JP5677447B2 - 円筒形回転装置を測定して位置合わせする方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば切頭円錐体形状などの円筒形又は他の回転対称形の回転装置を測定して位置合わせするための方法及び装置に関するものである。回転対称形の装置は、例えば、石灰キルン若しくはセメント・キルンなどのキルン、又は化学パルプ産業で使用されるドラムでもよい。

これに関連して、キルンやドラムなど円筒形回転装置の位置合わせとは、例えばキルンにおいてブリックを定位置に保つため及び所望の動作を保証するために装置のシェルを真直ぐにすることを表す。実際には、これは、回転物体のシェルの中心点を、回転物体の支持点の位置での共通の直線に対して移動させることを意味する。一方、回転装置の調節とは、回転装置の中心線に対する回転装置の支持ローラの傾斜角を変えることを一般に表す。この調節は、機械部品の摩耗の減少及び望ましい装置動作を目的とする。

従来技術では、例えばフィンランド実用新案登録第８３３０号の構成を使用して回転装置を位置合わせすることが知られている。この構成は、とりわけ、装置の周りで固定された方位測定点、支持リングに関連付けて固定された測定点、支持リングを支持するように意図された支持ローラに関連付けて固定された測定点、及び測定デバイスを測点にセットするための少なくとも２つの測点、並びにさらなる装置を備える。したがって、前記文献による解決策は、測定デバイスに加えて、測定対象物に物理的に固定された測定点も利用する。測定点は、例えばターゲット、接着物、プリズム、又はバーでよい。前記文献による解決策では、対象物は冷温状態で測定される。

米国特許第５４９１５５３号は、キルンを測定するための構成であって、測定のためにキルンの下に位置付けられたベースに測定デバイスが固定された構成を提供する。この文献における測定デバイスは、３つの半導体レーザを備える。

例えばフィンランド実用新案登録第８３３０号など従来技術の解決策では、ドラム形状の物体が、静止状態で、すなわち冷温状態で測定される。しかし、冷温状態のキルン又はドラムの測定からは正しい結果が得られない。動作中には、例えば熱膨張によりキルン又はドラムの幾何形状が変化する。従来技術では、熱膨張が常に考慮に入れられるわけではなく、冷温状態のキルン又はドラムの幾何形状に従って位置合わせが行われる。そして位置合わせは、正確な位置合わせとはかなりずれることがある。さらに、位置合わせ中に熱膨張を考慮に入れることは非常に複雑であり、それを正確に行うことは通常は不可能である。さらに、冷温状態のキルン又はドラムを測定する際に生じる問題は、測定及び位置合わせ中にキルン又はドラムを動作停止しなければならないことである。実際には、これは、多くの修理及び保守操作が工場で行われるとき、測定及び位置合わせが停止中に行われるべきであることを意味する。測定及び位置合わせと他の操作とのスケジュール調整は非常に難しいことがある。

既知の解決策の別の問題が、いわゆる間接法によって装置のシェルを位置合わせしようとすることによって生じる。間接法では、例えば支持ローラの直径、支持ローラ間の距離、支持リングの直径、支持ローラのベースの高さの相対差、ケーシングと支持ローラの間隙などを測定することによって位置合わせを行う。異なるピア（ｐｉｅｒ）では温度が異なるので、そのような冷温状態での間接的な測定はキルンの動作中の測定よりも信頼性が低いことは明らかである。このため、シェルとリングの間隙は一定に保たれず、キルンの中心線が変動する。従来技術によれば、間隙は裏側スリップを通して測定されるが、例えば回転速度によりスリップがわずかに変動するので、測定は確実に信頼できるものではない。

前記米国特許による解決策では、測定対象の物体の下に測定デバイスを位置付けるのに手間及び時間がかかる。さらに、必要な機器が重い。これらの理由から、支持リングの片側のみで測定が行われる。さらに、シェルの下でも片側のみでしか測定が行われず、その際、支持リングの下に支持ローラが位置付けられているので、支持リングの近傍で測定を行うことも可能ではない。前記米国特許による技術のさらなる問題は、測定点を測定することができる区間が狭いことである。狭い測定区間は、結果を信頼性に欠けるものにする。さらに、シェルの形状は少なくとも下側で変化し、これがさらに、測定結果をより信頼性に欠けるものにする。

