FI86918B - Foerfarande och anordning foer maetning av diametern och/eller formen pao ett cylinderformigt stycke. - Google Patents

Description

8691 8

Menetelmä ja laite sylinterimäisen kappaleen halkaisijan ja/tai muodon mittaamiseksi Förfarande och anordning för mätning av diametern 5 och/eller formen pä ett cylinderformigt stycke 10 Keksinnön kohteena on menetelmä sylinterimäisen kappaleen vaipan halkaisijan ja muodon mittaamiseksi käyttäen mitattavan sylinterikappa-leen tuntumaan sovitettuja kosketuksettomia etäisyysantureita, joista otetaan ulos mittaussignaalit, jotka sisältävät tiedon mainittujen antureiden etäisyydestä tuntumassa olevan mitattavan sylinterikappaleen 15 vaipasta, ja jossa menetelmässä mainittujen mittaussignaalien perusteella määritetään mitattavan sylinterin vaipan halkaisija ja muoto mittauskohdassa mainitut tiedot laskennallisesti ympyrän yhtälöön (1) sovittamalla.

20 Lisäksi keksinnön kohteena on laite sylinterimäisen kappaleen halkaisijan ja muodon mittaamiseksi käyttäen kahta kosketuksetonta etäi-syysanturia kuten optista anturia tai pyörrevirta-anturia, joista etäi-syysantureista on suunnattu mittaussäteet olennaisesti mitattavan sylinterin keskiakselia kohti, ja joka laite käsittää mittausvaunun, joka 25 on järjestetty liikuteltavaksi mitattavan sylinterin aksiaalisuunnassa, ja mainituista etäisyysantureista on johdettu mittaussignaalit muun· ninyksikköön ja siitä mikrotietokoneelle tai vastaavalle, johon tallennetun ohjelman perusteella on ympyrän yhtälöön sovituksen avulla määrättävissä mitattavan sylinterin halkaisija ja tarvittaessa myös mi-30 tattavan sylinterin muoto.

Lisäksi keksinnön kohteena on keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen uudet käytöt.

35 Keksintö liittyy suurikokoisten sylinterikappaleiden halkaisijan ja muodon mittaukseen. Tyypillisesti keksinnön mukaisesti mitattavien kappaleiden halkaisijat ovat alueella 0,5-2 m ja pituudet 4-10 m. Keksinnössä sylinterin muodolla tarkoitetaan sekä sylinterivaipan muotoa 8691 8 2 tietyssä tai tietyissä radiaalileikkauksissa sekä vaipan muotoa (mainittujen radiaalileikkausten muodon vaihtelua) aksiaalisuunnasssa.

Sylinterimäisen kappaleen halkaisijan mittaaminen on usein varsin on-5 gelmallista. Erityisen vaikeaa on mitata suurikokoisten sylintereiden halkaisijoita. Tyypillisinä esimerkkeinä kyseisistä sylintereistä ovat paperikoneen kuivatussylinterit, joiden halkaisija on luokkaa 2 m ja pituus 5-10 m.

10 Ennestään tunnetusti sylinterihalkaisijoita mitataan mikrometrityyppi-sillä mittalaitteilla tai sylinterin ympäri asetettavalla nauhamitalla, jossa on nonius-asteikko.

Lisäksi tunnetaan erilaisia referenssisuoriin perustuvia mittaus-15 menetelmiä, joissa käytetään referenssilankaa tai lasersädettä referenssinä. Näiden menetelmien käyttö paperikoneissa on kuitenkin hankalaa.

Esillä olevaan keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan 20 esimerkkeinä US-patentteihin nrot 3604940, 4141149, 4227812, 4227813, 4614038 ja 4625413, hakemusjulkaisuihin FI-874267, WO-88/06268, GB-2088062 ja patenttijulkaisuun GB-1308439.

