FI101425B - Laite lieriömäisen kappaleen geometrian mittaamiseen - Google Patents

Description

101425

LAITE LIERIÖMÄISEN KAPPALEEN GEOMETRIAN MITTAAMISEEN -ANORDNING FÖR MÄTNING AV ETT C YLINDRIS KT STYCKE

Keksinnön kohteena on mittalaite pyörähdyskappaleen, erityisesti lieriön tai kartion geometrian tarkkaan ja nopeaan mittaamiseen.

Keksinnön kohteena oleva laite on tarkoitettu erityisesti epätarkasti pyörivien tai joustavien tai muuten hankalasti mitattavien suurten lieriömäisten kappaleiden, kuten paperikoneen telojen vaipan tai laakerikaulojen aksiaali-suuntaisen halkaisijavaihteluprofiilin (paperiteollisuudessa käytetään yleisesti epätarkkaa nimitystä muotopro-fiili), ympyrämäisyysprofiilin tai lieriömäisyyden työstökoneessa tai vastaavalla johteilla ja kappaleen pyöri-tyslaitteistolla varustetussa laitteessa tapahtuvaan mittaamiseen.

Keksinnön mukaisella laitteella voidaan lisäksi määrittää kappaleen pyörimiskeskiön liikerata poikkileikkauksittain mittaamalla ensin kappaleen ympyrämäisyysprofiili mit-taustasossa ja vähentämällä tämä mittaustason ortogonaa-lisuuntiin mitatuista tai niihin redusoiduista kahdesta heittosignaalista.

Jatkossa tässä selostuksessa mitattavasta kappaleesta käytetään lyhyyden vuoksi nimitystä tela.

Työstökoneen kelkan tai vastaavan kiinnityspaikan ja mit-takaaren väliset mittalaitteen komponentit (esim. vaaka-säätö tai ylöskääntö) muodostavat kinemaattisen ketjun, josta jatkossa lyhyyden vuoksi käytetään nimitystä runko.

101425

On tunnettua mitata telojen aksiaalihalkaisijaprofiili telan päällä työnnettävällä ratsumitalla tai kaarimikro-metrillä, tai työstökoneen kelkkaan kiinnitettävällä laitteistolla (esim. kuulutusjulkaisu DE 3831 592 AI).

On tunnettua mitata telan säteisheittoa siirtymäantureil-la (4) , jotka on kiinnitetty telan säteen suunnassa säädettäviin mittasauvoihin (3), jotka ovat yleensä mekaanisesti telaan koskettavia, ja joiden tehtävänä on välittää telan pinnan suhteellinen liike siirtymäantureille. Mekaaninen kosketus telaan voidaan aikaansaada seuraajarul-lan tai liukupinnan avulla.

Siirtymä-anturien mittausperiaate voi tunnetusti olla a) kosketuksellinen • mekaaninen, mittaelementtinä esim. analoginen LVDT tai digitaalinen lineaaripulssianturi b) kosketukseton • induktiivinen tai pyörrevirta-anturi • kapasitiivinen • sähkömagneettiseen aaltoliikkeeseen perustuva (esim. laseranturi) • pneumaattinen • ultraäänitutka

Koska siirtymäanturien mittausalue on yleensä pieni (tyypillisesti 1..20 mm), mittasauvojen säteissäätö on tarkoitettu aikaansaamaan tietyn kokoiselle mittakaarelle käyttökelpoinen telahalkaisija-alue, joka on luokkaa 300..500 mm. Jos laitteessa käytetään kosketuksetonta suoraan telan pinnasta mittaavaa siirtymäanturia, niin anturi sijoitetaan tässä tapauksessa mittasauvan kärkeen.

3 101425

Mittasauvat voidaan sijoittaa oleellisesti yhteen poikki-leikkaustasoon tiettyihin kulma-asentoihin telan säteen suunnassa, ja jotka kiinnitetään mittakehikkoon tai mit-takaareen. Jatkossa tässä selostuksessa heitonmittausan-turien kehikosta tai tuentakappaleesta käytetään nimitystä mittakaari, vaikka kehikko olisikin kaarimuodosta oleellisesti poikkeava.

On tunnettua mitata telan akselin ja pyörimiskulman suuntainen halkaisijavaihtelu sorvin tai hiomakoneen kelkkaan sijoitetulla mittalaitteella: • RollCal -telamittalaitteella (FI-57708), jossa on käytetty mm. patentin FI-59742 mukaisia mittasauvoja. RollCal -laitteen perusidea on, että halkaisijavaihte-lumittaus voidaan suorittaa yhdellä anturilla, koska mittakaari on telaan tukirullasauvoilla tuettu eli uiva. Mittakaari on kevennetty vastapainon avulla.

