DE69107615T2 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von rollen und gleichartigen werkstücken. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten von Rollen und gleichartigen Werkstücken, insbesondere zum Schleifen der Rollenfläche zu einer gewünschten Form und Radius.
• Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches bzw. eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5 ist bekannt, z.B. durch EP-A-0 154 683.
• Es ist vorbekannt, daß bei einem Verfahren zum Maschinenbearbeiten, z.B. zum Schleifen von Rollen, bei welchen niedrige Maßtoleranzen erforderlich sind, z.B. Rollen, die in der Papier-, Kunststoff- und Metallindustrie verwendet werden, Temperaturvariationen in den Rollen das Schleifen und die Meßergebnisse beeinflussen, und man hat versucht, die Temperatur der Rolle beim Schleifen der Rolle zu berücksichtigen. Solche vorbekannten Versuche haben aber Nachteile gehabt, z.B. deshalb, weil Temperaturvariationen, die während des Bearbeitens auftreten, nicht berücksichtigt worden sind.
• Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, beim Bearbeiten, z.B. beim Drehen und insbesondere beim Schleifen von Rollen und gleichartigen Werkstücken durch kontinuierliches (einschließlich mit kurzen Zeitabständen intermittierendes) Messen der aktuellen Größe des Werkstücks nahe oder vorzugsweise am Teil der Oberfläche des Werkstücks, wo das Werkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe, in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks steht, im Fall eines rotierenden Werkstücks insbesondere an einem Gebiet in der gleichen Radialebene oder in einem kurzen axialen Abstand von dieser Ebene, z.B. höchstens 100 mm oder höchstens 10 mm davon, und auch durch Messen der Temperatur des Werkstücks, insbesondere nahe dem Ort der Bearbeitung und/oder Messung der Größe oder des Abstandes, bei einem rotierenden Werkstück vorzugsweise an einem Gebiet in der gleichen Radialebene oder in einem kurzen axialen Abstand davon, z.B. höchstens 100 mm oder höchstens 10 mm, die Genauigkeit wesentlich zu verbessern und die Bearbeitungszeit wesentlich zu verkürzen. Von den verwendeten Abstand- bzw. Temperaturmeßeinrichtungen werden Signale, die den gemessenen Werten entsprechen, an eine Recheneinheit übermittelt. Diese Recheneinheit ist geeignet zum Berechnen und vorzugsweise zum Anzeigen, basierend auf diesen gemessenen Werten und anderen relevanten Informationen, z.B. dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, Wärmeleitungsvermögen, Wärmekapazität, u.s.w. des Werkstücks, welche vom Material, insbesondere vom Rollenmaterial abhängig sind, von mindestens einem gemessenen Wert, so daß es möglich wird, den gewünschten Größenwert an dem bearbeiteten Ort mit dem wirklichen Größenwert davon, unter Berücksichtigung der wirklichen Temperatur beim Bearbeiten und der Abstandmessung, zu vergleichen. Diese gewünschten und wirklichen Werte sind vorzugsweise zu einer gemeinsamen Temperatur, insbesondere zu der gemessenen Temperatur, oder als eine Alternative zu einer anderen geeigneten Temperatur, z.B. zu der Temperatur, bei welcher die Rolle verwendet werden soll, umgerechnet. Dies mag z.B. die Temperatur (die Temperaturzone) in einem Teil einer Papiermaschine, in welcher eine Rolle, die bearbeitet wird, verwendet werden soll, z.B. die Temperatur, bei welcher eine Siebpartierolle verwendet wird, sein. Es mag ferner allgemein geeignet oder notwendig sein, zu beachten, ob verschiedene Teile des Werkstücks, z.B. einer Rolle, bei der Verwendung unterschiedliche Temperaturen zeigen, in welchem Fall die gewünschten Größenwerte, wenn das Werkstück eine andere Temperaturverteilung als die bei der Verwendung vorliegende zeigt, mit Korrekturen für diese Temperaturunterschiede berechnet werden sollen.
