DE2348265B2 - Abtastvorrichtung zur abtastung des gekruemmten innenflaechenabschnitts eines durch eine anbringung eines kreisrunden rohres an einem trommelteil eines zylindrischen kessels ausgebildeten sattelfoermigen verbindungsabschnitts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zur Abtastung des gekrümmten Innenflächenabschnitts eines durch eine Anbringung eines kreisrunden Rohres an einem Trommelteil eines zylindrischen Kessels aus gebildeten sattelförmigen Verbindungsabschnittes mit einem Abtastelement, welches über Führungseinrichlungen in vertikaler und horizontaler Richtung in bezug auf den abzutastenden Flächenabschnitt einstellbar ist.

Bekannte Abtastvorrichtungen dieser Bauart lassen keine einwandfreie Abtastung eines derartigen sattelförmigen Verbindungsabschnittes kontinuierlich in parallelen Abtastlinien zu, da sie lediglich in einer Ebene arbeiten. So sind die Abtastelemente oder Meßköpfe einer aus der DT-OS 15 63 503 oder der Literaturstelle ETZ-A, Bd. 73. H. 18, S. 585, 586 bekannten Abtastvorrichtung in einer Ebene verlagerbar, um eine kontinuierliche Abtastung einer in derselben Ebene liegenden Kontur einer Schablone od. dgl. zu ermöglichen. Bei einer aus der US-PS 35 04 534 bekannten Abtastvor-

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richtung soll in zwei zueinander senkrechten Bewegungsrichtungen innerhalb einer gemeinsamen Ebene eine Ausrichtung eines Meßkopfes auf eine Schweißnaht erfolgen. Zusätzliche Bewegungen aus dieser einen Tastebene heraus sind bei diesen bekannten Abtastvorrichtungen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abtastvorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, mit der eine kontinuierliche Abtastung des gekrümmten Innenflächenabschnittes eines sattelförmigen Verbindungsabschnittes zwischen einem kreisrunden Rohr und einem Trommelteil eines zylindrischen Kessels möglich ist, bei der im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Abtastlinien erhalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abtastelement an einem an der zu dessen Einstellung in horizontaler Richtung dienenden Führungseinrichtung um die Zentralachse des kreisrunden Rohres drehbar gelagerten Trägerrahmen vorgesehen ist, daß an diesem Trägerrahmen ein auf den Verlauf des gekrümmten Innenflächenabschnittes abgestimmter Führungsschlitz, welcher ein mit dem Abtastelement verbundenes Gleitstück längsverschieblich lagert, und eine Antriebsanordnung zur steuerbaren Verschieoung des Gleitstückes ausgebildet sind und daß ferner Nachführmittel zur Steuerung einer stetigen Anlage des Abtastelements auf der jeweils zu erfassenden Abtastlinie des gekrümmten Innenflächenabschnitts vorgesehen sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Abtastvorrichtung wird der sich um die Zentralachse des kreisrunden Rohres herumdrehende Trägerrahmen entsprechend der Formgebung des gekrümmten Innenflächenabschnittes, also entsprechend der Sattelform, verlagert und dabei stets in einem konstanten Abstand von dem gekrümmten Innenflächenabschnitt gehalten, wodurch der Innenflächenabschnitt über einen weiten Bereich hinweg unter gleichbleibenden Abtast- oder Meßbedingungen abtastbar ist.

In den Ansprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen an Hand tier Zeichnung näher er läutert. Es zeigt

F i g. 1 in einem aufgeschnittenen Kessel eine Seiten ansieht einer als Werkstoffprüfgerät ausgebildeten Ab tastvorrichtung,

F i g. 2A eine Draufsicht auf die Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 2B schematisch vereinfacht eine Stirnansich des kreisrunden Rohres, das in den Kessel mündet,

F i g. 3A eine graphische Darstellung der mit der Ab tastvorrichtung erzielbaren Abtastlinien,

F i g. 3B eine andere Ausbildung der Abtastlinien ii einer F i g. 3A entsprechenden Darstellung,

Fig.4 in vergrößerter Darstellung eine Draufsich auf die Abtastvorrichtung gemäß F i g. 1 und 2, F i g. 5 einen Schnitt gemäß Linie A-A' aus F i g. 4,

Fig.6 eine Seitenansicht der Abtastvorrichtung ge maß F ig. 4,

F i g. 7 eine abgewandelte Ausführungsform eine Abtastvorrichtung in einer F i g. 4 entsprechenden Dar stellung und

F i g. 8 schematisch vereinfacht die Nachführmittc der Abtastvorrichtung gemäß F i g. 7.

