FI94908B - Laite kappaleiden muodon ja/tai muotovirheiden mittaamiseksi - Google Patents

Description

94908

Laite kappaleiden muodon ja/tai muotovirheiden mittaamiseksi Anordning for mätning av formen och/eller formfelen pä stycken 5 Keksinnön kohteena on laite kappaleiden, erityisesti pyörivien kappaleiden muodon ja/tai muotovirheiden mittaamiseksi, joka laite käsittää mittalaitteen rungon, johon on asennettu kolme anturitelinettä, joihin sovitetut anturit on suunnattu siten, että niiden kautta kulkevat mittaussuorat, kuten mittaussäteet, leikkaavat toisensa pyörivän kappaleen pyörimisakselilla, jolloin kyseiset anturit mittaavat kulloinkin kappaleen 10 pinnan muotoa kappaleen keskiakselilta anturiin kulkevan pyörimissäteen suunnassa.

Keksintö liittyy erityisesti pyörivien ympyrämäisten kappaleiden mittaamiseen ja keksinnön erityisenä sovelluskohteena on lieriömäisten kappaleiden, kuten paperikoneen telojen mittaus. Kappaleiden ja erilaisten pintojen tasaisuuden ja/tai karheuden mittaami-15 seen on kehitetty useita menetelmiä ja laitteita, joilla pinnan muotoa ja karheutta havainnoidaan erilaisten tunnistinelinten avulla. Tällaisia mittausmenetelmiä ja laitteita on aikaisemmin esitetty mm. US-patenteissa 4 048 849, 4 084 324 ja 4 573 131 sekä GB-patentissa 1 502 107. Näissä julkaisuissa esitetyt menetelmät on kuitenkin tarkoitettu paikallaan olevien pintojen tai kappaleiden muodon ja muotovirheiden 20 mittaamiseen, minkä johdosta ne eivät sovellu pyörivien kappaleiden, kuten erityisesti paperikoneen telojen muodon mittaamiseen.

Myös pyörivien sylinterikappaleiden halkaisijan ja muodon mittaukseen on aikaisemmin kehitetty erilaisia laitteita ja mittausmenetelmiä. Eräs tällainen mittausmenetelmä ja 25 laite on esitetty FI-patenttihakemuksessa n:o 902497, jossa esitetty menetelmä perustuu kaksipistemittaukseen. Tämän julkaisun mukaisella menetelmällä saadaan mitattua lieriömäisen kappaleen, kuten paperikoneen telan halkaisija, mutta telan halkaisijapoikkipinnan muotovirheiden mittaukseen menetelmä soveltuu varsin huonosti.

30 Edellä esitettyjä ratkaisuja kehittyneempi mittausmenetelmä on esitetty väitöskiijajul-kaisussa: "Nyberg, Timo R., "Dynamic Macro Topography of Large Slowly Rotating Cylinders; Acta Pölytechnica Scandinavica, Mechanical Engineering Series 2 94908

No. 108, Helsinki 1993". Tässä julkaisussa on erittäin perusteellisesti teoreettisella tasolla selostettu menetelmää, jolla erityisesti paperikoneen telan muotoa ja muotovirheitä mitataan kolmipistemittauksella. Esitetyssä menetelmässä käytettyyn mittalaitteeseen kuuluu kolme mittausanturia, jotka on jäljestetty tiettyyn kulmaan toisiinsa nähden 5 ja jotka on sovitettu pyörivän telan pinnan läheisyyteen (tai kiinni telan pintaan, mikäli käytetään koskettavia antureita) havainnoimaan telan muotoa ja muotovirheitä. Kuvatussa menetelmässä mittalaitetta siirretään telan aksiaalisen pituuden yli, jolloin telan muoto ja muotovirheet voidaan määrittää telan koko mitalta. Kuten edellä jo todettiin, on tässä julkaisussa mittausmenetelmä kuvattu varsin perusteellisesti teoreetti-10 sella tasolla. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ole esitetty sellaista teknistä ratkaisua, jolla yhtä ja samaa mittalaitetta käyttämällä voitaisiin mitata halkaisijaltaan erittäin paljon toisistaan poikkeavia sylinterimäisiä kappaleita.

