DE4435891A1 - Vorrichtung zum Messen der Form und/oder der Formfehler von Stücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Form und/oder der Formfehler von Stücken, insbesondere von rotierenden Stücken, wobei die Vorrichtung einen Meßvorrich­ tungskörper aufweist, an dem drei Gebergestelle befestigt sind, an denen die an diesen angebrachten Geber derart ausgerichtet sind, daß die durch diese laufenden Meßgeraden, wie Meßra­ dien, einander in der Drehachse des rotierenden Stückes schneiden, wobei die betreffenden Geber jeweils die Oberflä­ chenform des Stückes in Richtung des von der Mittelachse des Stückes zum Geber verlaufenden Drehradius messen.

Im einzelnen ist die Erfindung mit der Messung von rotierenden kreisförmigen Stücken verbunden und ein speziel­ ler Anwendungsbereich ist die Messung von zylindrischen Stüc­ ken wie papiermaschinenwalzen. Für die Messung der Gleich­ mäßigkeit und/oder Rauhigkeit von Stücken und verschiedenen Oberflächen sind bereits mehrere Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, bei denen die Oberflächenform und -rauhig­ heit mit Hilfe verschiedener Fühlerelemente erfaßt werden.

Meßverfahren und Vorrichtungen dieser Art sind vorher u. a. in den US-Patenten 4 048 849, 4 084 324 und 4 573 131 sowie im GB-Patent 1 502 107 beschrieben. Die in diesen Veröffentli­ chungen beschriebenen Verfahren sind jedoch für die Messung von Form und Formfehlern nicht beweglicher Oberflächen oder Gegenstände vorgesehen, aus welchem Grund sie nicht zur Mes­ sung von rotierenden Stücken, wie speziell der Form von Pa­ piermaschinenwalzen, geeignet sind.

Auch zur Messung von Durchmesser und Form von rotieren­ den zylindrischen Stücken sind vorher verschiedene Vorrichtun­ gen und Messungsverfahren entwickelt worden. Ein Meßverfahren und eine Vorrichtung dieser Art wurde in der FI-Patentanmel­ dung Nr. 902497 vorgestellt, in der das beschriebene Verfah­ ren auf einer Zwei-Punkt-Messung beruht. Mit dem Verfahren nach dieser Schrift kann der Durchmesser eines zylindrischen Stückes, wie Papiermaschinenwalze, gemessen werden, aber zur Messung von Formfehlern der Durchmesserquerschnittsfläche einer Walze ist das Verfahren ziemlich schlecht geeignet.

Ein Meßverfahren, das weiter fortgeschritten ist, als die im vorstehenden beschriebenen Lösungen, wird in der Dis­ sertationsschrift beschrieben: "Nyberg, Timo R., Dynamic Macro Topography of Large Slowly Rotating Cylinders; Acta Polytechnica Scandinavica, Mechanical Engineering Series Nr. 108, Helsinki 1993". In dieser Veröffentlichung wird sehr ausführlich auf theoretischer Ebene ein Verfahren beschrie­ ben, mit dem insbesondere die Form und die Formfehler einer Papiermaschinenwalze in einer Dreipunktmessung gemessen wer­ den. Zu der in dem beschriebenen Verfahren eingesetzten Meß­ vorrichtung gehören drei Meßgeber, die in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet und in der Nähe einer rotieren­ den Walzenoberfläche angebracht sind (oder dicht an der Wal­ zenoberfläche, sofern berührende Geber verwendet werden), um die Form und Formfehler der Walze zu erfassen. In dem be­ schriebenen Verfahren werden die Meßvorrichtungen über die axiale Länge der Walze bewegt, wobei die Form und Formfehler der Walze auf der ganzen Länge der Walze erfaßt werden kön­ nen. Wie weiter oben festgestellt wurde, ist das Meßverfahren in dieser Veröffentlichung sehr ausführlich auf theoretischer Ebene beschrieben worden. In dieser Veröffentlichung ist jedoch keine technische Lösung beschrieben, bei der mit ein und derselben Meßvorrichtung im Durchmesser sehr viel vonein­ ander abweichende zylindrische Gegenstände gemessen werden könnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens gemäß der ihn vorstehenden beschriebenen Dissertations­ schrift zu schaffen, mit welcher Vorrichtung möglich ist, die Form und/oder Formfehler von rotierenden Stücken zu messen und zu erfassen. Um dies zu verwirklichen, ist die Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das erste Geberge­ stell fest am Körper der Meßvorrichtung und das zweite sowie das dritte Gebergestell am Körper mit linearer Bewegung in Richtungen beweglich angebracht sind, die von den Richtungen der von der Mittelachse des Stückes zu den Gebern verlaufen­ den Drehradien abweichen derart, daß die zum Messen verschie­ den großer Stücke beweglichen Geber, ohne daß die Winkel zwischen den Gebern sich ändern, in Positionen bewegt werden können, in denen die Meßradien der beweglichen Geber einander in derselben Stelle am Meßradius des Gebers schneiden.

