DE10219568A1

DE10219568A1 - Orientation measuring device for determining spatial orientation of objects having adapter bodies, incorporates housing containing several orientation sensors including gyroscope

Info

Publication number: DE10219568A1
Application number: DE10219568A
Authority: DE
Inventors: Christian Albrecht
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: DE10219568B4; DE20108419U1

Abstract

The measuring device has a housing (10) containing several orientation sensors. At least one of the sensors is a gyroscope. At least three position engineered grooves (100-206) are provided in at least one outer surface of the housing to receive at least two precision engineered adapter bodies (300,310) which can be mounted in the grooves. The adapter bodies are preferably tubular or cylindrical and releasably fastened in the grooves.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Orientierungsmessvorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Orientierung von Körpern, wie beispielsweise Walzen, Stangen, Hohl- oder Vollzylindern und ähnlichem, mit kleinen bis großen Durchmessern. The present invention relates to an orientation measuring device for Determining the spatial orientation of bodies, such as rollers, bars, Hollow or solid cylinders and the like, with small to large diameters.

Aus der WO 96/00623 ist eine Orientierungsmessvorrichtung bekannt, welche für das präzise Bestimmen einer tatsächlichen räumlichen Orientierung eines Zylinders oder einer Wälze einer Druckmaschine oder Papierherstellungsmaschine oder ähnlichem ausgebildet ist. Um eine Mehrzahl solcher Zylinder parallel auszurichten, ist die Verwendung eines Satzes von zwei Wasserwaagen oder ähnlichem nicht ausreichend, da diese die Winkelorientierung bezüglich der Gierrichtung (bzw. Yaw-Richtung) nicht bestimmen können. Aufgrund der extrem hohen Präzision von laseroptischen Gyroskop-Orientierungsmessvorrichtungen kann die Ausrichtung solcher Zylinder mit sehr hoher Genauigkeit in erstaunlich geringer Zeit, verglichen mit früher verwendeten Techniken, erreicht werden. Um eine solche Ausrichtungsaufgabe für Zylinder gemäß dem Stand der Technik zu lösen, wird üblicherweise ein mit Präzisionswerkzeugen gefertigtes mechanisches (konkaves) Prisma an der Orientierungsmessvorrichtung befestigt. Mittels der Kombination eines Instruments und eines Prismas ist es möglich, eine Richtungsbestimmungsmessung dadurch auszuführen, dass einfach das Prisma mit der Zylinderfläche der Walze in Kontakt gebracht wird. Jedoch ist ein solches Verfahren nur für zu überprüfende oder auszurichtende Walzen in einem beschränkten Durchmesserbereich nützlich. From WO 96/00623 an orientation measuring device is known, which for the precise Determine an actual spatial orientation of a cylinder or roller a printing press or paper making machine or the like is formed. Around Aligning a plurality of such cylinders in parallel is to use a set of two spirit levels or the like are not sufficient, because these are the angular orientation cannot determine with respect to the yaw direction (or yaw direction). Due to the extremely high precision of laser-optical gyroscope orientation measuring devices the alignment of such cylinders with very high accuracy in an astonishingly short time, compared to previously used techniques. To such a Alignment task for cylinders according to the prior art is usually a mechanical (concave) prism on the Orientation measuring device attached. By combining an instrument and an Prismas it is possible to carry out a direction determination measurement in that simply the prism is brought into contact with the cylinder surface of the roller. However, one is such a method only for rollers to be checked or aligned in a limited Diameter range useful.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die präzise Überprüfung der Orientierung von Walzen, Zylindern, zylindrischen Öffnungen und ähnlichen zylindrischen Objekten in einem im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vergrößerten Durchmesserbereich erlaubt. It is an object of the present invention to provide a device which is precise Checking the orientation of rollers, cylinders, cylindrical openings and similar cylindrical objects in one compared to the prior art essential increased diameter range allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Orientierungsmessvorrichtung gemäß Anspruch 1. Bei dem Gyroskop handelt es sich vorzugsweise um ein laseroptisches Gyroskop mit einem elektronischen Ausgang. Das Gehäuse weist vorzugsweise Blockform auf, wobei die Oberflächen aufeinander senkrecht stehen. Die Adapterkörper sind vorzugsweise von zylindrischer Form. According to the invention, this object is achieved by an orientation measuring device according to Claim 1. The gyroscope is preferably a laser-optical gyroscope with an electronic output. The housing preferably has a block shape, wherein the surfaces are perpendicular to each other. The adapter bodies are preferably from cylindrical shape.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Adapterkörper von polygonalem Querschnitt sein und mittels einer Permanentmagnetanordnung lösbar an dem Gehäuse befestigt sein, das Gehäuse kann aus rostfreiem Stahl und/oder glasartigem Material oder Keramikmaterialien mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der nahe bei Null liegt, gefertigt sein, wobei Quarzglas, Ceran, Zerodur, Jenaer Glas und Pyrex-Glas Beispiele solcher Materialien sind. Ferner kann das Gehäuse der Orientierungsmessvorrichtung mindestens eine Oberfläche aufweisen, die mit sehr hoher Präzision planar gefertigt ist, und/oder das Gehäuse kann mit mindestens einer Verankerungsstelle zur Anbringung eines Handgriffs versehen sein. Ferner kann die Orientierungsmessvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines optischen Strahls versehen sein, welche einen Lichtstrahl mit nahezu konstantem Querschnitt und in einer Richtung parallel zu zwei Seiten des Gehäuses erzeugt. In a further advantageous embodiment of the invention, the adapter body of be polygonal cross section and detachable by means of a permanent magnet arrangement on the Housing attached, the housing can be made of stainless steel and / or glass-like material or ceramic materials with a coefficient of thermal expansion close to zero lies, be produced, examples being quartz glass, ceran, Zerodur, Jena glass and Pyrex glass of such materials. Furthermore, the housing of the orientation measuring device have at least one surface that is made planar with very high precision, and / or the housing can be provided with at least one anchoring point Handle be provided. Furthermore, the orientation measuring device can be equipped with a Device for generating an optical beam can be provided which a light beam with a nearly constant cross section and in a direction parallel to two sides of the Housing generated.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, wobei die einzige Figur eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Orientierungs-Messvorrichtung ist. The invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail by way of example, the single figure being a perspective view of a Orientation measuring device according to the invention.

