DK166972B1 - Apparat til aftastning af et profil, samt anvendelse heraf - Google Patents

Description

i DK 166972 B1

Opfindelsen angår et apparat til aftastning af et profil, og som nærmere angivet i krav l's indledning.

5

Aftastning af et profil, f.eks. et tværsnitsprofil af en genstand, har mange praktiske anvendelser, og anvendes derfor inden for mange tekniske områder, f.eks. i forbindelse med produktionskontrol, måling af slid og lignende.

10 Nærværende opfindelse er udviklet til måling af tværsnitsprofilet på jernbanehjul og jernbaneskinner, og forklares derfor i forbindelse hermed, selv om det er klart for en fagmand på området, at apparatet ifølge opfindelsen 15 kan anvendes til aftastning af overflader eller profiler på mange andre genstande og emner.

Ved jernbanedrift har hjulets og skinnens tværsnitsprofil meget stor betydning for et togs kørselsdynamik, og dermed 20 for togets sikkerhed, komfort og driftsøkonomi. Under drift slides hjul og skinner, hvilket giver øget risiko for brud og afsporinger, accelereret slitage og forringede løbe-egenskaber for hjulene. Slidte hjul og skinner giver øgede dynamiske kræfter under kørselen, mindsker komforten, og 25 sliddet accelereres yderligere. Ved løbende at kontrollere hjul og skinner, især deres tværsnitsprofiler, kan en systematisk og tilstandsbetinget vedligeholdelse etableres, og driftsomkostningerne reduceres væsentligt. En stor del af vedligeholdelsen af jernbaneudstyr sker dog stadig væk 30 ud fra måling af driftstid og driftskilometer, fremfor en systematisk tilstandsovervågning.

Det er kendt at måle tværsnitsprofilet af en genstand, f.eks. et jernbanehjul, jfr. f.eks. europæisk patentan-35 søgning nr. 0.252.164 eller tysk offentliggørelsesskrift nr. 3.637.839. Disse kendte apparater er komplicerede og DK 166972 Bl 2 tidskrævende at anvende, idet de skal monteres solidt på eller ved hjulet, mens man foretager målingen af hjulprofilet, og især er det kompliceret at vurdere resultatet af målingen og vurdere, hvordan afdrejningen og renoveringen 5 af hjulet skal foretages. Mange af de kendte apparater er derfor indrettet til værkstedsbrug, d.v.s. når den pågældende jernbanevogn allerede er taget ud af drift.

Fra europæisk patentansøgning nr. 0.155.084 er det kendt at 10 aftaste eller måle en tre-dimensional genstands profil med et apparat, som i det væsentlige er udformet som angivet i krav l's indledning. Dette apparat kan dog kun aftaste konvekse flader og kurver på grund af aftastningsprobens udformning, og fordi apparatets tilhørende elektroniske 15 kredsløb ikke er indrettet hertil.

FORDELE VED OPFINDELSEN

Med måleapparatet ifølge opfindelsen kan man aftaste og må-20 le flader på samtlige sider af en genstand, dvs. man kan også aftaste en genstands "underside", eller en genstand, der har områder, som er konkave. Man kan f.eks. af taste de nedadvendende flader på en jernbaneskinne i forbindelse med aftastning af skinnens profil, og således få et totalbiile-25 de af, hvor slidt en skinne er.

Apparatet ifølge opfindelsen med de i krav l's kendetegnende del angivne træk har den store fordel, at man meget hurtigt kan foretage aftastning af et profil, f.eks. løbe-30 banens profil på et jernbanehjul eller topprofilet på en jernbaneskinne. Apparatet vil sædvanligvis være udformet som et lille bærbart apparat, hvormed aftastningen kan foretages "in situ" på jernbanehjul, d.v.s. hvor som helst man ønsker det, blot der er adgang til hjulene.

Apparatet anbringes ganske enkelt på eller ved det emne.

35 DK 166972 B1 3 hvis profil skal måles, hvorefter man manuelt fører appara-tets aftastningsarm hen over og i kontakt med profilet under løbende aflæsning af de vinkelmålende drejeleds positioner .

5

Sammenkoblingen af de elektroniske vinkelmålere med en datamat, f.eks. en lille, bærbar datamat, medfører, at man øjeblikkeligt, efter at et hjulprofil er aftastet, får svar på spørgsmålet om, hvorvidt profilet ligger inden for eller 10 uden for acceptable grænser. En yderligere fordel er, at samtlige måleresultater kan lagres i datamaten, f.eks. på en diskette, og informationen herfra kan overføres til et centralt edb-anlæg, der styrer vedligeholdelsen, eller kan anvendes direkte til styring af en automatisk værktøjs-15 maskine, f.eks. en hjulafdrejningsautomat.