Paperikoneiden kunnossapidon ja ongelmadiagnostiikan yhteydessä on 25 tarve mitata kuivatussylinterien halkaisijoita ja muotoja sylinterien kunnostus- tai vaihtotarpeen arvioimista varten. Pyörivän sylinterin mittaus on erityisen ongelmallista ja vaikeuksia entisestään lisää se, että kuivatussylinterit sijaitsevat hyvin ahtaasti ja niiden ympärillä on eri laitteita niin, että sylinterit ovat vaikeasti luoksepäästäviä.

30 Näin ollen on erityisen suuri tarve saada aikaan menetelmä ja laite, jolla voidaan mitata suurikokoisien sylinterien, etenkin paperikoneen kuivatussylinterien muotoa ja halkaisijoita sylinterien ollessa paperikoneeseen asennettuna.

35 Lisäksi on tarvetta mitata sylinterin muotoa ja halkaisijoita erityisen tarkasti sylinterien uustuotannossa.

3 86918

Mitä paperikoneiden sylinterien halkaisijoiden tarvittavaan mittaustarkkuuteen tulee, on käytössä olevan pyörivän sylinterin halkaisijan ja muodon mittaustarkkuusvaatimus luokkaa ± 0,1 mm ja uustuotannossa luokkaa ± 0,01 mm.

5

Paperikoneiden sylinterien mittauksessa on tärkeää saada mitatuksi niiden halkaisija ja muoto sylinterin ollessa paperikoneeseen asennettuna. Referenssilankoihin tai -säteisiin perustuvat menetelmät soveltuvat periaatteessa dynaamisen halkaisijan mittaukseen ja niitä onkin 10 käytetty esim. paperikoneen jenkkisylinterien halkaisijoiden ja muodon mittauksessa. Käytännössä on kuitenkin vaikeaa järjestää jopa n. 10 metrin pituinen tarkka referenssisuora paperikoneen jokaiselle kuiva-tussylinterille, joita on tyypillisesti n. 60 kpl yhdessä kuivatusosas-sa. Tunnettujen referenssisuorien asentaminen on osoittautunut käytän- 15 nössä mahdottomaksi. Tunnetuilla menetelmillä onkin tyydytty yleensä mittaamaan kuivatussylinterien halkaisijaa vain sylinterien päistä.

Nämä mittaukset eivät kuitenkaan anna riittävästi tietoa erilaisten ongelmien selvittämiseksi ja kuivatussylinterin kunnostus- ja vaihto-tarpeen luotettavaksi arvioimiseksi.

20

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi menetelmä ja laite yleensä sylinterimälsten kappaleiden halkaisijan ja muodon mittaamiseksi etäisyysanturiparia käyttäen.

25 Keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen kosketukseton mittausmenetelmä ja -laite, jolla voidaan vähentää tunnetuissa menetelmissä ja laitteissa ilmenneitä epäkohtia ja tarjota ratkaisuja edellä kosketeltuihin ongelmiin.

30 Keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen mittausmenetelmä ja -laite, joka soveltuu erityisen hyvin paperikoneen kuivatussylinterien ja muiden vastaavien sylinterien halkaisijan ja/tai muodon mittaukseen sylinterien ollessa paperikoneeseen asennettuna.

4 8 6 91 8

Keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, jolla voidaan toteuttaa riittävän suuri mittaustarkkuus paperikoneessa olevien suurikokoisten pyörivien sylinterien mittauksessa.

5 Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä käytetään ainakin kahta etäisyysanturia, jotka kiinnitetään vierekkäin samaan runko-osaan niin, että etäisyysantureiden keskinäinen etäisyysvektori tarkasti tunnetaan, ja että mittauksen yhteydessä mai-10 nittua runko-osaa tuetaan mitattavan sylinterimäisen kappaleen ulkopuolisiin runkorakenteisiin.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainitut etäisyysanturit on sovitettu mittaus-15 vaunuun siten, että antureiden keskinäinen etäisyys tarkasti tunnetaan, ja että mainittu mittausvaunu on tuettu sellaiseen palkkiin tai vastaavaan, joka on tuettu sylinterimäisen kappaleen ulkopuolisiin runkorakenteisiin.

