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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Messung von
Innendurchmessern einer Wellenbohrung.
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Stand der Technik
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Im
Schiffbau ist es erforderlich, Wellenbohrungen zu bearbeiten, wobei
der Messbereich der zu bearbeitenden Wellenbohrungen sehr groß ist, wie beispielsweise
der Bereich des Innendurchmessers von 500 mm bis 1500 mm und der
Bereich der Bohrungstiefe von bis zu 10 m. Manuelle Messmethoden mit
mechanischem Kontakt sind zeit- und arbeitsaufwendig.
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Aus
der Druckschrift
US
2004/0189987 A1 ist ein System zum Bestimmen eines Innenradius
eines zylinderförmigen
Hohlraums mit einer Lasersonde, die um eine Mittelachse des zylinderförmigen Hohlraums
drehbar an einer Messeinrichtung angeordnet ist, bekannt.
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Aus
der Druckschrift
DE
195 44 537 C1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen
Bestimmung des Außen-
oder Innenprofils eines Messobjekts bekannt. Das System umfasst
einen Messkopf auf einer Bewegungsbahn, der hinsichtlich des Messobjekts bewegt
und relativ zur Bewegungsbahn verschwenkt werden kann.
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Die
Entgegenhaltung
JP
071043119 AA betrifft eine Messvorrichtung für einen
Messkörper
mit Hilfe von Laserstrahlen.
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Die
Druckschrift
JP 63-058137
AA betrifft einen Messwagen, mit einer Messvorrichtung,
der durch einen Motor angetrieben durch eine zu messende Röhre bewegt
werden kann.
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Inhalt der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur
Messung von Innendurchmessern einer Wellenbohrung bereitzustellen,
wobei die schnelle Messung für
kombinierte Spezifikationen, wie der Innenweite, dem Zirkulargrad,
dem Zylindergrad und dem Kegelgrad einer großen Wellenbohrung verwendbar
ist.
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Einige
oder alle der vorstehenden Probleme werden durch ein System zur
Messung von Innendurchmessern einer Wellenbohrung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Messung
von Innendurchmessern einer Wellenbohrung vorgeschlagen, wobei das
System aufweist: eine Messeinrichtung für Innendurchmesser einer Wellenbohrung
mit einer Lasersonde, die im wesentlichen um eine Mittelachse der
Wellenbohrung drehbar an der Messeinrichtung angeordnet ist; einen
Messhalter, der im Wesentlichen entlang die Wellenbohrung in axiale
Richtung verschiebbar ist; und eine Einstelleinrichtung, die an
dem Messhalter montiert und so gestaltet ist, dass der Drehmittelpunkt
der Lasersonde mit Hilfe der Einstellung von der Einstelleinrichtung
im Wesentlichen mit der Mittelachse der zu messenden Wellenbohrung
zusammenfällt.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein System zur
Messung von Innendurchmessern einer Wellenbohrung vorgeschlagen,
wobei das System eine Messeinrichtung, eine Lasersonde, ein Laser-Abstandsmessinstrument,
ein Elektrosteuersystem und einen Industriesteuercomputer umfasst.
Die Messeinrichtung ist als Stellmittel des Messsystems ausgebildet
und besteht aus einem Messwagen, einem Messhalter usw., wobei an
der Messeinrichtung vier Schrittmotoren vorgesehen sind, die jeweils
zum Antrieb der Fahrt des Messwagens innerhalb der Wellenbohrung
in axiale Richtung, der horizontalen Verschiebung des Messhalters, des
Hebens bzw. Senkens des Messhalters und der Drehung der Lasersonde
bestimmt sind, wobei ein hinteres Antriebsrad auf der Unterseite
des Messwagens angeordnet ist, eine Universalwälzkugel in dem vorderen Bereich
des Messwagens angeordnet ist, der Fahrantriebsmotor das hintere
Antriebsrad zur Fahrt antreibt, ein saugscheibenförmiger Elektromagnet
auf der Unterseite des Messwagens montiert ist, jeweils eine Positionierungsklinke an
beiden Seiten des Messwagens angeordnet ist, der saugscheibenförmige Elektromagnet
vor der Durchführung
der Messung mittels magnetischer Zugkraft an der Wand der Wellenbohrung
haftet, die Positionierungsklinke mit Hilfe der Druckfeder fest gegen
die innere Wand der Wellenbohrung gedrückt wird, so dass der Messwagen
parallel zu der zu messenden Wellenbohrung ausgerichtet ist. Der
Messhalter besteht aus einer Schiebebühne, einer in axiale Richtung
verlaufenden Leitspindel, einem Liftsitz, einer in radiale Richtung
verlaufenden Leitspindel, einer in radiale Richtung verlaufende
Führungsstange und
Getrieberäder.
