DE29813541U1 - Measuring device, in particular for determining characteristic values relating to the surface quality of hollow cylinders - Google Patents

Measuring device, in particular for determining characteristic values relating to the surface quality of hollow cylinders

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Description

Gebrauchsmuster- AnmeldungUtility model registration

Messvorrichtung, insbesondere zur Ermittlung von Kennwerten betreffend die Oberflächengüte von HohlzylindernMeasuring device, in particular for determining characteristic values relating to the surface quality of hollow cylinders

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[Beschreibung][Description]

[Stand der Technik][State of the art]

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, welche insbesondere geeignet ist, spezielle Kennwerte zu ermitteln, mit denen die Oberflächengüte von Hohlzylindern angegeben werden kann. Insbesondere ist die Messvorrichtung geeignet, Lagerungen für liegend angeordneten Turbinenläufer oder dgl. zu vermessen und, falls Überschreitungen zu vorgegebenen ToIeranzfeldern für solche Lagerungen ermittelt werden, korrektive Werte zu errechnen. Mit solchen Werten kann dann eine optimierte Nachbearbeitung vorhandenen Materials durchgeführt werden. Alternativ dazu kann anhand solcher Werte auch ein oder mehrere Adapterstücke hergestellt werden, so dass letztendlich eine wesentlich verbesserte Lagergeometrie für solche rotierenden Körper bereitgestellt werden kann. Die Erfindung kann zur Vermessung anderer hohlzylindrischer, horizontal orientierter Oberflächen dienen.
Eine Vorrichtung der gattungsgemässen Art ist bekannt aus der EP 0 543 971.The invention relates to a measuring device which is particularly suitable for determining special characteristic values with which the surface quality of hollow cylinders can be specified. In particular, the measuring device is suitable for measuring bearings for horizontally arranged turbine rotors or the like and, if excesses to specified tolerance fields for such bearings are determined, for calculating corrective values. Such values can then be used to carry out optimized post-processing of existing material. Alternatively, one or more adapter pieces can also be manufactured using such values, so that ultimately a significantly improved bearing geometry can be provided for such rotating bodies. The invention can be used to measure other hollow cylindrical, horizontally oriented surfaces.
A device of the generic type is known from EP 0 543 971.

[Aufgabe der Erfindung][Task of the invention]

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messeinrichtung bereitzustellen, mit der wesentlich genauer, als dies vorher möglich war, Kennwerte ermittelt werden können, anhand derer die Qualität einer hohlzylindrischen, vertikal orientierten Oberfläche beurteilt werden kann.The object of the invention is to provide a measuring device with which characteristic values can be determined much more accurately than was previously possible, by means of which the quality of a hollow cylindrical, vertically oriented surface can be assessed.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Kombination vorgeschlagen wird, welche zum einen einen elektronisch wirkenden Inclinometer aufweist und zum anderen ein Messeinrichtung vorsieht, mit welcher eine Distanzmessung zwischen einer Messachse, welche nahe einer als Symmetrieachse eines zu vermessenden Hohlzylinders liegt oder gelegt wird, und Punkten auf einer zu vermessenden Oberfläche möglich ist.This object is achieved by proposing a combination which, on the one hand, has an electronically acting inclinometer and, on the other hand, provides a measuring device with which a distance measurement between a measuring axis, which lies or is placed close to an axis of symmetry of a hollow cylinder to be measured, and points on a surface to be measured is possible.

