DE3641160A1 - Verfahren zur messung der richtung mechanischer schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zur Messung mechanischer Größen nach optischen Verfahren, genauer auf Verfahren zur Messung der Richtung von mechanischen Schwingungen.

Die Erfindung kann zur Messung und Kontrolle von Schwingungsparametern bei Untersuchung und Einrichtung von Vibrationsmaschinen, die zur Verdichtung von Böden und zähen Materialien, zum Eintreiben von Pfählen, Befördern, Spülen, Entwässern, Trennen von Schüttgütern nach Korngröße und -masse, Schleifen und Durchführen von weiteren ähnlichen technologischen Prozessen zur Anwendung gelangen, sowie von Vibrationsmotoren, Vibrationsschlagwerkzeugen, Laborausrüstungen zur Probenvorbereitung und Vibrationsprüfständen verwendet werden.

Gegenwärtig ist ein Verfahren zur Messung der Richtung mechanischer Schwingungen allgemein bekannt, das darin besteht, daß man am schwingenden Objekt eine abgefederte Nadel befestigt, die beim Schwingen auf einem beschichteten Glas, das gemäß der Basislinie, welche dabei die Winkelabzähllinie darstellt, unbeweglich angebracht ist, die Schwingungsbahn des Objektes zeichnet. Der Winkel zwischen der Geraden, die durch die am weitesten entfernten Randpunkte der Schwingungsbahn geht, und der Basislinie charakterisiert die Schwingungsrichtung und wird mit Hilfe eines Winkelmessers ausgemessen.

Das erwähnte Verfahren ist durch eine niedrige Genauigkeit gekennzeichnet, die durch den beim Ausschwenken des Winkelmessers in bezug auf die Basislinie entstehenden Fehler, eine kleine Meßbasis zwischen den Randpunkten der Schwingungsbahn und den Fehler beim Ermitteln der Randpunkte bei elliptischen Schwingungen bedingt ist. Der Gesamtfehler beläuft sich auf ±6%. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht im hohen Meßaufwand wegen komplizierter Befestigung der Nadel am Objekt und gleichfalls komplizierter Anordnung des Glases am Stativ.

Kraft der vorerwähnten Nachteile gestattet es die Anwendung des erwähnten Verfahrens nicht, eine periodische Kontrolle der Richtung von mechanischen Schwingungen operativ durchzuführen, wo doch die Richtung der mechanischen Schwingungen einen der Hauptparameter der Vibrationsmaschinen darstellt, und erlaubt es ferner nicht, die Vibrationsmaschine mit ausreichender Genauigkeit auf den optimalen technologischen Betriebszustand hinsichtlich dieses Parameters einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Richtung von mechanischen Schwingungen zu entwickeln, in dem die Ausnutzung des stroboskopischen Effektes der visuellen Aufnahme einzelner Punkte eines schwingenden Objektes in Form erstarrter Linien bzw. Figuren mit nachfolgender Ermittlung ihrer gegenseitigen Lage die Möglichkeit gewährleisten würde, die Schwingungsparameter einer Vibrationsmaschine auf einen optimalen technologischen Betriebszustand je nach Eigenschaften und Menge des bearbeiteten Materials genau einzustellen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß zur Messung der Richtung von mechanischen Schwingungen in Vibrationsmaschinen erfindungsgemäß auf die Oberfläche eines schwingenden Objektes eine Vielzahl von Punkten aufgetragen wird, die entlang einem Kreisbogen vorgegebenen Halbmessers mit einem konstanten Schritt liegen, der innerhalb eines Bereiches der 1,2-1,8fachen Amplitude der mechanischen Schwingungen variiert, welche Punkte eine Kreisskala und bei gemeinsamer Bewegung mit dem schwingenden Objekt je nach der Bahnform der mechanischen Schwingungen stroboskopisch erstarrte einander gleiche Geradenstücke bzw. Figuren bilden, daß dann eine Gruppe von benachbarten Geradenstücken, die im geringsten Abstand in der radialen Richtung liegen, bzw. von Figuren mit der größten Überlappung die eine radial liegende Symmetrieachse besitzt, visuell bestimmt, die Ordnungszahl eines bzw. zweier Geradenstücke oder einer bzw. zweier Figuren, durch die die Symmetrieachse geht, bestimmt und die Richtung der mechanischen Schwingungen anhand des dieser Ordnungszahl entsprechenden Winkels auf der Kreisskala abgelesen wird.