Bei den zeichnerisch dargestellten Ausführungsfor men ist die Abtastvorrichtung beispielhaft als Werk Stoffprüfgerät ausgebildet.

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In den Fig. 1 undI 2A ist das durch eine Abtastvorrichtung gebildete Werkstoffprüfgerät für gekrümmte Flächen im Betneb an der zu untersuchenden Stelle dargestellt an der ein kreisendes Rohr 2 in einen Trommelteil 1 eines zylindrischen Druckkessels ein mündet, wobei der gekrümmte Innenflächenabschnitt 3 an der Verschneidungsstelle abzutasten ist Die Abtastvorrichtung weist einen Trägerrahmen 9 und eine Führung· einrichtung 8 zur Halterung und Führung des Trägerrahmens 9 auf. An der Stirnseite des Trommel- .« teils 1 des Kessels ist eine Lagerplatte 4 für die Abtast- "" vorrichtung vorgesehen, die einen Sockel 5 zur Führung einer Zahnstange 7 besitzt. Die Zahnstange 7 trägt an ihrem unteren Ende die Führungseinrichtung 8 und kämmt mit einem ortsfest am Sockel 5 gelagerten ι« Antriebsritzel 6, so daß die Führungseinrichtung 8 durch Drehung des Antriebsritzel: 6 auf und ab verschoben werden kann. Der gekrümmte innenflächenabschnitt 3 weist an den Positionen entsprechend 0 und 180° gemäß Fig.2B den kleinsten Krümmungsradius auf, während er an den Positionen entsprechend 90 und 270° der Stirnansicht des Rohres 2 gemäß F i g. 2B eine geringere Krümmung aufweist.

An Hand der F i g. 4 und 6 ist der Aufbau der Abtastvorrichtung im einzelnen erläutert. Die Führungseinrichtung 8 weist zwei in Lagern 13 gehaltene Führungsstangen 12 und eine Stellspindel 11 auf, die von einem Motor 14 aus mittels eines Antriebsritzels 25 und einer außenverzahnten Spindelmutter 16 antreibbar ist. Eine Grundplatte 18 ist an Flanschen 20 und 17 der Stellspindel 11 bzw. der Führungsstangen 12 gehalten. An der Grundplatte 18 sind ein Motor 19, eine Schnecke 21, ein Lager 22 und ein nicht dargestelltes Schneckenrad sowie eine Welle 23 montiert, deren eines Ende an der benachbarten Rückseite des Trägerrahmens 9 befestigt ist. Der Trägerrahmen 9 trägt seinerseits einen Motor 25, Kegelräder 26 und 27, Riemenscheiben 28. 29,30 und 31 sowie einen über die Riemenscheiben verlaufenden Riemen 32. Der Trägerrahmen 9 ist mit einem als gekrümmtes Langloch ausgebildeten Führungsschlitz 9' versehen, dessen Krümmung gemäß F i g. 2A und 4 der Krümmung des zu untersuchenden Innenflächenabschnittes angenähert ist. Längs des Führungsschlitzes 9' ist eine große Anzahl von Rollen 33 vorgesehen, die eine Bogenführung für den Riemen 32 bilden. In den Führungsschlitz 9' ist ein durch den Riemen 32 antreibbares und längs des Führungsschlitzes 9' bewegbares Gleitstück 34 eingesetzt, an dem in der aus F i g. 4 und 5 ersichtlichen Weise ein Abtastelement befestigt ist. Der Trägerrahmen 9 besteht aus einer oberen und einer unteren Platte, die mit Hilfe von Schrauben miteinander verbunden sind. Wie aus den Fig.4 und 5 ersichtlich ist, ist das Gleitstück 34 zwischen die obere und die untere Platte des Trägerrahmens 9 eingesetzt und trägt an der Ober- und Unterseite des Trägerrahmens 9 je eine Führungshülse 36 für den Druckstößel 38 einer in der Führungshülse 36 angeordneten Feder 37. Die beiden äußeren Enden der Druckstößel 38, die aus den Führungshülsen 36 herausragen, sind mittels Muttern 58 an einem Tragarm 35 befestigt. In der Mitte des Tragarmes 35 befindet sich ein gabelförmiger Ansatz 35', an dem mittels eines Stiftes 39 ein Fühler 42 befestigt ist. Zu beiden Seiten des Fühlers 42 ist je ein Tastrad 40 montiert, wobei zwischen Schultern an beiden Seiten des Fühlers 42 und den betreffenden Seiten des Tragarmes 35 Federn 41 angeordnet sind. Der Meßkopf der als Werkstoffprüfgerät ausgebildeten Abtastvorrichtung ist an einem Teil des Füh-