Die Schiebebühne
ist auf der in axiale Richtung verlaufenden Führungsschiene an dem Chassis
des Messwagens angelegt. Der Schiebeantriebsmotor treibt die in
axiale Richtung verlaufende Leitspindel an, um die mit der Leitspindel
verbundene Schiebebühne
in axiale Richtung zu verschieben. Auf der Schiebebühne sind
die Getrieberäder
angeordnet, die von einem Liftantriebsmotor angetrieben werden.
Die Getrieberäder
drehen eine ihnen zugeordnete in radiale Richtung verlaufende Leitspindel
mit. Der an die in radiale Richtung verlaufende Leitspindel angeordnete
Liftsitz wird durch die Kraftübertragung
von einer Schraubenmutter und der Leitspindel entlang der in radiale
Richtung verlaufenden Führungsstange
zum Heben bzw. Senken betätigt.
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Das
Messelement des Messsystems ist als zwei Lasersonden ausgeführt, die
jeweils über
einen Dreharm an beiden Enden der Drehwelle montiert sind. In einem
Endbereich der Drehwelle ist ein Drehantriebsmotor angeordnet, wobei
ein Drehcodierer in dem anderen Endbereich der Drehwelle montiert
ist. Die Drehwelle wird von dem Drehantriebsmotor derart angetrieben,
dass der Dreharm die Lasersonde zur Bewegung in Umfangsrichtung
mitbetätigt.
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Das
Laser-Abstandsmessinstrument ist bestimmt, den Vorschubsabstand
des Messwagens in axiale Richtung zu detektieren. Eine Skalenscheibe zur
Anzeige der axialen Position der Laserstrahlen ist mit einem Liftsitz
oder mit dem Dreharm verbunden. Der Vorschubsabstand des Messwagen
ist durch das Zusammenwirken der Skalenscheibe zur Anzeige der axialen
Position der Laserstrahlen mit dem Laser-Abstandsmessinstrument bestimmt.
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Das
Elektrosteuersystem ist bestimmt, die Schrittmotoren, die Elektroschnittstelle
des Industriesteuercomputers und den Schalter zu steuern. Das Elektrosteuersystem
ist mit den Schrittmotoren der Messeinrichtung und der Lasersonde
durch elektrische Kabel verbunden. Das elektrische Kabel wird mit
der Bewegung des Messwagens von oder auf die Kabeltrommel ab- bzw.
aufgerollt.
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Der
Industriesteuercomputer ist bestimmt, den Messprozess des Messsystems
zu steuern, wobei die Daten von der Lasersonde gesteuert von dem Industriesteuercomputer über eine
Kommunikationsverbindung einer USB-Schnittstelle mit einer Steuereinheit
erfasst werden, die Fahrt der Messeinrichtung in axiale Richtung
durchgeführt
wird, indem ein Steuersignal von dem übergeordneten Computer an eine Steuerkarte
für einen
Schrittmotorantrieb abgegeben wird. Um die Betriebssicherheit der
Messeinrichtung zu gewährleisten,
ist jeweils ein Begrenzungsschalter für Lift und Verschiebung vorgesehen.
Ein Drehcodierer ist vorgesehen, um den den erfassten Daten entsprechenden
Winkel zu bestimmen.
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Bei
dem oben genannten Industriesteuercomputer wird eine Software zur
Steuerung der Messeinrichtung verwendet, wobei die Software in der Sprache
C++ in der Umgebung von VC.Net in modularer Weise entwickelt wurde,
wobei die Bedienung des Dialogs in Realzeit von dem Anwender durchgeführt werden
kann. Die Steuersoftware für
das Messsystem umfasst ein Hauptsteuermodul zur Mensch-Maschine-Steuerung. Das Hauptsteuermodul
umfasst ein Modul zur Steuerung der Bewegung der Messeinrichtung,
ein Modul zur Konfiguration der Lasersonde, ein Modul zur Steuerung
der Abtastung, ein Basismodul zur dreidimensionalen Anzeige, ein Modul
zur Verarbeitung der Messdaten, ein Modul für Herstellung des Messdatenberichtes,
ein Modul für I/O
von Dateien und ein Modul für
mathematische Operationen.