Ved at udforme apparatet ifølge opfindelsen som angivet i krav 2's kendetegnede del, får man sikkerhed for, at det altid er i korrekt kontakt med det . emne, hvis profil skal 20 aftastes, når dette er af magnetiserbart materiale, hvilket jo er tilfældet ved jernbanehjul og skinner hertil.

Ved at udforme apparatet ifølge opfindelsen som angivet i krav 3’s kendetegnede del, får man forenklet anbringelsen 25 af måleapparatet, når den genstand, der skal måles på, er af magnetiserbart materiale, f.eks. hvis det er jernbanehjul eller lignende jerngenstande.

Udformes apparatet ifølge opfindelsen som angivet i krav 30 3's kendetegnende del, kan man uden unødig spildtid hurtigt og uden anvendelse af værktøj flytte apparatet fra hjul til hjul.

Målingen eller aftastningen af profilet foretages hurtigere 35 og mere præcist, og man får mulighed for at sammenligne resultaterne med normprofiler indlagt i datamaten, hvis appa- DK 166972 B1 4 ratet udformes som angivet i krav 4's, 5’s eller 6's kendetegnende dele.

Som foran nævnt er apparatet udviklet til anvendelse ved 5 aftastning af profiler som nærmere angivet i krav 7's eller 8's kendetegnende dele, men kan uden principielle ændringer anvendes til måling af andre genstandes profiler eller overfladekonturer. Det har dog vist sig, at opfindelsen ifølge ansøgningen er meget velegnet til de særligt nævnte 10 anvendelser, fordi man her kan reducere tidsforbruget ved kontrolmålingerne væsentligt, således at apparatet ifølge opfindelsen kan anvendes ved f.eks. tilstandsbetinget vedligeholdelse af jernbanemateriel.

15 TEGNINGEN

Opfindelsen forklares herefter nærmere under henvisning til en foretrukken udførelsesform for opfindelsen, idet 20 fig. 1 viser måleapparatet set ovenfra og under måling på et jernbanehjul, fig. 2 viser samme apparat som i fig. 1, men set dels i sidebillede, og dels i snit, 25 fig. 3 viser en måleopstilling under anvendelse af et spærmålsfikstur, fig. 4 viser anvendelsen af måleapparatet ifølge opfin-30 delsen under aftastning af et skinneprofil, fig. 5 viser det samme som fig. 4, men set ovenfra, fig. 6 viser et blokdiagram over måleapparatets elektro-35 niske kredsløb, og DK 166972 B1 5 fig. 7 viser et skærmbillede over et måle- og beregningsresultat for et jernbanehjul.

BESKRIVELSE AF ET UDFØRELSESEKSEMPEL

5

Idet der henvises til tegningens fig. 1,2 og 6, forklares herefter princippet i apparatet 1 ifølge opfindelsen i forbindelse med aftastning af tværsnitsprofilet af løbebanen på et jernbanehjul 2 med en sædvanlig afrundet hjulflange 10 3.

Apparatet 1 omfatter en stationær del 10, f.eks. stiv, solid jern- eller metaldel, der bærer en vinkelret herpå solidt anbragt, ligeledes stationær del 11, hvorpå selve det 15 bevægelige aftastningssystem er anbragt.

Den stationære del 10 omfatter f.eks. permanente magneter 15, der kan fastholde den stationære del 10 solidt og ubevægelig på hjulets inderside. Til positionering af den sta-20 tionære del i forhold til toppen af flangen 3 omfatter den stationære del en eller flere støtteorganer, f.eks. rør eller cylindre 12, der rager vinkelret ud fra den stationære del, se fig. 1. Den stationære del positioneres i forhold til hjulet, ved at anbringes således, at støtteorganerne 12 25 hviler mod hjulflangens 3 højeste punkt, se fig. 1.

Herudover omfatter den stationære del 10 et i hjulets 2 radialretning forskydeligt organ eller målelære 13, der ved hjælp af skruer eller lignende og et håndtag 14 kan for-30 skydes, jfr. fig. 2. Den øverste del 16, der f.eks. er vinkelret på den radiale del 13, se ligeledes fig. 2, udgør et udgangspunkt for måling af ringtykkelsen, idet målelærens nederste ende har en skråt opadrettet målespids 17 indrettet til at lægge an mod hjulringens inderside, se fig. 2.

35 Mellem spidsen 17 og den øverste del 16 er der en forud fastlagt afstand, som indføres i datamaten, jfr. senere.

DK 166972 B1 6

Det bevægelige aftastningssystem omfatter et første vinkelmålende drej eled 20 anbragt fast og solidt på den stationære del 11, se fig. 1. På det første vinkelmålende dre-5 jeleds 20 udgangsaksel er anbragt en første arm 22. 1 denne arms frie ende er anbragt et yderligere vinkelmålende dre-jeled 21, på hvis udgangsaksel er anbragt en anden arm 23.