Ein würfelförmiges oder rechteckig geformtes Gehäuse 10 einer Orientierungsmessvorrichtung nimmt drei (nicht gezeigte) laseroptische Gyroskope mit sehr hoher Genauigkeit und Auflösung sowie die zugehörige Elektronik auf, welche in an sich bekannter Weise den Nick- (bzw. Pitch-)Winkel, den Gier- (bzw. Yaw-)Winkel und den Roll- Winkel der Orientierung der Vorrichtung tatsächlich misst. Für weniger anspruchsvolle Aufgaben kann anstelle von drei laseroptischen Gyroskopen eine Kombination von zwei Klinometern oder Inklinometern und einem laseroptischen Gyroskop ausreichend sein. A cube-shaped or rectangular-shaped housing 10 of an orientation measuring device accommodates three (not shown) laser-optical gyroscopes with very high accuracy and resolution as well as the associated electronics which, in a manner known per se, which determine the pitch (or pitch) angle, the yaw ( or yaw) angle and the roll angle of the orientation of the device actually measures. For less demanding tasks, a combination of two clinometers or inclinometers and a laser-optical gyroscope may be sufficient instead of three laser-optical gyroscopes.

Obschon die Gyroskope durchgehend arbeiten und von einer internen oder externen Stromversorgung, z. B. mittels Batterien, mit Strom versorgt werden, können interessierende Messergebnisse durch Drücken eines Knopfs 40 aufgezeichnet werden. Eine Anzeige 30, deren Frontfläche unterhalb der präzisionsbearbeiteten Oberseite 20 des Gehäuses 10 angeordnet ist, kann einen aufgezeichneten Wert für eine gewisse Zeitdauer anzeigen und dann wieder eine kontinuierliche Anzeige der gemessenen Werte des Pitch-, Yaw- oder Roll- Winkels aufnehmen. Nützliche Zusatzmerkmale sind ein Laserpointer 36, welcher in eine Richtung parallel zu zwei der Oberflächen des Gehäuses 10 zeigt, und eine vorzugsweise serielle Computerschnittstelle, wie beispielsweise eine bei PCs übliche RS 232- oder USB- Schnittstelle. Ein weiteres nützliches zusätzliches Merkmal ist ein Handgriff 70, der lösbar an einer von mehreren vordefinierten Verankerungsstellen (nicht gezeigt) befestigt werden kann, die an dem Gehäuse 10 vorgesehen sind. Although the gyroscopes work continuously and from an internal or external power supply, e.g. B. by means of batteries, are supplied with power, measurement results of interest can be recorded by pressing a button 40 . A display 30 , the front surface of which is arranged below the precision-machined upper side 20 of the housing 10 , can display a recorded value for a certain period of time and then again record a continuous display of the measured values of the pitch, yaw or roll angle. Useful additional features are a laser pointer 36 , which points in a direction parallel to two of the surfaces of the housing 10 , and a preferably serial computer interface, such as, for example, an RS 232 or USB interface which is customary in PCs. Another useful additional feature is a handle 70 that can be releasably attached to one of a plurality of predefined anchoring locations (not shown) provided on the housing 10 .