Über die Vorteile der Erfindung kann kurz festgestellt werden, daß weil die Vorrichtung nach den Prinzipien des Verfahrens gemäß der oben genannten Dissertationsschrift arbeitet, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinsichtlich der Meßgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung alle Vor­ teile erreicht werden, die in der genannten Veröffentlichung schon beschrieben sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungs­ gemäßen Lösung bezüglich dieser Veröffentlichung ist, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von in der Größe sehr stark variierenden Stücken ohne Änderungsmaßnahmen eignet. Die weiteren Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfin­ dung hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt in völlig schematischer perspektivi­ scher Darstellung eine erfindungsgemäße Meß­ vorrichtung zur Messung eines zylindrischen Stückes, wie einer Papiermaschinenwalze.

Fig. 2 zeigt detaillierter eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung in schematischer Seitenansicht.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung nach Fig. 1 und 2 der Zeichnung, die allgemein mit Bezugsnummer 10 bezeichnet ist, wird also zur Messung der Form der Walze 5 einer Papier­ maschine eingesetzt. Die Meßvorrichtung 10 umfaßt einen Kör­ per 11, an dem drei Gebergestelle 12, 13, 14 angeordnet sind. Von diesen Gebergestellen ist das erste Gebergestell 12 fest am Körper 11 der Meßvorrichtung angebracht. Für das zweite Gebergestell 13 und das dritte Gebergestell 14 sind am Körper 11 der Meßvorrichtung gerade Versetzelemente 15, 16 befestigt, an denen entlang das genannte, zweite und dritte Gebergestell 13, 14 beweglich ist. Die Versetzelemente 15, 16 sind vorzugs­ weise Roll-, Gleit- oder ähnliche Führungen. Diese bewegli­ chen Gebergestelle 13, 14 sind zu diesem Zweck mit zweckmäßi­ gen, sich an den Versetzelementen 15, 16 entlang bewegenden Gleitkonstruktionen, Rollenlösungen oder ähnlichem (nicht genauer beschrieben) ausgerüstet. An den Gebergestellen 12, 13, 14 sind Meßgeber 1, 2, 3 angebracht derart, daß sich die genannten Geber in einem bestimmten Winkel zueinander befin­ den. Die Richtungen der Versetzelemente 15, 16 sind derart gewählt, daß die an den versetzbaren Gebergestellen 13, 14 angebrachten Geber 2, 3 mittels der Gebergestelle 13, 14 an den Versetzelementen 15, 16 entlang, ohne daß die Winkel zwi­ schen den Gebern 1, 2, 3 sich ändern, in eine Position ver­ schiebbar sind, so daß die Meßvorrichtung 10 zum Messen ver­ schieden großer Stücke verwendet werden kann. In Fig. 2 wird dies durch strichpunktierte Linien in der Weise veranschau­ licht, daß die beweglichen Geber 2′, 3′ in eine Position ge­ bracht werden können, in der möglich ist, ein kleines Zylin­ derstück 5 zu messen.

Zum Verschieben des zweiten und des dritten Gebers 2, 3 ist die Meßvorrichtung 10 mit Positionsstellvorrichtungen 17, 18; 19, 20, 21, 22 versehen, mit deren Hilfe die zu verschie­ benden Gebergestelle 13, 14 mit den Versetzelementen 15, 16 an der gewünschten Stelle positioniert werden. Die Positionier­ vorrichtung des zweiten Gebergestells 13 hat eine Feinstell­ schraube 17, die mit einem Schraubenstellelement 18 versehen ist. Durch Drehen der Schraube 17 mit dem genannten Stellele­ ment 18 können das zweite Geberelement 13 und der daran be­ findliche Geber 2 sehr genau in Richtung des Versetzelements 15 versetzt werden. Die Positioniervorrichtung des dritten Gebergestells umfaßt eine Schraube 19, ein Schraubenstellele­ ment 20, eine Achse 21 und ein Kraftübertragungselement, wie Riemen oder ähnliches, 22, mit dem die Drehbewegung der Achse 21 auf die Schraube 19 übertragen wird. Damit lassen sich auch das dritte Gebergestell 14 sowie der darin befindliche Geber 3 mit dem Versetzelement 16 genau in die gewünschte Position bringen. Die Messung von Form und Formfehler der Walze 5 wird bei drehender Walze durchgeführt und diese Dreh­ bewegung ist in Fig. 2 durch Pfeil verdeutlicht.