• Diamatic-mittaohjauslaitteella (H.Wohlenberg KG, Hannover) tai esim. patentin CH 497947 tai kuulutus-julkaisun DT 2451942 AI mukaisilla laitteilla.

On tunnettua mitata telan ympyrämäisyysprofiili jalustaan kiinnitetyn jäykän kaaren ja kaareen sijoitettujen kolmen anturin avulla (US 4,084,324).

On tunnettua mitata telan ympyrämäisyysprofiili kolmipis-temenetelmällä ja uivasti tuetulla kaarella (US 4,903,413).

%

On tunnettua mitata telan ympyrämäisyysprofiili monipis-temenetelmiin kuuluvalla monianturimenetelmällä (suomalainen patenttihakemus nro 934059).

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada aiempia tarkempi, helppokäyttöisempi ja edullisempi telamittalaite. Laite 4 101425 koostuu useasta sinänsä tunnetusta ratkaisusta, jotka yhdessä muodostavat uuden keksinnöllisen kokonaisuuden.

Tämä tarkoitus saavutetaan oheisissa patenttivaatimuksissa esitettyjen tunnusmerkkien perusteella.

Seuraavassa keksinnön erästä suoritusmuotoa selostetaan lähemmin viittaamalla oheiseen piirrokseen, jossa

Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista mittauslaitetta sijoitettuna työstökoneen kelkkaan, laitteeseen kuuluessa mittakaari (2), neljä mitta-sauvaa (3), neljä telan (1) säteisheittoa mit-taavaa etäisyysanturia (4) sekä runko, johon runkoon kuuluu kiertopari (5) kaaren kääntöä varten ja vaakasuuntainen liukupari (6) kaaren vaakakeskiöintiä varten, laitteeseen lisäksi kuuluessa pyörimiskulma-anturi (8) , kelkan (7) pituusliikkeen asema-anturi (9) sekä tiedonke-ruuyksikkö (10) ja mikrotietokone (11).

On edullista mittaustulosten tarkkuuden kannalta, että mittausanturit on mahdollisimman tukevasti kiinnitetty.

. Monissa nykyisissä mittalaitteissa ongelmana on etäisyys- anturien heilunta tai tärinä mittauksen aikana. Toisissa mittalaitteissa värähtelyongelma on ratkaistu kiinnittämällä anturit raskaaseen teräspuomiin. Tällöin laite ei enää ole käsin liikuteltavissa tai se on kallis tai hankala käyttää.

Nykyisissä kaupallisissa mittalaitteissa ei ole myöskään otettu huomioon metallien suhteellisen suurta pituuden lämpötilakerrointa. Esimerkiksi koneistushallin ovien avaus ulkoilmaan erityisesti talvella muuttaa hallin lämpötilaa, mikä taas muuttaa perinteisen metallisen mitta-kaaren mittoja ja aiheuttaa mittausvirhettä.

101425

Keksinnön mukaisessa laitteessa (Fig.l) on korjattu edellä mainitut puutteet. Mittakaari (2) ja mittasauvat (3) (keksinnön toisissa mahdollisissa suoritusmuodoissa voidaan käyttää myös tukipistesauvoja) valmistetaan oleellisilta osiltaan materiaalista, jolla on luonnostaan pieni pituuden lämpötilakerroin ja suuri kimmokerroin/paino-suhde, kuten hiilikuidusta. Kuitusuuntien optimoinnilla voidaan edelleen päästä pituuden lämpötilariippuvuudesta käytännöllisesti katsoen kokonaan. Kevytrakennemateriaa-lien avulla saavutetaan lisäksi suuri jäykkyys suhteessa rakenteiden painoon, mistä syntyvät seuraavat edut: • mittalaite soveltuu myös koneistuksen aikaiseen mittaamiseen • mittalaite on yhden miehen kannettavissa, kuitenkin laite on jäykkyydeltään erittäin hyvä, mikä on hyvä värähtelyjen kannalta • mittalaite voidaan nopeasti asentaa erilaisiin tela-työstökoneisiin ja viedä koneelta toiselle • raskaan työstön ajaksi laite voidaan nopeasti irrottaa ja viedä suojaan lastuilta • mittakaarta voidaan käyttää kannettavan mittalaitteen osana.