Nyt esillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on saada aikaan laite edellä 15 kuvatun väitöskiijajulkaisun mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jolla laitteella pystytään mittaamaan ja määrittämään pyörivien kappaleiden muotoa ja/tai muotovirheitä. Tämän toteuttamiseksi on keksinnölle pääasiassa tunnusomaista, että ensimmäinen anturiteline on asennettu mittalaitteen runkoon kiinteästi ja toinen sekä kolmas anturiteline on asennettu runkoon lineaariliikkeellä siirrettävästi suunnissa, jotka 20 poikkeavat kappaleen keskiakselilta antureihin kulkevien pyörimissäteiden suunnista siten, että eri kokoisten kappaleiden mittaamiseksi siirrettävät anturit ovat siirrettävissä antureiden välisten kulmien muuttumatta asemiin, joissa siirrettävien antureiden mittaussäteet leikkaavat toisensa samassa kohdassa kiinteän anturin mittaussäteellä.

25 Keksinnön eduista voidaan lyhyesti todeta, että koska laite toimii aiemmin mainitun väitöskirjajulkaisun mukaisen menetelmän periaatteiden mukaisesti, saavutetaan keksinnön mukaisella laitteella kaikki ne edut mittaustarkkuuden ja mittauksen luotettavuuden suhteen, jotka kyseisessä julkaisussa on jo kuvattu. Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna tähän julkaisuun nähden on lisäksi se, että keksinnön mukainen laite 30 soveltuu kooltaan suuresti vaihtelevien kappaleiden mittaamiseen ilman mitään muutos- 3 94908 toimenpiteitä. Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraa-vasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.

Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin 5 viittaamalla.

Kuvio 1 esittää täysin kaaviomaisena perspektiivikuvana keksinnön mukaista mittalaitetta sovellettuna lieriömäisen kappaleen, kuten paperikoneen telan mittaamiseen.

10 Kuvio 2 esittää yksityiskohtaisemmin kaaviomaisena sivukuvana keksinnön mukaista mittalaitetta.

Piirustuksen kuvioissa 1 ja 2 keksinnön mukaista mittalaitetta, jota on yleisesti merkitty viitenumerolla 10, käytetään siis paperikoneen telan 5 muodon mittaamiseen. Mittalaite 15 10 käsittää rungon 11, johon on jäljestetty kolme anturitelinettä 12,13,14. Näistä anturitelineistä on ensimmäinen anturiteline 12 asennettu kiinteästi kiinni mittalaitteen runkoon 11. Toista anturitelinettä 13 ja kolmatta anturitelinettä 14 varten on mittalaitteen runkoon 11 asennettu suorat siirtoelementit 15,16, joita pitkin mainitut toinen ja kolmas anturiteline 13,14 ovat siirrettävissä. Siirtoelementit 15,16 ovat edullisesti 20 vierintäjohteita, liukujohteita tai vastaavia. Nämä siirrettävät anturitelineet 13,14 on tätä varten varustettu tarkoituksenmukaisilla, siirtoelementtejä 15,16 pitkin liikkuvilla luistirakenteilla, rullaratkaisuilla tai vastaavilla (ei kuvattu lähemmin). Anturitelineisiin 12,13,14 on asennettu mittausanturit 1,2,3 siten, että mainitut anturit ovat tietyssä kulmassa toisiinsa nähden. Siirtoelementtien 15,16 suunnat on valittu siten, että 25 siirrettäviin anturitelineisiin 13,14 asennetut anturit 2,3 ovat anturitelineiden 13,14 avulla siirrettävissä pitkin siirtoelementtejä 15,16 antureiden 1,2,3 välisten kulmien muuttumatta sellaiseen asemaan, että mittalaitetta 10 voidaan käyttää eri kokoisten kappaleiden mittaamiseen. Kuviossa 2 tätä on havainnollistettu pistekatkoviivojen avulla siten, että siirrettävät anturit 2’,3’ ovat siirrettävissä asemaan, jossa on mahdollista 30 mitata erittäin pienikokoista sylinterikappaletta 5’.

