FI96448B - Menetelmä sylinterimäisen kappaleen mittaamiseksi - Google Patents

Description

96448

Menetelmä sylinterimäisen kappaleen mittaamiseksi Förfarande för mätning av ett cylinderformigt stycke 5 Keksinnön kohteena on menetelmä sylinterimäisen kappaleen mittaamiseksi, jossa menetelmässä mitattavaa kappaletta pyöritetään ja mittarunkoon kiinnitettyjä antureita, joita on ainakin kolme, siirretään vakiosyöttönopeudella mitattavan kappaleen toisesta päästä toiseen päähän, jossa ainakin yhdellä anturilla mitataan anturin etäisyyttä mitattavan kappaleen pinnasta spiraalimaisella radalla halutuissa mittauspisteissä, jossa 10 menetelmässä ennen mittauksen aloittamista anturit sijoitetaan sellaiseen keskinäiseen kallistettuun asemaan, että antureilla mitataan samalla spiraalimaisella radalla olevia mittauspisteitä.

Keksintö liittyy sellaisten sylinterimäisten kappaleiden mittaamiseen, joiden pyörittämi-15 nen keskeisesti on vaikeaa. Esimerkiksi painavien sylinterimäisten kappaleiden pyörittäminen keskeisesti ei yleensä onnistu, koska mitattava kappale taipuu painovoiman ja taivutusjäykkyyden vaihtelujen johdosta vaihtelevasti, jolloin kappaleen keskiviiva siirtyy vastaavasti vaihtelevasti. Myös kappaleet, joita pyöritetään omilla laakereillaan tai erikseen jäljestetyillä laakereilla, pyörivät niin, ettei niillä ole paikallaan pysyvää 20 pyörimiskeskiakselia johtuen laakerin virheistä.

Edelleen sylinterimäisen kappaleen halkaisijan mittaaminen on usein varsin ongelmallis-• · ta, koska mittaustapahtumaan vaikuttaa pyörimisen epätäydellisyys, virheet mittalaitteen syöttöliikkeessä, mitattavan kappaleen painovoimista johtuva taipuminen, värähtelyt 25 jne. Näin ollen mittaustuloksiin on saattanut tulla virhettä edellä mainituista ja muista mahdollisista tekijöistä, koska esim. mahdollista keskiakselin pisteen siirtymistä mittaustapahtuman aikana mittauksessa, syöttöliikkeen virheitä, värähtelyjä ei ole pystytty ottamaan huomioon.

30 Tekniikan tasosta tunnetaan yhdellä anturilla suoritettavia mittauksia, joissa anturi liikkuu esim. spiraalirataa pitkin sylinterimäisen kappaleen pinnalla. Yhdellä tai kahdella anturilla suoritettavissa mittauksissa ei mittaus kuitenkaan ota huomioon 2 96448 mahdollista keskipisteen siirtymää, jolloin mittaustuloksesta ei voida päätellä, onko mittaustuloksessa esiintyvä mahdollinen mitta-arvon muutos johtunut keskipisteen siirtymästä tai mitattavan kappaleen muodosta.

5 Eräs ennestään tunnettu kahta etäisyysanturia käyttävä ratkaisu on esitetty FI-patentti-hakemuksessa 902497. Tämän viitteen mukaisessa menetelmässä sylinterimäisen kappaleen vaipan halkaisijan ja muodon mittaamiseksi käyttäen mitattavan sylinterikap-paleen tuntumaan sovitettuja kosketuksettomia etäisyysantureita on uutena pidetty sitä, että menetelmässä käytetään sopivimmin kahta etäisyysanturia, joiden keskinäinen 10 etäisyysvektori tunnetaan, että mainituista etäisyysantureista otetaan ulos mittaussignaalit, jotka sisältävät tiedon mainittujen antureiden etäisyydestä tuntumassa olevaan mitattavan sylinterikappaleen vaipasta, ja että mainittujen mittaussignaalien perusteella määritetään mitattavan sylinterin vaipan muoto mittauskohdassa ja halkaisijan mainitut tiedot laskennallisesti ympyrän yhtälöön sovittamalla.

