FI92529B

FI92529B - Menetelmä sylinterimäisen kappaleen mittaamiseksi

Info

Publication number: FI92529B
Application number: FI934604A
Authority: FI
Inventors: Miikka Kotamaeki; Timo R Nyberg
Original assignee: Sitra Foundation
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1994-08-15
Also published as: AU7857394A; FI934604A0; WO1995011422A1; FI92529C

Description

92529

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 antureilla mitataan anturin etäisyyttä mitattavan kappaleen pinnasta spiraalimaisella radalla halutuissa mittauspisteissä.

10

Keksintö liittyy sellaisten sylinterimäisten kappaleiden mittaamiseen, joiden pyörittäminen 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 15 siirtyy vastaavasti vaihtelevasti. Myös kappaleet, joita pyöritetään omilla laakereillaan tai erikseen jäljestetyillä laakereilla, pyörivät niin, ettei niillä ole paikallaan pysyvää pyörimiskeskiakselia johtuen laakerin virheistä.

Edelleen sylinterimäisen kappaleen halkaisijan mittaaminen on usein varsin ongelmallis-20 ta, koska mittaustapahtumaan vaikuttaa pyörimisen epätäydellisyys, virheet mittalaitteen syöttöliikkeessä, mitattavan kappaleen painovoimista johtuva taipuminen, värähtelyt 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 25 pystytty ottamaan huomioon.

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 30 mahdollista keskipisteen siirtymää, jolloin mittaustuloksesta ei voida päätellä, onko mittaustuloksessa esiintyvä mahdollinen mitta-arvon muutos johtunut keskipisteen siirtymästä tai mitattavan kappaleen muodosta.

2 92529

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, 5 että menetelmässä käytetään sopivimmin kahta etäisyysanturia, joiden keskinäinen 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 10 tiedot laskennallisesti ympyrän yhtälöön sovittamalla.

Ennestään tunnetusti sylinterimäisten kappaleiden lieriömäisyyttä on mitattu poikkileik-kauksittain kolmipistemittauksina, jossa kappaleen keskipisteen siirtymä saadaan otettua huomioon. Tällöin kuitenkin ongelmia aiheuttaa mittauksen hitaus sekä se, että 15 mittauksen tarkkuus kärsii niistä pysähdyksistä, jotka aiheutuvat mittalaitteen siirtämisestä seuraavan mitattavan poikkileikkauksen kohdalle. Tällöin pysähdyksen aikana mittalaite laskeutuu öljy kai von päältä, mikä aiheuttaa poikkeaman mittalaitteen liikeradassa. Edelleen mikäli mittaustuloksia käytetään hyväksi työstön esim. hionnan ohjauksessa, on mittausrata erilainen kuin työstörata pysähdyksistä johtuen, jolloin 20 mittaustulosten perusteella suoritettava työstö saattaa johtaa virheelliseen kappaleeseen.

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, 25 että kolmea anturia voidaan käyttää sylinterimäisen kappaleen kaarevan pinnan mittaamiseen. Mittalaitetta pidetään paikallaan, kun mitattavaa kappaletta pyöritetään siihen nähden.

Keksintöä lähinnä olevan tekniikan tason osalta viitataan toisen keksijöistä Timo R. 30 Nybergin väitöskirjaan "Dynamic Macro Topography of Large Slowly Rotating Cylinders", Acta Polytechnics Scandinavica, Mechanical Series No. 108, Helsinki

II

3 92529 1993. Keksijä on tässä väitöskiijassa esittänyt menetelmän sylinterimäisen kappaleen mittaamiseksi kolmipistemenetelmällä, jossa kolmipistemenetelmässä käytettävät anturit liikkuvat spiraalimaista rataa. Tässä viitteessä esitetty mittausmenetelmä on edellä käsiteltyihin ennestään tunnettuihin verrattuna nopea mittausmenetelmä, jossa 5 mittaus suoritetaan jatkuvana mittauksena spiraalimaista rataa pitkin, jolloin edellä kuvatut tekniikan tason mukaisten ratkaisujen ongelmat eliminoituvat.

Keksinnön päämääränä on tässä väitöskiijassa esitetyn mittausmenetelmän edelleenkehittäminen ja erityisesti sen tarkkuuden lisääminen kuitenkin samalla säilyttäen jo 10 saavutetut edut.

Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiallisesti tunnusomaista se, että ennen mittauksen aloittamista anturit sijoitetaan sellaiseen keskinäiseen kallistettuun asemaan, 15 että antureilla mitataan samalla spiraalimaisella radalla olevia mittauspisteitä.

Keksinnössä saavutetaan huomattavan suuri tarkkuus kun kolmipistemittauksessa spiraalimaista rataa kulkevat anturit sijoitetaan sellaiseen keskinäiseen asemaan, että kukin anturi suorittaa mittauksen samalta spiraalimaiselta radalta. Keksinnön mukaisella 20 menetelmällä saadaan mitattua sylinterimäisen kappaleen pinnan todellinen muoto, joka on yhdistelmä halkaisijasta, pyöreydestä ja suoruudesta, sekä keskiakselin liike, samalla ottaen huomioon mahdollisia mittavirheitä aiheuttavat tekijät.