20 Lisäksi keksinnön piiriin kuuluu keksinnön mukaisen menetelmän ja/tai laitteen käyttö paperikoneen sylinterien, etenkin kuivatussylinterien halkaisijan ja/tai muodon mittaamisessa sylinterien pyöriessä paperikoneessa.

25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovel-lusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

30 Kuvio 1 havainnollistaa keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen periaatetta ja siihen liittyvää mittausgeometriaa.

Kuvio 2 esittää aksonometrisenä kuvantona keksinnön mukaista laitetta sovitettuna traversointipalkkinsa varaan mitattavan sylinterin tuntu-35 maan.

8691 8 5

Kuvio 3 esittää pääasiallisesti lohkokaaviona keksinnön mukaiseen menetelmään ja laitteeseen liittyvää mittauselektroniikkaa, tietojenkäsittely- ja tulostusosaa.

5 Kuvion 1 mukaisesti keksinnön menetelmässä ja laitteessa käytetään kahta etäisyysanturia 21 ja 22, joiden välinen vektori d on tunnettu (kuvio 1). Ajan hetkellä t anturilta 21 saadaan etäisyys mitattavan sylinterin 10 kehän pisteeseen A (vektori dl) ja anturilta 22 etäisyys kehän pisteeseen B (vektori d2). Anturit 21 ja 22 suunnataan kohti 10 sylinterin 10 kaarevuuskeskipistettä 0 esim. pyörittämällä niitä z-akselin suuntaisen akselin ympäri kunnes etäisyyslukema saa minimiarvonsa. Tällöin vektori anturilta 21 pisteeseen B on db — d + d2. Sidotaan kuvion 1 mukaisesti koordinaatisto anturiin 21. Origo on anturin 21 kohdalla. Nyt siis tunnetaan pisteiden A ja B koordinaatit (Xa.Ya)> 15 (Xb.Yb) ja sijoittamalla ne yhtälöön (1) voidaan ratkaista keskipisteen koordinaatit (x0-O ja y0) ja säde r.

xA = 0 20 xB - Lcos(a/2) + /d2/cos(90°+a) = Lcos(a/2) - /d2/sina 25 _ yA - /d1/ yB = Lsin(a/2) + /d2/sin(90°+a) 30 - Lsin(a/2) + /d2/cosa x2b + (yB-y0)2 - r2 (1) 35

missä - y0 - yA - y0 - /dV

x2b + y2B - /di/2 -> yo-- 40 2yB - 2d, 6 86918

Halkaisija β - 2r saadaan seuraavasti 0 “ 2*(y0 - /dl/) 5

Koska mitattavan sylinterin 10 vaipalla voi olla muotovirheitä ja sylinteri 10 voi pyöriä epäkeskeisesti, on mittaus yleensä suoritettava useasta eri kohdasta z-akselin suunnassa. Keskiarvoistuksen tuloksena saadaan tällöin sylinterin keskimääräinen halkaisija 0k.

10

Kuviossa 2 on esitetty aksonometrisenä kuvantona keksinnön eräs laite-toteutus. Laitteeseen kuuluu traversointipalkki 11, jonka johteissa 12 traversoi nuolen T suunnassa vaunu 14, jossa on mittausanturit 21 ja 22. Vaunussa 14 on pyörät tai liukujohteet 13, jotka välyksettömästi 15 tukevat vaunun palkin 11 johteisiin 12. Vaunun 14 traversointisuunta T asetetaan kuviossa 1 esitetyn koordinaatiston z-akselin suuntaiseksi siis sylinterin 10 pyörimisakselin suuntaiseksi, mutta tämä suuntaus ei välttämättä tarvitse olla kovin tarkka. Vaunussa olevilla antureilla 21 ja 22 mitataan sylinterin 10 halkaisijoita, tarvittaessa myös kehän 20 muotoja ja riittävän useasta kohtaa z-akselin suunnassa.