t 4 94908

Toisen ja kolmannen anturin 2,3 siirtämistä varten on mittalaite 10 varustettu aseman-säätölaittein 17,18;19,20,21,22, joiden avulla siirrettävät anturitelineet 13,14 ovat asemoitavissa haluttuun kohtaan siirtoelementeillä 15,16. Toisen anturitelineen 13 asemansäätölaite käsittää tarkkanousuisen ruuvin 17, joka on varustettu ruuvin 5 säätöelimellä 18. Mainitulla säätöelimellä 18 ruuvia 17 kiertämällä toista anturite-linettä 13 ja siinä olevaa anturia 2 voidaan erittäin tarkasti siirtää siirtoelementin 15 suunnassa. Kolmannen anturitelineen asemansäätölaite käsittää ruuvin 19, ruuvin säätöelimen 20, akselin 21 sekä voimansiirtoelimen, kuten hihnan tai vastaavan, 22, jonka avulla akselin 21 pyörimisliike välitetään ruuville 19. Näin ollen on myös 10 kolmas anturiteline 14 sekä siinä oleva anturi 3 tarkasti asemoitavissa haluttuun asemaan siirtoelementillä 16. Telan 5 muodon ja muotovirheiden mittaus suoritetaan telan pyöriessä ja tätä pyörimisliikettä on kuviossa 2 havainnollistettu nuolella.

Sen lisäksi, että keksinnön mukainen mittalaite 10 soveltuu kuvion 2 mukaisesti telan 15 5 radiaalisten mittojen ja muotovirheiden mittaamiseen, voidaan mittalaitteella 10 määrittää myös telan 5 aksiaalisia muotovirheitä. Tätä on kaaviomaisesti pyritty havainnollistamaan kuviossa 1 siten, että mittalaite 10 on asennettu vaunuun 6, joka on siirrettävissä pitkin telan 5 akselin suuntaista johdekiskoa 7. Mittalaitetta 10 siirrettäessä telan 5 akselin suunnassa voidaan näin ollen määrittää esim. telan 5 bombeeraus, 20 jolloin mittalaite 10 antaa tiedon myös siitä, missä määrin telaa 10 on esim. hiottava bombeerauksen koijaamiseksi. Koska johdekisko 7, jota pitkin vaunu 6 liikkuu, ei välttämättä ole täsmälleen suora ja telan 5 akselin suuntainen, on tämä ns. "johdevir-he" myös voitava mitata, jotta telan 5 jatkotyöstöön käytettävän koneen, esim. hioma-koneen virheliikkeet saataisiin kompensoitua. Mainittu johdevirheen mittaus suoritetaan 25 mittaamalla vaunun 6 virheliikkeitä telan 5 säteen suunnassa. Tätä varten on kuvion 1 mukaisesti mittalaitteen 10 kiinteään anturitelineeseen 12 asennettu kaksi anturia la, Ib, jotka sijaitsevat telan 5 radiaalisuunnassa samassa kohdassa, mutta telan 5 aksiaalisuun-nassa toisistaan määrätyn etäisyyden päässä. Anturien la, Ib avulla saadaan määritettyä vaunun 6 asema telan 5 radiaalisuunnassa kussakin kohdin johdekiskoa. Näiden 30 ensimmäisten anturien la, Ib välinen telan 5 akselin suuntainen etäisyys on edullisiin- 5 94908 min valittu samaksi, mitä käytetään mittauksessa "nousuna" eli samaksi, kuin on mittalaitteen 10 telan 5 aksiaalisuuntainen siirtomatka telan 5 yhtä pyörähdystä kohti.