• Es ist z.B. möglich, mindestens einen, vorzugsweise zwei und insbesondere alle drei der folgenden Werte zu berechnen und vorzugsweise darzustellen: den gewünschten Größenwert des Werkstücks korrigiert zu der aktuellen Temperatur, d.h. die beabsichtigte Form des Werkstücks korrigiert für die aktuelle (tatsächliche) Temperatur, den aktuellen (eventuell temperaturkorrigierten) Größenwert des Werkstücks und die Bearbeitungstiefe, die auf dem gewünschten Größenwert verbleibt.
• Vorzugsweise werden zwei oder alle drei von diesen Werten dargestellt, z.B. auf einem Anzeigegerät als Kurven in einem Koordinatensystem, wobei vorzugsweise auch die aktuelle Position des Werkzeugs in axialer Richtung mit einer Markierung auf dem Anzeigegerät gezeigt wird. Die Darstellung wird vorzugsweise mit einem geeigneten Maßstabsverhältnis in der Radial-Axial-Richtung durchgeführt, z.B. einem Verhältnis von mindestens 500:1, selbstverständlich beruhend auf der Größe des Unterschieds zwischen den gewünschten und den tatsächlichen Größenwerten.
• Wenn die Entfernungsmessungen durchgeführt werden, sollten auch eventuelle Deformationen des Werkstücks und die Einwirkung der Schwerkraft, die von erheblicher Größe, z.B. bei einem erheblichen Abstand zwischen den Auflagestellen für ein langes Werkstück, z.B. eine Rolle, sein kann. Solche Deformationen sind gewöhnlicherweise reversibel, d.h. sie verschwinden sobald die Belastung aufhört.
• Beliebige geeignete Geräte und Verfahren können für die Messung von Entfernung und Temperatur verwendet werden. Die Entfernungsmessungen können z.B. die Entfernung von oder zu einer Bezugslinie, z.B. die Rotationsachse eines Werkstücks oder die gerade Vorschubachse eines Meßgerätes, das auf einem Längsvorschubwagen einer Bearbeitungsmaschine, z.B. einer Schleifmaschine angeordnet ist oder sich parallel damit bewegt, oder einem Strahl, z.B. einem Laserstrahl, oder einer flachen oder gewölbten Bezugsebene. Geeignet sind z.B. Meßgeräte, die sich parallel zu einem Wagen, der das Bearbeitungswerkzeug, z.B. eine Schleifscheibe, trägt, bewegen oder auf einem solchen Wagen angeordnet sind. Die Messung kann z.B. mit oder ohne Berührung von (Kontakt mit) dem Werkstück und mechanisch, elektrisch (induktiv und/oder kapazitiv) oder durch Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung, z.B. Laser, insbesondere durch Reflexion gegen die bearbeitete Oberfläche, durchgeführt werden. Die Temperatur kann auch mit oder ohne Berührung, z.B. mit einem Infrarotstrahlen messenden Gerät oder mit einem berührenden Gerät, z.B. einer berührenden rgtierenden Rolle, gemessen werden.
• Die Messungen der Temperatur und/oder Entfernung werden vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Der Ausdruck kontinuierlich umfaßt vorzugsweise auch Messungen mit einem kürzeren Zeitintervall während einer kontinuierlichen Bearbeitung. Die Größe der Zeitintervalle kann abhängig von den Bedingungen variieren, z.B. bis höchstens 1 Minute oder höchstens 10 Sekunden, ist aber oft kürzer. Die Zeitintervalle entsprechen oft der Zeit, die für die Bearbeitung des betreffenden gemessenen Wertes in der Recheneinheit und/oder für die Darstellung davon erforderlich ist.
• Gleichzeitig mit der Darstellung oder stattdessen können die Meßwerte auch für eine automatische Bearbeitung, entweder für die ganze Bearbeitung oder für eine Grobbearbeitung und/oder für eine abschließende Feinbearbeitung, verwendet werden.
• In den beigefügten Zeichnungen zeigt Figur 1 schematisch eine Anordnung für das Schleifen der Oberfläche einer Rolle in der Seitenansicht, und Figur 2 zeigt dieselbe Anordnung in der axialen Richtung der Rolle und der Schleifscheibe. Figuren 3 und 4 zeigen graphische Darstellungen der beim Schleifen einer Rolle gemessenen Werte.