Kuviossa 2 esitetyssä asemassa vaunussa 14 olevat anturit 21 ja 22 mittaavat sylinterin 10 vaipan sädettä ja muotoa etäisyydellä zQ sylinterin 10 päädystä 10a. Tällöin voidaan mitata myös sylinterin 10 vaipan 25 muoto kohdassa C0. Mittauksia suoritetaan vaunua 14 traversoimalla eri paikkoihin z-suunassa esim. 10 kpl yhtä sylinteriä 10 kohti. Mittauksen yhteydessä palkki 11 tuetaan sinänsä tunnetuilla kiinityslaitteilla kuivatusosan hoito- ja käyttöpuolen runkorakenteisiin tai muihin vastaaviin tukijärjestelyihin. Palkki 11 ja vaunu 14 voivat olla verraten 30 kevytrakenteisia, joten ne mahtuvat kuivatusosan sylinterien välisiin tiloihin.

Antureina 21 ja 22 voidaan käyttää sinänsä tunnettuja kosketuksettomia etäisyysantureita kuten optisia antureita tai pyörrevirta-antureita.

35 7 8691 8

Kuviossa 3 on esitetty pääasiallisesti lohkokaaviona keksinnön mukaisessa mittausmenetelmässä ja laitteessa käytetty mittaussignaalien eräs käsittely- ja tulostusjärjestelmä.

5 Keskipisteensä O ympäri kulmanopeudella w pyörivän sylinterin 10 yhteyteen on järjestetty edellä selostetut etäisyysanturit 21 ja 22, joiden keskinäinen etäisyysvektori d tarkasti tunnetaan. Sylinterin 10 yhteydessä on myös pulssianturi 23, jolla mitataan sylinterin 10 kulmanopeutta w esim. käyttäen hyväksi sylinterin 10 yhteyteen sijoitettua 10 magneettipalaa tai vastaavaa. Etäisyysanturit 21 ja 22 suunnataan esim. askelmoottorilla kohti akselia siten, että ne kumpikin mittaavat minimietäisyyttä sylinterin 10 vaipasta eli niiden mittaussäde kohdistuu sylinterin 10 keskiakselille 0.

15 Kuvion 3 mukaisesti antureiden 21 ja 22 mittaussignaalit Sx ja S2 johdetaan esivahvistimille 24. Pulssianturilla 23 on esivahvistin 25, josta saadaan sakara-aalto, jonka jaksoaika T sisältää tiedon sylinterin 10 kulmanopeudesta w. Esivahvistimen 24 ja 25 signaalit johdetaan alipääs-tösuodattimien 18 kautta A/D-muunninkortille 26. Näytteenottotaajuuden 20 ja kulmanopeuden määrittävä laskuri 19 on toteutettu ohjelmallisesti mikrotietokoneella 15. Pulssianturista 23 saadulla signaalilla suoritetaan ulkoinen liipaisu. A/D-muunninkortti 26 on kytketty mikrotietokoneeseen 15, johon on yhdistetty näyttö 16 ja kirjoitin ja/tai piirturi 17. A/D-muunninkortilta 26 saatujen antureiden 21 ja 22 mittaussignaa-25 lien perusteella määrätään mitattavan sylinterin 10 muoto ja yksiköllä 27 erikseen epäkeskeisyys, elliptisyys tai kulmikkuus. Mikrotietokoneeseen 15 tallennetulla ohjelmalla, joka sisältää edellä esitetyt yhtälöt (1),(2) ja (3) suoritetaan yksikössä 28 etäisyysantureista 21 ja 22 saatujen signaalien sovitus ympyrän yhtälöön, minkä perusteella saadaan 30 sylinterin 10 halkaisija φί mittauskohdassa

Mittaamalla sylinterin halkaisijat φί ja muodot ci riittävän useissa kohdissa zL z-suunnassa saadaan muodon vaihtelu aksiaalisuunnassa eli sylinterin muoto myös aksiaalisuunnassa. Tällä mittauksella voidaan 35 päätellä, onko sylinteri esim. tynnyrimäinen tai porkkanamainen vai onko siinä muita muotovirheitä.