Mittalaitteen 10 toiminta on lyhyesti kuvattuna seuraavanlainen. Ennen mittauksen 5 aloittamista asetetaan siirrettävät anturitelineet 13,14 mitattavan telan S halkaisijan mukaiseen asemaan, minkä jälkeen mittalaite 10 siirretään mittausasemaansa kohtisuorassa suunnassa telan S pyörähdysakseliin nähden ja lukitaan paikalleen. Tämän jälkeen mittalaite 10 ajetaan mitattavan telan 5 mukaiseen lopulliseen mittausasemaansa, mikä määritetään erillisen lähestymiskytkimen, kuten rajakytkimen avulla. Rajakytkin-10 tä on kuviossa 2 merkitty viitenumerolla 25. Kuvion 2 esityksessä, jossa mittalaite 10 on esitetty mittausasennossa, on lähestymiskytkin 25 käännetty toimimattomaan asentoon. Toiminta-asennossa, jota piirustuksien kuvioissa ei ole esitetty, lähestymiskytkin 25 tunnistaa mittalaitteen 10 etäisyyden mitattavasta telasta 5.

15 Mittalaite 10 ajetaan lähestymiskytkimen 25 signaalin avulla mittausasemaansa, jolloin anturien 1,2,3 asema telan 5 keskilinjaan nähden on riittävän tarkka. Mitta-anturit 1,2,3 kalibroidaan tämän jälkeen kukin yksi kerrallaan. Kalibrointi suoritetaan luonnollisesti pelkästään sellaisille antureille, jotka kalibrointia vaativat. Mittalaitteessa voidaan kuitenkin käyttää useantyyppisiä antureita, eivätkä kaikki anturit edellytä kalibrointia.

20 Mitta-antureiden 1,2,3 kalibroinnin jälkeen suoritetaan mittausajo telan 5 aksiaalisuun-nassa päästä päähän telan 5 pyöriessä valitulla nopeudella. Tilanteesta riippuen mittaus voi olla ensinnäkin nousullinen mittaus, jossa nousu, eli mittalaitteen 10 siirtymä telan 5 aksiaalisuunnassa telan yhtä kierrosta kohti on sama kuin rinnakkain sijaitsevien ensimmäisten anturien la, Ib välinen etäisyys. Toiseksi voidaan käyttää 25 sellaista nousullista mittausta, jossa nousu on rinnakkain sijaitsevien mitta-anturien la, Ib välinen etäisyys jaettuna jollakin kokonaisluvulla, jolloin saadaan tiheämpi mittauspiste-verkko. Mittaus voidaan edelleen suorittaa nousuttomana, jolloin mittalaitteen 10 telan 5 aksiaalisuuntainen liike pysäytetään jokaisen poikkileikkauksen mittausta varten, mittausvälin telan 5 aksiaalisuunnassa ollessa joko rinnakkain sijaitsevien mitta-anturien 30 la, Ib välinen etäisyys tai sen kokonaisluvulla jaettu osa. Mitta-anturit 1,2,3 on kytketty laskentayksikköön, kuten mikrotietokoneeseen, joka mittaustulosten perusteella laskee • · · 6 94908 ja tulostaa mitattavan kappaleen, kuten telan 5 mittatiedot sekä ilmoittaa myös sen, kuinka paljon ja mistä kohdasta mitattavaa kappaletta on työstettävä, esim. hiottava mittojen saamiseksi oikeaksi.