15

Ennestään tunnetusti sylinteri mäisten kappaleiden lieriömäisyyttä on mitattu poikkileik-kauksittain kolmipistemittauksina, jossa kappaleen keskipisteen siirtymä saadaan otettua huomioon. Tällöin kuitenkin ongelmia aiheuttaa mittauksen hitaus sekä se, että mittauksen tarkkuus kärsii niistä pysähdyksistä, jotka aiheutuvat mittalaitteen siirtämi-20 sestä seuraavan mitattavan poikkileikkauksen kohdalle. Tällöin pysähdyksen aikana mittalaite laskeutuu öljykalvon päältä, mikä aiheuttaa poikkeaman mittalaitteen t • liikeradassa. Edelleen mikäli mittaustuloksia käytetään hyväksi työstön esim. hionnan ohjauksessa, on mittausrata erilainen kuin työstörata pysähdyksistä johtuen, jolloin mittaustulosten perusteella suoritettava työstö saattaa johtaa virheelliseen kappaleeseen. 25

Keksintöön liittyvän tekniikan tason osalta viitataan myös US-patenttyulkaisuun 4,084,324, jonka eräässä suoritusmuodossa on esitetty mittalaite, jossa on kolme anturia, joiden toimintalinjat kohtaavat yhteisessä pisteessä. Mittalaite on tuettuna siten, että kolmea anturia voidaan käyttää sylinterimäisen kappaleen kaarevan pinnan 30 mittaamiseen. Mittalaitetta pidetään paikallaan, kun mitattavaa kappaletta pyöritetään siihen nähden.

K

3 96448

Keksintöä lähinnä olevan tekniikan tason osalta viitataan toisen keksijöistä Timo R. Nybergin väitöskirjaan "Dynamic Macro Topography of Large Slowly Rotating Cylinders", Acta Polytechnica Scandinavica, Mechanical Series No. 108, Helsinki 1993. Keksijä on tässä väitöskiijassa esittänyt menetelmän sylinterimäisen kappaleen 5 mittaamiseksi kolmipistemenetelmällä, jossa kolmipistemenetelmässä käytettävät anturit liikkuvat spiraalimaista rataa. Tässä viitteessä esitetty mittausmenetelmä on edellä käsiteltyihin ennestään tunnettuihin verrattuna nopea mittausmenetelmä, jossa mittaus suoritetaan jatkuvana mittauksena spiraalimaista rataa pitkin, jolloin edellä kuvatut tekniikan tason mukaisten ratkaisujen ongelmat eliminoituvat.

10

Keksinnön päämääränä on tässä väitöskiijassa esitetyn mittausmenetelmän edelleenkehittäminen ja erityisesti sen tarkkuuden lisääminen ja mittausjäijestelyn yksinkertaistaminen kuitenkin samalla säilyttäen jo saavutetut edut.

15 Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä käytetään mittaavan anturin / mittaavien antureiden lisäksi ainakin kahta vertailuantu-ria, joiden antureiden keskinäinen asema tunnetaan, ja että menetelmässä vertailuantu-reita ohjataan siten, että ne pysyvät vakioetäisyydellä mitattavan kappaleen pinnasta.

20

Keksinnössä saavutetaan huomattavan suuri tarkkuus kun mittauksessa spiraalimaista * rataa kulkevat mittaava anturi / mittaavat anturit ja vertailuanturit sijoitetaan sellaiseen keskinäiseen asemaan, että mittauspiste/mittauspisteet ja vertailupisteet sijaitsevat samalla spiraalimaisella radalla. Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan mitattua 25 sylinterimäisen kappaleen pinnan todellinen muoto, joka on yhdistelmä halkaisijasta, pyöreydestä ja suoruudesta, sekä keskiakselin liike, samalla ottaen huomioon mahdollisia mittavirheitä aiheuttavat tekijät. Käytettäessä vain yhtä mittaavaa anturia ei tietoa keskipisteen siirtymisestä saada.

30 Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään yhtä tai useampaa anturia. Käytettäessä useampia antureita voidaan mittaustuloksia varten muodostaa useita kolmen anturin 4 96448

Saijoja, jolloin mittaustulosten tarkkuus edelleen paranee. Keksinnön mukaisesti anturit on sijoitettu siten, että mittausrungon kulkiessa vakiosyöttönopeudella ja mitattavan kappaleen pyöriessä vakiopyörimisnopeudella, anturit kulkevat samaa spiraalimaista rataa eli anturit ovat kulmassa sylinterimäisen kappaleen pystysuuntaan nähden.