• Die Figuren zeigen schematisch eine Rolle 1 und eine Schleifscheibe 2, die auf einem nicht gezeigten Wagen zum Zuführen in der radialen und axialen Richtung der Rolle angeordnet ist. Diese Figur zeigt auch ein Temperaturmeßgerät 3, das für die Messung der Temperatur der Rollenoberfläche, und ein Entfernungsmeßgerät, das für die Messung der Entfernung zwischen einem Schleifscheibenwagen und der Oberfläche der Rolle und dadurch Veränderungen des Radius (des Oberflächenprofils) dieser Rolle, angeordnet sind. Wie in Figur 2 gezeigt ist, sind das Temperaturmeßgerät 3 und das Entfernungsmeßgerät 4 an eine Recheneinheit 5, die die voran angegebenen Berechnungen durchführt und die Resultate davon auf einem Anzeigegerät 6 zeigt, angeschlossen. Das Anzeigegerät zeigt eine Linie 7, die die richtigen Rollenprofile (gewünschter Wert) mit Korrekturen für die Temperatur anzeigt, und eine Linie 8, die das wirkliche Rollenprofil anzeigt, und eine Markierung 9, die die aktuelle Position der Schleifscheibe in der Längsrichtung der Rolle zeigt, in dem gezeigten Fall zusammen mit einem numerischen Wert, der den Unterschied zwischen diesen zwei Linien, in Mikrometer ausgedrückt, zeigt. Der Maßstab in der vertikalen Richtung und damit die Entfernung zwischen diesen Linien kann nach Bedarf geändert werden, so daß eine zuverlässige Ablesung des Unterschieds zwischen dem aktuellen und gewünschten Wert gemacht werden kann.
• Basierend auf den gezeigten Oberflächenprofillinien kann der Maschinenarbeiter die Führung der Schleifscheibe in der axialen und radialen Richtung so steuern, daß der aktuelle Wert so nahe wie möglich an den gewünschten Wert herankommt. Ferner können auch diese Führungsbewegungen automatisch mit Ausgangssignalen von der Recheneinheit 5 gesteuert werden.
• Ferner kann das Meßgerät alternativ auch doppelt mit einem entsprechenden Entfernungsmeßgerät 4' und Temperaturmeßgerät 3' auf der entgegengesetzten Seite der Schleifscheibe, in der axialen Richtung gesehen, angeordnet werden, was die Messung an den Enden der Rolle einfacher macht.
• Als ein Beispiel von Schleifmaschinen, mit welchen das Verfahren gemäß dieser Erfindung geprüft worden ist, kann auf eine Maschine der Bauart Johansson 2 U-E hingewiesen werden, aber die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung dieser Schleifmaschine beschränkt. Bei den Schleifmaschinen, bei welchen die Erfindung verwendet wird, kann die Schleifscheibe beweglich und das Werkstück stationär, oder das Werkstück beweglich und die Schleifscheibe stationär, oder sowohl die Schleifscheibe als auch das Werkstück beweglich, in der axialen und/oder der radialen Richtung, angeordnet sein.
• Allgemein kann auch angegeben werden, daß die Dimensionen der Rolle variieren können, z.B. von Sendzimir-Rollen, die in der Metallindustrie mit einem Durchmesser von ungefähr 35 mm verwendet werden, zu Preßrollen und Trocknungszylindern in Papiermaschinen mit Durchmessern von einigen Metern. Das Material kann auch verschieden sein. Allgemein verwendet wird Stahlguß und kokillgehärtetes Gußeisen, z.B. in Trocknungszylindern. Einige Rollen sind mit Gummi überzogen, einige Rollen sind mit Bohrungen und Nuten, die eine Schraubenlinie bilden, versehen. Üblicherweise kann das Schleifprogramm ein schnelles Vorschleifen mit hoher axialer Geschwindigkeit, gefolgt von einem Feinschleifen mit einer axialen Geschwindigkeit von z.B. bis zu ungefähr 30 mm per Umdrehung der Rolle, vorzugsweise ungefähr 5-15 mm oder 8-10 mm per Umdrehung der Rolle und mit einer Schleifscheibenbreite von ungefähr 70 mm, umfassen. Die Rolle wird oft auch einem abschließenden Feinschleifen oder Hochglanzschleifen unterworfen. Gemeinsam für alle Typen von Schleifen ist, daß es für den Schleifmaschinenarbeiter von großer Bedeutung ist, das Fortschreiten der Arbeit sehen zu können und eine schnelle und korrekte Dokumentation des Schleifergebnisses als eine Zeichnung (Diagramm) des Profils und auch in der Form einer Tabelle, erhalten zu können.
