WO2001042736A1 - Vorrichtung und verfahren zum vermessen von parallelität und fluchtender lage von walzen - Google Patents

Abstract

Die quantitative Bestimmung der Parallelität und eines Fluchtungsmaßes bei Walzen wird durch ein Meßgerät und ggf. einen zugehörigen Adapter ermöglicht, welches an den stirnseitigen Enden solcher Walzen angebracht wird. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Projektionsgerät zum Aussenden eines Lichtstrahles oder eines Lichtfächers vorgesehen. Die von diesem emittierten Lichtstrahlen fallen auf ein Empfangsgerät ein, welches eine hohe Präzision aufweist. Das Empfangsgerät wird ebenfalls an einer stirnseitigen Endfläche einer Walze angebracht.

Claims

Patentanmeldung

Titel

Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen von Parallelität und fluchtender Lage von Walzen

Stand der Technik

Eine Vorrichtung zum Vermessen von Parallelität von Walzen oder anderen Korpern auf Basis hochgenauer optischer Kreisel oder hochgenau arbeitender Kreisel mit mikromechanisch hergestellten Schwingern ist bekannt Es wird auf die Anmeldungen der Fa Praftechnik AG, D 85737 Ismanin Og,! verwiesen

Aufgabe

Die zu losende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren anzugeben, so dass das Vermessen der Parallelität von Walzen noch leichter durchf hrbar ist Eine weitere Aufgabe besteht darin, gleichzeitig eine Vorrichtung und eine Anordnung zu schaffen, dass auch die fluchtende Lage (d h ein Versatz in achsialer Richtung) von Walzen bequem, einfach und kostengünstig ermittelt werden kann

Losung

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung und deren Verwendung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, gelost, welche es gestatten, dass ein Messgerat zum Bestimmen der winkelmassigen Orientierung eines Korpers direkt an eine Stirnseite oder eine Zylinderdeckelflache ansetzbar ist In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden diese Aufgaben durch eine als Adapter wirkende Vorrichtung gelost, bei welcher ebenfalls ein Messgerat zum Bestimmen der winkelmassigen Orientierung eines Korpers an eine Stirnseite angesetzt werden kann In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden diese Aufgaben durch ein Projektionsgerät zum Aussenden eines Lichtstrahles oder eines Lichtfachers gelost, welches mit einem Empfangsgerät zusammenarbeitet, welches in sehr präziser Weise den genauen Auftreffort eines solchen Lichtstrahles oder Lichtfachers zu bestimmen gestattet

Ausfuhrungsformen

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben Es zeigt

Fig 1 eme perspektivische Ansicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung

Fig 2 eine perspektivische Ansicht auf eine zweite Ausfuhrungsform der Erfindung, welche ein als Adapter wirkendes Zwischenstuck enthalt 2

Fig 3 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, ahnlich Fig 2, mit einem anders gestalteten Messgerat

Fig 4 eine Seitenansicht gemass Fig 2 und 3, teilweise m Schnitt dar Stellung

Fig 5 eine Seitenansicht ahnlich Fig 4

Fig 6 eine perspektivische Ansicht auf eme Messeinrichtung zum Messen oder Überprüfen der fluchtenden Lage zweier Walzen

Fig 7 eine Bildschirmdarstellung zur Visualisierung und Angabe eines eventuell vorhandenen Fluchtungsfehlers zwischen zwei Walzen

Fig 1 weist als ein wesentliches Element der Erfindung die hochgenau bearbeitete Oberfläche (Stirnfläche) 14 einer Achse 12, welche für die Lagerung einer mit hoher Präzision gergestellten Walze 10 dient, wie sie z B m der Druckindustrie oder zur Fertigung von Papier, Folien oder Blechen zum Einsatz kommt An die hochgenaue bearbeitet Oberflache 14 lasst sich eine ebenso hochgenau bearbeitet Oberflache 16 eines Orientierungsmessgerates 18 anlegen Dieses enthalt bevorzugt einen oder mehrere sog. Laserkreisel und ist m der Lage, seine Orientierung im Raum mit ausserst hoher Präzision zu bestimmen Es kann mittels Halte- und TransportgrifFen 19 in seine Messposition gebracht werden, an der per Tastendruck oder bei genügend hohem Auflagedruck des Gerätes an die Oberflache 14 eine Messung erfolgt, oder der Start mehrerer nacheinander folgender Messungen initiiert wird Mit Vorteil weist das Messgerat 18 einen Permanentmagneten auf, mittels dessen es möglich ist, dass dieses in sehr reproduzierbarer Weise an die ferromagnetisch wirkende Oberflache 1 angelegt und kontaktiert werden kann

In Fig. 2 wird eine Alternative gezeigt, bei der ein hochgenau gefertigter Adapter 20 verwendet wird, welcher somit eine Achsverlangerung darstellt Seine Zylinderoberflache ist hochgenau bearbeitet, genau so wie seine Deckflachen 24 und 42 (Fig 4) Der Adapter 20 wird bevorzugt aus getempertem Aluminium, Chromnickelstahl oder einer Titanlegierung gefertigt, oder aus einem keramischen Material, insbesondere einem solchen mit annähernd verschwindendem thermischen Ausdehnungskoeffizienten Durch den Adapter ist es möglich, das Messgerat 18 auch an solche Wellenenden anzusetzen, die durch ein Gestell oder dgl sonst nicht in der gewünschten planparallelen Weise kontaktiert werden können Zur definierten temporatren Befestigung des Adapters 20 ist ein Gewindestumpf 22 vorgesehen, welcher in eine Gewindebohrung 15 ein- und ausgeschraubt werden kann