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Die
Operationsprozedur der Messsystemsteuer-Software ist wie folgt:
- – die
Bedienungsschnittstelle wird aktiviert und die Vorgabe der Basisparameter
eines Werkstücks
werden eingegeben;
- – die
Parameter der Lasersonde werden gewählt;
- – die
Höhe des
Lifthalters der Messeinrichtung wird automatisch derart eingestellt,
dass die Drehmittellinie der Messeinrichtung mit der Achsenlinie der
zu messenden Wellenbohrung zusammenfällt;
- – der
Messprozess wird aktiviert, um die Messung zu beginnen;
- – die
von der Lasersonde abgetasteten Daten werden abgespeichert;
- – die
Dialoganzeige wird durch die Operation der Messdaten durchgeführt;
- – die
Merkmale in dem gewünschten
zu messenden Bereichen werden entzogen;
- – das
Messergebnis für
bestimmte Messpunkte wird angezeigt;
- – der
Messergebnisbericht wird angezeigt und gedruckt, und die Messung
wird beendet;
- – wenn
die Messung nicht beendet ist, wird die Bewegungssteuerung der Messeinrichtung
justiert, die Abtastung der Lasersonde wird eingestellt, und die
Punktwolke (point cloud) wird angezeigt, sowie die Einstellung/Anzeige
der Koordinaten wird abschließend
durchgeführt.
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Die
mit der vorliegenden Erfindung erzielten vorteilhaften Wirkungen
liegen darin, dass die automatische Messung der kombinierten Parameter,
wie der Innenweite, dem Zirkulargrad, dem Zylindergrad und dem Kegelgrad
der großen
Wellenbohrung erreichbar ist und die zeit- und arbeitswendige manuelle
Messung mit mechanischem Kontakt nicht mehr nötig ist, wobei eine schnelle
und genaue Messung erreicht wird, die Messeinrichtung kompakt gebaut ist,
die Wartung einfach und leicht ist, die Funktion vervollkommnet
und die Bedienung erleichtert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch die gesamte Gestaltung eines Systems zur Messung von
Innendurchmessern einer Wellenbohrung nach der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
schematisch eine Messeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
eine Seitenansicht nach 2;
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4 zeigt
ein Blockschaltbild eines Messsteuersystems nach der vorliegenden
Erfindung;
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5 zeigt
ein Blockschaltbild von Software nach der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt
ein Flussdiagramm von Software nach der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt
eine Mensch-Maschine-Schnittstelle;
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8 zeigt
ein Blockschaltbild eines Mensch-Maschine-Dialogs bei der Vorgabe
von Parametern;
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9 zeigt
eine dreidimensionale Anzeige eines zu messenden Gegenstandes; und
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10 zeigt
einen Messergebnisbericht.
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Bevorzugte Ausführungsform
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Das
System zur Messung von Innendurchmessern einer Wellenbohrung umfasst
eine Messeinrichtung 1, eine Lasersonde 2, ein
Laser-Abstandsmessinstrument 3, ein Elektrosteuersystem 4 und
einen Industriesteuercomputer 5. Die Messeinrichtung 1 ist
als Stellmittel des Systems zur Messung ausgebildet und besteht
aus einem Messwagen 8 und einem Messhalter 14.
Die Messeinrichtung ist mit vier Schrittmotoren ausgestattet. Der
erste Schrittmotor ist bestimmt, den Messwagen 8 zur Fahrt
innerhalb einer Wellenbohrung 7 in axiale Richtung anzutreiben,
der zweite Schrittmotor ist bestimmt, den Messhalter 14 horizontal
zu verschieben, der dritte Schrittmotor ist bestimmt, die Höhe eines
Liftsitzes 17 einzustellen und der vierte Schrittmotor
ist bestimmt, die Lasersonde 2 zur Drehung anzutreiben.
An der Unterseite des Messwagens 8 ist ein hinteres Antriebrad 9 gelagert,
während
im vorderen Bereich des Messwagens eine Universalwälzkugel 10 angeordnet
ist. Das hintere Antriebsrad 9 wird von dem Fahrantriebsmotor 11 über ein
Getriebe über
eine biegbare Welle zur Fahrt angetrieben. Auf der Unterseite des Messwagens 8 ist
ein saugscheibenförmiger
Elektromagnet 12 montiert, und jeweils eine Positionierungsklinke 13 ist
an beiden Seiten des saugscheibenförmigen Elektromagnets 12 angeordnet.