Der wichtigste Aspekt der vorliegenden Erfindung wird von den Seitenwänden des Gehäuses 10 gebildet, welche vorzugsweise (jedoch nicht notwendigerweise) einen sehr hohen Planaritätsgrad aufweisen und welche mittels Nuten oder Vertiefungen 100, 102, 104, 200, 202, 204; 206 in Segmente 110A bzw. 110D und 210A bis 210D unterteilt sind. Die Nuten 100, 102, 104, 200, 20, 204, 206 weisen eine sehr hohe mechanische Qualität im Mikrometer- oder Submikrometerbereich auf, d. h. sie sind mit außerordentlich geringer Toleranz bezüglich der vorbestimmten Form bearbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, das Gehäuse bzw. die Vorrichtung 10 mit den segmentierten Flächen 110A bis 110D bzw. 210A bis 210D an einer planaren Oberfläche anzubringen, welche als Referenz dienen kann. Ferner kann die Vorrichtung 10 zu Referenzzwecken auch mit drei eine Ecke bildenden Oberflächen an einer rechteckigen Ecke angebracht werden. The most important aspect of the present invention is formed by the side walls of the housing 10 , which preferably (but not necessarily) have a very high degree of planarity and which are formed by means of grooves or depressions 100 , 102 , 104 , 200 , 202 , 204 ; 206 are divided into segments 110 A or 110 D and 210 A to 210 D. The grooves 100 , 102 , 104 , 200 , 20 , 204 , 206 have a very high mechanical quality in the micrometer or submicron range, that is to say they are machined with an extremely low tolerance with regard to the predetermined shape. In this way, it is possible to mount the housing or the device 10 with the segmented surfaces 110 A to 110 D or 210 A to 210 D on a planar surface, which can serve as a reference. Furthermore, the device 10 can also be attached to a rectangular corner with three corner-forming surfaces for reference purposes.

Bei der Anwendung der Erfindung werden zur einfachen Messung von Zylindern oder ähnlichen Körpern mit unterschiedlichen Durchmessern zwei Adapterkörper 300, 310 in zwei der vorbestimmten wählbaren Stellen, welche von den Nuten 100, 102, 104 bzw. 200 bis 206 gebildet werden, wie gezeigt eingeführt. Die Kontaktflächen der Adapterkörper 300, 310 sind mit gleicher Qualität und Genauigkeit wie die Nuten 100, 102, 104, 200, 202, 204, 206 gefertigt. In der Praxis bedeutet dies, dass diese Oberflächen auf eine Planarität von weniger als etwa 1 µm poliert sind. In the application of the invention, two adapter bodies 300 , 310 are introduced in two of the predetermined selectable positions, which are formed by the grooves 100 , 102 , 104 and 200 to 206 , as shown, for simple measurement of cylinders or similar bodies with different diameters. The contact surfaces of the adapter bodies 300 , 310 are manufactured with the same quality and accuracy as the grooves 100 , 102 , 104 , 200 , 202 , 204 , 206 . In practice, this means that these surfaces are polished to a planarity of less than about 1 µm.

Um die Adapterkörper 300, 310 an den gewählten Stellen zu halten, sind Permanentmagnete, wie beispielsweise Magnete 400, 402, unter den Oberflächen 110A bis 110D vorgesehen, d. h. vergraben, welche einen ferromagnetischen Teil der Adapterkörper 300, 310 anziehen. In order to hold the adapter bodies 300 , 310 at the selected locations, permanent magnets, such as magnets 400 , 402 , are provided, ie buried, under the surfaces 110 A to 110 D, which attract a ferromagnetic part of the adapter bodies 300 , 310 .

Während die Oberflächen der Adapterkörper 300, 310 vorzugsweise von zylindrischer Form sind, können sie jedoch auch eine andere Querschnittsform aufweisen. Im übrigen können die Adapterkörper 300, 310 aus rostfreiem Stahl, Keramikmaterial oder glasartigem Material gefertigt sein (wobei es sich tendenziell um nicht-ferromagnetische Materialien handelt). Es sind jedoch auch andere Verfahren zum temporären Befestigen der stangenförmigen Adapterkörper 300, 310 an dem Gehäuse 10 denkbar. While the surfaces of the adapter bodies 300 , 310 are preferably cylindrical in shape, they can also have a different cross-sectional shape. Otherwise, the adapter bodies 300 , 310 can be made of stainless steel, ceramic material or glass-like material (which tend to be non-ferromagnetic materials). However, other methods for temporarily fastening the rod-shaped adapter bodies 300 , 310 to the housing 10 are also conceivable.