I den anden arms 23 frie ende er anbragt en rulle eller et hjul 24, der er indrettet til at føres hen over og i kon-10 takt med det profil, der skal aftastes. De bevægelige dele kan bevæges i et forud fastlagt plan, der sædvanligvis vil ligge vinkelret på den flade, hvis profil skal aftastes; i det viste eksempel vinkelret (radialt) på hjulet og indeholdende hjulets akse, således at rullen 24 kan følge den 15 med pilen 25 i fig. 1 viste bane. Rullen eller hjulet 24 kan være udformet af permanent magnetisk materiale, således at der sikres kontakt med profilet, hvis dette er af jern eller andet magnetiserbart materiale. De to vinkelmålende drejeled 20,21 kan f.eks. være Incremental Rotary Encoder, 20 type Minirod 450, fabrikeret af Heidenhain, Vesttyskland eller lignende elektroniske vinkelmålere.

Vinkelmålerne kan være ens, men der kan også anvendes vinkelmålere med forskellig målenøjagtighed, afhængigt af ar-25 menes længder.

Udgangssignalerne fra de to vinkelmålere føres via et interface-kredsløb 51,51',52 til en datamat, hvilket forklares i forbindelse med tegningens fig. 6.

30

Hver af de to vinkelmålere 20,21 omfatter lysfølsomme dioder 50,50’, der belyses af en ikke vist, men i hver vinkelmåler anbragt lysgiver. Udgangssignalet fra dioderne i vinkelmåleren føres til hvert sit interface-kredsløb 51,51', 35 hvor signalerne fra vinkelmålerne forstærkes og rettes passende op og føres til et fælles kredsløb 52, en såkaldt DK 166972 B1 7 EPLD (Erasable Programmable Logic Device) af typen EPM 5064, hvorfra et absolut vinkelmål for hver vinkelgivers vinkelbøjning, udtrykt som digitale signalværdier, tilføres databus'en 53 på datamaten 54, der f.eks. er en såkaldt PC 5 (Personal Computer). Med det angivne målesystem fås en meget stor nøjagtighed i vinkelmålingerne, idet der på digital form fås et absolut vinkelmål med flere decimalers nøjagtighed. Datamaten 54 er i forvejen passende programmeret og har fået tilført oplysningerne om vinkelmålernes ud-10 gangsvinkel, de bevægelige armes 22,23 længder samt af-tastningshjulets 24 diameter, og kan under anvendelse af en passende algoritme, få sekunder efter aftastningen er afsluttet, vise et præcist billede af det aftastede profil på datamatens 54 fremvisningsskærm eller lagre informationer 15 om profilet i datamaten, f.eks. på en diskette.

På tegningens fig. 7 er vist datamatens fremvisningsskærm, hvor kurven 60 angiver det af tastede profil, 61 angiver normprofilet for det pågældende hjul, og kurven 62 angiver 20 differencen mellem normprofilet og det aftastede profil

Den anvendte datamat er f.eks. en batteridrevet PC af fabrikat Compac LTE eller Toshiba T1000XE eller tilsvarende bærbar datamat. Under anvendelse af en sådan computer og 25 det ovenfor angivne og forklarede målesystem kan der opnås en målenøj agtighed bedre end +/- 0,05 mm og en af tastningshastighed større end 2000 punkter/sek. Aftastningen varer typisk 2-3 sek., og aftastningen kan, hvis det ønskes, vises samtidigt på dataskærmen, og få sekunder efter af-30 tastningen er beregningsarbejdet afsluttet, og beregnings-og aftastningsresultaterne lagres automatisk og kan genkaldes på skærmen og/eller udskrives på papir.

• Måleforløbet påbegyndes ved at bevæge armene 22, 23, så-35 ledes at vinkelmålerne 20, 21 passerer deres udgangspunkt eller referencepunkt, så datamaten kender deres udgangs- DK 166972 B1 8 vinkel. Datamaten afgiver herefter et klarsignal, f.eks. et akustisk signal, og målehjulet 24 føres nu, som vist på fig. 2, over profilen på jernbanehjulet 2 under af tastning og registrering af profilet. Vinkelmålernes udgangspunkt 5 eller referencepunkt er selvfølgelig anbragt ved en passende vinkelposition, som man naturligt passerer, når et måleforløb påbegyndes.

Ved at føre af tastningshjulet 24 til målelæren 13, 16, se 10 fig. 2, fås ringtykkelsen for hjulet indført i datamaten, hvis den modsatte ende af målelæren 13 har spidsen 17 mod ringens underside.

Så snart aftastningen er registreret, kan apparatet flyttes 15 til enten et nyt sted på det pågældende hjul eller til et andet hjul eller et andet emne for en ny af tastning.

