfläche 15 des
zwei Enden aufweisenden Körpers 10 angeordnet
wird, kann zumindest ihre Stellung zum Körper 10 bestimmt werden
und, falls erforderlich, auf Grund dieser Messung auch passend eingestellt
werden. Auf jeden Fall wird die Stellung der Zielmarke 14 zum
Körper 10 wenigstens
einmal gemessen. Ist die Stellung der Zielmarke 14 zur
Walze 10 gleich beim ersten Platzieren passend, braucht
sie nicht weiter verlagert zu werden, sondern ihre Position kann
direkt von dieser Erstplatzierungsstelle aus gemessen werden. Unter
Berücksichtigung
dieses Messwertes kann mit dem Messgerät 12 zur Zielmarke 14 hin
gemessen und die Position des Körpers 10 an
dem besagten Messpunkt P1 des ersten Endes
im Koordinatensystem der Papiermaschine bestimmt werden.
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Auch
kann die wenigstens einmal gemessene Stellung der Zielmarke 14 zum
Körper 10 dazu
benutzt werden, die Stellung (d.h. den Abstand) der Zielmarke 14 zum
(vom) Körper 10 passend
einzustellen, falls die Erstplatzie rung der Zielmarke 14 diese
Anforderung nicht erfüllt.
Dies kommt besonders dann in Frage, wenn der Abstand dmin
zwischen der Zielmarke 14 und dem zu messenden Körper 10 standardisiert
werden soll. Dabei kann der Standort der Zielmarke 14 nach
der ersten Messung noch verändert
werden, um zum Beispiel ihren Abstand von der Walze 10 auf
den gewünschten
Wert zu bringen. Es können
also auch mehrere Messungen zwischen Zielmarke 14 und Körper 10 vorgenommen
werden bis diese in die gewünschte
gegenseitige Stellung (auf den gewünschten gegenseitigen Abstand)
gebracht sind. Ist die gewünschte
Stellung der Zielmarke 14 zur Walze 10 erreicht,
kann als Folgendes die eigentliche Messung durchgeführt werden.
Auf jeden Fall kann statt von direkter Bestimmung auch von indirekter
Positionsbestimmung des Körpers 10 gesprochen
werden, die nun also über
die vom Körper 10 deutlich
getrennte Zielmarke 14 erfolgt.
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In 1 ist
das Messgerät 12 auf
der Grundlinie 11 angeordnet. Das Messgerät 12 wird
genau auf die getrennt von der Walze 10 befindliche Zielmarke 12 gerichtet,
wobei dann das Messgerät 12 an Hand
der Winkel- und Entfernungsmesswerte die Koordinaten der Zielmarke
berechnet. Mit anderen Worten, mit dem Messgerät 12 kann zur Zielmarke 14 hin gemessen
und unter eventueller Berücksichtigung auch
der Stellung der Zielmarke 14 zum Körper 10 die Position
des ersten En des des Körpers 10 im
Koordinatensystem der Papiermaschine bestimmt werden.
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Als
Folgendes wird die Zielmarke 14 kontaktfrei so in Verbindung
mit der Zylinderfläche 15 des zweiten
Endes des zu bestimmenden Körpers 10 angeordnet,
dass sich der Messpunkt P3 an der entsprechenden
Stelle des Umfangs des Körpers 10 befindet
wie bei der Messung des ersten Endes. Mit anderen Worten, die Zielmarke 14 sollte
am besten an beiden Enden des Körpers 10 in
radialer Richtung des Körpers 10 auf
dieselbe Umfangsstelle gerichtet werden. Danach wird die Stellung
der Zielmarke 14 zum Körper 10 wenigstens
einmal gemessen und dann, soll die Visierlinie genau parallel zur
Richtung des zu messenden Körpers
ausgerichtet werden, werden eventuell Maßnahmen zur gewünschten
Positionierung der Zielmarke 14 durchgeführt. Auch jetzt
wird die Zielmarke 14 vom Messgerät 12 aus gemessen
und die Position des zweiten Endes des Körpers im Koordinatensystem
der Papiermaschine bestimmt. Gleichzeitig wird eventuell die Stellung
der Zielmarke 14 zum Körper 10 berücksichtigt,
wobei man als Endergebnis die Position des Körpers 10 am besagten
Messpunkt P3 erhält.