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Die genannte Kombination wird mit Vorteil so ausgeführt, dass die Distanzmessung mit einem elektronischen Messtaster ausgeführt wird, und das Inclinometer auf Basis eines oder mehrerer mechanischer Oszillatoren arbeitet, ferner eine Halterung vorgesehen ist, welche an oder in einem hohlzylindrischen Volumen angebracht ist, so dass eine Nabe oder Achse gehaltert werden kann, so dass um eine solche Nabe oder Achse eine bevorzugt gekapselte Elektronik rotiert werden kann, welche das vorgesehene Inclinometer umschliesst. Das Zentrum der Nabe oder Achse definiert dabei einen Durchstossungspunkt einer Messachse. Die Kapsel oder ein entsprechendes Gehäusefür die Elektronik bildet bevorzugt gleichzeitig eine mechanische Basis für die Messeinrichtung für die Distanzmessung. Die Elektronik erfasst und verarbeitet die ermittelten Messwerte, also Inclinometer- und Distanz-Daten, und kann solche Mess-Daten an einen übergeordneten Rechner senden oder von diesem Steuerdaten empfangen. Solche Steuerdaten können beispielweise solche sein, mit denen die Messeinrichtung in einen Stand-By-Modus geschaltet werden kann, oder aus diesem heraus aktiviert werden kann. Die Steuerdaten können aber auch solche sein, mit denen eine motorisch betriebene Rotation der Messeinrichtung um die genannte Achse oder Nabe initiiert oder durchgeführt wird.
Der genannte übergeordnete Rechner, welcher unter anderem eine elektronische Steuer-, Rechen- und Kontrolleinheit darstellt, ist mit Vorteil mit einer optoelektronischen Daten-Empfangs- und Sendestation ausgestattet. Darüberhinaus weist er, in an sich bekannter Weise, mindestens ein Display (Sichtschirm) und einen oder mehrere Schalter oder Tasten auf, so dass nach Massgabe eines intern residierenden Programms eine Mehrzahl unterschiedlicher Problemstellungen bearbeitet und gelöst werden kann. Insbesondere ist der übergeordnete Rechner in der Lage, interessierende numerische Werte zu berechnen, welche eine optimale Lösung hinsichtlich einer durchzuführenden Korrekturmassnahme ausweisen. Eine solche Korrekturmassnahme ist es insbesondere, Oberflächende-The combination mentioned is advantageously designed in such a way that the distance measurement is carried out with an electronic measuring probe and the inclinometer works on the basis of one or more mechanical oscillators, and a holder is provided which is attached to or in a hollow cylindrical volume so that a hub or axle can be held so that a preferably encapsulated electronics can be rotated around such a hub or axle, which encloses the intended inclinometer. The center of the hub or axle defines a penetration point of a measuring axis. The capsule or a corresponding housing for the electronics preferably simultaneously forms a mechanical base for the measuring device for the distance measurement. The electronics records and processes the measured values determined, i.e. inclinometer and distance data, and can send such measurement data to a higher-level computer or receive control data from it. Such control data can, for example, be data with which the measuring device can be switched to standby mode or activated from this. However, the control data can also be data with which a motor-driven rotation of the measuring device about the said axis or hub is initiated or carried out.
The said higher-level computer, which represents, among other things, an electronic control, computing and monitoring unit, is advantageously equipped with an optoelectronic data receiving and transmitting station. In addition, it has, in a manner known per se, at least one display (screen) and one or more switches or buttons, so that a number of different problems can be processed and solved according to an internally resident program. In particular, the higher-level computer is able to calculate numerical values of interest which indicate an optimal solution with regard to a corrective measure to be carried out. One such corrective measure is, in particular, surface de-

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fekte an der hohlzylindrischen Oberfläche durch ein komplettes Aufbohren/Honen zu eliminieren. Um diesen Vorgang möglichst effizient durchzuführen, errechnet der übergeordnete Rechner eine Optimal-Achse, bezüglich derer ein minimaler Materialabtrag an der Oberfläche vorgenommen werden kann. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, einen Messtaster drehend um eine feststehende, mechanisch definierte Messachse umlaufen zu lassen. In einer Abwandlung der Erfindung wird die Messachse durch einen ortsfesten Lichtstrahl definiert, welcher etwa in Nähe einer idealisierenden zentralen Achse eines Hohlzylinders verläuft. Das Inclinometer und die zugehörige Elektronik wird dann in tangentialer Richtung über die innere Peripherie des zu vermessenden Hohlzylinders verfahren oder bewegt. Eine an ein entsprechendes Sondengehäuse befestigte Distanzmesseinrichtung weist dabei senkrecht zur tangentialen Verfahrrichtung. An ihrem distalen Ende befindet sich ein flächiger optoelektronischer Sensor. Mit diesem werden die Koordinaten eines Lichtfleckes erfasst, der durch den Lichtstrahl auf der Empfangsfläche des optoelektronischen Sensors erzeugt wird. Miteis dieser Messung kann ebenfalls eine Distanzmessung zwischen einer Messachse (hier: Lichtstrahl) und der inneren Peripherie eines Hohlzylinders durchgeführt werden. Konstruktionsbedingt sind mit diesem zuletzt genannten Verfahren jedoch nur lokal gemittelte Distanzen bestimmbar.effects on the hollow cylindrical surface by completely drilling/honing. In order to carry out this process as efficiently as possible, the higher-level computer calculates an optimal axis with respect to which a minimum amount of material can be removed from the surface. The invention is not limited to rotating a measuring probe around a fixed, mechanically defined measuring axis. In a modification of the invention, the measuring axis is defined by a stationary light beam which runs approximately near an idealized central axis of a hollow cylinder. The inclinometer and the associated electronics are then moved or moved in a tangential direction over the inner periphery of the hollow cylinder to be measured. A distance measuring device attached to a corresponding probe housing points perpendicular to the tangential direction of travel. At its distal end there is a flat optoelectronic sensor. This is used to record the coordinates of a light spot that is generated by the light beam on the receiving surface of the optoelectronic sensor. This measurement can also be used to measure the distance between a measuring axis (here: light beam) and the inner periphery of a hollow cylinder. Due to its design, however, only locally averaged distances can be determined with this latter method.

