-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines zylindrischen Elements in einer Faserbahnmaschine, wobei
- – eine Messanordnung an der Oberfläche eines Elements angeordnet ist, von dem ein Sektor von der Oberfläche des Elements bedeckt wird,
- – eine Messung durchgeführt wird, während das Element sich in einem nicht drehenden Bewegungszustand befindet, wobei die Messung Informationen bezüglich der Oberfläche des Elements von den Messpunkten des Sektorbereichs erzeugt,
- – der Durchmesser des Elements unter Verwendung der Informationen bestimmt wird.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Messanordnung und eine Messvorrichtung für das Verfahren.
-
Abweichungen des Durchmesserprofils von Papiermaschinenrollen verursachen unter anderem eine ungleichförmige und frühzeitige Abnutzung der Gewebe, eine frühzeitige Abnutzung anderer Rollen, eine Gewebedehnung und Probleme betreffend die Gewebelauffähigkeit. Mit einer Überholungs-Rollenkorrektur kann sowohl eine längere Lebenszeit für Rolle und Gewebe erreicht werden als auch eine verbesserte Maschinenlauffähigkeit.
-
Ein Rolldurchmesser wurde üblicherweise mit einem Umfangsmessgerät (circummeter) gemessen, wobei es praktisch unmöglich ist, ein Durchmesserprofil zu bestimmen, das die gesamte Rolle abdeckt. Es werden auch verschiedene Koordinatenmessvorrichtungen verwendet, jedoch ist die Verwendung solcher Vorrichtungen in Papiermaschinen mit einem beschränkten Bauraum schwierig und die Messvorrichtungen sind teuer. Ferner erfordern viele Messverfahren Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise separate Führungen oder Kabel, die als Referenzmesslinien verwendet werden. Bekannte Messvorrichtungen erfordern auch, dass die Rolle (beispielsweise Referenzräder) sich dreht, oder das Messverfahren ist nicht geeignet, um von nur einer einzigen Person durchgeführt zu werden, nur aus einem anderen Grund.
-
Zum Messen eines Durchmesserprofils existiert auch eine Vorrichtung, die einer großen Schieblehre ähnelt. Diese Vorrichtung ist sehr gut zum Durchführung von Messungen in einer Werkstatt geeignet. Wenn eine Rolle sich in ihrer Position in einer Papiermaschine befindet, ist der Bauraum um die Rolle herum oft sehr begrenzt, um eine Messung durchführen zu können. Aufgrund dessen ist eine Vorrichtung, die einer großen Schieblehre ähnelt, nicht zum Messen von Rollen geeignet, die direkt mit der Maschine verbunden sind.
-
Die vorstehend genannten Messverfahren umfassen verschiedene ungelöste Nachteile, die sowohl die praktische Durchführung der Messung als auch die Messgenauigkeit betreffen. Den Durchmesser zu kennen ist wichtig, um beispielsweise die Rollbedingung zu bestimmen oder bezüglich Behandlungsverfahren, die für die Rolle ausgeführt werden; beispielsweise, wenn ein Behandlungsverfahren auf eine korrekte Axialstellung in der Rolle gerichtet werden muss.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Messen eines zylindrischen Elements in einer Faserbahnmaschine bereit zu stellen, wobei das Verfahren eine größere Freiheit als zuvor gibt, um implementiert zu werden, und eine Möglichkeit zum genauen und schnellen Bestimmen von z. B. dem Durchmesser des Elements eröffnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine entsprechende Messanordnung und eine Messvorrichtung bereit zu stellen, die im Vergleich mit dem Stand der Technik freier in der Umgebung des Elements angeordnet werden kann und die beispielsweise zum Messen des Durchmessers des Elements verwendet werden kann, wobei sie nur einen vergleichsweise kleinen Bereich von der Oberfläche des Elements verwendet. Die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus dem beigefügten Anspruch 1 ersichtlich. Entsprechend werden die kennzeichnenden Merkmale der erfindungsgemäßen Messanordnung aus dem beigefügten Anspruch 14 und die der Messvorrichtung aus dem beigefügten Anspruch 15 ersichtlich.
-
In dem Verfahren wird der Durchmesser eines Elements dadurch bestimmt, dass eine geometrische Anpassung für die Messpunkte durchgeführt wird, wobei eine gewünschte geometrische Form unter den Messpunkten in einer solchen Weise angepasst wird, dass der Abstand der Messpunkte von der angepassten Form minimiert ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann der Durchmesser eines Elements oder eines entsprechenden zu messenden Parameters überraschend genau bestimmt werden, sogar für ein Element, das in seiner Betriebsstellung in einer Faserbahnmaschine angeordnet ist, wobei nur ein vergleichsweise kleiner Sektorbereich von seiner Oberfläche offen zugänglich ist, in dem die Messung mit der Vorrichtung durchgeführt werden kann. Dann kann die übrige Oberfläche des zylindrischen Elements in Kontakt mit beispielsweise einem Gewebe oder beispielsweise von einer Laufvorrichtung in einer solchen Weise umgeben sein, dass das Abnehmen einer Messung an der Oberfläche des Elements nicht einfach oder sogar nicht möglich ist. Somit ist die Erfindung außerordentlich gut dazu geeignet, unter beengten Faserbahnmaschinen-Bedingungen verwendet zu werden, ohne dass es notwendig ist, das Element aus der Maschine zum Abnehmen einer Messung herauszunehmen.
-
Die Erfindung basiert auf der überraschenden Beobachtung, dass eine Messung mit Hilfe von Punkten, die von der Oberfläche eines Elements ausgewählt werden können, die sehr nahe nebeneinander liegen, zuverlässig in einem vergleichsweise engen Sektorbereich durchgeführt werden kann. Eine Messung kann für eine finite Anzahl von Messpunkten durchgeführt werden und auf diese Weise durch Verwendung von nur drei Messpunkten; jedoch erhöht sich die Genauigkeit, wenn die Anzahl der Messpunkte erhöht wird. Dann kann beispielsweise das Best-Fit-Verfahren angewandt werden, bei dem es möglich ist, den Effekt der Mess(un)genauigkeit eines individuellen Punktes auf die abschließende Durchmesserberechnung zu minimieren.