ＥＰ ０ ４２０ ６６３は、高温のキルンを位置合わせすることを開示しており、それによれば、測定が支持リングの近くで行われ、測定位置に対応する中心線が計算され、次いで、キルンを位置合わせするために、それぞれの支持リングが、対応する量だけ移動させられる。

特開平６−１５９９４２号公報は、キルンを位置合わせすることを開示しており、それによれば、測定が、それぞれの支持リングの両側で行われる。基準線に対する偏差が見つけ出され、次いで、それに応じてキルンが位置合わせをされる。

米国特許第７１１０９１０号明細書は、回転対称形の装置の上の測定点を記載している。重心が計算され、それに線が適合させられる。

ＣＡ ２０２８５０５は、キルンのシェルのたわみを測定することを開示している。

フィンランド実用新案登録第８３３０号明細書 米国特許第５４９１５５３号明細書 ＥＰ ０ ４２０ ６６３ 特開平６−１５９９４２号公報 米国特許第７１１０９１０号明細書 ＣＡ ２０２８５０５

本発明は、上述した問題に対する解決策を提供する。本発明によれば、円筒形回転装置を測定して位置合わせするための新規の解決策が開発された。

本発明は、より厳密には、添付の特許請求の範囲で定められる。

本発明によれば、回転物体の幾何形状が動作中に測定される。この測定結果から物体を位置合わせし、その後、再測定によって位置合わせをチェックすることができる。より正確には、本発明の目的は、測定点の３次元モデルを生成することによって動作中の物体の幾何形状を決定することであり、３次元モデルによって、例えば支持点におけるシェルの中心点を互いに対して決定することができる。

この測定は、測定点を用いて物体のモデルを３次元座標系で生成することができる機器を必要とする。本発明によれば、測定は、接着物、プリズム、又はバーなどのターゲットを使用することなく、測定される物体の表面から測定点を直接測定することができる装置を使用する。実際には、この測定は、電子タキオメータ又は３Ｄスキャナを用いて行うことができる。さらに、キルン又はドラムの測定及びその後の位置合わせの際に、測定点に基づいて測定対象物の３次元モデルを生成することができるようにするソフトウェアが必要とされる。

測定のために、方位測定点ネットワークがキルンの周りに生成され、これにより、所望の座標系で、自由測点又は既知の測点で測定デバイスを方向付けることができるようにする。したがって、測定デバイスを簡単に手が届く位置、例えば測定対象の物体の周囲の非常に安定な位置に位置付けることができ、狭い場所やその他の不便な場所、例えば測定対象の物体の下に位置付ける必要はない。

通常、回転物体が測定されるときには自由測点が使用される。設定される各自由測点から少なくとも２つの方位測定点が観察可能であるように、方位測定点を物体の周囲に位置付けるべきである。後で自由測点を最大限の精度で決定することができるように、すべての方位測定点を１点からの望ましい座標系で決定することができる。

測定の目的は、支持リングでの回転物体の中心点、及び計算されたシェルの中心線に対する支持ローラの軸線の方向を測定することである。適当な数の回転物体のシェル上の測定点が、上側及び下側から測定される。すなわち、測定点が、同じライン上から等距離の軸線方向両側において、支持リングから等距離の位置で測定される。したがって、測定点が、各支持リングの両側でシェルの適当な区間をカバーする。必要な測定精度を達成するのに適当な測定点の数は、場合により異なる。本発明によれば、測定点の数は少なくとも３個である。例えば約１０個の測定点を用いて良好な結果が達成される。当然、測定点の数の増加と共に精度が高まる。測定されて位置合わせされる物体のシェルを走査するとき、測定点は均等な間隔で取られ、それらの数は好ましくは約２０〜６０個である。ここで、上側とは、処理対象の材料がキルン又はドラムに供給される支持リングの側を表し、下側とは、材料がキルン又はドラムから排出される側を表す。すなわち、製造物は、キルン又はドラム内部を上側から下側に移動する。回転物体は、最低限、シェルの片側から測定される。本発明によれば、測定は、好ましくは２つの側で回転物体のシェル上で行われる。