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In 1 ist
die am zweiten Ende angeordnete Zielmarkeneinheit 14, 16 gestrichelt
dargestellt. Vom Standpunkt der Messung aus betrachtet ist es wichtig,
dass die Zielmarke 14 an den verschiedenen Enden in radialer
Richtung des Körpers 10 an
der gleichen Stelle platziert wird. Dabei kann dann aus der Stellung
der Zielmarke 14 unmittelbar die Position des Körpers 10 bestimmt
werden. Nach Durchführung
der Messung am zweiten Ende kann aus den für beide Enden bestimmten Lagewerten
die Gerade S bestimmt werden, an Hand deren die Abweichung des Körpers 10 von
der Rechtwinkligkeit zur Grundlinie 11 und/oder zur Vertikalen
berechnet wird. In 1 sind die Mittelachse des Körpers 10,
die innerhalb gewisser Grenzen rechtwinklig zur Grundlinie 11 verlaufen
muss, und die gedachte Vertikale durch Strichpunktlinien dargestellt.
In der Praxis gilt: je genauer die Forderung nach Rechtwinkligkeit
erfüllt
ist, desto besser.
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In 3 ist
eine andere Ausführungsform dargestellt,
die das kontaktfreie, d.h. ohne Berührung des Körpers 10.2 auskommende
Verfahren überraschenderweise
ermöglicht.
Nun wird die Durchbiegung der rotierenden Walze 10.2 während des
Betriebs gemessen. In 3 ist eine an ihren Enden gelagerte
Walze 10.2 waagrecht in Maschinenrichtung betrachtet dargestellt.
Zur besseren Veranschaulichung der Ausführungsform ist die Durchbiegung
der Walze 10.2 sehr stark übertrieben dargestellt. In
der Praxis können
Walzen von 8-12 Meter Länge
eine Durchbiegung in der Größenordnung
von 10-50 mm haben. Außerdem
ist in 3 das CD-Z-Koordinatensystem
(Querrichtung/Höhenrichtung)
eingezeichnet.
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Zu
Beginn wird an beiden Enden der Walze 10.2 an den Stellen
CD1, CD3 der in
Maschinenrichtung „extreme" Punkt P1,
P3 gesucht. Dieser entfernteste („9 Uhr” bzw. „3 Uhr") Punkt P1, P3 (vom Ende der
Walze 10.2 aus betrachtet) lässt sich, wie bereits oben
beschrieben) mit den an der Zielmarke 14 vorhandenen Entfernungsmessmitteln 16 leicht
finden. Die Zielmarkeneinheit 14, 16 kann in vertikaler
Richtung auf und ab bewegt werden bis der Entfernungsmesser 18 anzeigt,
dass der Abstand zur Walze 10.2 sein Minimum dmin erreicht
hat. Der Entfernungsmesser 18 ist dann auf einen Messpunkt
P1, P3 an der Walze 10.2 gerichtet,
bei dem die Entfernungsmessung (d.h. die Zielachse) und die Tangente
T des Mantels 15 der Walze 10.2 einigermaßen senkrecht zueinander
stehen (2a und 2b). An
den Messpunkten P1, P3 wird
mit dem Messgerät 12 die Höhenposition
Z1, Z3 der Zielmarke 14 gemessen. Die
an beiden Enden der Walze 10.2 an den Stellen CD1, CD3 bestimmten
Messpunkte P1, P3 definieren wiederum
die Gerade S.
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Sodann
wird zwischen den am ersten Ende CD1 und
am zweiten Ende CD3 des Körpers 10.2 befindlichen
Messpunkten P1, P3 die
Position wenigstens eines weiteren Messpunktes P2 im
Koordinatensystem der Papiermaschine bestimmt. Der Messpunkt P2 kann sich zum Beispiel in der Mitte der
Walze 10.2 an der Stelle CD2 befinden.
Da die Walze 10.2 durchhängt, befindet sich ihre Seiten-
oder Flankenlinie in Maschinenquerrichtung in der Mitte der Walze
tiefer. Der Entfernungsmesser 18 zeigt dann wachsenden
Abstand an, wenn die Zielmarke 14 auf der soeben bestimmten
Geraden S gehalten wird, die durch die Höhenpositionen Z1,
Z3 der Punkte P1,
P3 definiert ist. Mit den Bewegungsmitteln
der Zielmarkeneinheit 14, 16, zum Beispiel dem
Kreuzschieber 17.1 (2b), lässt sich
das Prisma/Laser-Paket 14, 16 nach unten verschieben
bis die Entfernungsmessung 18 wieder das Minimum dmin, ergibt und man sich also erneut auf
der Flankenlinie der Walze 10.2 befindet. Nun kann zur
Ermittlung der Durchbiegung H der Walze 10.2 wieder die
Stellung der Zielmarke 14 zum Körper 10.2 festgestellt,
d.h. mit dem Messgerät 12 zur
Zielmarke 14 hin gemessen werden. Aus dem Ergebnis der
Messung geht die Höhenposition Z2 der Zielmarke 14 an der Stelle
CD2 hervor. Die Durchbiegung ist gleich
der Differenz zwischen der Geraden S und der Höhenposition Z2.