Fig. 3 viser et såkaldt spærmålsfikstur 5 til brug ved måling af hjulprofiler 2 til værkstedsbrug, nemlig når der er 20 fuld adgang til begge hjul i et hjulpar. Spærmål s fiks turet 5 anbringes med en målespids 33 i kontakt med det ene hjul, og fiksturets bærende bjælke 31 anbringes i kontakt med jernbanehjulene. Målespidsen 33 sidder på en forskydelig målelære 32, der også omfatter et målepunkt 34 for måling 25 af hjulenes indbyrdes afstand. Det anvendte måleapparat 1 kan være fastgjort direkte på fiksturet 5, men kan også være af den i fig. 1 og 2 viste flytbare art, der magnetisk eller på anden måde fastgøres på fiksturet, inden målingen foretages.

30 På fig. 4 og 5 er vist en anden form for et fikstur 6, indrettet til at fastholde og positionere aftastningsapparatet . ifølge opfindelsen under måling af jernbaneskinners toppro fil. Den bærende bjælke i fiksturet 6 er en teleskoparm 41, 35 der er indrettet til at lægge an på oversiden af skinnelegemet, f.eks. under anvendelse af anlægsemner 42. Modsat DK 166972 B1 9 den skinne, der aktuelt måles på, findes en anlægsdorn eller målespids 43, og ved den skinne 4, der måles på, findes ligeledes en anlægspart 44, således at spærmålsfiksturet 6 kan anbringes korrekt på skinnelegemet. Herefter foretages 5 aftastningen af skinnens topprofil ved at føre aftastnings-rullen 24 hen over skinnens 4 topprofil, som vist på fig.

4, og i øvrigt som tidligere vist og forklaret.

Ved anvendelse af spærmålsfiksturer med det modsatte hjul 10 eller den modsatte skinne som reference, forbedres måle-nøjagtigheden, og eventuelle unøjagtigheder på hjulflangens bagside vil ikke påvirke målingen. På grund af den forholdsvis store afstand fra målestedet til det modsatte hjul, eller den modsatte skinne, fås der stærkt reducerede 15 vinkelfejl mellem apparatets stationære del og det emne, der måles på, når man anvender et spærmålsfikstur.

20

Claims (7)

1. Apparat til aftastning af et profil og omfattende en bevægelig del med en fri ende (24, 24’), der kan føres i 5 kontakt med og hen over profilet, og en stationær del (10, 11), der bærer den bevægelige del, og hvor den bevægelige del omfatter mindst en første arm (22) og mindst en anden arm (23), hvilke arme er sammenkoblede ved enderne ved hjælp af et elektronisk vinkelmålende drejeled 10 (21), at den første arm er koblet til den stationære del via et yderligere elektronisk vinkelmålende drejeled (20), og at den anden arms frie ende (24, 24') er indrettet til at føres i kontakt med profilet, der skal aftas-tes, hvorhos armene og drejeleddene er således indrettet 15 og sammenkoblet, at den frie ende kan bevæges i et forud fastlagt plan, og hvor drejeleddene via interface-kreds-løb (49) er koblet til et elektronisk beregningskredsløb, fortrinsvis en datamat, kendetegnet ved, at den anden arms frie ende omfatter en rulle eller et hjul 20 (24, 24').

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at rullen eller hjulet (24, 24’) omfatter eller er udformet af magnetisk eller magnetiserbart materiale. 25

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den stationære del (10, 11) omfatter midler (12, 15), hvormed den kan fastgøres eller fastholdes til eller ved det profil, der skal aftastes, hvilke midler kan omfatte 30 én eller flere permanente magneter (15). 1 2 3

4 Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, 2 at den stationære del (10, 11) yderligere omfatter en 3 forskydelig målelære (13), der omfatter dele (16, 17) an- 4 35 bragt i forud fastlagt afstand fra hinanden. DK 166972 B1 11

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at målelæren er indrettet til at forskydes i samme plan, eller i et plan parallelt med det forud fastlagte plan, hvori aftastningsarmen (23) kan bevæges. 5

6. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at det yderligere omfatter en holder eller et spærmålsfikstur (5, 6), hvorpå den stationære del (10, 11) kan positioneres og fastholdes, og 10 hvor holderen eller spærmålsfiksturet omfatter en del (34, 44), der udgør et målepunkt for afstandsmåling, idet målepunktet er anbragt på en forskydelig del (32) med en forud fastlagt længde.

7. Anvendelse af apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5 til måling af tværsnitsprofilet af et jernbanehjul. 1 Anvendelse af apparat ifølge et hvilket som helst af 20 kravene 1-6 til måling af tværsnitsprofilet for en jernbaneskinne .