本発明によれば、測定中に物体が少なくとも１回転し、それにより測定点は、キルン又はドラムのシェルの運動において取り得る位置をすべてカバーする。図１に示される通り、測定ラインは、支持リングのできるだけ近くに位置付けられ、その両側においてリングから等距離にある。測定ラインは、支持ローラの表面上の上側及び下側の両方において支持ローラ上に生成され、それらの測定ラインから、適当な数の点、例えば約６０点が均等な間隔で測定される。軸線方向スラスト・ローラは、キルンの中心線に対して軸線方向スラスト・ローラの中心点を決定すればよいので、１本の測定ラインのみを使用して測定することができる。

測定された測定点はコンピュータに伝送され、コンピュータで、実際の分析及び結果の計算が行われる。測定ライン上で測定された点から、プログラムによって回帰円、すなわちすべての測定点に関する最良適合円が計算される。計算された円の中心点の座標が、３次元座標系で決定される。その後、各ピアの支持リングの両側で計算された円の中心点の間の線分が決定され、この線分の中心点の座標が決定される。このようにすると、支持リングの中心から、シェルの中心点の座標を非常に正確に決定することができる。それに対応する計算が支持ローラに関して行われる。すなわち、まず測定点から最良適合円が計算され、それらの円の中心点座標が決定され、その後、中心点の間の線分が決定される。

上述したように支持リングの中心からシェルの中心点の座標が決定されると、シェルの中心線の基準直線を計算することができる。基準直線は、すべてのピアの中心点の座標を考慮することによって、又は１つのピアの中心点の座標を直線上に固定することによって、回帰直線として決定することができる。基準直線は、直線として２つのピアの中心点を固定することによって決定することもできる。その後、決定された基準直線に対するシェルの中心点の垂直及び水平距離を計算することができる。さらに、基準直線に基づいて物体の傾斜角が分かり、設計された傾斜角と比較することができる。支持ローラに関しては、その垂直及び水平方向の傾斜角は、計算された物体のシェルの基準直線並びにローラの軸線の中心点に対して決定することができる。これらの計算された値を用いて、計算された回帰円の中心点間に位置する線分の中心点を計算された基準線へ移動させることによって、物体のシェルを真直ぐに位置合わせすることができる。線分のこれらの中心点は、シェルの回転中心点と同じである。この計算は、決定された支持ローラの軸線の中心点を利用して行うことができる。或いは、支持ローラ及び支持リングの直径、支持ローラ間の距離、及びシェルと支持ローラの間隙を測定することもできる。それらに基づいて、位置合わせに必要な幾何形状を数学的に求めることができる。さらに、必要な場合には、支持ローラの垂直方向の傾斜角をシェルの傾斜角に対応するように調節することができる。必要な移動が行われたとき、制御測定を行うことができる。

本発明のさらなる利点として、以下のことが挙げられる。
−測定が動作中に簡単に且つ迅速に行われる。
−測定に必要な機器が軽量であり、一人で簡単に支えられる。
−測定結果が非常に正確である。これにより、キルン又はドラムの良好な位置合わせ及びより良い操作性が得られる。
−再測定によって測定結果を検証することができる。
−測定及び位置合わせを動作中に行うことができ、それにより停止の必要がない。
−調節を予想することができ、問題のある状況が回避される。
−説明した測定法は、支持ローラのベースの高さを測定する従来の方法に比べて、測定のリスク因子をなくす。特にジャーナル軸受に関するそのようなリスク因子には、例えば、ジャーナル軸受半体の不均一な摩耗や、ジャーナル・ボックス間の寸法差が含まれる。