-
Verschiedene Messverfahren können in der Erfindung zum Durchführen der Messung in einem vergleichsweise engen Sektorbereich der zylindrischen Oberfläche eines Elements angewandt werden. Ein erstes Beispiel ist ein Satz von Sensoren, die nacheinander auf der Oberfläche eines Elements, beispielsweise in der Umfangsrichtung des Elements, angeordnet sind und für die die gegenseitige Lage bekannt ist. Somit kann der Durchmesser des Elements basierend auf der Messinformation bestimmt werden, die von den Sensoren erzeugt wird. Ein weiteres Beispiel umfasst das Lesen der Oberfläche eines Elements durch Scannen. Hierbei wird ein Sensor verwendet, der wenigstens eine Oberfläche des Elements mit Kontakt oder kontaktlos misst. Die Lage des Sensors in der Basis der Messvorrichtung kann in einer solchen Weise verändert werden, dass jeder Messpunkt auf der Oberfläche des Elements, an dem die Messung mit dem Sensor durchgeführt wird, beispielsweise in der Umfangsrichtung des Elements zu jedem Zeitpunkt bekannt ist.
-
Der Durchmesser eines Elements kann in ausgewählten diskreten Axialmessstellungen gemessen werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Oberfläche eines Elements aus einer Bewegungsmessung gemessen werden, die sukzessive in verschiedenen Axialstellungen oder sogar als eine kontinuierliche Messung durchgeführt wird. Dann kann die Länge des gesamten Elements bei einer gewünschten Genauigkeit analysiert werden.
-
Der Durchmesser eines Elements kann zum Zwecke einer Zustandsüberwachung oder beispielsweise in Verbindung mit einem Behandlungsverfahren gemessen werden, das für das Element ausgeführt werden soll, wie beispielsweise vor oder nach dem Behandlungsverfahren. Die Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, sind sehr vielseitig. Das Messverfahren ist einfach, schnell, kostengünstig und die Messergebnisse werden direkt in einer elektronisch verarbeitbaren und darstellbaren Form erhalten. Andere kennzeichnende Merkmale der Erfindung werden von den beigefügten Ansprüchen ersichtlich und andere mit der Erfindung erreichbare Vorteile werden in größerem Umfang in der Beschreibung erläutert.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in detaillierter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die eine der Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in denen
-
1 ein Ablaufdiagramm ist, das das Grundprinzip des Verfahrens in Teilschritten zeigt;
-
2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen eines Rollendurchmessers mit verschiedenen Sensoren auf einen Schlag zeigt;
-
3 eine Vorrichtung gemäß 2 zeigt, die von der Seite zu sehen ist;
-
4 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens detaillierter zeigt;
-
5 eine Prinzipzeichnung ist, die eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen eines Rollendurchmessers mit einem Sensor zeigt, der von der Seite zu sehen ist;
-
6 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Messung zeigt, die mit einer Vorrichtung gemäß der 5 durchgeführt wird;
-
7 Messpunkte in einer axialen Ansicht zeigt; und
-
8 das Bestimmen eines Rollendurchmessers in einer Koordinatensystem-Ansicht zeigt, wobei ein enger Sektor verwendet wird.
-
Zylindrische Elemente in einer Papiermaschine oder einer anderen Faserbahnmaschine, die dazu ausgebildet sind, sich um ihre Mittelachse in der Betriebsbedingung zu drehen, sind üblicherweise Rollen oder Zylinder, die als mehrere Zehnfache in einer Maschine vorkommen können. Die Durchmesser dieser Elemente können zu einem großen Ausmaß voneinander abweichen, wobei diese sich beispielsweise zwischen 600 mm und 1300 mm bewegen, abhängig von dem Maschinenkonzept und der Stellung. In dem Zusammenhang der Erfindung betrifft eine Faserbahnmaschine beispielsweise Papiermaschinen, Halbstoffmaschinen, Kartonmaschinen und Tissue-Maschinen. Obwohl die Beschreibung zeitweise Bezug nimmt auf eine Rolle, kann die Erfindung stattdessen auch in gleicher Weise auf ein anderes sich drehendes Element der Faserbahnmaschine angewandt werden.
-
Rollen und Zylinder können verschiedene Gewebe in der Maschine stützen, wie beispielsweise Filz oder Draht. Rollen und Zylinder können in der Maschinenrichtung relativ zueinander angeordnet sein, beispielsweise hintereinander oder übereinander, was seinerseits einen Mangel an Bauraum rund um eine Rolle oder einen Zylinder verursachen kann. Um sicher zu stellen, dass der Gewebetransport so wenig wie möglich gestört wird und für die Maschinen-Laufeigenschaft, sollte der Rollendurchmesser dem vorgegebenen Durchmesser entsprechen.
-
1 zeigt ein Ablaufdiagramm, das das Grundprinzip eines Verfahrens zum Messen eines zylindrischen Elements in einer Faserbahnmaschinen darstellt, das unter der Betriebsbedingung um seine Mittelachse drehbar ist, und 2 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung 12, die auf eine zylindrische Mantelfläche L oder allgemeiner nahe der Oberfläche 11 eines Elements 10 aufgesetzt ist. Obwohl die Anwendungsbeispiele die Erfindung zum Messen eines Durchmessers beschreiben, ermöglicht die Erfindung auch das Bestimmen des Umfangs und der Umfangskoordinaten des Elements 10. Somit ist der Durchmesser-Parameter, als Objekt der Messung, auch mit den anderen Parametern, die in Verbindung zu dem Element 10 stehen, und allgemeiner mit der Form des Elements 10 verbunden. Als Teilschritt 101 des Verfahrens wird eine Messvorrichtung 12 auf der Oberfläche 11 des Elements 10 zum Messen des Durchmesser D des Elements 10 angeordnet. Die Messvorrichtung 12 ist angeordnet, um in Kontakt mit dem Element 10 zu stehen, beispielsweise, indem sie auf der Mantelfläche 11 angeordnet wird. Dann liegt die Vorrichtung 12 auf der Oberfläche 11 des Elements 10 auf. Kontaktpunkte können bezüglich der Messung selbst und/oder dem Abstützen der Vorrichtung 12 vielfach sein. Dadurch, dass die Vorrichtung 12 in Kontakt mit der Oberfläche 11 des Elements 10 angeordnet ist, wird eine zuverlässige Messanordnung erreicht, die Messfehler ihrerseits verringert.