[Beispiele][Examples]

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Diese zeigt, in stark überhöhter Darstellung, wie ein verformtes oder Defekte aufweisendes Rohr, Hohlzylinder oder Tubus 1 mit einer Haltevorrichtung versehen ist. Diese weist beispielsweise Anlegestücke 2,3,4 auf, welche über Arme 5,6,7 der Halterung mit einer Achse oder Nabe 8 verbunden sind. Um das Zentrum einer solchen Nabe kann ein Sondengehäuse 9 rotiert werden, entweder manuell, oder mittels eines MotorsThe invention is explained below with reference to the drawing.
This shows, in a greatly exaggerated representation, how a deformed or defective pipe, hollow cylinder or tube 1 is provided with a holding device. This has, for example, attachment pieces 2, 3, 4, which are connected to an axle or hub 8 via arms 5, 6, 7 of the holder. A probe housing 9 can be rotated around the center of such a hub, either manually or by means of a motor.

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(nicht gezeigt). Bezugszeichen 12 verweist auf ein symbolisch dargestelltes, elektronisch wirkendes Inclinometer, welches eine Auflösung und Wiederholgenauigkeit im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 Winkelgrad aufweist. Mit dem Inclinometer können fortlaufend entsprechende Winkelmessungen durchgeführt werden, so dass die Lage des Sondengehäuses relativ zur Vertikalen sehr genau bestimmbar ist. - An dem Sondengehäuse 9 ist ein Messtaster angebracht, so dass mittels diesem die Entfernung eines zu vermessenden Punktes auf der nach innen weisenden Oberfläche des Hohlzylinders relativ zur durch Nabe 8 definierten Messachse auf elektronischem Wege und mit hoher Auflösung ermittelt werden kann. Dies kann praktisch gleichzeitig mit einer der obig beschriebenen Inklinations-Messungen durchgeführt werden. Innerhalb des Sondengehäuses ist eine Elektronik vorhanden, welche sowohl die erfassten Messdaten bearbeiten, insbesondere auch speichern kann. Die Elektronik kann darüberhinaus solcherart bearbeitete Messdaten (Radius- und Winkeldaten) über eine optoelektronischen Schnittstelle an eine externe Auswerte-Elektronik 30 senden.(not shown). Reference number 12 refers to a symbolically represented, electronically operating inclinometer, which has a resolution and repeatability in the range of approximately 0.1 to 0.5 degrees of angle. The inclinometer can be used to continuously carry out corresponding angle measurements, so that the position of the probe housing relative to the vertical can be determined very precisely. - A measuring probe is attached to the probe housing 9, so that the distance of a point to be measured on the inward-facing surface of the hollow cylinder relative to the measuring axis defined by the hub 8 can be determined electronically and with high resolution. This can be carried out practically simultaneously with one of the inclination measurements described above. There is an electronics unit inside the probe housing, which can both process the recorded measurement data and in particular also store it. The electronics unit can also send measurement data processed in this way (radius and angle data) to an external evaluation electronics unit 30 via an optoelectronic interface.