8691 8 8

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite soveltuu erityisen hyvin toiminnassa olevien paperikoneen kuivatussylinterien tai jenkkisylinterien halkaisijan ja muodon mittaukseen, kun arvioidaan sylinterien kunnos-5 tus- tai vaihtotarvetta. Samassa yhteydessä voidaan mittaustulokset tallentaa muistiin joko analogisessa muodossa instrumenttianturilla tai digitaalisessa muodossa mikrotietokoneella ja suorittaa mittauksen yhteydessä tai jälkikäteen etäisyysantureilta 21,22 saatujen mittaussignaalien S1 ja S2 analysointi edellä kuvatulla tavalla.

10

Edellä esitetyllä tavalla voidaan mitata nimenomaan sylinterin 10 muotoja Ci ja halkaisijoita φί ja niiden jakautumia sylinterin ollessa paperikoneessa. Lisäksi saadaan selvitettyä sylinterin 10 pinnan paikalliset virheet. Muodon määrittelyllä voidaan myös selvittää, onko 15 sylinteri z-suunnassa esim. tynnyrimäinen (bombeerattu) tai porkkana-mainen ja onko eri sylinterien välillä halkaisijaeroja. Mainittujen tietojen avulla voidaan arvioida sylinterin 10 kunnostus- tai vaihtotarvetta .

20 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

Claims (11)