以下、添付図面を参照しながら本発明をより詳細に開示する。

円筒形回転物体のシェルを測定するための本発明による解決策を示す図である。 実際のシェルの外形を示す図である。 本発明による装置、並びに装置の周囲での方位測定点及び自由測点の位置の一例を示す概略図である。

図１は、本発明の好ましい一実施例による解決策を示す。この図には、位置合わせされたドラム又はキルンのシェル１０の一部、支持リング２０、支持ローラ３０、測定デバイス４０、支持リングの上側７０及び下側８０、並びにシェルの左側９０及び右側１００が示されている。支持リングの両側に測定ライン５０が定められ、そこから測定点が測定される。測定された測定点は、測定デバイスからデータ転送線を介してコンピュータ１９０、例えばパソコン（ＰＣ）ベースのデバイスに伝送される。コンピュータ１９０は、装置の３次元モデルを生成し、実際の分析、及び位置合わせに必要な結果の計算を行う。プログラムによって、測定された点から回帰円が計算される。計算された円の中心点の座標が、３次元座標系で決定される。その後、各ピアの支持リング２０の両側で計算された円の中心点の間の線分１１０が決定され、この線分の中心点６０の座標が決定される。このように、シェル１０の回転中心点６０の座標が、支持リング２０の中心から非常に正確に決定されることができる。それに対応する計算が、支持ローラ３０について行われる。すなわち、まず測定点から最良適合円が計算され、それらの円の中心点座標が決定され、その後、中心点間の線分及び前記線分の中心点１２０が決定される。

図２は、測定ラインにおける実際のシェルの外形及び回転中心点１７０を示す。実線１３０が、回転中のシェルの形状を示す。上述の通り、本発明によって計算された円１８０の中心点１７０は、幾何学的な中心点１４０ではなく、シェルの回転中心点を示す。回転中心点１７０は、適当なサイズの区間１５０に亘って測定ライン５０から測定された適当な数の測定点１６０から回帰円１８０を生成することによって決定される。その回帰円の中心点は、シェルの平均回転中心点を示す。キルン又はドラムのシェルは、特に高温時、回転中に支持ローラにおいて凹み、また上からも凹むという既知の傾向があるので、シェルの実際の形状は円形ではなく主に楕円形である。さらに、シェルは回転中に半径方向でわずかに動くことがある。したがって、回転中にシェルを測定することによって、図２によってシェルの平均回転中心点１７０が得られる。

図３は、物体の周囲の方位測定点及び自由測点の位置の一例を示す。図３は、円筒形回転装置、例えばキルン又はドラム３００を示す。この円筒形回転装置は、支持ローラ３０上に支持された支持リング２０によって担持される。支持リングの中心が、図示される軸線方向スラスト・ローラ２２０によって囲まれる。軸線方向スラスト・ローラも、測定して位置合わせすることができる。本発明によれば、各ローラの表面上に測定ラインを生成し、少なくとも片側で測定点を測定することによって、少なくとも１つの軸線方向スラスト・ローラ２２０が測定される。これらの測定点から回帰円が計算され、回帰円の中心点が決定され、これが軸線方向スラスト・ローラの中心点を示す。軸線方向スラスト・ローラから計算された回帰円の中心点を、上から見て、シェルを示す回帰直線へ移動させることによって、軸線方向スラスト・ローラがキルンのシェルと同じ直線に位置合わせされる。

さらに、図３は、測定された実際のキルンの中心線を簡略的に示す線２１０と、基準直線２００とを示す。基準直線２００は、すべてのピアの中心点６０の座標を考慮することによって、又は１つのピアの中心点の座標を直線上に固定することによって、回帰直線として決定することができる。また、この図は、複数の方位測定点２４０、及び支持ローラの軸線の測定された中心線２５０を示している。方位測定点２４０は、自由測点２３０の決定を可能にする。

上述の説明は、現在の知識に鑑みて最も好ましいと考えられる本発明の一実施例に関するものであるが、添付の特許請求の範囲のみによって定義される可能な限り広範な範囲内で、本発明を多くの異なる形態で変形することができることは当業者には明らかである。