-
In Schritt 101 wird die Messvorrichtung 12 auf der Oberfläche 11 des Elements 10 in einer solchen Art und Weise platziert, dass sie einen Sektorbereich 14 von der Oberfläche 11 des Elements 10 abdeckt, der eine vorgegebene Größe hat und vergleichsweise eng/klein bezüglich der gesamten Umfangslänge des Elements 10 ist. In diesem Fall bezieht sich ein abgedeckter Sektorbereich 14 auf einen solchen Bereich der Oberfläche 11 des Elements 10, auf den Messvorgänge gerichtet sind, und somit hat der Sektorbereich 14 Messpunkte, die von 15.1–15.9 rangieren. Die Definition des Sektors als solche ist für einen Fachmann bekannt. Gemäß einer Definition kann sich dieser auf einen Teil 14 einer Oberfläche 11 beziehen, der zwischen zwei Strecken oder zwei Ebenen verbleibt, die sich radial durch die Drehachse 24 des Elements 10 erstrecken. Ein entsprechender Sektorbereich 14 ist ein Bereich auf der Mantelfläche 11 des Elements 10, der zwischen den Endpunkten der Strecken in der Umfangsrichtung oder zwischen Ebenen in der Axialrichtung bleibt. Somit kann der Bereich 14 eine Ausdehnung, neben der Umfangsausdehnung, in der Richtung der Mittelachse 24 des Elements 10 haben. 2 zeigt eine Prinzipansicht der Drehachse 24 des Elements 10.
-
Als Teilschritt 102 wird eine Messung durchgeführt, während der das Element 10 stationär ist oder sich in einem sich nicht drehenden Bewegungszustand befindet. Bei der Messung werden Informationen 16 betreffend die Oberfläche 11 des Elements 10 von den Messpunkten 15.1–15.9 des Sektorbereichs 14 (7) erzeugt. Als Teilschritt 103 wird der Durchmesser D des Elements 10 basierend auf der Messung, die in Schritt 102 durchgeführt wurde, bestimmt, wobei die Informationen 16 bezüglich der Messpunkte 15.1–15.9 verwendet werden.
-
Der Durchmesser D des Element 10 wird gemäß einer Ausführungsform dadurch bestimmt, dass eine geometrische Anpassung der Messpunkte 15.1–15.9 in einem Teilschritt 103 durchgeführt wird. Bei einer geometrischen Anpassung wird eine gewünschte geometrische Form unter den Informationen 16 angepasst, die bei den Messpunkten 15.1–15.9 in einer solchen Weise erzeugt wurden, dass der Abstand zwischen den Messpunkten 15.1–15.9 und der Form minimiert ist. Bei einer geometrischen Anpassung kann beispielweise das Best-Fit-Verfahren angewandt werden. Das Prinzip der geometrischen Anpassung wird in dieser Anmeldung weiter unten erklärt.
-
2 und 3 zeigen ein Beispiel der Messvorrichtung 12 zum Messen eines zylindrischen Elements 10 in einer Faserbahnmaschine, die an die Oberfläche 11 eines Elements 10 anpassbar ist, das sich in einem sich nicht drehenden Bewegungszustand (2) befindet. Die Messvorrichtung 12 umfasst als ihre Hauptkomponenten eine Basis 25 und Sensormittel 13.1–13.9, die dazu ausgebildet sind, beispielsweise in der Umfangsrichtung des Elements 10 aufeinanderfolgend in der Basis zum Messen der Oberfläche 11 des Elements 10 angeordnet zu sein, wobei die Sensoren in diesem Fall vielfach sind. Die Basis und die Sensoren 13.1–13.9, die daran angepasst sind, sind relativ zueinander in einer solchen Weise angeordnet, dass wenn sie an die Oberfläche 11 des zylindrischen Elements 10 angelegt werden, die Messvorrichtung 12 einen Sektorbereich 14 abdecken kann, der die Messpunkte 15.1–15.9 von der Oberfläche 11 des Elements 10 umfasst. In Teilschritt 102 des Verfahrens können die Sensoren 13.1–13.9, die an die Basis 25 angepasst sind, auf einen Schlag verschiedene Messpunkte 15.1–15.9 messen, die in einem vorgegebenen Abstand zueinander auf der Oberfläche des Elements 10 angeordnet sind, und können dabei von einer finiten Anzahl von Messpunkten 15.1–15.9 des Sektorbereichs 14 Informationen 16 erzeugen, die die Oberfläche des Elements 10 betreffen. Gemäß einer Ausführungsform können die Messpunkte 15.1–15.9 im Wesentlichen gleichzeitig gemessen werden, beispielsweise innerhalb der Grenzen der Messelektronik. Gemäß einer Ausführungsform können die Messpunkte 15.1–15.9 in einem konstanten Abstand zueinander liegen, wobei ein Vorteil bei der Auswertung mit den Koordinaten erreicht wird, die in einer Richtung relativ standardisiert sind. Die Messpunkte 15.1–15.9 können in einer Linie liegen, beispielsweise in der Umfangsrichtung des Elements 10, wobei die Axialstellung der Messpunkte 15.1–15.9 im wesentlichen konstant ist; andererseits können sie auch erlaubterweise eine geringfügige Neigung relativ zur Umfangsrichtung aufweisen, wobei die Axialstellungen der Messpunkte 15.1–15.9 somit voneinander abweichen können. Somit kann der Sektorbereich 14 innerhalb der Grenzen der Messgenauigkeit derart ersonnen werden, dass er ebenfalls eine Axialausdehnung hat.
