CH682695A5

CH682695A5 - Verfahren und Vorrichtung zur Schlag- oder Profil-Prüfung ohne festes Zentrum.

Info

Publication number: CH682695A5
Application number: CH2084/91A
Authority: CH
Inventors: Thomas Wray Miller; Hans Erminio Leumann; Bruce Kent Salmond; Larry Joseph Appolonia
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1993-10-29
Also published as: GB2247947A; CA2047466A1; JPH0642947A; GB9115457D0; GB2247947B; DE4123945A1; US5140534A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststeilung und Messung des Schlags oder Profils einer Fläche an einem Teil gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie spezieller eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung des Schlags eines Generator-Rotors gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 9 beziehungsweise 15. Sie erlaubt insbesondere, auf eine bei anderen Methoden notwendige Präzisionslagerung zu verzichten.

Bei üblichen Verfahren zur Prüfung und Messung des Schlags von Wellen und Rotoren oder des Profils von Nocken, Kurbeln, Schnecken, Schrauben und anderen ähnlichen Teilen müssen entweder das Prüfstück oder die Messlehre auf Präzisionslagern rotiert werden, um das Zentrum des Teils oder eine Referenzfläche festzulegen. Beispiele solcher Präzisionslager sind Prismenauflegeblöcke, Feinzentrierungen, Granitprüfplatten, Messspindeln, Drehbänke, Drehteller und andere derartige Präzisionseinrichtungen. Zur Aufstellung und Benützung dieser Einrichtungen wird die Arbeit gut ausgebildeter und hochqualifizierter Techniker benötigt. Die Prüfung kann sehr zeitaufwendig, arbeitsintensiv, teuer und langwierig auszuführen sein. Für gewisse Fälle, wie für Generator-Rotoren und Turbinen-Bauteile, können die bekannten Prüfverfahren gar unbrauchbar sein.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren und Vorrichtungen zur Messung des Schlags oder Profils von Teilen, die ohne Präzisionslagerung des Messinstruments oder des zu prüfenden Teils auskommen.

Ebenfalls besteht ein Bedürfnis nach derartigen Verfahren und Vorrichtungen, die nicht einen gut ausgebildeten und hochqualifizierten Techniker benötigen und die weiter die Aufstellungs- und Prüfzeit reduzieren.

Diesen und weiteren Bedürfnissen wird durch die Erfindung nachgekommen. Das Teil wird - zumindest annähernd um eine ausgewählte Rotationsachse rotiert; es ist dabei, wie im weiteren klar werden wird, nicht notwendig, dass das Teil exakt um diese Achse rotiert wird. Während der Rotation wird eine oder werden mehrere Referenzflächen entlang einer ersten und einer zweiten Beobachtungsachse beobachtet. Das Profil dieser Referenzflächen wird als präzise angenommen. Die Fläche, deren Schlag oder Profil festgestellt werden soll, wird während der Rotation entlang einer dritten Beobachtungsachse beobachtet. Alle drei Beobachtungsachsen liegen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene und verlaufen quer zur Rotationsachse des Teils. Für verschiedene Rotationsstellungen werden Lageänderungen der einen Referenzfläche oder der mehreren Referenzflächen und der Prüffläche entlang der entsprechenden Beobachtungsachse gemessen. Auch die Abstände zwischen den Beobachtungsachsen werden gemessen. In Funktion der Lageänderungen der einen Referenzfläche oder der mehreren Referenzflächen entlang der ersten und zweiten Beobachtungsachse, der Lageänderung der Prüffläche entlang der dritten Beobachtungsachse und der Abstände zwischen den Beobachtungsachsen wird anschliessend der Schlag oder das Profil der Prüffläche ermittelt.

Bei der Bestimmung des Schlags oder Profils für jede Rotationsstellung des Teils wird die Lageänderung der Rotationsachse entlang der dritten Beobachtungsachse in Funktion der Lageänderungen der einen Referenzfläche oder der mehreren Referenzflächen entlang der ersten und zweiten Beobachtungsachse berechnet und anschliessend der Schlag oder das Profil durch die Differenz zwischen der gemessenen Lageänderung der Prüffläche entlang der dritten Beobachtungsachse und dieser berechneten Lageänderung der Rotationsachse entlang der dritten Beobachtungsachse ermittelt.