Zusätzlich dazu, daß die erfindungsgemäße Meßvorrich­ tung 10 nach Fig. 2 sich zum Messen von radialen Maßen und Formfehlern eignet, können mit der Meßvorrichtung 10 auch axiale Formfehler der Walze 5 erfaßt werden. In Fig. 1 wird versucht, dieses schematisch zu veranschaulichen derart, daß die Meßvorrichtung 10 an einen Wagen 6 montiert ist, der an der in Richtung der Achse der Walze 5 verlaufenden Führungs­ schiene 7 entlang beweglich ist. Beim Versetzen der Meßvor­ richtung 10 in Richtung der Achse der Walze 5 kann somit z. B. die Bombierung der Walze 5 ermittelt werden, wobei die Meßvor­ richtung 10 auch darüber Auskunft gibt, in welchem Maße die Walze 10 z. B. zwecks Korrektur der Bombierung zu schleifen ist. Weil die Führungsschiene 7, an der sich der Wagen 6 bewegt, nicht unbedingt genau gerade und parallel zur Achse der Walze 5 ist, muß dieser sog. "Führungsfehler" auch gemes­ sen werden können, damit die Fehlerbewegungen der zur Weiter­ bearbeitung der Walze 5 einzusetzenden Maschine, z. B. Schleif­ maschine, kompensiert werden können. Die genannte Messung des Führungsfehlers wird durch Messung der Fehlerbewegungen des Wagens 6 in Richtung des Radius der Walze 5 durchgeführt. Zu diesem Zweck sind gemäß Fig. 1 an dem festen Gebergestell 12 der Meßvorrichtung 10 zwei Geber 1a, 1b befestigt, die in radialer Richtung der Walze 5 an derselben Stelle, aber in axialer Richtung der Walze 5 in einem bestimmten Abstand voneinander sind. Mit Hilfe der Geber 1a, 1b kann die Position des Wagens 6 in radialer Richtung der Walze 5 an jeder belie­ bigen Stelle der Führungsschiene bestimmt werden. Der Abstand in Richtung der Achse der Walze 5 zwischen den ersten Gebern 1a, 1b ist vorzugsweise genauso groß gewählt wie der in der Messung verwendete "Anstieg", d. h. so groß wie der Weg der Meßvorrichtung 10 in Axialrichtung der Walze 5 pro Drehung der Walze 5.

Die Funktion der Meßvorrichtung 10 ist kurz beschrieben folgende. Vor Beginn der Messung werden die versetzbaren Gebergestelle 13, 14 in die dem Durchmesser der zu messenden Walze 5 entsprechende Position gesetzt, wonach die Meßvor­ richtung 10 in senkrechter Richtung zur Drehachse der Walze 5 in ihre Meßposition gesetzt und an dieser Stelle verriegelt wird. Danach wird die Meßvorrichtung 10 in ihre endgültige Meßposition gemäß der zu messenden Walze 5 gefahren, was mit Hilfe eines separaten Näherungsschalters, wie Grenzschalter, festgelegt wird. Der Grenzschalter ist in Fig. 2 mit Bezugs­ nummer 25 bezeichnet. In der Darstellung nach Fig. 2, in der die Meßvorrichtung 10 in der Meßstellung gezeigt ist, ist der Näherungsschalter 25 auf die betriebslose Stellung gestellt. In der Betriebsstellung die in den Figuren der Zeichnungen nicht dargestellt ist, erfaßt der Näherungsschalter 25 den Abstand der Meßvorrichtung 10 von der zu messenden Walze 5.

Die Meßvorrichtung 10 wird mit Hilfe des Signals des Näherungsschalters 25 in ihre Meßposition gefahren, wobei die Position der Geber 1, 2, 3 zur Mittellinie der Walze 5 genügend genau ist. Die Meßgeber 1, 2, 3 werden dann jeweils einzeln kalibriert. Das Kalibrieren erfolgt natürlich nur bei solchen Gebern, die Kalibrierung erfordern. In der Meßvorrichtung können jedoch Geber verschiedenen Typs eingesetzt werden, und nicht alle Geber bedürfen der Kalibrierung. Nach dem Kalibrie­ ren der Meßgeber 1, 2, 3 wird die Messung in Axialrichtung der Walze 5 von einem Ende zum anderen gefahren, wobei die Walze 5 mit der gewählten Geschwindigkeit rotiert. Je nach der Situ­ ation kann die Messung erstens eine steigende Messung sein, wobei der Anstieg, bzw. die Bewegung der Meßvorrichtung 10 in Axialrichtung der Walze 5 pro Umdrehung der Walze die gleiche ist wie der Abstand zwischen den nebeneinander liegenden ersten Gebern 1a, 1b. Zweitens kann eine steigende Messung verwendet werden, bei der der Anstieg der durch eine ganze Zahl dividierte Abstand zwischen den nebeneinander liegenden Meßgebern 1a, 1b ist, wodurch ein dichteres Meßpunktnetz er­ reicht wird. Die Messung kann weiter nichtsteigend durchge­ führt werden, wobei die in Richtung der Walze 5 erfolgende Bewegung der Meßvorrichtung 10 zur Messung jedes Querschnitts angehalten wird, wobei der Meßabstand in Axialrichtung der Walze 5 entweder der Abstand zwischen den nebeneinander lie­ genden Meßgebern 1a, 1b oder ein durch eine ganze Zahl divi­ dierter Teil davon ist. Die Meßgeber 1, 2, 3 sind an eine Rech­ nereinheit, wie Mikrocomputer, angeschlossen, die aufgrund der Meßergebnisse die Meßangaben des zu messenden Stückes, wie Walze 5, errechnet und ausdruckt und außerdem angibt, wieviel und an welcher Stelle der zu messende Gegenstand zu bearbeiten, z. B. zwecks Erzielung der richtigen Maße zu schleifen, ist.

Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 10 ermöglicht einen sehr breiten Meßbereich ohne lange radi­ ale "Auslegerbewegungen", wodurch die Konstruktion der Meßvor­ richtung 10 stabil wurde. Die Geber 1, 2, 3 brauchen für die Messung in Radialrichtung überhaupt nicht versetzt zu werden, nachdem sie einmal richtig eingestellt sind. Wenn sich der Durchmesser des zu messenden Stückes ändert, werden die Geber 1, 2, 3 somit nicht in radialer Richtung versetzt, sondern das Versetzen erfolgt als Linearbewegung an den Versetzelementen 15, 16 entlang derart, daß unabhängig vom Durchmesser des zu messenden Stückes die Geber 1, 2, 3 immer an der richtigen Stelle sind. Als Meßgeber 1, 2, 3 können je nach Fall entweder berührende oder nicht-berührende Geber verwendet werden. Mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 10 kann jedes beliebige rotierende Stück, z. B. scheibenförmige Stücke, gemessen wer­ den. Im Prinzip kann mit Hilfe der Meßvorrichtung 10 auch ein Stück mit nicht-kreisförmigem Querschnitt gemessen werden, wenn der Meßbereich der Meßgeber 1, 2, 3 groß genug gewählt wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Messen der Form und/oder der Formfeh­ ler von Stücken, insbesondere von rotierenden Stücken, wobei die Vorrichtung (10) einen Meßvorrichtungskörper (11) auf­ weist, an dem drei Gebergestelle (12, 13, 14) befestigt sind, an denen die an diesen angebrachten Geber (1, 1a, 1b, 2, 3) der­ art ausgerichtet sind, daß die durch diese laufenden Meßgera­ den, wie Meßradien, einander in der Drehachse des rotierenden Stückes (5) schneiden, wobei die betreffenden Geber (1, 1a, 1b, 2, 3) jeweils die Oberflächenform des Stückes (5) in Richtung des von der Mittelachse des Stückes zum Geber verlaufenden Drehradius messen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ge­ bergestell (12) fest am Körper (11) der Meßvorrichtung und das zweite sowie das dritte Gebergestell (12, 13) am Körper (11) mit linearer Bewegung in Richtungen beweglich angebracht sind, die von den Richtungen der von der Mittelachse des Stückes (5) zu den Gebern verlaufenden Drehradien abweichen derart, daß die zum Messen verschieden großer Stücke (5, 5′) beweglichen Geber (2, 3), ohne daß die Winkel zwischen den Gebern sich ändern, in Positionen bewegt werden können, in denen die Meßradien der beweglichen Geber (2, 3) einander in derselben Stelle am Meßradius des Gebers (1, 1a, 1b) schneiden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßvorrichtungskörper (11) gerade Versetzelemente (15, 16) angebracht sind, an denen das zweite und das dritte Gebergestell (13, 14) beweglich angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzelemente (15, 16) Roll-, Gleit- oder ähnliche Führungen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite und das dritte Gebergestell (13, 14) mit Positionsstellvorrichtungen (17, 18; 20, 21, 22) versehen sind, mit denen die betreffenden Gebergestelle (13, 14) mit Versetzelementen (15, 16) linear genau in die durch die Größe des zu messenden Stückes (5, 5 ) bedingte Position gebracht werden können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßvorrichtung (10) in Richtung der Dreh­ achse des zu messenden Stückes (5) beweglich angebracht ist, um die radialen Formen und Formfehler des zu messenden Stüc­ kes (5) über die ganze axiale Länge des Stückes zu messen sowie die axiale Form des zu messenden Stückes (5) zu bestim­ men.