-
Die Messpunkte 15.1–15.9 werden auf der Oberfläche 11 gemessen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 24 des Elements 10 ist. Die Anzahl der Sensoren 13.1–13.9 und somit die Anzahl der Messpunkte 15.1–15.9 kann beispielsweise vier–fünfzehn, insbesondere fünf–elf, beispielsweise neun, sein. Mit nur fünf Messpunkten können ziemlich genaue Ergebnisse erzielt werden, wenn man berücksichtigt, dass die Durchmesser der zylindrischen Elemente der Faserbahnmaschinen relativ gewaltig sind und dass die Breite des Sektrobereichs 14 vergleichsweise dazu verhältnismäßig klein ist. Ein Messfehler ist abhängig von der Breite des Sektorbereichs 14 relativ zu dem Durchmesser des Elements 10 und von der Genauigkeit der Punkte.
-
Wie klar in 3 gezeigt ist, sind die Sensoren 13.1–13.9 im Wesentlichen parallel in der Basis 25, deren Profil der gekrümmten Oberfläche 11 entspricht. Dies vereinfacht die Messung und die damit verbundene Auswertung beispielsweise in dem Maße, dass eine der Koordinaten eines jeden Messpunktes standardisiert ist. Es ist offensichtlich, dass die Sensoren 13.1–13.9 auch in der Basis 25 bei einer kleinen Neigung angeordnet sein können, beispielsweise in einer im Wesentlichen Entsprechung zu der Krümmung des Elements 10. Zusätzlich kann die Basis auch gerade sein. Der Rahmen 25.1 der Basis 25, dessen Material beispielsweise beruhigter Stahl (solid steel) sein kann, hat Öffnungen für die Sensoren 13.1–13.9 bei einem vorbestimmten Abstand zueinander, wobei die Sensoren auf die Öffnungen beispielsweise in einer fixierten oder anpassbaren Weise angepasst sind. Gemäß einer Ausführungsform können die Sensoren 13.1–13.9 in dem Rahmen 25.1 in gleichförmigen Abständen angeordnet sein.
-
Die Sensoren 13.1–13.9 können beispielsweise Linearsensoren sein. Ein Beispiel eines Sensors kann ein LVDT Sensor (linearer veränderlicher Differenzialtransformator) sein, wobei die Hublänge des Sensors verändert werden kann und das Betätigungsprinzip davon für Fachleute wohlbekannt ist. Zusätzlich kann der sphärische Messkopf 13* des LVDT Sensors 13.1–13.9 den Vorteil bereitstellen, dass die Spitze des Sensors und die Oberfläche 11 des Elements 10 nicht in einem rechten Winkel aufeinander treffen müssen, sondern der Kontaktpunkt auch geringfügig versetzt von der Spitze des Sensors sein kann. Dies passiert beispielsweise in dem Fall der äußersten Sensoren 13.1, 13.2, 13.8, 13.9.
-
Im Messschritt 102 werden die Linearsensoren 13.1–13.9, die in dem Rahmen 25.1 angeordnet sind, in Kontakt mit der Oberfläche des Elements 10 betrieben. Der Kontakt zwischen einem Sensor 13.1–13.9 und der Obefläche 11 kann beispielsweise mit Hilfe von Kontrollelektroniken 19, 20 der Sensoren 13.1–13.9 basierend auf dem Widerstand, der bei der Linearbewegung auftritt, ermittelt werden. Ein Vorteil eines Kontaktsensors 13.1–13.9 besteht darin, dass er beispielsweise bei Rollen mit einer glänzenden Oberfläche verwendet werden kann, wobei reflektierendes Licht eine Messung, die beispielsweise mit einem Laser durchgeführt wird, verkomplizieren würde. Wenn das Objekt der Messung eine Rolle mit einer weichen Oberfläche ist, kann die Messung durch die Tatsache behindert werden, dass die Spitze des Sensors 13.1–13.9 gegen die Oberfläche 11 gedrückt wird. Bei harten Rollen tritt dieses Problem nicht auf. Bei weichen Rollen kann der Kontakt des Sensors 13.1–13.9 mit der Oberfläche 11 des Elements 10 beispielsweise basierend auf einer Geschwindigkeitsänderung bei dem Weg des Sensors 13.1–13.9 ermittelt. Eine Geschwindigkeitsverringerung gibt an, dass der Sensor 13.1–13.9 in Kontakt mit der Oberfläche 11 der Rolle 10 steht. Da jeder Sensor 13.1–13.9 in Kontakt mit der Oberfläche 11 des Elements 10 betrieben werden kann, ist es auch möglich, Probleme, die bezüglich der Genauigkeit des Messergebnisses durch Temperaturveränderungen und thermische Ausdehnung verursacht werden, zu eliminieren.
-
Durch Verwendung der Basis 25 kann die Vorrichtung 12, je nach Wunsch, auf der Oberfläche 11 des Elements 10 in einer standardisierten Art und Weise aufgesetzt werden und sie kann ebenfalls dort während der gesamten Messung fest gehalten werden. In diesem Fall umfasst die Basis 25 einen Rahmen 25.1, der mit Sensoren 13.1–13.9 ausgestattet ist. Längliche Stützelemente 25.2, 25.3, die axial zu dem Element 10 angebracht sind, sind an beiden Enden des Rahmens 25.1 angeordnet. Die Elemente umfassen Rohre 25.2 die rechtwinklig zu dem Umfangsrahmen 25.1 des Elements 10 angeordnet sind, wobei sie an beiden Enden Schuhe 25.3 haben, die koaxial mit den Rohren 25.2 sind. Mit den Schuhen 25.3 kann die Messvorrichtung 12 präzise auf der Oberfläche 11 des Elements 10 sowohl in der Axial- als auch in der Umfangsrichtung positioniert werden. Es ist offensichtlich, dass die Elemente auf viele unterschiedliche Arten und Weisen implementiert werden können.