• Beispiele von gemessenen Profilen einer Glättrolle (Glättwalze) für eine Papiermaschine vor und nach dem Schleifen mit dem Verfahren gemäß dieser Erfindung sind in Figuren 3 und 4 gezeigt.
• Für die Messung der Entfernungen kann z.B. ein elektro-optisches Gerät, z.B. "Precimeter" (von Replir AB, Göteborg) (z.B. ein 5 milliampere Halbleiter-Lasergerät) verwendet werden. Dieses Gerät wurde zusammen mit einem IR-Temperaturmeßgerät der Bauart AHLBORN AMRTherm 2288 für die in Figuren 3 und 4 angegebenen Messungen verwendet. Die Temperatur kann mit einem IR-Meßgerät, das mit einem Filter für ein geeignetes Wellenlängengebiet zum Abschirmen von Licht von irrelevanten Quellen versehen ist, gemessen werden. Das Gerät kann einfach an variierende Emissionsstärken angepaßt werden. Ein Winkelmeßgerät auf der Vorschubschraube für den Schleifscheibenwagen kann Informationen bezüglich der Position der Schleifscheibe entlang der Rolle zur Recheneinheit übertragen. Alternativ ist es möglich ein zu dem Schleifscheibenwagen angeschlossenes Potentiometer, das von einem an dem Bodenrad der Schleifmaschine anliegenden Rad gedreht wird, und Informationen bezüglich der Position übermittelt, zu verwenden. Ein Umdrehungszähler an der treibenden Achse des Rollengestells kann die erforderliche Basis für die Berechnung der Änderung der Temperatur und der schneidenden Bearbeitung per Umdrehung der rotierenden Rolle geben. Diese berechneten Werte werden bei jedem Durchgang des Gerätes korrigiert. Die schneidende Bearbeitung kann mit exakten Werten und die Temperatur mit angenäherten Werten angegeben werden.
• Die Koeffizienten der Temperaturdissipation zwischen der Kontaktoberfläche der Schleifscheibe und dem Meßpunkt kann mit Meßserien während des Schleifens bestimmt werden. Die Recheneinheit umfaßt vorzugsweise einen Rechner (Computer) mit einem geeigneten Programm, das Flexibilität gibt, aber es ist z.B. auch möglich, eine geeignete, vorzugsweise für diesen Zweck speziell konstruierte integrierte Schaltung zu verwenden.
• Wie in Figur 2 gezeigt ist, können die Temperaturmeßgeräte 3" und 3"' und die Entfernungsmeßgeräte 4" und 4"' auch in anderen Positionen als die mit 3 bzw. 4 in Figur 2 gezeigten, z.B. über (3", 4") oder diametral entgegengesetzt zum Bearbeitungswerkzeug (3"', 4"') angeordnet sein. Die letztgenannte Position kann für die Entfernungsmeßgeräte vorgezogen werden, falls die Steifigkeit der Rolle zu wesentlichen Biegedeformationen führt, wenn die Rolle, wie üblich, an den Enden gestützt wird. Die Meßgeräte können vorzugsweise in derselben axialen Position (in derselben Radialebene) wie das für die Bearbeitung verwendete Werkzeug angeordnet werden, in welchem Fall es geeignet sein kann, eine Art von Abstreifer zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und den Meßgeräten für die Entfernung von eventuell störenden überzügen von der bearbeiteten Oberfläche, anzuordnen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bearbeiten von Rollen und gleichartigen Werkstücken, insbesondere zum Schleifen der Rollenfläche zu einer gewünschten Form mit dem Verfahrensschritt des kontinuierlichen Messens des Abstands zwischen dem Teil des Werkstücks (1), das bearbeitet wird, und einer Bezugsmeßeinrichtung, insbesondere einem Meßpunkt des Werkzeugs oder einer damit zusammenwirkenden Einrichtung, die von der Position des Bearbeitungswerkzeugs (2) abhängt, mit einer Abstandsmeßeinrichtung (4), gekennzeichnet durch Messen der Temperatur des Werkstücks am oder nahe dem Ort