Keksinnön mukaisessa laitteessa (Fig. 1) mittakaari on kiinnitetty jäykästi runkoon, tässä tapauksessa kääntöni-velen ensimmäiseen vipuun. Runko on varustettu kierto-parilla eli nivelellä (5), jonka tehtävänä on sallia kaa-• : ren ylöskääntö siksi aikaa, kun laitteella ei mitata.

Ylöskäännön helpottamiseksi voidaan mittakaaren (2) oman painon synnyttämä momentti kompensoida jollakin sinänsä tunnetulla menetelmällä, kuten vastapainolla, kaasujou-sella, paineilmasylinterillä tai kiertoliikkeen akselille sijoitetulla vääntö- tms. jousella. Ylöskääntö voidaan tarvittaessa lukita liikkeen päätyasentoihin.

6 101425

Mittasauvojen asemointi, kaaren ylöskääntö tai vaaka- tai pystysuuntainen säätöliike voidaan varustaa kauko-ohja-tuin toimilaittein, millä voidaan aikaansaada laitteen täysin tai osittain automaattinen toiminta. Kauko-ohjaus voi tapahtua esim. tietokoneen avulla. Toimilaitteiden ohjaus voi tapahtua sähköisesti, pneumaattisesti tai vastaavalla tavalla.

Keksinnön mukaisen mittalaitteen runko voidaan kiinnittää sorvin tai vastaavan terän paikalle teränpitimeen, tai runkoon muotoillulla pikakiinnityskappaleella pikakiin-nitysistukkaan tai vastaavaan kelkassa olevaan vasta-kappaleeseen, tai jollakin vastaavalla sinänsä tunnetulla pikakiinnitystavalla, mikä mahdollistaa mittalaitteen nopean asennuksen ja irrotuksen kelkasta.

Rungossa voi olla tarvittaessa vaakasuuntainen lineaari-liike (6), jonka tehtävänä on sallia kaaren vaakasuuntainen keskiöinti telan mukaan. Vaakaliike voidaan lukita esim. puristamalla vaakaliikkeen kelkkaan sijoitettu painin vaakaliikkeen johdetta vasten.

Keksinnön eräässä toisesssa suoritusmuodossa runkoon voidaan myös lisätä pystysuuntainen keskiöintimahdollisuus. Mikäli mittalaite on kiinnitetty rungostaan esim. sorvin pikavaihtoistukkaan, em. istukassa on tarvittava pysty-säätö ja lukitus eikä erillistä säätöä tarvita.

Keksinnön mukaisessa laitteessa kaikki telan (1) säteis-heittoa mittaavat siirtymänmittausanturit (4) ja mitta-sauvat (3) ovat sijoitettuina mittakaareen (2) eikä esimerkiksi työstökoneen runkoon.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa tarvitaan lisäksi kelkan (7) asematieto sekä tieto telan (1) pyörimiskulmasta. Kelkan asematieto voidaan hankkia esim.

101425 työstökoneen pituusliikkeen johteella pyörivän mittapyö-rän ja pulssianturin (9) avulla, mittasauvan avulla tai likimääräisesti aikaan perustuvana mittauksena (vakio liikenopeus). Telan pyörimiskulmatieto voidaan hankkia esim. pyörimisakselille sijoitetun pulssianturin (8) tai nollapulssin ja aikaperustaisen mittauksen perusteella (vakio pyörimisnopeus).

Tietojen keruuseen, laskentaan, taltiointiin ja esittämiseen voidaan käyttää erillisiä yksikköjä (10), tietokonetta tai edellisten yhdistelmiä. Mittatieto voidaan siirtää antureilta tietokoneeseen (11) analogisesti tai digitaalisesti.

Tunnusomaista keksinnön tässä selostetun suoritusmuodon mukaiselle laitteelle on, että yhdellä laitteella voidaan mitata tarkasti kappaleen aksiaalisuuntainen heittopro-fiili ja halkaisijaeroprofiili (muotoprofiili) että todellinen ympyrämäisyysprofiili (ei pelkkä pyörimissuun-tainen halkaisijaeroprofiili). Mittaamalla ympyrämäisyys-profiilit riittävän monessa poikkileikkaustasossa, ja mittaamalla aksiaaliheittoprofiilit ortogonaalitasoissa ja yhdistämällä edellä mainitut muotoprofiiliin (koneistetun telan muotoprofiilin puolikas vastaa työstökoneen johdevirhettä, mikä pitää laskennassa myös ottaa huomioon) voidaan laskea kappaleen lieriömäisyysprofiili ja esittää se 3D-kuviona joko levityskuviona tai sylinteri-koordinaatistossa .

j* On selvää, että keksintö ei ole rajoittunut edellä esi tettyihin suoritusmuotoesimerkkeihin. Keksinnön mukainen laite soveltuu tietyin edellytyksin myös mm. paperikoneen sisällä tapahtuvaan mittaamiseen.