In der beschriebenen Weise lässt sich also der Schlag oder das Profil feststellen, ohne dass eine Präzisionslagerung eingesetzt werden muss.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Lageänderungen der entlang der jeweiligen Beobachtungsachsen beobachteten Flächen dadurch gemessen, dass Strahlungsenergie gegen diese Flächen gesendet und dabei ermittelt wird, wieviel durch die Fläche abgeschnitten wird. Genauer ausgedrückt wird entlang der Beobachtungsachse in einer zur gemeinsamen Ebene der Beobachtungsachsen senkrechten Ebene eine Strahlungsenergieebene erzeugt, die sich über den Lageänderungsbereich der beobachteten Fläche erstreckt. Ein Teilbereich dieser Strahlungsenergieebene wird bei der beobachteten Fläche durch das Teil abgedeckt. Die Lageänderung der beobachteten Fläche wird gemessen, indem die Änderung des durch die beobachtete Fläche abgedeckten Teilbereichs der Strahlungsenergieebene während der Rotation festgestellt wird. Wahlweise lassen sich andere Vorrichtungen zur Messung der Lageänderungen der beobachteten Flächen einsetzen, wie beispielsweise linear variable Differentialtransformatoren (linear variable differential transformers, LVDTs), an deren Kern eine Zunge befestigt ist, die gegen die zu beobachtende Fläche vorgespannt ist.

Die Erfindung findet insbesondere Verwendung bei der Ermittlung des Schlags der vielen Flächen an einem Rotor eines Stromgenerators. Werden horizontale Beobachtungsachsen für die Referenzflächen und die Prüfflächen am Rotor gewählt, so werden die Messeinrichtungen auf separaten Gestellen aufgestellt, die mittels bekannter, allgemein erhältlicher Nivellierinstrumente einzeln so ausgerichtet werden können, dass die Strahlungsenergieebene, welche vorzugsweise eine Laser-Strahlungsenergieebene ist, vertikal orientiert ist. Die Messeinrichtung für die dritte Beobachtungsachse kann entlang des Rotors verschoben werden, um den Schlag an jeder gewünschten Stelle des Rotors zu messen. Der Rotor wird sowohl beim Zusammenbauen als auch bei der Messung des Schlags auf Antriebsrollen abgestützt, da es für die Messung des Schlags nicht erforderlich ist, den Rotor exakt um seine Längsachse

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zu rotieren. Die Erfindung kann auch dazu verwendet werden, das Profil von Teilen nachzuprüfen, die nicht zylindrisch sind, wie zum Beispiel von Nockenwellen und anderen unregelmässigen Formen. Weiterhin lässt sich mit der Erfindung auch die Konzentrizität feststellen.

Ein eingehenderes Verständnis der Erfindung sollen die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vermitteln. Dabei wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung einer Anwendung der Erfindung zur Ermittlung des Schlags oder Profils eines Zylinders ist;

Fig. 2 eine Skizze zeigt, die das Prinzip der Erfindung zur Ermittlung des Schlags oder Profils des Zylinders von Fig. 1 illustriert, und zwar für einen Fall, bei dem die Längsachse des Zylinders sich taumelnd um einen Punkt innerhalb des Zylinders bewegt;

Fig. 3 ein Diagramm ist, das graphisch veranschaulicht, wie die Abweichung der Längsachse des Zylinders von Fig. 2 entlang der Beobachtungsachse für die Prüffläche, deren Schlag oder Profil gemessen werden soll, ermittelt wird;

Fig. 4 eine Skizze ähnlich derjenigen von Fig. 2 zeigt, wobei hier die Längsachse um einen Punkt ausserhalb des Zylinders taumelt;