Mit anderen Worten, es wird ermittelt, um wie viel die Zielmarke 14 am
Messpunkt P2 an der Stelle CD2 im
Mittenbereich der Walze 10.2 tiefer liegt als vor ihrer
Verschiebung von den stirnseitigen Messpunkten P1,
P3. In 4 ist noch
eine dritte Ausführungsform
gezeigt, die die Erfindung bietet. Nun geht es darum, die Balligkeit,
d.h. die Bombierung der Walze 10.3 zu bestimmen. In 4 ist
die Walze 10.3 im Querschnitt von oben betrachtet gezeigt.
Weiter ist in 4 zur Veranschaulichung der
Messanordnung auch das CD-MD-Koordinatensystem
(Maschinenrichtung – Querrichtung)
eingezeichnet. Auch nun können
zwischen den Enden P4, P6 der
Walze 10.2 zahlreiche Punkte gemessen werden, die sich
in bestimmten gegenseitigen Abständen
befinden können
und in diesem Fall Informationen über die Bombierung der Walze 10.3 liefern.
Die Bombierung ist hier aus Anschaulichkeitsgründen stark übertrieben dargestellt. Außerdem ist
nur die Messung eines einzigen Zwischenpunktes P5 an
der Stelle CD5 dargestellt, obwohl dem Fachmann
natürlich
klar ist, dass eine zweckmäßige Ermittlung
der Bombierung u.U. das Messen mehrerer Zwischenpunkte erfordert.
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Auch
in diesem Fall befindet sich die Zielmarkeneinheit 14 einschließlich Entfernungsmesser 18 an
dem Schieber 17.2, 17.3 (2b), der
ein Verlagern der Zielmarkeneinheit 14 sowohl in Maschinenquerrichtung
(CD) als auch in Maschinenrichtung (MD) und in radialer Richtung
der Walze 10.3 ermöglicht.
Auch ein Bewegen in vertikaler Richtung ist möglich, wie vorangehend beschrieben
wurde. Zum Schluss wird aus den an den Messpunkten P4-P6 bestimmten Positionswerten MD4-MD6 die
Bombierung des Körpers 10.3,
d.h. seine in Querrichtung (CD) erfolgende Veränderung seiner Form in MD-Richtung berechnet.
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Eine
Methode zur Durchführung
der Messung bei den oben beschriebenen Ausführungsformen besteht darin,
den Abstand zwischen dem Entfernungsmesser 18 der Zielmarke 14 zum
einen und der Walze 10.3 zum anderen konstant zu halten
(z.B. d3 bei der Ausführungsform in 4).
Da der Abstand zwischen der Walze 10.3 und der Ziel marke 14 mit
dem Schieber 17.3 konstant gehalten wird, verändert sich
die MD-Position der Zielmarke 14 bei Veränderung
der CD-Position. Der Abstand wird hauptsächlich mit dem MD-Schieber 17.3,
aber auch in Z-Richtung
mit dem Vertikalschieber 17.1 eingestellt (Minimierung
des Abstands/Einstellung auf den gewünschten Wert). Freilich, bei
der eigentlichen mit dem Messgerät 12 erfolgenden
Positionsmessung selbst kann auch der Abstand der Walze 10, 10.1, 10.3 von
der Zielmarke 14 berücksichtigt
werden, wobei dieser Abstand von Messpunkt zu Messpunkt variieren
darf. Dabei kann die Zielachse mit der Grundlinie 11 einen
rechten Winkel bilden. Für
die Berechnung der absoluten Position der Walze ist dann jedoch
ein etwas größerer Rechenaufwand
erforderlich. Einfacher dürfte
es sein, den Abstand zwischen Walze und Zielmarke konstant zu halten.
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Beim
Messen gemäß der Erfindung
braucht keine Rücksicht
mehr auf die verschiedenen Durchmesser der zu messenden Körper genommen
zu werden, sondern die Messungen können unabhängig vom Durchmesser und von
der Größe des Körpers durchgeführt werden.
Bei der Erfindung braucht man die Zielmarke nicht mehr für jeden
Körper
getrennt extra zu customieren, d.h. „maßzuschneidern", wie dies bei den
dem Stand der Technik entsprechenden nicht-kontaktfreien Verfahren
der Fall war. Außerdem kann
das Messgerät
nun freier als bisher platziert werden.
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Auch
erübrigt
sich dank der Erfindung nun ein besonderes Fußteil (Untersatz), das in festen Kontakt
zur Walze 10 gebracht werden müsste. Die Zielmarke 14 wird
nun lediglich in eine bestimmte Stellung zur Zylinderfläche 15 des
Körpers 10 gebracht.