Zweckmäßigerweise wird im Verfahren zur Messung der Richtung von mechanischen Schwingungen in den Vibrationsmaschinen beim Messen einer ungefähr 90° betragenden Richtung mechanischer Schwingungen die Kreisskala in bezug auf eine im vorhinein gewählte Basislinie, die durch den Kreismittelpunkt der Kreisskala geht, in einer solchen Weise angeordnet, daß zumindest zwei Randpunkte der die Kreisskalenteilungen bildenden Punkte relativ zu den übrigen Punkten auf der anderen Seite dieser Basislinie liegen.

Das vorliegende Verfahren zur Messung der Richtung von mechanischen Schwingungen gestattet es, die Messung schnell und mit hoher Genauigkeit durchzuführen.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele derselben anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Vielzahl von Punkten, die entlang einem Kreisbogen mit einem konstanten Schritt liegen und eine Kreisskala bilden, wobei einem jeden von ihnen eine Ordnungszahl zugewiesen und ein Winkel in Grad zugeordnet ist;

Fig. 2 eine Vielzahl von Geradenstücken, die aus den Punkten bei geradlinigen Schwingungen des Objektes gebildet werden;

Fig. 3 eine Vielzahl von Ellipsen, die aus den Punkten bei elliptischen Schwingungen des Objektes gebildet werden.

Das Verfahren zur Messung von Richtungen von mechanischen Schwingungen, das zur Messung und Kontrolle von Schwingungsparametern bei Untersuchung und Einrichtung von Vibrationsmaschinen zur Anwendung gelangt, besteht in folgendem.

Auf die Oberfläche eines schwingenden Objektes wird eine Vielzahl von Punkten 1 (Fig. 1) aufgetragen, die entlang einem Kreisbogen vorgegebenen Halbmessers mit einem konstanten Schritt h liegen, der innerhalb eines Bereiches der 1,2-1,8fachen Amplitude der mechanischen Schwingungen variiert, und eine Kreisskala bilden. Der Kreishalbmesser wird aus dem Produkt des Schrittes h und der Anzahl der Skalenteilungen gewählt, die der Zahl der Punkte 1 geteilt durch π entspricht.

Die Skala enthält eine Basislinie 2, die in der vorliegenden Ausführungsvariante durch den Kreismittelpunkt 3 und zwei Hilfspunkte 4 geht.

Die Punkte 1 bilden bei ihrer gemeinsamen Bewegung mit dem schwingenden Objekt je nach der Bahnform der mechanischen Schwingungen stroboskopisch erstarrte Geradenstücke 5 (Fig. 2) gleicher Länge, bei elliptischen Schwingungen aber Figuren 6, die nachstehend als Ellipsen 6 auftreten.

Die aus den Punkten 1 (Fig. 1) gebildete Skala wird beispielsweise auf eine Karte aufgetragen, die am schwingenden Objekt befestigt wird. Es wird eine Karte mit ähnlicher Skala verfertigt, wobei einem jeden Punkt 1 eine Ordnungszahl zugewiesen ist. Zweckmäßigerweise soll die Ordnungszahl von den Skalenenden her zum Mittelpunkt, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist, und zwar von der ersten bis zur zwanzigsten zunehmen. Auf dieselbe Skala wird die Bezeichnung eines jeden Punktes 1 - d. h. einer Skalenteilung - in Grad aufgetragen, wobei die Abzählung von der Basislinie 2 an beginnt, beispielsweise von 90° an ihrem einen Ende bis 0° im Skalenmittelpunkt und von 90° bis 180° von dem anderen Skalenende an bis zum Mittelpunkt.