In Fig 3 wird gezeigt, wie ein Messgerat 18, welches eine prismatische Einkerbung auf semer Unterseite aufweist (Bezugsziffer 30), in hochpraziser Weise auf den Zylindermandels des Adapters 20 aufgesetzt werden kann

Nähere Einzelheiten zu emer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform von Welle 12 und Adapter 20 zeigt Fig 4 An die Gewindebohrung 15 werden keine speziellen Anforderungen gestellt Zum Schutz der hochgenauen Stirnflache 14 ist eine Schutzkappe 40 vorgesehen, welche zum Zwecke einer Messwererfassung zeitweilig entfernt wird, vgl. auch Fig 5 Anstelle einer planen hochgenauen Oberfläche 42 kann ggf auch eine kegelige vorgesehen werden, wie dies Bezugsziffer 44 zeigt In Fig 6 wird gezeigt, wie ein Messgerat zum Vermessen der fluchtenden Lage zweier Walzen funktioniert Die Messinstrumente 60, 62 können Kreisel enthalten, müssen dies aber nicht Vorhanden ist jedoch eine exakt rechtwinklig zur Achse einer Walze 10 oder eines Adapters 20 emittierende Vorrichtung zum Aussenden eines Lichtstrahles oder im wesentlichen flachigen Lichtfachers, also von Lichtstrahlen, die eine Ebene bilden Hierzu weist das als Sender wirkende Messinstrument 62 mit Vorteil eine Beleuchtungsvorrichtung auf, die entweder als Laser ausgelegt ist, oder eine andere Lichtquelle aufweist, welche einen Schlitz beleuchtet, welcher ca 10 bis 200 Micrometer breit ist Dieser Schlitz wird mit einem Projektionsobjektiv mit eier Brennweite von etwa 0,5 bis 30 m auf das Empfangsgerät 60 projiziert Dieses enthalt ein hchtempfindliches Element, insbesondere ein hochempfindliches und mit hoher Auflosung arbeitendes CMOS-Pixel-Sensor-Array Dessen Pixel besitzen einen Abstand von typisch 10 Mikrometern oder kleiner, so dass insbesondere unter Verwendung von mittelwertbildenden Erfassungs- und Berechnungsverfahren eine sehr genaue Bestimmung des Schwerpunktes eines einfallenden Lichtstrahles möglich ist Gleichzeitig kann die Lage eines empfangenen Lichtstrahles auf dem Detektor m einfacher Weise mittels eines handelsüblichen tragbaren Computers visualisiert werden, welcher auch die Berechung der Schwerpunktslage durchfuhrt Für diese Aufgabe sind die Bausteine HDCS 1000 oder HDCS 2000 der Fa Hewlett Packard besonders geeignet, es eignen sich aber auch andere lichtempfindliche elektronische Bauteile für die genannte Schwerpunktsbestimmung Wie in Fig 6 gezeigt, werden die Messgerate 60, 62 zur Ausführung eines Messvorganges auf die Stirnflächen 24 (oder 14) gesetzt (siehe Pfeile Pl und P2) Auf diese Weise ist mit ausserst kostengünstigen Mitteln eine hochgenaue Messmoglichkeit geschaffen, mit welcher in sehr kurzer Zeit Fluchtungsfehler bestimmt oder überprüft werden können Daruberhinaus ist das Messgerat mit einfachen Mitteln auf korrekte Wirkungsweise überprüfbar, z B unter Verwendung eines Granittisches Es wird bevorzugt, den Anschluss des Messgerates 60 an einen zugehörigen Rechner (portable Computer) mittels einer sog USB-Schnittstelle durchzufuhren

In Fig 7 ist em auf diese Weise erhaltenes Projektionsbild des gnannten Schlitzes wiedergegeben, welcher direkt auf die lichtempfindlichen Elemente emes zweidimensional arbeitenden CMOS-Pixel-Sensors projiziert wurde Das Minimum der Lichtintensitat zwischen den beiden zentralen Projektionsstreifen lasst sich ohne weiteres auf eine Genauigkeit von 0,1 mm bestimmen Per ttelwertbstirnmungs-Algorithmen ist eine wesentliche Genauigkeitssteigerung möglich

Patentansprüche

1

Vorrichtung zum Überprüfen oder Vermessen der parallelen Lage und/oder eines achsial gerichteten Versatzes zweier Walzen oder anderer zylindrischer Korper, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenende (12) einer Walze (10) eine hochgenau bearbeitete Stirnflache (14) aufweist, an welche entweder ein mit einer hochplanen Oberflache ausgestattetes Messgerat (18) zur Bestimmung einer winkelmassigen Orientierung direkt oder mit Hilfe eines hochprazise gearbeiteten Adapters (20) angesetzt werden kann

2

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerat (18) mit einer hochgenau gefertigten prismatischen Einkerbung (30) versehen ist, welche auf die Zylindermantelflache eines Adapters (20) aufsetzbar ist

3

Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerat (18) hochprazise arbeitende Orientierungssensoren in Form von Laserkreiseln aufweist

4

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Messgerat (60) vorhanden ist, welches geeignet ist, Lichtstahlen schmalen Querschnitts zu empfangen oder mehrere Lichtstrahlen zu empfangen, welche eine Ebene aufspannen, und dass ein zweites Messgerat vorhanden ist, welches einen Lichtstrahl schmalen Querschnitts oder ein Lichtband geringer Dicke exakt senkrecht zu einer Walzenachse aussenden kann, so dass ein im Messgerat (60) vorhandener Sensor bei optimaler Ausrichtung der Walzen (10, 70) zentral getroffen werden kann