-
4 zeigt detailierter eine beispielhafte Ausführungsform zum Ausführen des Verfahrens mit der Vorrichtung 12, die in 2 und 3 gezeigt ist. In diesem Fall ist das Objekt der Messung der relative Durchmesser eines zylindrischen Elements 10. Wenn es ausreichend ist für das Messobjekt 10 Informationen zu erlangen, die nur die Größe der Abweichung betrifft, die in dem Durchmesserprofil auftritt, das heißt wie groß eine Abweichung in dem Durchmesser D in den verschiedenen axialen Stellungen der Rolle 10 vorliegt, dann kann der Durchmesser D dadurch gemessen werden, dass die Vorrichtung 12 an einem Ende der Rolle 10 plaziert wird und dadurch, dass die Sensoren 13.1–13.9 kalibriert werden, die den Konstruktionsdurchmesser verwenden. Als Teilschritt 401 des Verfahrens wird die Messvorrichtung 12 auf der Oberfläche 11 des Elements 10 in einer ausgewählten Position A0 in der Axialrichtung des Elements 10 plaziert. Beispielsweise kann die Position an einem Ende des Elements 10 sein. Alternativ kann eine Kalibrierung an einer bekannten geometrischen Form ausgeführt werden, wobei in diesem Fall die Messung absolut ist. Als ein Teilschritt 402 werden die Sensoren 13.1–13.9 der Messvorrichtung 12 in dieser Stellung A0 kalibriert auf den Konstruktionsdurchmesser des Elements 10. Dann wird angenommen, dass der Durchmesser D der Rolle 10 in der Kalibrierungsstellung bekannt ist. Als Unterschritt 402.1 bei der Kalibrierung können die Sensoren 13.1–13.9 dadurch kalibriert werden, dass ihnen Werte vorgegeben werden, die den Abstand zwischen der virtuellen Linie 22 (3) repräsentieren. Die virtuelle Linie 22 kann sich beispielsweise senkrecht zu der Messrichtung durch den Mittelpunkt der Spitze 13* des zentralsten Sensors 13.5 erstrecken. Somit ist es bei der Kalibrierung notwendig, eine bekannte geometrische Form zu verwenden, an der die Stellungen der Sensoren bestimmt werden können.
-
In Schritt 403 wird die Messvorrichtung 12 zu einer gewählten axialen Mess-Stellung An bewegt und in Schritt 404 wird die Messung in dieser Stellung ausgeführt. Während der Messung werden die Spitzen der Sensoren 13.1–13.9 in Kontakt mit der Oberfläche 11 des Elements 10 betrieben und die entsprechende Stellung wird relativ zu der virtuellen Linie 22 bestimmt. Allgemeiner kann darauf Bezug genommen werden als der Sensorabstand relativ zu der Referenzstellung. Da die Sensoren im wesentlichen parallel zueinander in der Messrichtung sind, wenn sie auf diese Art und Weise positioniert werden, ist es möglich bei der Auswertung in Schritt 405 eine virtuelle lineare Linie zu verwenden, gegenüber der die Stellung der Sensoren einfach bestimmt werden kann.
-
In Schrit 405 wird der Durchmesser des Elements 10 in Stellung An dadurch bestimmmt, dass Informationen 16 verwendet werden, die in den Messpunkten 15.1–15.9 erzeugt wurden, und in Schritt 406 wird der Durchmesser der Position An mit dem in der Kalibrierungsstellung A0 ermittelten Durchmesser verglichen. Somit ist es möglich, die relative Veränderung in dem Durchmesser zu bestimmen. Ein entsprechender Vergleich kann auch zwischen zwei unterschiedlichen Rollen angestellt werden. Wenn auf diese Weise gemessen wird, kann es vorkommen, dass der absolute Durchmesser nicht ermittelt wird (abhängig davon wie gut bekannt A0 ist), jedoch werden Abweichungen an dem Durchmessser herausgefunden. Es ist verständlich, das einerseits ein Kalibrierungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform, dass die virtuelle Linie 22 verwendet, und andererseits die relative Bestimmung des Durchmessers des Elements 10 auch unabhängig voneinander angewandt werden können, obwohl sie hier in der derselben Ausfühungsform beschrieben worden sind.
-
Wenn gewünscht wird, dass die Vorrichtung 12 zum Messen des absoluten Durchmessers verwendet wird, können die Sensoren 13.1–13.9 gegenüber einem präzise bekannten Durchmesser kalibriert werden. Dann kann zum Zeitpunkt der Kalibrierung sichergestellt werden, dass Werte, die für die Sensoren 13.1–13.9 bei der Kalibrierung vorgegeben werden, absolut korrekt sind.
-
5 zeigt ein weiteres Beispiel der Vorrichtung 12' und 6 zeigt das entsprechende Ablaufdiagramm für ein Verfahren, dass mit der Vorrichtung 12' durchgeführt wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann anstelle einer Messung, die mit verschiedenen Sensoren auf einen Schlag durchgeführt wird, die Oberfläche 11 des Elements 10 gemessen werden, indem nur ein einziger Sensor 13' verwendet wird. In diesem Fall tastet bzw. scannt die Messvorrichtung 12' in Schritt 602 die Oberfläche 11 des zylindrischen Elements 10 zum Erzeugen von Informationen von den im wesentlich umlaufenden Messpunkten 15' des Sektorbereichs 14 ab. Indem Punkte auf der Oberfläche 11 der Rolle 10, die gemessen werden soll, abgetastet bzw. gescannt werden, wird eine zusätzliche Genauigkeit für die Berechnung des Durchmessers D erreicht. Indem ein 3D-Scanner 12' verwendet wird, ist es möglich, tendenziell mehr Punkte als beispielsweise mit den feststehenden Sensoren 13.1–13.9 aufzunehmen, die in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 12 vorliegen.