Bei geradlinigen Schwingungen löst man dann eine Gruppe 7 (Fig. 2) von benachbarten Geradenstücken 5, die in einem geringsten Abstand in der radialen Richtung liegen, welche Gruppe eine radial liegende, durch einen Pfeil angedeutete Symmetrieachse 8 besitzt, visuell heraus.

In sehr bequemer Weise wird die Lage der Symmetrieachse 8 nach dem Überlappungsbetrag der benachbarten Geradenstücke 5 der geraden Gruppe 7 bestimmt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, geht die Symmetrieachse durch zwei überlappende Geradenstücke 5. Man bestimmt die Ordnungszahl dieser zwei Geradenstücke 5 durch Abzählen vom nächsten Skalenende an und mißt dann die Richtung der mechanischen Schwingungen anhand des dieser Ordnungsnummer entsprechenden Winkels auf der Kreisskala. Unter der Richtung der mechanischen Schwingungen wird der Neigungswinkel ψ der Geradenstücke 5 relativ zur Basislinie 2 (Fig. 1) verstanden.

Den überlappenden Geradenstücken 5 (Fig. 2) entsprechen Ordnungszahlen acht und neun, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, und die Richtung der mechanischen Schwingungen entspricht dem Winkel ψ = 62°30′. Der Meßfehler beträgt in diesem Fall ± 1°15′, d. h. 1/4 der Skalenteilung.

Bei elliptischen Schwingungen löst man eine Gruppe 9 (Fig. 3) von benachbarten Ellipsen 6 mit der größten Überlappung visuell heraus, die eine radial liegende, durch einen Pfeil angedeutete Symmetrieachse 10 besitzt. In sehr bequemer Weise bestimmt man die Lage der Symmetrieachse 10 anhand der Konturen, die durch die überlappenden Teile der benachbarten Ellipsen 6 der Gruppe 9 gebildet sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, geht die Symmetrieachse 10 durch die Ellipsen 6 mit der Ordnungszahl acht und neun, wobei man die Richtung mechanischer Schwingungen in der im vorstehenden beschriebenen Weise mißt, die dabei gleichfalls 62°30′ ± 1°15′ beträgt.

Die Amplitude wird bei der Wahl des Anordnungsschrittes der Punkte gleich der halben Hauptachse der Ellipse angenommen.

Zum Messen einer ungefähr 90° betragenden Richtung mechanischer Schwingungen liegen die Punkte 1 (Fig. 1) in bezug auf die Basislinie 2 so, daß zumindest zwei Randpunkte der die Skalenteilungen bildenden Punkte 1 (die die erste Ordnungszahl vom linken Ende an sowie die erste und die zweite Ordnungszahl vom rechten Ende an besitzen) relativ zu den übrigen Punkten 1 auf der anderen Seite der Basislinie 2 liegen. Dann gehören zur Gruppe 7 (Fig. 2) und zur Gruppe 9 (Fig. 3) jeweils die Geradenstücke 5 (Fig. 2) und die Ellipsen 6 (Fig. 3), die bei Schwingbewegungen der erwähnten Punkten entstehen, und die Symmetrieachse 8 bzw. 10 liegt der zugrundegelegten Basislinie 2 (Fig. 1) nahe.

Zweckmäßigerweise wird der Teilungswert aus dem Bereich 5-2,5° gewählt. Bei Ansetzen des Teilungswertes unterhalb 2,5° kann der Meßfehler wegen komplizierter Ermittlung der symmetrischen Lage paarweise liegender Geradenstücke bzw. Ellipsen nicht gesenkt werden.