lers 42 befestigt

Nachstehend ist die Arbeitsweise der erläuterten Abtastvorrichtung näher erläutert Gemäß den F i g. 1 und 2A wird das Antriebsritzel 6 an einem Teil des auf die Stirnfläche des Trommelteils 1 des Kessels aufgesetzten Tragdeckels 4 angebracht, worauf die Stellung der Führungseinrichtung 8 in der Vertikalen mittels der Zahnstange 7 so eingestellt wird, daß sich der Trägerrahmen 9 auf der Zentralachse des kreisrunden Rohres 2 befindet Dabei ist zu beachten, daß die Relativstellung des Trägerrahmens 8 gegenüber dem Rohr 2 in Umfangsrichtung des Trommelteils 1 des Kessels bereits vorher bei der Anbringung des Tragdeckels 4 am Trommelteil 1 eingestellt worden ist. Nach der Anbringung und Ausrichtung des Trägerrahmens 8 in der beschriebenen Weise wird sodann der Motor 14 eingeschaltet und die Spindelmutter 16 mittels des Antriebsritzels 15 gedreht, so daß sich die Stellspinde! 11 durch die beiden Führungsstangen 12 geführt verschiebt und dabei die Grundplatte 18 und den Trägerrahmen 9 bewegt. Diese Vorschubbewegung des Trägerrahmens 9 wird fortgesetzt, bis er eine voi gesehene Stellung relativ zu dem gekrümmten Innenflächenabschnitt 3 erreicht, worauf die Bewegung beendet und der Trägerrahmen 9 in dieser Stellung festgelegt wird, so daß er anschließend nicht mehr verrückbar ist. Der Innenflächenabschnitt 3 besitzt Sattelform mit dem größten konvexen Krümmungsgrad an den Winkelpositionen von 0 und 180° gemäß Fig. 2B, wobei diese Form in den Winkclpositionen von 90 und 270° mit dem Radius des Trommelteils 1 übereinstimmt. Wenn daher der Trägerrahmen 9 in der Darstellung gemäß F i g. 4 vorgeschoben wird, so entspricht der vorgesehenen Stellung relativ zur Untersuchungsfläche derjenige Vorschubweg des Trägerrahmens 9, bei dem die Feder 37 der Druckstößel 38 maximal zusammengedrückt ist.

Beim Lauf des auf der Grundplatte 18 vorgesehenen Motors 19 wird die Schnecke 21 in ihrem Lager 22 angetrieben und dreht die Welle 23. Infolgedessen werden die beiden Tasträder 40 in Drehung versetzt, während sie durch die Kraft der Feder 37 gegen die zu untersuchende Innenfläche angedrückt werden. Der Hub der Druckstößel 38 der Feder 37 entspricht der konvexen und konkaven Krümmung der Sandform wobei diese Hubbewegung bei Abtastung eines zunehmend größeren Radius des Mündungsbereichs des Rohres 2 größer wird und in der Stellung X gemäß F i g. 4 den größten Wert erreicht.

Wenn die Abtastlinie verschoben werden soll, se wird der Motor 25 am Trägerrahmen 9 in Betrieb gesetzt, so daß er die koaxial zum Kegelrad 27 angeschlossene Riemenscheibe 28 in Drehung versetzt, wo durch das Gleitstück 34 durch den um die Riemenschei ben 28, 29, 30 und 31 herumlaufenden Riemen 32 läng: des gekrümmten Führungsschlitzes 9' verschoben wird Dabei wird die Führungshülse 36 aus der Stellung X ir Richtung auf die Stellung Y verschoben, wobei das Ab tastelement gegenüber jeder beliebigen Abtastlinie praktisch in einem gleichen Abstand von der zu unter suchenden innenfläche ausgerichtet und im wesentli chen unter einem rechten Winkel zu ihr angeordnet ist Die Tasträder 40 des Abtastelements folgen somit de gekrümmten Innenfläche präzise, so daß eine einwand freie Abtastung über einen weiten Krümmungsflächen bereich hinweg durchgeführt werden kann.

Dabei werden im wesentlichen geradlinige Abtastli nien erzielt, die jeweils durch etwa gleich große Ab stände voneinander getrennt sind, sowie dies bei a bis 1

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in Fig.3A dargestellt ist; in dieser Darstellung ist die jeweilige Winkelposition an der Abszisse und die jeweilige Stellung auf der Länge des Mündungsbereiches des Rohres 2 auf der Ordinate aufgetragen. Dadurch wird ersichtlich, daß der Gesamtbereich der sattelförmigen Krümmungsfläche abgetastet werden kann.