Der saugscheibenförmige
Elektromagnet 12 haftet vor der Durchführung der Messung mittels magnetischer Zugskraft
an der Wand der zu messenden Wellenbohrung. Die Positionierungsklinke 13 wird
mit Hilfe der Druckfeder gegen die innere Wand der zu messenden
Wellenbohrung gedrückt,
so dass der Messwagen parallel zu der zu messenden Wellenbohrung ausgerichtet
ist. Der Messhalter 14 besteht aus einer Schiebebühne 15,
einer in axiale Richtung verlaufenden Leitspindel 16, einem
Liftsitz 17, einer in radiale Richtung verlaufenden Leitspindel 18,
einer in radiale Richtung verlaufenden Führungsstange 19 und
einem Getrieberad 20. Die Schiebebühne 15 ist an der in
axiale Richtung verlaufenden Führungsschiene 21 schiebbar
angeordnet, die an dem Chassis des Messwagens angelegt ist. Der
Schiebeantriebsmotor 22 treibt die in axiale Richtung verlaufende
Leitspindel 16 an, so dass die mit der Leitspindel 16 verbundene
Schiebebühne 15 in
die axiale Richtung der Wellenbohrung verschoben wird. An der Schiebebühne 15 ist
das Getrieberad 20 angeordnet. Das Getrieberad 20 wird
von dem Liftantriebsmotor 23 angetrieben und ist mit der
in radiale Richtung verlaufenden Leitspindel 18 verbunden,
so dass die mit der in radiale Richtung verlaufenden Leitspindel
verbundene Schiebbühne 15 in
axiale Richtung verschoben wird. An der Schiebebühne 15 sind die Getrieberäder 20 angeordnet.
Der Liftantriebsmotor 23 treibt die Getrieberäder 20 an,
so dass die mit den Getrieberädern 20 verbundene,
in radiale Richtung verlaufende, Leitspindel 18 mitgedreht
wird.
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Dadurch
wird der an der in radiale Richtung verlaufende Leitspindel 18 angeordnete
Liftsitz 17 durch die Kraftübertragung von einer Schraubenmutter
und der Leitspindel entlang die in radiale Richtung verlaufenden
Führungsstange 19 gehoben
oder gesenkt.
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Das
Messelement des Messsystems ist als zwei Lasersonden 2 zur
Durchführung
der Messung und zur Erzeugung der Messdaten ausgeführt. Die beiden
Lasersonden 2 sind jeweils über einen Dreharm 24 an
beiden Enden der Drehwelle 25 montiert. An einem Endbereich
der Drehwelle 25 ist ein hohler Drehantriebsmotor 26 angeordnet,
während ein
hohler Drehcodierer 27 an dem anderen Endbereich der Drehwelle 25 montiert
ist. Die Drehwelle 25 ist an dem Lifthalter 28 montiert,
der an dem Liftsitz 17 befestigt ist. Der Liftsitz 17 ist
zusätzlich
mit einer Skalenscheibe 29 zur Anzeige der axialen Position der
Laserstrahlen verbunden. Die Drehwelle 25 wird von dem
Drehantriebsmotor 26 derart angetrieben, dass der Dreharm 24 die
Lasersonde 2 zur Bewegung in Umfangsrichtung mitbetätigt.
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Das
Laser-Abstandsmessinstrument 3 ist bestimmt, den Vorschubsabstand
des Messwagens 8 in axialer Richtung zu detektieren. Dabei
wird ein geschlossener Detektionskreis zur Steuerung des Vorschubs
der Messeinrichtung 1 in axiale Richtung gebildet. Das
Elektrosteuersystem ist bestimmt, entsprechende Elektroschnittstellen
und Schaltkontrollen für
die Schrittmotoren, die Lasersonden 2, den Industriesteuercomputer 5 zu
bilden. Die Schrittmotoren und die Lasersonden 2 der Messeinrichtung
sind durch elektrische Kabel 30 mit dem Elektrosteuersystem 4 verbunden.
Das elektrische Kabel wird mit der Bewegung des Messwagens 8 von
oder auf die Kabeltrommel 31 ab- bzw. aufgerollt.