-
Zum Scannen umfasst die Messvorrichtung 12' Mittel 17, 26–28 zum Scannen des Sektorbereichs 14 auf der Oberfläche 11 des zylindrischen Elements 10. Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Mittel einen Schlitten 27, der mit einem Sensor 13' ausgestattet ist, welcher dazu ausgebildet ist die Oberfläche des Elements 10 zu messen, und zwei Führungen 17, 26 zum Bewegen des Schlittens 27 und somit auch des Sensors 13' nahe der Oberfläche 11 des Elements 10 in wenigstens zwei Dimensionen. Der Schlitten 27 ist dazu ausgebildet, in der Umfangsrichtung des Elements 10 auf den ersten vorzugsweise geraden, Führungen 26 bewegbar zu sein. Die ersten Führungen 26 sind mittels ihrer Enden mit zweiten länglichen Linearführungen 17 verbunden, die senkrecht zu den ersten Führungen 26 sind, wobei der Schlitten 27 dazu ausgebildet ist sich zwischen diesen in der Axialrichtung des Elements 10 bewegen zu können. Somit befindet sich der Sensor 13' in dem Schlitten 27, der sich entlang den beiden Führungen 17, 26 wie ein 2D-Scanner bewegen kann. Die Vorrichtung 12' kann immer den absoluten Durchmesser messen, da die Messung in der Umfangsrichtung des Elements 10 an einer direkten Führung 26 durchgeführt wird.
-
Der Sensor 13' misst den Abstand des Schlittens 27 zu der Oberfläche 11 der Rolle 10. Der Sensor 13' kann beispielsweise ein Laserabstandssensor sein. Andererseits kann der Sensor, anstatt ein kontaktloser Sensor zu sein, ein Kontaktsensor sein. Zusätzlich kann ein Sensor 28 direkt an dem Schlitten 27 oder der Führung 26 befestigt sein, um die Position eines sich bewegenden Messkopfes 13', 27 in der Umfangsrichtung des Elements 10 zu messen. In diesem Fall wird somit die Position des Schlittens 27, der auf einer Linearführung 26 plaziert ist, gemessen werden. Somit ist der Scanner ein 3D-Scanner, der die Koordinaten 16 der Messpunkte 15' über einen engen Sektor 14 auf der Oberfläche 11 der Rolle 10 in den Richtungen X und Y messen kann und, bei dem der Abstand des Sensors 28 von der Oberfläche 11 des Elements 10 die Richtung Z darstellt. Die ersten Führungen 26 und der Schlitten 27 sind dazu ausgebildet, den Rahmen der Basis 25' zu bilden. Die länglichen zweiten Führungen 17 in der Axialrichtung des Elements 10 dienen als Stützelemente zum Positionieren der Messvorrichtung 12' auf der Oberfläche 11 des Elements 10 in der Umfangsrichtung. Es ist offensichtlich, dass anstelle der Führungen 17 auch die Stützelemente der Vorrichtung 12' ein statisches Gebilde sein können, das aus Elementen 25.2, 25.3, wie in der 2 gezeigt, besteht.
-
Der Schritt 602 kann sich aus mehreren Unterschritten zusammensetzen, die in einer alternativen Reihenfolge durchgeführt werden können. Als Schritt 602.1 kann ein Positionssensor 28 dazu verwendet werden, die Position des Sensors 13' zu bestimmen, der die Oberfläche 11 des Elements 10 misst, in der Umfangsrichtung des Elements 10. Dann ist der Sensor 13', wie während der tatsächlichen Messung der Oberfläche 11 des Elements 10, stationär. Als Schritt 602.2 kann der Abstand zu der Oberfläche des Elements 10 mit dem Sensor 13' gemessen werden und das Messergebnis kann gespeichert werden. Nachdem die Messung bei einem Messpunkt 15' in der Umfangsrichtung des Elements 10 vorgenommen wurde, kann dann in Schritt 602.3 analysiert werden, ob es irgendwelche übrigen Messpunkte in dieser Axialstellung gibt. Falls ja, kann mit Schritt 602.4 fortgefahren werden, bei dem der Sensor 13' mit dem Schlitten 27 in der Umfangsrichtung des Elements 10 zu dem folgenden Messpunkt entlang der Führung 26 bewegt wird. Mit anderen Worten, die Messpunkte sind auch in dieser Ausführungsform im wesentlichen parallel zueinander in der Messrichtung und zusätzlich werden die Messpunkte auch an der Oberfläche 11 gemessen, die senkrecht zu der Achse 24 des Elements 10 ist. Nachdem in einer axialen Position eine vorgegebene Menge an Messungen vorgenommen wurde, wird mit Schritt 603 fortgefahren, um den Durchmesser D des Elements 10 zu bestimmen, indem die Informationen bezüglich der Messpunkte verwendet werden. In dieser Ausführungsform kann ebenfalls die Anzahl von aufeinander folgenden Messpunkten 15' beispielsweise vier–fünfzehn, insbesondere fünf–elf, wie beispielsweise neun, sein. Es ist offensichtlich, dass diese Scannerausführungsform es ermöglicht, die Anzahl von Messpunkten nennenswert zu erhöhen. Es ist möglich mehrere Zehn, sogar Hunderte oder Tausende von Messpunkten zu haben, da der Sektorbereich 14 stufenlos oder tatsächlich durch ”Scannen” analysiert werden kann. Der Schritt 601 kann als solches von den vorher gehenden Ausführungsformen bekannt sein. Den Schritten 101, 401, 601 kann ein Reinigen der Oberfläche 11 des Elements 10 voraus gegangen sein.