Fig. 5 ein Diagramm ähnlich demjenigen von Fig. 3 ist, das jedoch die Berechnung der Abweichung der Längsachse des Zylinders für die in Fig. 4 abgebildeten Bedingungen veranschaulicht;

Fig. 6 eine dreidimensionale Darstellung einer Anwendung der Erfindung zur Ermittlung des Profils eines Nockens ist;

Fig. 7A und 7B entsprechend aneinandergefügt eine Draufsicht auf eine Anwendung der Erfindung zur Messung des Schlags an einem Rotor eines Stromgenerators gibt;

Fig. 8 ein Vertikalschnitt durch die Fig. 7 darstellt;

Fig. 9 schematisch eine Methode zur Messung der Lageänderung der Flächen des Generator-Rotors gemäss der Erfindung illustriert; und

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm für ein zur Anwendung der Erfindung geeignetes Computerprogramm zeigt.

Zunächst wird die Erfindung in ihrer Anwendung zur Ermittlung des Schlags oder Profils eines Zylinders beschrieben. Der Zylinder 1 (vgl. Fig. 1) setzt sich zusammen aus einem ersten zylindrischen Endabschnitt 3, einem zweiten zylindrischen Endabschnitt 5 und einem zylindrischen Mittelabschnitt 7. Die Endabschnitte 3 und 5 definieren zylindrische Referenzflächen 9 beziehungsweise 11, während der Mittelabschnitt 7 eine auf Schlag oder Profil zu prüfende Prüffläche 13 bestimmt. Wie sich aus dem weiteren ergeben wird, ist der genaue Aufbau des Zylinders 1 nicht von Bedeutung. Benötigt wird einzig wenigstens eine Referenzfläche und eine Prüffläche. Beim Zylinder 1 sind diese Flächen zylindrisch, was jedoch nicht Bedingung ist. Hingegen muss die Gestalt der Referenzflächen bekannt sein und sie wird als präzise vorausgesetzt. Beispielsweise werden die Flächen 9 und 11 des Zyliniers 1 als präzis zylindrisch angenommen.

Erfindungsgemäss wird der Zylinder 1 im grossen und ganzen um seine Längsachse 15 rotiert. Hierbei ist es ein Vorteil der Erfindung, dass der Zylinder nicht exakt um diese Achse rotiert werden muss. Während der Zylinder 1 rotiert wird, werden die Referenzflächen 9 und 11 entlang einer ersten Beobachtungsachsen 17 beziehungsweise zweiten Beobachtungsachse 19, die voneinander beabstandet angeordnet sind, sowie die Prüffläche 13 entlang einer dritten Beobachtungsachse 21 beobachtet. Die drei Beobachtungsachsen 17, 19 und 21 liegen in einer gemeinsamen Ebene 23 und stehen vorzugsweise annähernd senkrecht zur Längsachse 15 des Zylinders 1. Die Genauigkeit von Messungen, die entlang der Beobachtungsachsen vorgenommen werden, wird nicht stark beeinflusst, falls die Beobachtungsachsen in der gemeinsamen Ebene 23 nicht genau parallel zueinander verlaufen. Grössere Ungenauig-keiten können entstehen, wenn eine der Flächen nicht in der gemeinsamen Ebene 23 liegt.