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Der
Industriesteuercomputer 5 ist bestimmt, den Messprozess
des Messsystems zu steuern, wie in 4 dargestellt.
Die Datenerfassung erfolgt unter der Steuerung des Industriesteuercomputers 5 durch eine
Kommunikationsverbindung eine USB-Schnittstelle I mit einer Steuereinheit 32 zur
Steuerung der Lasersonden. Die Fahrt der Messeinrichtung wird in axiale
Richtung durchgeführt,
indem die Detektion von dem Laser-Abstandsmessinstrument 3 durchgeführt wird,
und die Abstandsdaten durch die Kommunikationsverbindung der USB-Schnittstelle
II an den übergeordneten
Computer rückgekoppelt
werden, so dass sie an der Steuerung mitbeteiligt sind. Der Prozess
zur Steuerung der Bewegung der Messeinrichtung 1 wird so
durchgeführt,
dass ein Steuersignal von dem übergeordneten
Computer über
eine Steuerkarte 33 für
den Schrittmotorenantrieb und eine Schnittstellenkarte 38 an
die Schrittmotorenantriebe 34, 35, 36, 37 abgegeben
wird, um den Fahrantriebsmotor 11, Liftantriebsmotor 23,
Schiebeantriebsmotor 22 und Drehantriebsmotor 26 zu
steuern. Um die Fahrsicherheit der Messeinrichtung zu gewährleisten,
sind ein Positionsbegrenzungsschalter 39 für den Lift
und ein Positionsbegrenzungsschalter 40 für Verschiebungen
in axiale Richtung vorgesehen. Ein Drehcodierer 27 ist
bestimmt, die den erfassten Daten entsprechende Winkellage zu bestimmen.
Bei dem oben genannten Industriesteuercomputer wird eine Software
zur Steuerung der Messeinrichtung verwendet, welche als Software
in der Sprache C++ in der Umgebung von VC.Net in modularer Weise entwickelt
wurde. Durch die Ziel-orientierte Gestaltung wird eine Erweiterbarkeit
der Software erreicht. Durch die hohe Leistung der Sprache C++ wird
die Messung in Echtzeit gewährleistet.
Durch die modulare Systemgestaltung werden die Erneuerung und Wartung
erleichtert und vereinfacht. Bei dem Anzeigeteil der dreidimensionalen
Daten wird eine OpenGL-Technologie verwendet, wobei der Anwender
mit Hilfe des Berührungsbildschirms 6 die
Dialogbedienung in Realzeit durchführen kann. Die Steuersoftware
für das
Messsystem umfasst ein Hauptsteuermodul zur Mensch-Maschine-Dialog-Steuerung. Das
Hauptsteuermodul umfasst ein Modul zur Steuerung der Bewegung der
Messeinrichtung, ein Modul zur Konfiguration der Lasersonde, ein
Modul zur Steuerung der Abtastung, ein Basismodul zur dreidimensionalen
Anzeige, ein Modul zur Verarbeitung der Messdaten, ein Modul für Erzeugung
des Messdatenberichtes, ein Modul für I/O von Dateien und ein Modul
für mathematische
Operationen. In 6 ist die Operationsprozedur
der Messsystem-Steuersoftware des Industriesteuercomputers dargestellt.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle
(7), die in Window XP ausgeführt ist, wird aktiviert und
umfasst ein Hauptmenü,
ein Parametervorgabefeld, ein Messsteuerfeld, ein dreidimensionales
Anzeigefeld und ein Messergebnisfeld. Mittels eines Dialogfensters zur
Parametervorgabe (8) werden die vorgegebenen Basisparameter
für das
zu messende Werkstück
eingegeben. Anschließend
werden die Parameter für
die Lasersonde gewählt.
Dann wird die Höhe
des Lifthalters der Messeinrichtung automatisch derart eingestellt,
dass die Drehmittellinie der Messeinrichtung mit der Mittelachse
der zu messenden Wellenbohrung zusammenfällt. Abschließend beginnt
der Messprozess. Die von den Lasersonden abgetasteten Daten werden
abgespeichert. Durch die Operation der Messdaten wird eine Dialog-Anzeige
(9) erreicht. Die Merkmale in dem gewünschten
zu messenden Bereich sind entzogen. Für einige bestimmte Messpunkte
werden die Messergebnisse jeweils für die einzelnen Messpunkte
angezeigt. Mit der Anzeige und dem Druck des Messergebnisberichtes
ist die Messprozedur beendet (10).