der Bearbeitung und/oder dem Abstandsmeßpunkt mit einer Temperaturmeßeinrichtung (3), übermitteln von den gemessenen Werten entsprechenden Signalen von der Abstands- bzw. Temperaturmeßeinrichtung an eine Recheneinheit (5), die vorgesehen ist, den gewünschten Größenwert des Werkstücks, der gemäß der während der Bearbeitung gemessenen Temperatur (tatsächliche Temperatur) korrigiert ist, zu berechnen und mindestens einen Wert des korrigierten gewünschten Größenwerts (7), wobei die Bearbeitungstiefe (9) auf dem korrigierten gewünschten Größenwert verbleibt, und des tatsächlichen Größenwerts (8) zu liefern, und/oder vorgesehen ist, automatisch die Bewegungen des Werkzeugs in bezug zum Werkstück zum Erreichen der gewünschten Größe des Werkstücks zu steuern, die gemäß der tatsächlichen, kontinuierlich während der Bearbeitung gemessenen Temperatur korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung das Schleifen von Rollen, z.B. für die Papier-, Plastik- oder Metallindustrie aufweist, wobei die Rollen gedreht werden und die Rollenfläche mit einer sich drehenden Schleifscheibe bearbeitet wird, die z.B. in einem Schleifscheibenschlitten angeordnet ist, der in axialer Richtung der Rolle beweglich ist, wobei vorzugsweise mindestens eine Abstandsmeßeinrichtung so angeordnet ist, daß sie der Zustellbewegung des Scheibenschlittens in longitudinaler Richtung (axialer Richtung) des Werkstücks folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung(en) in einem bestimmten Abstand von der Schleifscheibe in der axialen und/oder tangentialen Richtung des in Betracht kommenden Werkstücks angeordnet ist (sind), insbesondere um durch Schleifstaub und Kühlflüssigkeit verursachte Störungen zu vermeiden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtungen auf beiden Seiten des Werkzeugs (der Schleifscheibe) in der axialen in Betracht kommenden Richtung oder in derselben radialen Ebene des Werkstücks wie das Werkzeug (die Schleifscheibe) angeordnet sind.

5. Vorrichtung zum Bearbeiten von Rollen und gleichartigen Werkstücken, insbesondere zum Schleifen der Rollenfläche, die einen Werkzeughalter, insbesondere einen Schleifscheibenschlitten mit einer Schleifscheibe (2), der mit einer Positionsanzeigeeinrichtung verbunden ist, und eine Abstandsmeßeinrichtung (4) zum kontinuierlichen Messen der Form der bearbeiteten Fläche, insbesondere als Abstand von der Fläche zu einer Bezugsmeßeinrichtung, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eine Temperaturmeßeinrichtung (3) zum kontinuierlichen Messen der Temperatur des Werkstücks am oder nahe dem Ort der Bearbeitung und/oder dem Abstandsmeßpunkt und eine Recheneinheit (5) aufweist, die vorgesehen ist zum Empfangen von den gemessenen Werten der Abstandsmeßeinrichtung bzw. der Temperaturmeßeinrichtung entsprechenden Signalen und zum Berechnen eines gewünschten, gemäß der gemessenen Temperatur korrigierten Größenwerts und zum Übertragen von Signalen an eine Anzeigeeinrichtung (6) zum Liefern mindestens eines Werts des korrigierten gewünschten Größenwerts (7), des tatsächlichen Großenwerts (8) und der Bearbeitungstiefe (9), die auf dem gewünschten Größenwert verbleibt, vorzugsweise als Abstand zwischen dem gewünschten Großenwert und dem tatsächlichen Größenwert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung und/oder Temperaturmeßeinrichtung an einer Einrichtung (Schlitten) angeordnet ist (sind), die in axialer Richtung des Werkstücks beweglich ist und das Werkzeug, vorzugsweise die Schleifscheibe, hält.