-
In beiden der vorstehenden Ausführungsformen kann der im Wesentlichen an der Außenseite befindliche Sektorbereich 14 des Elements 10, der von der Messvorrichtung 12, 12' abgedeckt wird, bei beispielsweise 1–60°, insbesondere bei 10–50° liegen. Die Breite des Sektorbereichs 14 kann beispielsweise 200–1000 mm, insbesondere 300–700 mm betragen, beispielsweise 500 mm, abhängig von dem Element. Für die Formabschnittrollen kann die Messung beispielsweise über einen Sektor von 20° durchgeführt werden. Wenn genauere Ergebnisse gewünscht werden, kann ein Sektor von beispielsweise 50° verwendet werden. In jedem Fall ist der abgedeckte und gemessene Sektorbereich kleiner als 180° und im Allgemeinen auch kleiner als 90°. Dann kann die Messung über einen vergleichsweise kleinen Sektorbereich 14 durchgeführt werden. Ein enger Sektor ist vorteilhaft insbesondere in dem Sinne, dass der freie Raum, der für eine Messanordnung in einer Faserbahnmaschine verfügbar ist, möglicherweise um das Element 10 herum sehr begrenzt ist.
-
Bezugnehmend auf die 7 sind Beispiele für Messmöglichkeiten in der Axialrichtung der Rolle 10 beschrieben. Beide der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 12, 12' können verwendet werden, um Messpunkte in einem engen Bereich 14 auf der Oberfläche 11 der Rolle 10 in einer individuellen Axialposition An zu messen. Die Messvorrichtung 12, 12' sind derartig konstruiert, dass die Messpunkte 15.1–15.9, 15' von der Oberfläche 11 senkrecht zu der Achse 24 der Rolle 10 gemessen werden. Die Vorrichtungen 12, 12' können somit den Durchmesser D des Querschnitts der Rolle 10 in der Position, in der die Messvorrichtung 12, 12' angeordnete ist, messen.
-
Zum Messen des gesamten Durchmesserprofils der Rolle 10 kann die Vorrichtung 12' gemäß der Ausführungsform der 5 entlang der Oberfläche 11 der Rolle von einem Ende zum anderen Ende geschoben werden. Hier wird der Schlitten 27 einschließlich seiner Umfangsführungen 26 an einer Axialführung 17 mit vorbestimmten Intervallen von einer Messposition zur nächsten bewegt oder die Messung kann auch als eine sich bewegende/kontinuierliche Messung durchgeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Zustand einer Nutformation des Elements 10 in der Umfangsrichtung zu bestimmen.
-
Eine weitere Alternative besteht darin, den Durchmesser bei regelmäßigen Intervallen und Verwendung einer Vorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform der 2 und 3 zu messen, obwohl eine Messung, die entlang der Oberfläche 11 des Elements gleitet, auch mit der Vorrichtung 12 möglich ist. Bei einer diskreten Messung/einzelnen Messung wird die Vorrichtung 12 von der Oberfläche 11 der Rolle 10 in einer axialen Stellung An abgehoben und in einer neuen axialen Mess-Stellung An+1 auf die Oberfläche 11 der Rolle 10 aufgesetzt. Der Abstand zwischen den Axialstellungen A1–An kann beispielsweise 200–700 mm, insbesondere 300–600 mm, beispielsweise 500 mm, betragen. Zwischen diesen Messungen ist es möglich, nur das Seitenprofil der Rolle 10 unter Verwendung einer Linearführung und einer Abstandsmessung zu verwenden. Die Messung des Seitenprofils kann unter Verwendung einer Vorrichtung 12' gemäß der Ausführungsform der 5 durchgeführt werden. Indem diese beiden Messungen miteinander kombiniert werden, ist es möglich, das Durchmesserprofil der Rolle 10 über die gesamte Länge zu bestimmen.
-
Die Messung 12, 12' kann auch in der Umfangsrichtung an den verschiedenen Seiten des Elements 10 durchgeführt werden, für den Fall, dass dies durch den verfügbaren Raum möglich ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Rolle 10 zwischen den Messungen in einer solchen Weise zu drehen, dass die Messung in derselben Axialstellung an unterschiedlichen Punkten auf der Außenumfangsfläche durchgeführt werden kann. Auf diese Weise kann die Erfindung auch die Rundheit eines Elements betreffen.
-
Neben einem Verfahren und einer Vorrichtung 12, 12' betrifft die Erfindung in gleicher Weise eine Anordnung zum Messen eines zylindrischen Elements 10 in einer Faserbahnmaschine, auf die in dem Fall der 3 Bezug genommen wurde. Die Anordnung umfasst jede Art der Vorrichtungen 12, 12', die vorstehend beschrieben worden sind, und zusätzlich ein Gerät zur Datenverarbeitung 21, das dazu ausgebildet ist, mit den Sensormitteln 13.1–13.9, 13', 28 zu kommunizieren, die dazu ausgebildet sind, Informationen 16 zu definieren, die mittels der Sensoren 13.1–13.9, 13', 28 erzeugt wurden, wobei der Durchmesser D des Elements 10 verwendet wird. Die Sensoren 13.1–13.9, 13', 28 können mit einem Verstärker 19 verbunden sein, der ferner über einen Mikrokontroller 20 mit einem tragparen PC 21 verbunden ist, welcher eine Anzeige umfasst, die beispielsweise Messdaten 60 speichert, welche während der Teilschritte 102, 404, 602.1, 602.2 gesammelt wurden, der den Durchmesser D des Elements 10 berechnet und der auch die Betrachtung des Profils des Elements 10 beispielsweise als ein 3D-Modell ermöglicht. Die Vorrichtung 12, 12' stellt einen einfach zu dokumentierendes Ergebnis bereit.
-
Der Schlitten 27, der auf die Führungen 17, 26 aufgesetzt ist, kann beispielsweise mit einem Schrittmotor bewegt werden, der mittels eines Mikrokontrollers 20 (3) gesteuert wird. Die Elektronikanordnung umfasst auch Mittel zum Steuern der Sensoren 13.1–13.9, 13', beispielsweise um deren Spitzen 13* in Kontakt mit der Oberfläche 11 des Elements 10 zu b. Als eine Alternative zu oder nebst der Servo-/Schrittmotorsteuerung können alle Bewegungen von Hand oder beispielsweise mit Hilfe von Federkraft durchgeführt werden. Die Implementierung der Steuerung der Sensoren 13.1–13.9, 13' ist für Fachleute offensichtlich. Zusätzlich kann der PC 21 auch direkt eine Schleifmaschine oder ähnliches steuern, für den Fall, dass das Element 10 gleichzeitig mit der Messung einem anderen Verfahren ausgesetzt ist.