In umgekehrter Richtung kann diese Steuer-Daten an die Messsonde 9 schicken. Zu diesem Zweck kann diese wie auch die Auswerte-Elektronik mit einer standardisierten IRDA-Schnittstelle versehen sein. Eine solche besitzt Sender 13 bzw. 23 und Empfänger 14 bzw. 24. Zur Anzeige aktueller Daten, zur Funktionsauswahl, und zur Anzeige von optimierenden Massnahmen ist die Auswerte-Elektronik 30 mit einem oder mehreren Anzeigevorrichtungen, Sichtschirmen oder Displays 31, 32 versehen. Die Eingabe von Daten oder Befehlen erfolgt mittels einer Tastatur 33. Die Auswerte-Elektronik kann mit einem Schalter 34 ein- bzw. ausgeschaltet werden und ist typischerweise an eine Versorgungsspannung angeschlossen. Hingegen wird die Elektronik der Sonde 9 mit Vorteil von einer Batterie gespeist, sofern nicht ein direkter Anschluss an die Auswerte-Elektronik 30 vorgesehen ist. Anstelle einer spezifisch konstruierten elektronischen Auswerte-Elektronik 30 kann auch eine handelsübliche Computer-Hardware mit IRDA-In the opposite direction, this can send control data to the measuring probe 9. For this purpose, this, as well as the evaluation electronics, can be provided with a standardized IRDA interface. Such an interface has transmitter 13 or 23 and receiver 14 or 24. To display current data, to select functions, and to display optimization measures, the evaluation electronics 30 is provided with one or more display devices, screens or displays 31, 32. Data or commands are entered using a keyboard 33. The evaluation electronics can be switched on or off using a switch 34 and are typically connected to a supply voltage. On the other hand, the electronics of the probe 9 are advantageously powered by a battery, unless a direct connection to the evaluation electronics 30 is provided. Instead of a specifically designed electronic evaluation electronics 30, a commercially available computer hardware with IRDA

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Schnittstelle vorgesehen sein. Mittels einer geeigneten Software können die aufgabengemässen Funktionen durch den Computer ausgeführt werden. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang der Einsatz handelsüblicher tragbarer, netzunabhängiger Rechner.Interface should be provided. Using suitable software, the computer can carry out the required functions. Of particular importance in this context is the use of commercially available portable, network-independent computers.

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[Bezugszeichenliste][List of reference symbols]

1 Tubus1 tube

2, 3, 4 Anlegestücke für eine Halterung 5, 6, 7 Arme einer Halterung2, 3, 4 attachment pieces for a bracket 5, 6, 7 arms of a bracket

8 Nabe8 Hub

9 Sondengehäuse9 Probe housing

10 Messtaster für Radius-Bestimmung10 measuring probes for radius determination

11 Tasterspitze11 Probe tip

12 Inclinometer, elektronisch12 Inclinometers, electronic

13 Sender, optoelektronisch13 transmitters, optoelectronic

14 Empfänger, optoelektronisch14 receivers, optoelectronic

19 Aussparung19 Recess

20 Sende/Empfangsschnittstelle 23 Sender20 Transmit/Receive interface 23 Transmitter

2 4 Empfänger2 4 Recipients

30 Auswerte-Elektronik30 Evaluation electronics

31 Display 131 Displays 1

32 Display 2 33 Tastatur 34 Schalter32 Display 2 33 Keyboard 34 Switch

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Claims (6)