5

Keksintö soveltuu hyvin isojen sylinterimäisten kappaleiden mittaamiseen, esim. paperikoneen telojen, valssien, filminvalmistussylintereiden, painokoneen sylintereiden, suurten akseleiden ja generaattorin ja roottoreiden akseleiden mittaamiseen. Erityisen hyvin keksintö soveltuu myös sellaisten sylinterimäisten kappaleiden mittaamiseen, jotka 10 pyörivät omilla laakereillaan.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen kuvioihin viitaten, joissa 15 kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukaista mittajäijestelyä katsottuna sylinterimäisen kappaleen pituussuunnassa ja kuviossa 2 on esitetty vastaava sylinterimäisen kappaleen poikkisuunnassa.

20 Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty kaaviollisena esityksenä sylinterimäisen kappaleen mittaaminen keksinnön mukaisesti. Mitattavaa kappaletta on merkitty viitenumerolla 10 ja mitattava sylinterimäinen kappale 10 kiinnitetään päädyistään 11 laitteeseen, jossa sitä pyöritetään nuolen S suuntaan. Mittarunkoon 20 on tukivarteen 21 kiinnitetty mittaava anturi 23 ja vertailuanturit 22,24. Vertailuantureita 22,24 ohjataan siten, että ne pysyvät 25 vakioetäisyydellä mitattavan kappaleen 10 pinnasta. Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty myös toinen mittaava anturi katkoviivaesityksenä. Mittaus- tai vertailupisteitä on kuviossa merkitty viitemerkinnällä P ja anturit 22,23 ja 24 on sijoitettu siten, että niiden välinen kulma a on mittauspisteiden P välisen kulman β monikerta. Kun mittalaitetta 20 syötetään vakiosyöttönopeudella v mitattavan kappaleen 10 toisesta 30 päädystä toiseen päätyyn mitattavan kappaleen 10 pyöriessä vakionopeudella suuntaan S, muodostavat mittaus- ja vertailupisteet P spiraalimaisen radan T. Jotta kaikki pisteet 5 96448 P asettuvat samalla spiraalimaiselle radalle T, on anturit 22,23 ja 24 sijoitettu keskinäiseen kallistettuun asemaan siten, että ne ovat kulmassa γ mitattavan kappaleen 10 pysty-poikkisuuntaan R nähden.

5 Jos anturi 22 sijoitetaan nollapisteen Px kohdalle poikkisuuntaviivalle R, on seuraava anturi 23 vinossa tähän suuntaan nähden etäisyyden E23 verran ja anturi 24 vastaavasti etäisyyden E24 verran. Kulma γ määräytyy mitattavan kappaleen 10 pyörimisnopeuden ja mittalaitteen 20 syöttönopeuden ja etäisyyksien 1¾ ja Έ^4 perusteella.

10 Viitaten kuvioissa 1 ja 2 esitettyyn suoritetaan mittaus seuraavalla tavalla. Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa valitaan mittauksen nollapiste Px, joka on sopivimmin vaakasuuntainen vastaten siten esimerkiksi viimeistelytyöstössä käytetyn hiomalaikan lähtöasemaa. Tähän nollanpisteen Px kohtaan sijoitetaan yksi anturi 22. Tämän jälkeen mitattavaa kappaletta 10 pyöritetään suuntaan S ja mittakehikkoa 20 ajetaan tasaisella 15 syöttönopeudella v eteenpäin mitattavan sylinterimäisen kappaleen 10 pituussuunnassa, jolloin mittaavalla anturilla 23 mitataan anturin 23 etäisyyttä kappaleen 10 pinnasta, useissa eri pisteissä P, joita pisteitä voi olla useita satoja, jopa tuhansia yhdellä kierroksella, jolloin mittauspisteet P asettuvat spiraalimaiselle radalle T. Mittauksessa käytetään vähintään kolmea pistettä, joiden keskinäinen asema tunnetaan ja mitattavan 20 kappaleen 10 kaarevuuden muuttuessa ainakin yhden anturin täytyy siirtyä suhteessa muihin. Jotta mittauspisteet P osuvat samalle spiraalimaiselle radalle T, anturit 22,23,24 · linjataan keskinäiseen kallistettuun asemaan ennen mittauksen aloittamista, jolloin esim.

anturia 22, joka on sijoitettu nollapisteeseen Px, pidetään paikallaan ja muut anturit 23,24 siirretään vinoon etäisyyksille jolloin mitattavan kappaleen 10 pysty- 25 poikkisuunnan R ja antureiden 22,23,24 ko. mittauspisteiden P kautta kulkevan viivan välille muodostuu kulma y. Antureiden 22,23,24 välinen kulma a vastaa mittauspisteiden P välisen kulman β monikertaa. Mittaustuloksista lasketaan sylinterimäisen ' kappaleen muoto.