Vor der Messung wählt der Bediener entsprechend der Größe und des Durchmessers des zu vermessenden Zylinders diejenigen Nuten 100, 102, 104, 200, 202, 204, 206 aus, welche für die gestellte Messaufgabe am besten geeignet sind, und führt dann die beiden Adapterkörper 300, 310 entsprechend in die gewählten Nuten ein. Dabei werden für Zylinder mit kleinem Durchmesser (im Bereich von beispielsweise 3 bis 30 cm) benachbarte oder in relativ geringem Abstand voneinander liegende Nuten ausgewählt. Bei zu überprüfenden oder auszurichtenden Zylindern mit großem Durchmesser (z. B. im Bereich von einem bis mehreren Metern) wird der Bediener zwei geeignete Nuten auswählen, welche in der gleichen Fläche der Messvorrichtung 10 vorgesehen sind, jedoch hinreichend weit voneinander beabstandet sind. Beispielsweise sollten in letzterem Fall statt den Nuten 202 und 204 die Nuten 200 und 206 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in der Figur aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung weniger Nuten gezeigt sind; als bei einem in der Praxis zu verwendenden Messgerät vorgesehen wären. Before the measurement, the operator selects the grooves 100 , 102 , 104 , 200 , 202 , 204 , 206 that are best suited for the measurement task in question, and then guides the two adapter bodies 300 according to the size and diameter of the cylinder to be measured , 310 accordingly in the selected grooves. For cylinders with a small diameter (in the range of, for example, 3 to 30 cm), adjacent or spaced apart grooves are selected. In the case of cylinders with a large diameter to be checked or aligned (for example in the range from one to several meters), the operator will select two suitable grooves, which are provided in the same area of the measuring device 10 , but are sufficiently far apart. For example, in the latter case, grooves 200 and 206 should be used instead of grooves 202 and 204 . It should be noted that fewer grooves are shown in the figure for reasons of clarity; than would be provided for a measuring device to be used in practice.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es mit nur einem Typ von Adapterkörpern möglich ist, das gleiche Instrument zum Vermessen von Zylindern mit konvexer Oberfläche (z. B. Walzen) als auch zum Vermessen von Hohlzylindern mit konkaver- Oberfläche (z. B. im Inneren von Turbinengehäusen, Bohrungen mit großen Durchmessern, Zylindern von großen Verbrennungsmaschinen usw.) zu verwenden. Another advantage of the present invention is that it can be used with only one type of Adapter bodies is possible using the same instrument for measuring cylinders convex surface (e.g. rollers) as well as for measuring hollow cylinders with concave Surface (e.g. inside turbine housings, bores with large diameters, Cylinders of large combustion engines, etc.).

Claims

1. Orientation measuring device with a housing ( 10 ), a plurality of orientation sensors arranged in the housing, at least one of which is a gyroscope, at least three precision-machined grooves ( 100 , 102 , 104 , 200 , 202 , 204 , 206 ) in at least one outer surface ( 110 A, 110 OB, 110 C, 110 D, 210 A, 210 B, 210 C, 210 D) for holding at least two precision-made adapter bodies ( 300 , 310 ), which can be mounted in the grooves.

2. Device according to claim 1, wherein the at least two adapter bodies ( 300 , 310 ) are tubular or cylindrical in shape and can be detachably fastened in the grooves.

3. The device according to claim 1, wherein the adapter body ( 300 , 310 ) are of polygonal cross-section.

4. The device according to claim 1, wherein the adapter body ( 300 , 310 ) on the housing ( 10 ) by means of permanent magnets ( 400 , 402 ) are releasably attached.

5. The device according to claim 1, wherein the housing ( 10 ) is made of at least one material 5 , which has a thermal expansion coefficient of close to zero and is selected from the group consisting of stainless steel and glass-like or ceramic materials.

6. Measuring device according to claim 5, wherein the glass-shaped or ceramic Materials made of quartz glass, ceran, Zerodur, Jena glass and Pyrex glass existing group are selected.

7. Measuring device according to claim 1, wherein the housing ( 10 ) has at least one planar surface ( 20 ), which is manufactured with very high precision.

8. The device according to claim 7, wherein the planar surface ( 20 ) manufactured with very high precision is manufactured with an accuracy in the range of 1 µm or less.

9. The device according to claim 1, wherein the housing ( 10 ) is provided with at least one anchoring point for attaching a handle ( 79 ).

10. The device according to claim 1, wherein a device for generating a light beam ( 36 ) is provided, this device being attached to the housing such that the light beam generated by the device runs parallel to two sides of the housing.

11. The device according to claim 1, further provided with measurement electronics, which is connected to the sensors and a computer connection cable ( 50 , 60 ) for connecting the measurement electronics to a separate external computer.