1. Messvorrichtung, insbesondere zur Ermittlung von Kennwerten betreffend die Oberflächengüte von Hohlzylindern, gekennzeichnet durch die Kombination eines elektronischen Inklinometers und einer Messeinrichtung zur Distanzmessung zwischen einer Messachse und Punkten auf einer zu vermessenden Oberfläche. 1. Measuring device, in particular for determining characteristic values relating to the surface quality of hollow cylinders, characterized by the combination of an electronic inclinometer and a measuring device for measuring the distance between a measuring axis and points on a surface to be measured. 2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem elektronisch wirkenden Messtaster, einem elektronischen Inclinometer (12)auf Basis eines oder mehrerer mechanischer Oszillatoren, einer an einer Halterung (2, 3, 4; 5, 6, 7) befestigten Nabe (8) oder Achse, einer in einem Sondengehäuse (9) befindlichen rotierbaren Elektronik zum Erfassen und Verarbeiten von Messwerten und zum Senden und Empfang von Mess- und Steuerdaten. 2. Measuring device according to claim 1, with an electronically acting measuring probe, an electronic inclinometer ( 12 ) based on one or more mechanical oscillators, a hub ( 8 ) or axle attached to a holder ( 2 , 3 , 4 ; 5 , 6 , 7 ), a rotatable electronics located in a probe housing ( 9 ) for recording and processing measured values and for sending and receiving measurement and control data. 3. Kombination einer Messvorrichtung nach Anspruch 2 mit einer externen, von der Messvorrichtung beabstandet angebrachten elektronischen Steuer, Rechen- und Kontrolleinheit (30), welche mit 1. einer optoelektronischen Daten-Empfangs- und Sendestation (20), 2. mindestens einem Sichtschirm (Display) (31, 32), 3. mit einem Schalter (34) oder einer Tastatur (33) versehen ist, und mit welcher aktuelle zylindrizitätsmessungen nach Massgabe empfangener Messdaten errechnet werden können und mit welcher numerische Werte errechnet werden können, mit denen eine optimierte Nachbearbeitung der vermessenen hohlzylindrischen Oberfläche bezüglich einer errechneten, bestgeeigneten, relativ zur Messachse definiert angeordneten Referenzachse ermöglicht wird. 3. Combination of a measuring device according to claim 2 with an external electronic control, computing and monitoring unit ( 30 ) mounted at a distance from the measuring device, which 1. an optoelectronic data receiving and transmitting station ( 20 ), 2. at least one display screen ( 31 , 32 ), 3. is provided with a switch ( 34 ) or a keyboard ( 33 ), and with which current cylindricity measurements can be calculated according to received measurement data and with which numerical values can be calculated that enable optimized post-processing of the measured hollow cylindrical surface with respect to a calculated, most suitable reference axis that is defined relative to the measuring axis. 4. Messvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen motorischen Drehantrieb zur Ausführung einer Drehbewegung eines Sondengehäuses (9) und eines an diesem befestigten Messtasters (10, 11), bezüglich einer ortsfesten Drehachse. 4. Measuring device according to claim 2, characterized by a motorized rotary drive for carrying out a rotary movement of a probe housing ( 9 ) and a measuring probe ( 10 , 11 ) attached to the latter, with respect to a fixed axis of rotation. 5. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inklinometer im Inneren und im wesentlichen in der Nähe der inneren Oberfläche eines Tubus 1 angeordnet ist, und die Messeinrichtung zur Distanzmessung aus einem flächigen, mit dem Inklinometer in fester Verbindung stehenden optoelektronischen Sensor besteht, mit welchem ein entlang einer Messachse im inneren des Tubus verlaufender Lichtstrahl detektierbar ist, so dass eine Distanzbestimmung zwischen Auftreffpunkt eines solchen Lichtstrahls auf den optoelektronischen Sensor und einem Bezugspunkt auf der inneren Oberfläche des Tubus 1 durchführbar ist. 5. Measuring device according to claim 1, characterized in that the inclinometer is arranged inside and substantially near the inner surface of a tube 1 , and the measuring device for distance measurement consists of a flat optoelectronic sensor which is firmly connected to the inclinometer and with which a light beam running along a measuring axis inside the tube can be detected, so that a distance determination can be carried out between the point of impact of such a light beam on the optoelectronic sensor and a reference point on the inner surface of the tube 1 . 6. Messvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine motorische betriebene Antriebsvorrichtung, mittels der ein Sondengehäuse, und eine an diesem befestigte Meseinrichtung zur Distanzmessung in radialer Richtung, bezüglich einer nach innen weisenden Oberfläche eines Holhlzylinders in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. 6. Measuring device according to claim 5, characterized by a motor-operated drive device, by means of which a probe housing and a measuring device attached to it for measuring distance in the radial direction can be set in circular motion with respect to an inwardly facing surface of a hollow cylinder.
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