30 Ennen mittauksen aloittamista sinänsä tunnetusti määritetään pyörimisnopeus, käytetty teho, pyörimisaika ennen mittausta, mitattavan kappaleen pintalämpötilat ja antureiden 6 96448 asemat. Mittauspisteistä saatavien mittaustulosten perusteella määritetään sylinterin muoto, joka muodostuu sylinterimäisyydestä, joka käsittää paksuuden vaihtelun, suoruuspoikkeamat ja epäpyöreyden sekä dynaamiset komponentit, jotka käsittävät säteisvirheliikkeen, epäsymmetrisen taipumisen ja värähtelyjen vaikutuksen. Mittaustu-5 losten käsittelyyn ja niistä sylinterimäisyyden määrittämisen osalta viitataan edellä mainittuun Timo R. Nybergin väitöskiijaan.

Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin sovellusesimerkkeihin viitaten, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan mitenkään ahtaasti rajoitettu, vaan 10 monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdolliset seuraavien patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• I

II

Claims (2)

96448 1. Menetelmä sylinterimäisen kappaleen mittaamiseksi, jossa menetelmässä mitattavaa 5 kappaletta (10) pyöritetään ja mittarunkoon (20) kiinnitettyjä antureita (22,23,24), joita on ainakin kolme, siirretään vakiosyöttönopeudella mitattavan kappaleen (10) toisesta päästä toiseen päähän, jossa ainakin yhdellä anturilla (23) mitataan anturin etäisyyttä mitattavan kappaleen (10) pinnasta spiraalimaisella radalla halutuissa mittauspisteissä (P), jossa menetelmässä ennen mittauksen aloittamista anturit (22,23,24) sijoitetaan 10 sellaiseen keskinäiseen kallistettuun asemaan, että antureilla (22,23,24) mitataan samalla spiraalimaisella radalla (T) olevia mittauspisteitä (P), tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään mittaavan anturin (23) / mittaavien antureiden lisäksi ainakin kahta vertailuanturia (22,24), joiden antureiden (22,23,24) keskinäinen asema tunnetaan, ja että menetelmässä vertailuantureita (22,24) ohjataan siten, että ne pysyvät vakioetäi-15 syydellä mitattavan kappaleen (10) pinnasta. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytettävistä antureista (22,23,24) yksi (22) sijoitetaan nollapisteeseen (Px) ja muut anturit (23,24) sijoitetaan pystysuunnassa vinoon etäisyyksille (ί^,Ε^) 20 nollapisteestä (Px), jolloin mitattavan kappaleen (10) pystypoikkisuunnan (R) ja antureiden (22,23,24) vastaavien mittauspisteiden (Px >p23 ,P24) kautta kulkevan viivan välille • muodostuu kulma (γ). 96448 Paten tkrav

1. Förfarande for mätning av ett cylinderformigt stycke, vid vilket förfarande man bringar stycket (10) som skall mätäs att rotera och givare (22,23,24) som fasts vid 5 mätstommen (20) och av vilka det finns ätminstone tre stycken, överförs med konstant matningshastighet frän den ena ändan av stycket (10) som skall mätäs tili den andra, varvid man med ätminstone en av givama (23) mäter avständet av givaren frän ytan av stycket (10) som skall mätäs pä en spiralformig bana i önskade mätpunkter (P), vid vilket förfarande man innan mätningen päböijas placerar givama (22,23,24) i ett 10 sädant inbördes lutat läge, att man med givama (22,23,24) mäter mätpunkter (P) pä samma spiralformiga bana (T), kännetecknat därav, att man vid förfarandet utom den mätande givaren (23) / de mätande givama dessutom använder sig av tvä referensgivare (22,24), vars inbördes läge är känt och att referensgivama (22,24) styrs vid förfarandet pä sädant sätt, att de hälls pä konstant avständ frän ytan av stycket 15 (10) som skall mätäs.

• · : 2. Mätförfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att av de givare (22.23.24) som används vid förfarandet placeras ett (22) i en nollpunkt (Px) och de övre givama (23,24) placeras vertikalt snett pä avständena (^3^4) frän nollpunkten 20 (Px), varvid det bildas en vinkel (γ) mellan den vertikala tvärriktningen (R) av stycket (10) och linjen som löper via motsvarande mätpunkter (PX,P23»P24) av givama (22.23.24) . » I!