Das Verfahren zur Messung von Richtungen von mechanischen Schwingungen beruht auf der Ermittlung der auf der Kreisskala liegenden Berührungsstelle des Kreisbogens mit der Schwingungsrichtungslinie. Visuell ermittelt man diesen Punkt anhand der Lage der Symmetrieachse der paarweise liegenden Geradenstücke bzw. Ellipsen mit gleicher Überlappung, die durch diesen Punkt radial geht und zur Schwingungsrichtung senkrecht ist. Die Ermittlungsgenauigkeit der Symmetrieachsenlage bedingt die Meßgenauigkeit der Richtung der mechanischen Schwingungen.

In den im vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten wird zweckmäßigerweise als Basislinie 2 (Fig. 1) die horizontale Linie bzw. eine Linie gewählt, die zur Arbeitsfläche der Vibrationsmaschine parallel ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Richtungen von mechanischen Schwingungen gestattet es, die Messung mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen, weil dazu kein Winkelmesser eingesetzt zu werden braucht, der einen Fehler beim Positionieren anhand nahe liegender Punkte einfügt, insbesondere bei elliptischen Schwingungen, wo diese Punkte nicht klar ausgeprägt sind. Der Meßfehler von Δψ ± 1°15′ ist gleich sowohl für die elliptischen wie auch geradlinigen Schwingungen.

Die Messung geht ziemlich schnell; es ist beispielsweise festgestellt worden, daß man die Messung an einem Objekt in etwa einer Minute durchführen kann. Außerdem kann man zur nachfolgenden Analyse und dokumentarischen Darstellung das Schwingungsbild unschwer fotografieren.

Das Verfahren ist einfach und setzt keine besondere Übung und Qualifikation des Bedienungsmannes voraus, erfordert keinerlei Vorbereitungsarbeiten sowie keinen Einsatz von Geräten und Vorrichtungen.

Die am Vibrationsmaschinenkörper einmal befestigte Karte mit der Skala dient eine lange Zeit zur periodischen Kontrolle (Diagnostik) der stattfindenden Schwingungen.

Die mit hoher Genauigkeit rasch erhaltenen Meßergebnisse gestatten es, die Schwingungsparameter mit einer genaueren Einstellung auf einen optimalen Betrieb der Vibrationsmaschine entsprechend beispielsweise den Eigenschaften und Größen der Teilchen der auf der Vibrationsmaschine bearbeiteten Schüttgüter operativ zu ändern.

Claims (2)

1. Verfahren zur Messung der Richtung mechanischer Schwingungen auf Vibrationsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß
- man auf die Oberfläche eines schwingenden Objektes eine Vielzahl von Punkten (1) aufträgt, die entlang einem Kreisbogen vorgegebenen Halbmessers mit einem konstanten Schritt liegen, der innerhalb eines Bereiches der 1,2- 1,8fachen Amplitude der mechanischen Schwingungen variiert, welche Punkte eine Kreisskala und bei ihrer gemeinsamen Bewegung mit dem schwingenden Objekt je nach der Bahnform der mechanischen Schwingungen stroboskopisch erstarrte einander gleiche Geradenstücke (5) bzw. Figuren (6) bilden,
- man eine Gruppe (7, 9) von benachbarten Geradenstücken (5), die im geringsten Abstand in der radialen Richtung liegen, bzw. von Figuren (6) mit der größten Überlappung, die eine radial liegende Symmetrieachse (8, 10) besitzt, visuell bestimmt,
- man die Ordnungszahl des bzw. der zwei Geradenstücke (5) oder der bzw. der zwei Figuren (6) bestimmt, durch die die Symmetrieachse (8, 10) geht
- und die Richtung der mechanischen Schwingungen anhand des dieser Ordnungszahl entsprechenden Winkels auf der Kreisskala abliest.

2. Verfahren zur Messung der Richtung mechanischer Schwingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen einer ungefähr 90° betragenden Richtung mechanischer Schwingungen die Kreisskala in bezug auf eine vorgewählte Basislinie (2), die durch den Kreismittelpunkt der Kreisskala geht, derart angeordnet wird, daß zumindest zwei Randpunkte der die Kreisskalenteilungen bildenden Punkte (1) relativ zu den übrigen Punkten (1) auf der anderen Seite dieser Basislinie (2) liegen.