Da bei der Abtastvorrichtung das Gleitstück 34 in der erläuterten Weise in dem im Trägerrahmen 9 vorgesehenen Führungsschlitz 9' verschiebbar ist, dessen Krümmung im wesentlichen derjenigen der abzutasten- ;o den Innenfläche entspricht, wird die Feder 41 des Abtastelements nicht belastet; ähnliches gilt auch für die Feder 37, die einen Hub entsprechend der Größe der konvexen und konkaven Krümmung der Sattelform durchführt, so daß die schwierige Abtastung einer sattelförmig gekrümmten Fläche durch eine vergleichsweise einfache Vorrichtung ermöglicht ist.

An Stelle einer Werkstoffprüfung kann mit einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung auch eine Oberflächengröße oder ein Volumen durch Abtastung der sattelförmig gekrümmten Fläche bestimmt werden oder können anstatt des Werkstoffprüfgerätes eine Schweißvorrichtung oder eine Reinigungsvorrichtung für die sattelförmige Fläche geführt werden.

Nachfolgend wird die in den F i g. 7 und 8 dargesteilte Ausführungsform näher erläutert.

In F i g. 7 sind der Ausführungsform gemäß Fig. 4 entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß sich insoweit eine erneute Beschreibung erübrigt.

Während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 die axiale Verschiebung der Grundplatte 18 und somit auch des Trägerrahmens 9 durch die Getriebeverbindung zwischen der Stellspindel 11 und der Spindelmutter 16 erfolgt, die ihrerseits durch den Motor 14 in Drehung versetzt wird, weist die abgewandelte Ausführungsform gemäß F i g. 7 einen Zylinder 11', einen Kolben 14', eine Kolbenstange 15' und eine Mutter 16' auf. Die Grundplatte 18 wird dabei von den Flanschen 20 und 17 der Kolbenstange 15' bzw. der Führungsstangen 12 getragen. Darüber hinaus ist die Abtastvorrichtung gemäß F i g. 7 an dem in der Zeichnung rechten Ende mit einem Nachführsteuersignalgeber mit einem Steuergehäuse 45, einem Steuerschieber 44. einem Gabelstück 43 und einem Tastrad 42 versehen. Der Nachführsteuersignalgeber aus den Teilen 42 bis 45 ist hydraulisch oder pneumatisch an den Zylinder 11' angeschlossen. Im Beispielsfalle ist gemäß Fig.8 eine Druckluftleitung 51 von einem Druckluftspeicher 56 über ein Druckminderventil 57 an einen Einlaß 46 des Steuerge- so häuses 45 angeschlossen, während Steueröffnungen 47 und 48 über Leitungen 52 bzw. 53 mit Anschlüssen 47' bzw. 48' an den Enden des Zylinders 11' verbunden sind. Das Tastrad 42 wird durch eine Feder 55 über das Gabelstück 43 nach außen gedruckt und ist somit mit dem Steuerschieber 44 bewegungsverbunden. Bezüglich der weiteren Ausbildung entspricht diese Ausführungsform derjenigen gemäß F i g. 4.

Die in den F i g. 7 und 8 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Nachdem die Führungseinrichtung 8 in der im Zusammenhang mit F i g. 4 oben erläuterten Weise in einer gewünschten Lage gegenüber dem kreisrunden Rohr 2 ausgerichtet ist, wird der Kolben 14' gemäß F i g. 7 durch den pneumatischen oder auch hydraulischen Druck betätigt, so daß die Grundplatte 18 durch die beiden Führungsstangen 12 geführt mil der Kolbenstange 15' vorgeschoben wird. Diese Bewegung dauert so lange, bis das Tastrad 42 des Abtastelements eine Stellung einnimmt, in der es auf die zu untersuchende Innenfläche 3 auftrifft und die Vorschubbewegung beendet wird, wonach die nachstehend erläuterte Nachführsteuerung erfolgt. Wenn das Tastrad 42 gemäß Fig.8 auf keinen Widerstand trifft, so wird der Steuerschieber 44 unter der Wirkung der Feder 55 in der Zeichnung nach rechts verschoben. Sodann wird der über das Druckminderventil 57 zugeführte Druck, z. B. Luftdruck, der über die Druckluftleitung 51 am Einlaß 46 liegt, durch die Axialbewegung des Steuerschiebers 44 im Steuergehäuse 45 auf die Steueröffnung 47 aufgegeben, so daß das in der Zeichnung linke, hintere Ende des Zylinders 11' über den Anschluß 47' und die Leitung 53 druckbeaufschlagt wird, so daß der Kolben 14' und die Kolbenstange 15' in der Zeichnung nach rechts verschoben werden. Andererseits wird die Luft aus der gegenüberliegenden Seite des Zylinders W verdrängt und entweicht über den Anschluß 48', die Leitung 52, die Steueröffnung 48 und den Auslaß 49 in eine Entlüftungsleitung 54. Dabei dauert die Vorschubbewegung der Grundplatte 18 des Trägerrahmens 9 an, bis das Tastrad 42 die gekrümmte Innenfläche 3 erreicht, worauf das Tastrad 42 eingeschoben und dabei der Steuerschieber 44 gegenüber dem Steuergehäuse