1. 8691 8
2. 1. Menetelmä sylinterimäisen kappaleen (10) vaipan halkaisijan ja muodon mittaamiseksi käyttäen mitattavan sylinterikappaleen (10) tuntu- 5 maan sovitettuja kosketuksettomia etäisyysantureita (21,22), joista otetaan ulos mittaussignaalit (S1,S2), jotka sisältävät tiedon mainittujen antureiden (21,22) etäisyydestä (dl,d2) tuntumassa olevan mitattavan sylinterikappaleen (10) vaipasta, ja jossa menetelmässä mainittujen mittaussignaalien (S1,S2) perusteella määritetään mitattavan sylinterin 10 vaipan (c*) halkaisija (^) ja muoto mittauskohdassa (zA) mainitut tiedot laskennallisesti ympyrän yhtälöön (1) sovittamalla, tunnet-t u siitä, että menetelmässä käytetään ainakin kahta etäisyysanturia (21,22), jotka kiinnitetään vierekkäin samaan runko-osaan (14) niin, että etäisyysantureiden (21,22) keskinäinen etäisyysvektori (d) tarkas-15 ti tunnetaan, ja että mittauksen yhteydessä mainittua runko-osaa (14) tuetaan mitattavan sylinterimäisen kappaleen (10) ulkopuolisiin runkorakenteisiin.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, 20 että etäisyysanturiparin (21,22) mittaussäteet suunnataan leikkaamaan toisensa mitattavan sylinterin kaarevuuskeskipisteessä (O) pyörittämällä antureita sylinterin akselin suuntaisen akselin ympäri ja minimoimalla etäisyysanturien (21,22) etäisyyslukemat.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan pyörivää sylinteriä, jonka pyörimisnopeutta ja/tai kulmanopeutta (w) mitataan pulssianturilla (23) tai vastaavalla.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että pyörivän tai pyöritettävän mitattavan sylinterin (10) halkaisija (φL) ja muoto (cA) mitataan sylinterin (10) aksiaalisuunnassa useissa kohdissa (zL) ja että mainitut mittaustulokset, etenkin halkaisijan (,φ±) mittauksen osalta, keskiarvoistetaan sylinterin (10) keskimääräisen halkaisijan (<£k) mittaamiseksi. 35 8691 8
6. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainituista etäisyysantureista (21,22) saadut mittaussignaalit (Sj.Sj) , tarvittaessa esivahvistettuina, johdetaan A/D-muunnin-yksikköön (26), josta saadut digitaaliset signaalit johdetaan mikrotie-5 tokoneelle (15), johon tallennetun ohjelman perusteella sovitetaan mittaussignaalit ympyrän yhtälöön (1) ja täten määrätään mitattavan sylinterin (10) vaipan halkaisija (^) ja tarvittaessa myös vaipan muoto (Ci) .
7. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainituista etäisyysantureista (21,22) saatujen signaalien (S1,S2) perusteella suoritetaan spektrianalyysejä, jolla määrätään mitattavan sylinterin (10) pinnan laatu- ja/tai muoto-ominaisuuksia.
8. 7. Laite sylinterimäisen kappaleen (10) halkaisijan ja muodon mittaami seksi käyttäen kahta kosketuksetonta etäisyysanturia (21,22) kuten optista anturia tai pyörrevirta-anturia, joista etäisyysantureista (21,22) on suunnattu mittaussäteet olennaisesti mitattavan sylinterin keskiakselia (0) kohti, ja joka laite käsittää mittausvaunun (14), joka 20 on järjestetty liikuteltavaksi mitattavan sylinterin aksiaalisuunnassa (z), ja mainituista etäisyysantureista (21,22) on johdettu mittaussignaalit (SltS2) muunninyksikköön (26) ja siitä mikrotietokoneelle (15) tai vastaavalle, johon tallennetun ohjelman perusteella on ympyrän yhtälöön sovituksen avulla määrättävissä mitattavan sylinterin hal-25 kaisija (φ) ja tarvittaessa myös mitattavan sylinterin muoto (c), tunnettu siitä, että mainitut etäisyysanturit (21,22) on sovitettu mittausvaunuun (14) siten, että antureiden (21,22) keskinäinen etäisyys (d) tarkasti tunnetaan, ja että mainittu mittausvaunu (14) on tuettu sellaiseen palkkiin (11) tai vastaavaan, joka on tuettu sylinte-30 rimäisen kappaleen (14) ulkopuolisiin runkorakenteisiin. 1 Patenttivaatimuksen 7 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaite käsittää mittauspalkin (11), joka on kiinnitettävissä ja suunnattavissa mitattavan sylinterin (10) keskiakselin (0) 35 suuntaan, että mainitussa palkissa (11) on johteet (12) tai vastaavat, joiden ohjaamana mittausvaunu (14) on järjestetty traversoitavaksi 8691 8 mitattavan sylinterin aksiaalisuunnassa niin, että sylinterin (10) halkaisija (φ±) ja muoto (cA) on mitattavissa useissa kohtaa (zA) aksi-aalisuunnassaan (kuvio 2).
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän ja jonkin patent tivaatimuksen 7 tai 8 mukaisen laitteen käyttö paperikoneen tai paperin jälkikäsittelykoneen kuivatussylinterin tai jenkkisylinterin halkaisijoiden ja/tai vaipan pinnan muotojen ja/tai laadun mittauksessa.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen käyttö papperikoneen tai paperin jälkikäsittelykoneen kuivatussylinterien tai jenkkisylinterien halkaisijoiden ja/tai pinnan muotojen ja/tai laadun mittauksessa sylinterin ollessa laakereittensa varassa toimipaikallaan pyörivä.
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen käyttö mitattavan sylinterin (10) ollessa pyörivänä toimipaikallaan mittausvaunua (14) traversoimalla mittauspalkin (11) tai vastaavan kannatuslaitteen varassa sylinterin (10) olennaisesti koko pituudella ja suorittamalla useita mittauksia akselisuunnassa sylinterin (10) eri kohdista (zj) . 20 86918