5 Keksinnön mukaisen mittalaitteen 10 rakenne mahdollistaa erittäin laajan mitta-alueen ilman pitkiä säteensuuntaisia "kurotusliikkeitä", jolloin mittalaitteen 10 rakenteesta on saatu tukeva. Antureita 1,2,3 ei tarvitse mittausta varten siirtää radiaalisuunnassa lainkaan, kun ne on kerran kohdalleen asetettu. Mitattavan kappaleen halkaisijan muuttuessa antureita 1,2,3 ei näin ollen siirretä radiaalisuunnassa, vaan siirto suorite-10 taan lineaaiiliikkeenä pitkin siirtoelementtejä 15,16 siten, että mitattavan kappaleen halkaisijasta riippumatta anturit 1,2,3 ovat aina oikeassa kohdassa. Mitta-antureina 1,2,3 voidaan käyttää joko koskettavia tai ei-koskettavia antureita tapauksesta riippuen. Keksinnön mukaisella mittalaitteella 10 voidaan mitata mitä tahansa pyörivää kappaletta, esim. kiekkomaisia kappaleita. Periaatteessa voidaan mittalaitteen 10 avulla mittaus 15 suorittaa myös ei-ympyräpoikkipintaiselle kappaleelle, mikäli anturien 1,2,3 mittausalue valitaan riittävän suureksi.

Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin viittaamalla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään kuvioissa esitettyjä 20 esimerkkejä, vaan keksinnön eri suoritusmuodot voivat vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• « • · : ·· t MU I ltM i

Claims (5)

9 7 94908

1. Laite kappaleiden, erityisesti pyörivien kappaleiden muodon ja/tai muotovirheiden mittaamiseksi, joka laite (10) käsittää mittalaitteen rungon (11), johon on asennettu 5 kolme anturitelinettä (12,13,14), joihin sovitetut anturit (1,1a, Ib,2,3) on suunnattu siten, että niiden kautta kulkevat mittaussuorat, kuten mittaussäteet, leikkaavat toisensa pyörivän kappaleen (5) pyörimisakselilla, jolloin kyseiset anturit (1,1a, Ib,2,3) mittaavat kulloinkin kappaleen (5) pinnan muotoa kappaleen keskiakselilta anturiin kulkevan pyörimissäteen suunnassa, tunnettu siitä, että ensimmäinen anturiteline (12) on 10 asennettu mittalaitteen runkoon (11) kiinteästi ja toinen sekä kolmas anturiteline (12,13) on asennettu runkoon (11) lineaariliikkeellä siirrettävästi suunnissa, jotka poikkeavat kappaleen (5) keskiakselilta antureihin kulkevien pyörimissäteiden suunnista siten, että eri kokoisten kappaleiden (5,5’) mittaamiseksi siirrettävät anturit (2,3) ovat siirrettävissä antureiden välisten kulmien muuttumatta asemiin, joissa siirrettävien antureiden (2,3) 15 mittaussäteet leikkaavat toisensa samassa kohdassa kiinteän anturin (1,1a, Ib) mittaussä-teellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittalaitteen runkoon (11) on asennettu suorat siirtoelementit (15,16), joille toinen ja kolmas anturiteline 20 (13,14) on siirrettävästi sovitettu.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siirtoelementit (15,16) ovat vierintäjohteita, liukujohteita tai vastaavia.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että toinen ja kolmas anturiteline (13,14) on varustettu asemansäätölaittein (17,18;20,21,22), joilla , I ·' kyseiset anturitelineet (13,14) ovat siirtoelementeillä (15,16) lineaarisesti asemoitavissa täsmälleen mitattavan kappaleen (5,5’) koon edellyttämään asemaan.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että mittalaite (10) on jäljestetty mitattavan kappaleen (5) pyörimisakselin suunnassa »* . 8 94908 siirrettäväksi mitattavan kappaleen (5) radiaalisten muotojen ja muotovirheiden mittaamiseksi kappaleen koko aksiaaliselta pituudelta sekä mitattavan kappaleen (5) aksiaalisen muodon määrittämiseksi. 5 !l IH i IIIU I I i M · » 9 94908