Claims (9)

101425 8

1. Mittalaite pyörähdyskappaleen, erityisesti oleelli-5 sesti lieriömuotoisen tai kartiomuotoisen kappaleen osan tai kappaleen (1), kuten telan tai akselin heiton, pyöri-miskeskiön liikkeen ja geometrian, kuten ympyrämäisyys-profiilin, lieriömäisyyden ja/tai aksiaalisuuntaisen halkaisijavaihtelun ja/tai vaippaviivan muodon mittaami-10 seen, mittalaitteeseen kuuluessa runko, mittakaari (2), ainakin kolme mittasauvaa (3) tai tukirullaa, mittasauvoihin kiinnitetyt siirtymäanturit (4), sekä tiedon-keruuyksikkö (10), laskenta-, ja grafiikkayksikkö ja/tai vastaavat tiedonkeruu-, laskenta- ja grafiikkatoiminnot 15 omaava tietokone (11), mainitun mittalaitteen ollessa kiinnitettävissä työstökoneen kelkkaan (7) rungostaan, tunnettu siitä, että mittakaari (2) on toisesta päästään kiinnitetty laitteen runkoon, mainitun mittakaa-ren ollessa käännettävissä ylös telan (1) vaihdon tai 20 koneistuksen ajaksi ja tarvittaessa aseteltavissa telan keskiön mukaan vaakasuunnassa rungossa olevan lineaariak-selin (6) avulla, kaaren ylöskäännön ollessa kevennetty jollain sinänsä tunnetulla menetelmällä, kuten vastapainolla, kiertoliikkeen (5) akselille sijoitetulla jousella :* 25 tai muualle sopiviin kohtiin kiinnitetyllä (kaasu)jousel la tai paineilmasylinterillä, ja että mainitussa mittalaitteessa käytetään jotain sinänsä tunnettua monianturi-menetelmää ympyrämäisyysprofiilin mittaamiseen ja sinänsä tunnettua kaksipistehalkaisijamittausta kappaleen pituus-30 suuntaisen halkaisijavaihteluprofiilin mittaamiseen, mittasauvojen (3) telan säteisheittoa mittaavine siirty-mäantureineen (4) ja mahdollisten tukipistesauvojen ollessa kaikkien sijoitettuna mittakaareen (2) siten, että edellä mainittujen menetelmien toteuttaminen onnistuu. 35 9 101425

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaitteen runko on oleellisen nopeasti irrotettavissa kelkasta (7) esimerkiksi siten, että runko kiinnitetään sorvin terän paikalle teränpiti-meen tai runkoon muotoillulla pikakiinnityskappaleella pikakiinnitysistukkaan tai jollakin muulla sinänsä tunnetulla pikakiinnitystavalla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että rungossa on pystysuuntainen korkeussäätö, jolla voidaan suorittaa kaaren vertikaalinen keskiöinti.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että rungon kiertonivel (5) eli kaaren ylösnosto sijaitsee kinemaattisessa ketjussa line-aariakselin (6) eli vaakasuuntaisen säädön jälkeen, mainitun kinemaattisen ketjun alkaessa rungon kiinnityksestä kelkkaan.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että rungon vaakaliike (6) tai kiertoliike (5) tai molemmat voidaan tarvittaessa lukita tai jäykistää.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittakaaren (2) kiinnitys runkoon suoritetaan jollakin sinänsä tunnetulla pikakiinnitystavalla. * 1

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaitteeseen kuuluva mit-takaari (2) on runkoon kiinnitettävästä päästään säteen suunnassa paksumpi.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen mittalaite, 10 101425 tunnettu siitä, että mittakaaren (2), mittasauvojen (3) tai rungon tai kaikkien edellä mainittujen osien oleellisena rakennemateriaalina käytetään hiili-kuitua tai jotain muuta kevyttä tai vähän lämpölaajenevaa tai molemmat ominaisuudet omaavaa materiaalia.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittasauvojen asemointi, kaaren ylöskääntö (5) tai vaakasuuntainen säätöliike (6) tai jokin edellä mainittujen kombinaatio on kauko-ohjatuin toimilaittein varustettuja ja siten automatisoitavissa. 1 « • « 11 101425