Keksinnön mukaisessa monianturimenetelmässä käytetään kolmea tai useampaa 25 anturia. Käytettäessä useampia antureita voidaan mittaustuloksia varten muodostaa useita kolmen anturin Saijoja, jolloin mittaustulosten tarkkuus edelleen paranee. Keksinnön mukaisesti anturit on sijoitettu siten, että mittausrungon kulkiessa vakiosyöt-tönopeudella ja mitattavan kappaleen pyöriessä vakiopyörimisnopeudella, anturit kulkevat samaa spiraalimaista rataa eli anturit ovat kulmassa sylinterimäisen kappaleen 30 pystysuuntaan nähden.

4 92529

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 5 pyörivät omilla laakereillaan.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen kuvioihin viitaten, joissa 10 kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukaista mittajäijestelyä katsottuna sylinterimäisen kappaleen pituussuunnassa ja kuviossa 2 on esitetty vastaava sylinterimäisen kappaleen poikkisuunnassa.

15 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 kolme anturia 22,23 ja 24. Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty myös neljäs anturi katkoviiva-20 esityksenä. Mittauspisteitä 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 valdosyöttönopeudella v mitattavan kappaleen 10 toisesta päädystä toiseen päätyyn mitattavan kappaleen 10 pyöriessä vakionopeudella suuntaan S, muodostavat mittauspisteet P spiraalimaisen radan T. Jotta 25 kaikki mittauspisteet 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.

Jos anturi 22 sijoitetaan nollapisteen Px kohdalle poikkisuuntaviivalle R, on seuraava 30 anturi 23 vinossa tähän suuntaan nähden etäisyyden E23 verran ja anturi 24 vastaavasti 11 5 92529 etäisyyden E24 verran. Kulma γ määräytyy mitattavan kappaleen 10 pyörimisnopeuden ja mittalaitteen 20 syöttönopeuden ja etäisyyksien E23 ja E24 perusteella.

Viitaten kuvioissa 1 ja 2 esitettyyn suoritetaan mittaus seuraavalla tavalla. Menetelmän 5 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 syöttönopeudella v eteenpäin mitattavan sylinterimäisen kappaleen 10 pituussuunnassa, 10 jolloin antureilla 22,23,24 mitataan anturin 22,23,24 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. 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 15 sijoitettu nollapisteeseen Px, pidetään paikallaan ja muut anturit 23,24 siirretään vinoon etäisyyksille Ε^,Ε^, jolloin mitattavan kappaleen 10 pystypoikkisuunnan R ja antureiden 22,23,24 ko. mittauspisteiden P kautta kulkevan viivan välille muodostuu kulma γ. Antureiden 22,23,24 välinen kulma a vastaa mittauspisteiden P välisen kulman β monikertaa.

20

Mittaustuloksista lasketaan sylinterimäisen kappaleen muoto, keskipisteen liike sekä sylinterimäisen kappaleen asema eli linjaus johteisiin nähden, jolloin on saatu mitattua sylinterimäisen kappaleen mitat kolmiulotteisesti.

25 Ennen mittauksen aloittamista sinänsä tunnetusti määritetään pyörimisnopeus, käytetty teho, pyörimisaika ennen mittausta, mitattavan kappaleen pintalämpötilat ja antureiden asemat. Mittauspisteistä saatavien mittaustulosten perusteella määritetään sylinterin muoto, joka muodostuu sylinterimäisyydestä, joka käsittää paksuuden vaihtelun, suoruuspoikkeamat ja epäpyöreyden sekä dynaamiset komponentit, jotka käsittävät 30 säteisvirheliikkeen, epäsymmetrisen taipumisen ja värähtelyjen vaikutuksen. Mittaustu- 6 92529 losten käsittelyyn ja niistä sylinterimäisyyden määrittämisen osalta viitataan edellä mainittuun Timo R. Nybergin väitöskiijaan.

Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin sovellusesimerkkeihin viitaten, 5 joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan mitenkään ahtaasti rajoitettu, vaan monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdolliset seuraavien patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

I!

Claims

92529

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 antureilla (22,23,24) mitataan anturin etäisyyttä mitattavan kappaleen (10) pinnasta spiraalimaisella radalla halutuissa mittauspisteissä (P), tunnettu siitä, että 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).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytettävistä antureista (22,23,24) yksi (22) sijoitetaan nollapisteeseen 15 (Px) ja muut anturit (23,24) sijoitetaan pystysuunnassa vinoon etäisyyksille (¾^^ nollapisteestä (Px), jolloin mitattavan kappaleen (10) pystypoikkisuunnan (R) ja antureiden (22,23,24) vastaavien mittauspisteiden (PX,P23,P24) kautta kulkevan viivan välille muodostuu kulma (y).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anturei den (22,23,24) väliseksi kulmaksi (a) valitaan mittauspisteiden (P) välisten kulmien (β) monikerta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 antureiden (22,23,24) keskinäinen kallistettu asema määrätään mitattavan kappaleen (10) pyörimisnopeuden ja mittalaitteen (20) syöttönopeuden perusteella. 92529