Im Verlauf der Rotation des Zylinders 1 werden entlang der Beobachtungsachsen 17, 19 und 21 Messungen der Lageänderungen der Referenzflächen und der Prüffläche vorgenommen. Falls der Zylinder nicht exakt um seine Längsachse 15 rotiert wird, bewegt er sich taumelnd, wie es in den Fig. 2 und 4 übertrieben dargestellt ist. In diesen Figuren ist die Stellung des Zylinders 1 in einer ersten Rotationsstellung ausgezogen gezeichnet und in einer zweiten unterbrochen. Entsprechende Bezugszeichen der zweiten Rotationsstellung sind mit einem Strichindex versehen. Beim in Fig. 2 gezeigten Fall taumelt der rotierte Zylinder 1 so, dass seine Längsachse 15 um einen Punkt A präzessiert, der zwischen den Zylinderenden liegt. Umgekehrt zeigt Fig. 4 den Fall, bei dem die verlängerte Achse 15 des Zylinders um einen Punkt B präzessiert, der jenseits eines Zylinderendes liegt. In beiden Fällen ist jedoch ersichtlich, wie aufgrund der Tatsache, dass der Zylinder 1 nicht exakt um diese Längsachse rotiert, die Referenzfläche 9 sich um den Betrag Ai, gemessen entlang der ersten Beobachtungsachse 17, und die zweite Referenzfläche 11 um den Betrag A2 entlang der zweiten Beobachtungsachse 19 verlagert, und sich für die Prüffläche 13, gemessen entlang der dritten Beobachtungsachse 21, eine Lageänderung A3 ergibt. Wie aus Fig. 3 herauszulesen ist, kann durch Messen des Abstands X zwischen der ersten und zweiten Beobachtungsachse 17 und 19 der Tangens des Winkels a zwischen den beiden Ausrichtungen der Längsachse 15 in den beiden Rotationsstellungen des Zylinders 1 für den in Fig. 2 gezeigten Fall berechnet werden mit der Formel:

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Ä2 ~

tan a = ^ (1)

(Im Beispiel von Fig. 2 wird Ai negativ genommen, weil es sich von der ursprünglichen Ausrichtung der Längsachse 15 nach unten erstreckt.) Der Tangens von a ist ebenfalls durch die folgende Formel gegeben:

J

tan a = y (2)

in der Y den Abstand zwischen den Beobachtungsachsen 17 und 21 und J die dem Winkel a gegenüberliegende Seite bedeutet.

Substituieren von tan a und umformen ergibt:

[A2 - Ai]

J = Y x (3)

Die Lageänderung ABW (Abweichung) der Achse 15 entlang der Beobachtungsachse 21 ist dann: ABW = Ai + J (4)

(Auch hier wird Ai wie auch ABW im Beispiel von Fig. 2 negativ genommen, während J positiv ist.) Substituieren der Formel (3) in die Formel (4) ergibt:

[A2 ~ A^l]

ABW = + Y ^ L (5}

Der Schlag oder das Profil, e, ist dann die Differenz zwischen der Lageänderung der Achse 15 entlang der dritten Beobachtungsachse 21 und der gemessenen Lageänderung der Prüffläche 13 entlang der Beobachtungsachse 21, oder:

e = A3 - ABW (6)

Analog dazu können, wie in Fig. 5 gezeigt, die Formeln (5) und (6) verwendet werden, um die Lageänderung der Rotationsachse und den Schlag oder das Profil für den Fall zu berechnen, bei dem die Rotationsachse um einen Punkt ausserhalb des Teils taumelt. In den obenstehenden Formeln wird die Beobachtungsachse 17 als Ursprung genommen, so dass das Vorzeichen des Abstands Y zwischen den Achsen 17, und 21 negativ ist, falls die Beobachtungsachse 21 für die Prüffläche links von der Achse 17 liegt.

Gleichartige Messungen und Berechnungen werden für eine Vielzahl von Rotationsstellungen des Zylinders 1 über eine Rotation von 360 Grad gemacht. Die maximale Differenz zwischen der Lageänderung der Rotationsachse und der gemessenen Lageänderung der Prüffläche entlang der dritten Beobachtungsachse entspricht dem Schlag der Prüffläche. Bei Bedarf können diese Abweichungen zur optischen Darstellung des Schlags graphisch aufgezeichnet werden.

Es sollte beachtet werden, dass diese Methode zur Messung des Schlags ohne Messung des Durchmessers irgendeines Abschnitts des Rotors auskommt. Überdies können die verschiedenen Abschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Es ist ebenfalls nicht notwendig, zwei verschiedene Referenzflächen zu haben, wenn sich die erste und zweite Beobachtungsachse an einer einzigen Referenzfläche genügend beabstandet anordnen lassen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, wo die axiale Länge der Referenzfläche 9 genügt, um auch eine zweite Beobachtungsachse 19' an der Prüffläche 9 zu verwenden. Je grösser der Abstand zwischen der ersten und zweiten Beobachtungsachse ist, desto genauer werden die Berechnungen nach den Formeln (1) und (2).