Claims (9)

1. 測定デバイス（４０）によって、キルン又はドラムなどの円筒形又は他の回転対称形の回転装置（３００）を測定して位置合わせする方法であって、前記装置が、シェル（１０）と、少なくとも１つの支持リング（２０）とを有し、各支持リング（２０）が一組の支持ローラ（３０）を有する、方法において、
   前記回転装置（３００）が作動状態で回転するときに、
   測定点（１６０）を、前記回転装置（３００）の表面から直接測定するステップであって、前記測定点（１６０）は、各支持リング（２０）の軸線方向両側において、前記支持リング（２０）から実質的に等距離にある同一の円形測定ライン（５０）に沿って、前記回転装置（３００）の前記シェル（１０）上にある、ステップと、
   測定された前記測定点（１６０）から回帰円（１８０）を計算するステップと、
   計算された前記回帰円（１８０）の中心点（１７０）を決定するステップと、
   前記支持リング（２０）の両側で計算された前記回帰円（１８０）の前記中心点（１７０）の間の線分（１１０）を決定し、前記線分（１１０）の中心点（６０）の座標を決定するステップであって、前記中心点（６０）が同時に前記シェル（１０）の回転中心点である、ステップと、
   決定された前記中心点（６０）から回帰直線を計算し、前記シェル（１０）の中心線の基準直線（２００）とするステップと、
   前記回帰円（１８０）の前記中心点（１７０）の間の前記線分（１１０）の前記中心点（６０）と、決定された前記基準直線（２００）との距離を計算するステップと、
   前記回帰円（１８０）の間の前記線分の決定された前記中心点（６０）と同一である、前記シェル（１０）の回転中心点を、計算された前記基準線（２００）へ移動させることによって、前記回転装置（３００）の前記シェル（１０）を真直ぐに位置合わせするステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 各支持ローラ（３０）の表面の周りに上側と下側の両方に円形測定ライン（５０）を生成し、測定点を測定することによって、前記支持ローラ（３０）を測定し、前記上側は、処理対象の材料が前記回転装置（３００）に供給される側を表し、前記下側は、前記材料が前記回転装置（３００）から排出される側を表しており、前記測定点から回帰円を計算し、前記回帰円の中心点座標を決定し、前記中心点の間の線分を決定し、前記線分の中心点（１２０）を決定することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
3. それぞれの前記支持ローラ（３０）の回転軸線の垂直方向の傾斜角を測定し、前記シェル（１０）の傾斜角と比較することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載された方法。
4. 位置合わせをする前記移動の後、測定の検証を行うことを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された方法。
5. 前記基準線（２００）から得られた前記回転装置（３００）の中心線の前記傾斜角を、前記回転装置（３００）の設計傾斜角と比較することを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された方法。
6. 接着性ターゲットなどのターゲットマーク、プリズム、又はバーを使用することなく、測定される前記回転装置（３００）の表面から前記測定点（１６０）を直接測定することができるデバイス（４０）を使用して、前記測定を行うことを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
7. 前記測定点を、前記シェル（１０）の上で、前記シェルの少なくとも片側から測定することを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された方法。
8. 前記測定点を、前記回転装置（３００）の前記シェル（１０）の上で、前記シェル（１０）の少なくとも２つの側から測定することを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された方法。
9. 各軸線方向スラスト・ローラ（２２０）の表面の周りに円形測定ラインを生成し、測定点を測定することによって、少なくとも１つの軸線方向スラスト・ローラ（２２０）を測定し、前記測定点から回帰円を計算し、前記回帰円の中心点を決定し、前記中心点が前記軸線方向スラスト・ローラの中心点を示しており、前記回帰円から計算された前記軸線方向スラスト・ローラ（２２０）の回転の中心点を、上から見て、前記シェルを示す前記回帰直線へ移動させることによって、前記軸線方向スラスト・ローラ（２２０）を前記回転装置（３００）の前記シェル（１０）と同じ直線に位置合わせすることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された方法。