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In
einigen Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die OpenGL-Technologie und die Multigangtechnologie
(multi thread) verwendet, wobei der Anwender die Daten in Echtzeit und
im Dialog bedient. Das Software-Modul umfasst ein Modul zum Mensch-Maschine-Dialog,
ein Modul für
die Hauptsteuerung, ein Modul zur Steuerung der Bewegung von der
Messeinrichtung, ein Modul zur Konfiguration der Lasersonden, ein
Modul zur Steuerung der Abtastung, ein Modul zur Verarbeitung der Messdaten,
ein Modul zur dreidimensionale Anzeige, ein Modul zur Auswertung
und Meldung der Messdaten, ein Modul für I/O von Dateien und ein Modul
für mathematische
Operationen. Das Modul zum Mensch-Maschine-Dialog ist bestimmt,
die von dem Anwender eingegebene Information zu verarbeiten und
auf den Mensch-Maschine-Dialog zu antworten. Das Modul für die Hauptsteuerung
ist bestimmt, das Zusammenwirken zwischen den einzelnen Modulen zu
verwalten und die Daten zu übertragen.
Das Modul zur Steuerung der Bewegung der Messeinrichtung ist bestimmt,
die Bewegung der Messeinrichtung zu steuern. Das Modul zur Konfiguration
der Lasersonden ist bestimmt, die Messparameter der Lasersonden
einzustellen. Das Modul zur Steuerung der Abtastung ist bestimmt,
den Messprozess zu steuern, der die Verwaltung der Bewegung der
Messeinrichtung, die Steuerung der Messung von den Lasersonden und
die Erzeugung der Messdaten umfasst. Das Modul für die Verarbeitung der Messdaten ist
bestimmt, die Verzerrung der Messdaten zu korrigieren und die Fehler
zu kompensieren. Das Modul zur dreidimensionalen Anzeige ist bestimmt,
die dreidimensionale Anzeige der Daten auszuführen. Das Modul zur Auswertung
und Meldung der Messdaten ist bestimmt, die Auswertung der Messdaten
durchzuführen
und den Messergebnisbericht zu erstellen. Das Modul für I/O von
Dateien ist bestimmt, die Messdaten in vielen Formaten abzuspeichern,
um die Messdaten weiter analysieren und verarbeiten zu können, sowie
die Dateien der Messdaten zuzuführen,
so dass die Out-of-Line Analyse und der Druck des Messergebnisberichtes
ermöglicht
wird. Das Modul für
mathematische Operationen umfasst entsprechende Funktionen zur Unterstützung der
erforderlichen mathematischen Operation des Systems.
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In
einigen Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Basisbetriebsprozedur des Systems wie folgt: die
Messeinrichtung wird in die zu messende Wellenbohrung gelegt; das
System wird eingeschaltet. Mit der Einschaltung beginnt es mit der
Messprozedur. Mit Hilfe eines Mensch-Maschine-Dialogs werden die
Basisparameter für
die Messung eingegeben. Mit Hilfe des Moduls für die Konfiguration der Lasersonde
werden die Messparameter der Lasersonde eingestellt. Es beginnt
mit der Messung. Das Modul für
die Hauptsteuerung des Softwaresystems ist bestimmt, das Modul für die Steuerung
der Messung zur Durchführung
der Messung zu kontrollieren. Dann steuert das Modul für die Steuerung
der Messung über
das Elektrosteuersystem die Messeinrichtung, bis die Messeinrichtung
an dem ersten Messpunkt gelangt, wobei die Messeinrichtung unter
der Wirkung des Elektromagnets an der inneren Wand der zu messenden
Wellenbohrung haftet. Dann steuert das Modul für die Steuerung der Messung über das
Elektrosteuersystem die Messeinrichtung derart, dass der Messarm
automatisch zur Ausgangslage für
die Messung gebracht wird und der Drehmittelpunkt des Messarms mit
der Achsenlinie der zu messenden Wellenbohrung zusammenfällt. Anschließend steuert
das Modul für
die Steuerung der Messung über
das Elektrosteuersystem den Messarm, so dass der Messarm mit der
Drehung beginnt. Für
die Drehung des Messarmes um einen bestimmten Winkelabstand (abhängig von
der von dem Anwender vorgegebenen Abnahmerate) erfasst die Lasersonde
Steuerungsdaten. Wenn der Messarm um 360° gedreht wird, ist eine Messung
für einen ganzen
Querschnitt fertig durchgeführt
und die endgültigen
Messdaten für
diesen Querschnitt werden erzeugt. Das Modul für die Verarbeitung der Messdaten
verarbeitet diese Daten, so dass die bei der Messung auftretenden
Fehler kompensiert und korrigiert, und die endgültigen Messdaten erzeugt werden.