Die Erfindung kann auch auf die Prüfung von Profilen nichtzylindrischer Flächen, wie beispielsweise einer Steuerfläche 25 eines Nockens 27, angewendet werden (vgl. Fig. 6). Bei diesem Beispiel werden die Lageänderungen von Referenzflächen 29 und 31 auf gegenüberliegenden Enden einer Welle 33,

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auf welcher der Nocken 27 montiert ist, entlang einer ersten und zweiten Beobachtungsachse 35 beziehungsweise 37 gemessen und die Lageänderung der Steuerfläche 25 entlang einer dritten Beobachtungsachse 39. Die Berechnung nach Formel (5) ergibt die Verlagerung der Rotationsachse bei der dritten Beobachtungsachse 39. Die nach der Formel (6) berechnete Differenz zwischen der Verlagerung der Rotationsachse in jeder Rotationsstellung des Teils und der gemessenen Verlagerung der Steuerfläche 25 entlang der dritten Beobachtungsachse 39 repräsentiert das tatsächliche Profil der Steuerfläche. Dieses tatsächliche Profil kann mit dem Sollprofil verglichen werden, um etwaige Fehler im Profil festzustellen.

Ein Beispiel einer Anwendung der Erfindung ist die Ermittlung des Schlags der verschiedenen Flächen an einem Rotor eines grossen Stromgenerators. Solch ein Rotor 41, wie er in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist, kann typischerweise 10,7-12,2 Meter lang sein. Der Rotor wird aus einem Schmiedestück hergestellt und weist verschiedene Elemente, wie etwa Gebläsenaben-Kontaktringe, auf, die im Schrumpfsitz auf dem bearbeiteten Schmiedestück aufgesetzt werden. Der Schlag der bearbeiteten Flächen und der aufgesetzten Bestandteile wird sowohl während des Herstellens und Zusammenbauens, als auch im Verlauf von Überholungen geprüft. Bei der bisher üblichen Art, dies zu tun, wird ein Bestandteil in einem Montagebereich auf den Rotor aufgesetzt, und anschliessend der gesamte Rotor zu einer Präzisionsdrehmaschine transportiert, um den Schlag zu prüfen und zu korrigieren. Danach wird der Rotor wieder in den Montagebereich zurückgebracht, um das nächste Bestandteil aufzusetzen. Dieses Vorgehen ist sehr zeitaufwendig und daher teuer.

Erfindungsgemäss wird der Rotor 41 sowohl für den Zusammenbau, als auch für die Prüfung des Schlags auf zwei beabstandet angeordneten Antriebsrolleneinheiten 43 abgestützt. Jede der Antriebsrolleneinheiten 43 umfasst ein Paar Rollen 45, die beabstandet auf einem Rahmen 47 montiert sind. Die Rollen 45 werden mit einem Elektromotor 49 über eine Kette 51, ein Getriebe 53 und eine Welle 55 angetrieben. Die Leistung zum Antrieb des Rollenmotors liefert eine Stromversorgungseinheit 57.

Der Rotor 41 ist durch die beabstandet angeordneten Rollenpaare 45 und die Rollenträger 43 abgestützt. Da der grosse Mittelabschnitt 58 der Rotors Längsschlitze zur Aufnahme der Rotorflügel aufweist, werden Bauchriemen 59 verwendet, um eine gleichmässige Oberfläche zur Rotation des Rotors bereitzustellen.

Als Referenzflächen zur erfindungsgemässen Messung des Schlags werden Lagerflächen 61 und 63 in der Nähe der Enden des Rotors 41 benützt. Lageänderungen der Referenzflächen 61 und 63, die davon herrühren, dass der Rotor durch die Antriebsrolleneinheiten 43 nicht exakt um seine Längsachse 65 rotiert wird, werden mit Lasermessgeräten 67a und 67b gemessen. Die Lageänderung einer ausgewählten Prüffläche am Rotor 41 während seiner Rotation wird mit einem fahrbaren Lasermessgerät 67c gemessen. Wie in unterbrochenen Linien in Fig. 7a angedeutet, lässt sich dieses Lasermessgeräte 67c verschieben, um sukzessive den Schlag jeder der verschiedenen Flächen des Rotors 41 zu messen. Ein Drehpositionsmesser 68 überwacht die Rotationsstellung des Rotors 41.