-
Die Methodik der Messung und der damit verbundenen Berechnung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Die geometrische Form des zylindrischen Elements 10 einer Faserbahnmaschine entspricht, oder wird zumindest hier entsprechend angenommen, einem im Wesentlichen kreisförmigen Bogen. Der Bogen kann bestimmt werden, wenn zumindest drei Punkte darin gemessen werden können. In dem Fall von Rollen ist es auf diese Weise möglich, eine Genauigkeit von wenigen zehntel Millimetern für den Durchmesser zu erreichen. Basierend hierauf kann der Durchmesser des Elements 10 durch Messpunkte bestimmt werden, die auf der Oberfläche 11 des Elements 10 angeordnet sind, auf der Oberfläche 11, die senkrecht zu der Drehachse 24 des Elements 10 ist. Theoretisch wären drei Punkte zum Bestimmen des lokalen Durchmessers des Elements 10 ausreichend. In diesem Fall sollten die Punkte, wenn der Durchmesser D des Elements bestimmt wird, jedoch soweit voneinander beabstandet wie möglich sein, um sicher zu stellen dass der Effekt einer möglichen Messungenauigkeit auf die Berechnung des Durchmessers so klein wie möglich ist. Jedoch ist es in einer Papiermaschinenumgebung nicht möglich, Punkte von überall auf der Rolle auszuwählen. Indem man die Punkte näher zueinander bringt, wird der Effekt der Messungenauigkeit eines einzelnen Punkts auf die Berechnung des abschließenden Durchmessers gleichzeitig größer.
-
8 zeigt ein Beispiel einer Messung in einem Koordinatensystem, wobei die Koordinaten, die mit Skalenstrichen angegeben sind, an dem Außenumfang 11 einer Rolle 10 über einen engen Sektor gemessen worden sind. Indem man die Koordinaten verwendet, ist es möglich, mathematische Ausdrücke für den relevanten Kreis zu erzeugen, die den Durchmesser des Kreises und den berechenbaren Mittelpunkt festsetzen. Mit der Hilfe der gemessenen Punkte ist ein Sektor des Kreises bekannt, basierend auf dem eine Grafik des ganzen Kreises erzeugt wird und basierend auf dem die geometrische Form der Rolle 10 umrissen werden kann und ein Durchmesser 10 dafür bestimmt werden kann. Grundsätzlich kann die Messung mit jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen 12, 12' durchgeführt werden. Die Informationen 16, die die Sensoren 13.1–13.9, 13' für die Berechnung erzeugen, können auf das Koordinatensystem in einem als solches bekannten Verfahren angepasst werden.
-
Wenn mehr Messungen von den Messpunkten abgenommen werden, als zum Bestimmen der geometrischen Form notwendig ist, wird eine geometrische Anpassung an den gemessenen Punkten durchgeführt. Ein hier erwähntes Beispiel hierfür ist das Best-Fit-Verfahren. Bei einer geometrischen Anpassung wird eine gewünschte geometrische Form unter dem sich aus den Messpunkten zusammen setzenden Satz in einer solchen Weise angepasst, dass der Abstand zwischen den gemessenen Punkten und der angepassten Form so klein wie möglich ist. Da der Abstand aller Punkte nicht exakt der gleiche sein kann, wird das Verfahren der kleinsten Quadrate (least squares method) in der Auswertung angewandt. Hier werden in der Kreisgleichung der Mittelpunkt und der Radius unbekannt gelassen. Dann wird die Größe der anzupassenden Form derart, dass die Summe der Quadrate der Abstände aller Punkte so klein wie möglich ist. Diese Auswertung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem man die GENFIT Funktion der Mathcad Software verwendet. Als Ausgangsdaten benötigt die Funktion die Koordinaten der Messpunke und die initialen Werte für den Radius und den Mittelpunkt. Eine geometrische Anpassung ist insbesondere gut geeignet, um die geometrische Form eines zylindrischen Elements 10 einer Faserbahnformmaschine zu bestimmen, wie beispielsweise den Durchmesser, da aufgrund des mangelnden Raums, der in Produktionsmaschinen bekanntermaßen vorliegt, die Anzahl von Messpunkten begrenzt ist und sie in einem vergleichsweise engen Sektorbereich angesiedelt sind.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in Verbindung mit der Herstellung eines Elements 10 ebenso wie in Verbindung mit der Maschineninstandhaltung angewandt werden. Eine Rolle oder ein Zylinder können vermessen werden, während sie in die Maschine eingesetzt sind. In Lösungen gemäß dem Stand der Technik muss das Element aus der Maschine herausgenommen und in ein Zwischengerüst eingesetzt werden, um das Behandlungsverfahren durchzuführen, und dann wieder in die Maschine eingesetzt werden, um die Messung durchzuführen. Da die Messvorrichtung 12, 12' einfach nahe dem Element 10 angeordnet werden kann, kann gemäß einer Ausführungsform die geometrische Form des Elements 10 selbst dann gemessen werden, während ein Behandlungsverfahren für das Element 10 durchgeführt wird.
-
Es ist offensichtlich, dass die vorstehende Beschreibung und die damit in Verbindung stehenden Figuren nur zur Darstellung der vorliegenden Erfindung gedacht sind. Die Erfindung ist somit nicht nur auf die vorstehen beschriebenen Ausführungsformen oder die weiteren in den Ansprüchen genannten beschränkt, sondern viele unterschiedliche Variationen und Modifikationen der Erfindung, die innerhalb der erfinderischen Idee, wie sie in dem beigefügten Ansprüchen spezifiziert ist, möglich sind, sind für einen Fachmann offensichtlich.