Abschließend
verwaltet das Modul zur Hauptsteuerung das Modul zur dreidimensionalen
Anzeige, um die angezeigten Daten zu erneuern. So ist die Messung für die eine
Messposition erledigt. Das Modul zur Steuerung der Messung steuert über das
Elektrosteuersystem die Messeinrichtung derart, dass die Messeinrichtung
an einen nächsten
Messpunkt gelangt. Die oben genannten Schritte werden wiederholt
durchgeführt,
bis die Messung an allen Messpunkten durchgeführt wurde. Durch den Mensch-Maschine-Dialog
ruft der Anwender das Modul für
die Auswertung und Meldung der Messdaten ab, um die Auswertung der
Messdaten durchzuführen
und den Messergebnisbericht zu erstellen. Der Anwender kann weiter
das Modul zum I/O von Datei verwenden, um die Datei der Daten bei
dieser Messung abzuspeichern.
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In
weiteren Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung hängt
die Messgenauigkeit des Systems im Wesentlichen von der Messgenauigkeit
der Lasersonden, der Genauigkeit der Messeinrichtung und dem Algorithmus
ab. Die bei dem System verwendeten Lasersonden weisen eine Auflösung von
0.5 μm auf.
Durch die Einstellung der Länge des
Messarmes wird der Messbereich der Lasersonden in der Nähe des Nullpunktes
der Lasersonden aufrechterhalten, wobei die optimale Messgenauigkeit
erreicht wird, und der maximale Fehler kleiner als 5 μm ist. Das
Messsystem umfasst zwei Lasersonden. Durch die Kompensation der
positiven bzw. negativen Abweichung von dem Mittelpunkt der Messdaten
der vorderen und der hinteren Lasersonde und die Korrektur der ovalen
Verformung der Messdaten jeder Lasersonde kann der Fehler der Messeinrichtung
innerhalb von 5 μm
gehalten werden. Dadurch wird eine Auflösung der Messung von 10 μm erreicht.
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Im
folgenden werden die praktischen Schritte nach dem Messverfahren
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert:
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Schritt 1: Vorbereitungsarbeit vor der
Messung
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- (1) die zu messende Wellenbohrung wird sauber gemacht;
- (2) die Messeinrichtung wird aus einem Schutzkoffer herausgenommen,
die Lasersonde wird montiert, mit Hilfe von Kabeln wird die Verbindung zwischen
den einzelnen Bauteilen hergestellt.
- (3) der Messwagen wird in die zu messende Wellenbohrung positioniert,
das System wird eingeschaltet, der Steuercomputer wird aktiviert,
in dieser Zeit beginnt der Betrieb der Lasersonde, die Lasersonde
emittiert rote sichtbare Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von
650 nm. Die Stärke
der Laserstrahlen ist selbst anpassend einstellbar. Die Stärke der
Laserstrahlen wird in Abhängigkeit von
der Größe der Bildflecken,
die von dem an der Lasersonde angeordneten CCD-Sensor erfasst werden,
automatisch eingestellt, um eine optimale Messwirkung zu erreichen.
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Schritt 2: Eingabe der Messparameter
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- (1) Tonnage des Schiffes: 174000 Tonnen
- (2) Temperatur bei der Messung: 20°C
- (3) Abnahmerate: 1°/Schritt
- (4) Schrittabstand: 30 cm
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Schritt 3: Messung
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- (1) mittels der Einstellfunktionen des Steuersystems
wird die Lage der Messeinrichtung eingestellt, so dass die Richtung
der Laserstrahlen im Wesentlichen parallel zur Liftschiene gebracht wird;
- (2) ein Messbefehl wird an die Steuereinheit der Lasersonden
abgegeben, so dass rote sichtbare Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von
650 nm von der Laserquelle in der Lasersonde emittiert werden. Die
innere Wandfläche
der zu messenden Wellenbohrung wird von den Laserstrahlen getroffen,
so dass ein roter Lichtfleck am Treffpunkt gebildet wird. Eine den
Lichtfleck enthaltende Abbildung wird von einem in der Lasersonde angeordneten
CCD-Sensor erfasst. Gemäß dem Prinzip
der Triangulation wird ein erster Abstand D1 zwischen der Referenzfläche der
gegenwärtigen
Laser sonde und dem Lichtfleck an der Wand der Wellenbohrung bestimmt.