45 nach links bewegt wird, so daß er sowohl den Einlaß

46 als auch die Auslässe 49 und 50 des Ventilgehäuses 45 verschließt und der Trägerrahmen 9 zur Ruhe kommt Wenn der Trägerrahmen 9 gedreht wird, so bewegt sich das Tastrad 42 über einen der Größe der konvexen und konkaven Krümmung der Sattelform der Innenfläche 3 entsprechenden Hub hin und her, so daß die Nachführsteuerung immer wieder in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgt, um den sich drehenden Trägerrahmen 9 stets in einem konstanten Abstand von dem zu untersuchenden Innenflächenabschnitt 3 zu halten. Somit können also mittels der erläuterten selbsttätigen Nachführsteuerung die beiden Tasträder 40 des Abtastelements der gekrümmten Fläche folgen und diese abtasten, während sie durch die Feder 37 mit einer konstanten Federkraft angedrückt werden. Wenn das Gleitstück 34 durch Betätigung des Motors 25 schrittweise aus der Stellung X in die Stellung Y verlagert wird und sich der Trägerrahmen 9 unter dem Einfluß der Nachführsteuerung entsprechend der Formung der gekrümmten Sattelfläche bewegt, erhalten die resultierenden Abtastlinien 10 die bei a bis e in F i g. 3B dargestellte Form, wobei sich ebenfalls zeigt, daß der Gesamtbereich des sattelförmigen Innenflächenabschnittes 3 abgetastet werden kann.

Somit kann in der erläuterten Weise durch Verwendung der Nachführsteuerung der Trägerrahmer» der Abtastvorrichtung ständig in einem im wesentlichen konstanten Abschnitt zu der zu untersuchenden Krümmungsfläche gehalten werden, wodurch die Abtastung exakte Werte liefert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 23

1. Abtastvorrichtung zur Abtastung des gekrümmten Innenflächenabschnitts eines durch eine Anbringung eines kreisrunden Rohres an einem Trommelteil eines zylindrischen Kessels ausgebildeten sattelförmigen Verbindungsabschnitts mit einem Abtastelement, welches über Führungseinrichtungen in vertikaler und horizontaler Richtung in bezug auf den abzutastenden Flächenabschnitt einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daS das Abtastelement (36 bis 40) an einem an der lu dessen Einstellung in horizontaler Richtung dienenden Führungseinrichtung (8) um die Zentralachse des kreisrunden Rohres (2) drehbar gelagerlen Trägerrahmen (9) vorgesehen ist, daß an diesen Trägerrahmen (9) ein auf den Verlauf des gekrümmten Innenflächenabschnitts (3) abgestimmter Führungsschlitz (9'), welcher ein mit dem Abtastelement (36 bis 40) verbundenes Gleitstück (34) längsverschieblich lagert, und eine Antriebsanordnung (25 bis 34) zur steuerbaren Verschiebung des Gleitstücks (34) ausgebildet sind und daß ferner Nachführmittel (37,38 bzw. II', 14'. 15', 44, 45) zur Steuerung einer stetigen Anlage des Abtastelements auf der jeweils zu erfassenden Abtastlinie des gekrümmten Innenflächenabschnitts (3) vorgesehen sind.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachführmittel aus mindestens einer mit dem Gleitstück (34) verbundenen Führungshülse (36) und einem in der Führungshülse teleskopartig gegen die Vorbelastungskraft einer Feder (37) verschiebbaren Tragarm (35) gebildet ist und daß der Taster des Abtastelements mit dem Tragarm (35) verbunden ist.

3. Abtastvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachführmittel ferner aus einem über eine Druckmitteleinrichtung (52, 53) mit der Führungseinrichtung (8) betrieblich verbundenen, am Trägerrahmen (9) angebrachten Nachführsteuersignalgeber (42 bis 45) besteht, dessen Fühler (42) im Bereich des gekrümmten Innenflächenabschnitts (3) des Trommelteils (1) angreift.