Die Lasersonde dreht sich dann um 180°. Ein Messbefehl wird noch einmal
abgegeben, um einen zweiten Abstand D2 zwischen der Referenzfläche der
Lasersonde und einem dem ersten Messpunkt gegenüberliegenden zweiten Messpunkt
zu bestimmten. Ein Einstellwert Δh = (D1 – D2)/2für den Halter
der Drehwelle in vertikaler Richtung wird aus dem ersten Abstand
D1 und dem zweiten Abstand D2 ermittelt. Die Höhe des Halters der Drehwelle
wird von dem System automatisch derart eingestellt, dass der Drehmittelpunkt
der Messeinrichtung mit der Mittelachse der Wellenbohrung zusammenfällt.
- Das System wiederholt den oben genannte Prozess und kontrolliert,
ob das eingestellte Δh
kleiner als 5 μm
ist. Wenn die Bedingung erfüllt
ist, so ist die automatische Ausrichtung beendet. Es beginnt mit
einem nächsten
Messschritt.
- (3) der Messwagen gelangt nach dem vorbestimmten Schrittabstand
an den ersten Messpunkt. Von 0° aus
steuert die Lasersteuereinheit den CCD-Sensor der Lasersonde, um
die den Laserpunkt enthaltende aktuelle Abbildung zu erfassen. Der
Abstand zwischen der Referenzfläche und
dem aktuellen Messpunkt wird berechnet. Nach dem Fehlermodel des
Systems wird der Fehler der Daten korrigiert, um den endgültigen Messwert
zu erhalten.
- (4) der Dreharm dreht sich gemäß der vorgegebenen Abnahmerate
um einen Winkelabstand und einen nächsten Abnahmepunkt zu erreichen.
Der Prozess wird wiederholt, bis eine Messung für einen Querschnitt beendet
ist. Der Radius jedes Messquerschnittes entspricht einem Mittelwert der
Messwerte des jeweiligen Querschnitts. Der Durchmesser entspricht
dem Zweifachen des Radius;
- (5) die Messdaten werden abgegeben, und die dreidimensionale
Abbildung der Anzeige wird erneuert;
- (6) die Schritte 3 bis 5 werden wiederholt, bis die gesamte
Messung beendet ist;
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Schritt 4: Auswertung der Daten und Erstellung
des Messergebnisberichtes
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- (1) die Auswahl des Datenmenüs wird mittels
Tasten durchgeführt,
um die Schnittstelle zur Auswertung der Innenweite von Wellenbohrungen
anzuzeigen. Die Schnittstelle zur Analyse der Innenweite von Wellenbohrungen
umfasst ein Anzeigefeld für graphische
Abbildungen, eine Liste der gemessenen Querschnitte, eine Liste
der Datenanzeige und ein Feld zur Anzeige der Parameter der Innenweiten
der Wellenbohrung. In der Liste der Messpunkte sind alle gemessenen
Querschnitte, welche die aktuellen Messaufgabe erfüllen, aufgeführt. Ein
Messquerschnitt wird ausgewählt,
wobei die Information dieses Messquerschnittes jeweils im Anzeigefeld
für graphische Abbildungen,
in der Liste der Datenanzeige und im Feld zur Anzeige der Parameter
der Innenweite der Wellenbohrung angegeben wird. Die Information über den
maximalen und den minimalen Wert der Daten wird zwischen dem Innenumfang und
dem Außenumfang
im Feld zur Anzeige der graphischen Abbildung vergrößert, indem
eine Fehlervergrößerungsmethode
verwendet wird, so dass der Anwender die Qualität der Bearbeitung beurteilen
kann.
- (2) durch Betätigen
einer Taste wird die Auswahl des Druckbeobachtungsmenüs ausgeführt, um den
Messergebnisbericht zu betrachten. Bei der Betrachtung kann die
Drucktaste gedrückt
werden, um den Messergebnisbericht zu drucken.
- (3) durch Betätigen
einer Taste wird die Auswahl des Druckmenüs initiiert, um den Messergebnisbericht
zu drucken.