Wie es in Fig. 8 und detaillierter in Fig. 9 abgebildet ist, umfassen die Lasermessgeräte 67 eine Laserquelle 69, die eine Strahiungsenergieebene 71 senkrecht zur Beobachtungsachse 73 für die zu beobachtende Fläche, beispielsweise die Fläche 61, aussenden. Diese Strahlungsenergieebene 71 steht ebenfalls senkrecht zur gemeinsamen Ebene, in der die Beobachtungsachsen der anderen Lasermessgeräte liegen und die wiederum senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 9 steht. Das Lasermessgerät 67 ist so aufgestellt, dass in allen Rotationsstellungen des Rotors 41 die Fläche 61 des Rotors die von der Quelle 69 erzeugte Strahlungsenergieebene schneidet und teilweise abdeckt. Ein Detektor 75 stellt die von der Quelle 69 stammende Strahlungsenergie fest und misst die Lage der Fläche 61 bei der Beobachtungsachse 73 durch Ermitteln des Teilbereichs der Strahlungsenergieebene von der Seite 77 her, der nicht durch die Fläche 61 abgedeckt wird. Das heisst, für die in Fig. 9 ausgezogen gezeichnete Lage der Fläche 61 stellt der Detektor 75 eine Strahlungsenergie der Breite R fest. Wenn der Rotor 41 rotiert und die Fläche 61 in die in Fig. 9 unterbrochen gezeichnete Lage übergeht, misst der Detektor eine Strahlungsenergie der Breite S. Die Differenz A zwischen den gemessenen Breiten R und S ist der Betrag, um welchen sich die Lage der Fläche 61 entlang der Beobachtungsachse 73 geändert hat, während der Rotor 41 zwischen den beiden in Fig. 9 gezeigten Stellungen rotiert worden ist. Geeignete Lasermessgeräte sind von der Firma Laser-Mike Company erhältlich.

Gemäss der Erfindung ist es nicht notwendig, den Rotor für die Rotation präzise zu montieren oder die Lasermessgeräte 67 bezüglich einander präzise aufzustellen. Es ist alleine erforderlich, dass die Beobachtungsachsen 73 aller Lasermessgeräte 67 in einer gemeinsamen Ebene und im wesentlichen parallel zueinander liegen. Zur Messung des Schlags eines horizontal abgestützten Generator-Rotors kann die erforderliche Ausrichtung leicht erreicht werden, indem die Lasermessgeräte 67 auf Gestellen 81 montiert werden, die in bezug auf den Boden nivelliert werden. Diese Nivellierung lässt sich mit bekannten Nivellierinstrumenten durchführen.

Obschon es möglich ist, dass eine Bedienungsperson die Messungen für R und S vom Lasermessgerät 67 abliest, um das A für jede Stellungsänderung des Rotors 41 zu berechnen, ist es vorteilhaft, diese Berechnungen mit einem Computer 79 durchzuführen, der die Messungen auf die durch den Drehpositionsmesser ermittelte Rotationsstellung des Rotors abstimmt.

Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines geeigneten Programms für den Computer 79. Anfangs gibt die Bedienungsperson die Abstände zwischen den Lasermessgeräten und die Anzahl der zu messen5

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den Rotationsstellungen in den Computer ein, wie bei 85 und 87 angegeben. Während der Rotor durch die Antriebsrolleneinheiten 43 rotiert wird, werden für jede der vom optischen Drehpositionsmesser 68 bestimmten Rotationsstellungen die von den Lasermessgeräten 67 vorgenommen Messungen in den Computer eingelesen, wie bei 89 angegeben. Für jeden Satz von an einer Rotationsstellung vorgenommenen Messungen werden, wie bei 91 angegeben, die Daten für die erste Rotationsstellung von den Daten für jede nachfolgende Rotationsstellung abgezogen, um die A (s) zu erhalten. Die Lageänderung der Rotationsachse beim Laser C wird dann (bei 93) aus den Daten für die Laser A und B berechnet und anschliessend (bei 95) vom für den Laser C berechneten A abgezogen, um den Schlag oder das Profil der Prüffläche zu ermitteln. Wie bei 97 angedeutet, werden diese Berechnungen für jede Rotationsstellung des Rotors wiederholt. Die Resultate werden dann bei 99 angezeigt.

Zur Messung der Lageänderung der Referenz- und der Prüffläche könnten auch andere Vorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise linear variable Differentialtransformatoren (LVDTs), an deren beweglichem Kern gegen die zu messende Fläche vorgespannte Zungen befestigt sind.

Wie gezeigt worden ist, ermöglicht die Erfindung, den Schlag und das Profil von Bauteil-Flächen genau zu messen, ohne dass dafür zur Festlegung eines Zentrums oder einer Referenzfläche Präzisionslager für das Teil oder die Messeinrichtungen notwendig sind. Die Erfindung eignet sich zur Prüfung und Messung des Schlags von Wellen und Rotoren oder des Profils von Nocken, Kurbeln, Schnecken und anderer ähnlicher Teile.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Feststellung und Messung des Schlags oder Profils einer Prüffläche (13) an einem wenigstens eine Referenzfläche (9) aufweisenden Teil (1), dadurch gekennzeichnet, dass:

das Teil (1) zumindest annähernd um eine ausgewählte Rotationsachse (15) rotiert wird;

die wenigstens eine Referenzfläche (9) entlang einer ersten Beobachtungsachse (17) und einer zweiten Beobachtungsachse (19) beobachtet wird, während das Teil rotiert wird, wobei die beiden Beobachtungsachsen (17,19) ungefähr in Richtung der ausgewählten Rotationsachse beabstandet angeordnet sind;

die Prüffläche (13) entlang einer dritten Beobachtungsachse (21) beobachtet wird, während das Teil rotiert wird, wobei die drei Beobachtungsachsen (17, 19, 21) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebe-nene (23) liegen und quer zur genannten ausgewählten Rotationsachse verlaufen;

die Abstände (X, Y) zwischen den Beobachtungsachsen gemessen werden;

die Lageänderung (Ai) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der ersten Beobachtungsachse (17), die Lageänderung (A2) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der zweiten Beobachtungsachse (19) sowie die Lageänderung (A3) der Prüffläche (13) entlang der dritten Beobachtungsachse (21) zwischen einer ersten und einer zweiten Rotationsstellung gemessen werden; und der Schlag oder das Profil der Prüffläche in Funktion der Lageänderung (Ai) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der ersten Beobachtungsachse (17), der Lageänderung (A2) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der zweiten Beobachtungsachse (19), der Lageänderung (A3) der Prüffläche (13) entlang der dritten Beobachtungsachse (21) sowie der Abstände (X, Y) zwischen den Beobachtungsachsen ermittelt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

die Lageänderung (Ai) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der ersten Beobachtungsachse (17), die Lageänderung (A2) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der zweiten Beobachtungsachse (19) sowie die Lageänderung (A3) der Prüffläche (13) entlang der dritten Beobachtungsachse (21 ) zwischen der ersten und jeder einer Vielzahl weiterer Rotationsstellungen des um die ausgewählte Rotationsachse (15) rotierten Teils gemessen werden; und der Schlag oder das Profil für jede Rotationsstellung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Schlags oder des Profils für jede Rotationsstellung des Teils:

die Lageänderung (ABW) der ausgewählten Rotationsachse (15) entlang der dritten Beobachtungsachse (21) in Funktion der Lageänderung (A1) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der ersten Beobachtungsachse (17) und der Lageänderung (A2) der wenigstens einen Referenzfläche entlang der zweiten Beobachtungsachse (19) ermittelt wird; und der Schlag oder das Profil aus der Differenz zwischen der gemessenen Lageänderung (A3) der Prüffläche (13) und der Lageänderung (ABW) der ausgewählten Rotationsachse entlang der dritten Beobachtungsachse (21 ) ermittelt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Referenzfläche (9) zylindrisch ist, und die Lageänderungen der ausgewählten Rotationsachse (15) entlang der ersten und zweiten Beobachtungsachsen (17, 19) direkt gleich den genannten gemessenen Lageänderungen der wenigstens einen Referenzfläche entlang der ersten und zweiten Beobachtungsachse (17, 19) ist.

5. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Teil (1) eine erste (9) und eine zweite (11) Referenzfläche aufweist, und die erste Referenzfläche (9) entlang der ersten

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Beobachtungsachse (17) und die zweite Referenzfläche (11) entlang der zweiten Beobachtungsachse (19) beobachtet wird, und weiter die Lageänderung (Ai) der ersten Referenzfläche entlang der ersten Beobachtungsachse und die Lageänderung (A2) der zweiten Referenzfläche entlang der zweiten Beobachtungsachse gemessen wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzfläche (9) zylindrisch mit einem ersten Durchmesser und die zweite Referenzfläche (11) zylindrisch mit einem zweiten, vom ersten unabhängigen Durchmesser ist, und dass der Schlag oder das Profil nach der folgenden Beziehung ermittelt wird:

. a - Al]

6 - A3 - Ai - Y x wobei e gleich dem Schlag oder Profil der Prüffläche (13) entlang der dritten Beobachtungsachse (21), Ai gleich der entlang der ersten Beobachtungsachse (17) gemessenen Lageänderung der ersten Referenzfläche (9), A2 gleich der entlang der zweiten Beobachtungsachse (19) gemessenen Lageänderung der zweiten Referenzfläche (11), A3 gleich der entlang der dritten Beobachtungsachse (21) gemessenen Lageänderung der Prüffläche (13), X gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und zweiten Beobachtungachse und Y gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und der dritten Beobachtungsachse ist.

7. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Lageänderungen (Ai, A 2, A3) der Referenzflächen (9, 11) und der Prüffläche (13) entlang der Beobachtungsachsen (17, 19, 21) für jede Beobachtungsachse eine Strahlungsenergieebene (71) entlang der Beobachtungsachse (Fig. 9:73) erzeugt wird, die senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Beobachtungsachsen steht und sich wenigstens über den Lageänderungsbereich der beobachteten Fläche erstreckt, wobei ein Teilbereich dieser Strahlungsenergieebene bei der beobachteten Fläche durch das Teil (Fig. 9:41) abgedeckt wird, und eine Änderung des durch die beobachtete Fläche abgedeckten Teilbereichs der Strahlungsenergieebene festgestellt wird, während das Teil in die Vielzahl weiterer Rotationsstellungen rotiert wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Ebene der Beobachtungsachsen (17, 19, 21) horizontal liegt und demzufolge jede Strahlungsenergieebene vertikal angeordnet wird.

9. Vorrichtung zur Messung des Schlags eines Generator-Rotors (41), der eine erste zylindrische Referenzfläche (61) in der Nähe seines einen Endes und eine zweite zylindrische Referenzfläche (63) in der Nähe seines anderen Endes sowie eine Reihe dazwischenliegender Rotorabschnitte (58), welche auf ihren Schlag zu prüfen sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst:

Mittel (43) zur Abstützung des Generator-Rotors (41) und zu dessen Rotation zumindest annähernd um eine Längsachse (65);

erste Beobachtungsmittel (67a) zur Beobachtung der ersten Referenzfläche (61) und zur Messung der Lageänderung (Ai) der ersten Referenzfläche entlang einer ersten Beobachtungsachse für jede einer Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors, während dieser annähernd um die genannte Längsachse rotiert wird;

zweite Beobachtungsmittel (67b) zur Beobachtung der zweiten Referenzfläche (63) und zur Messung der Lageänderung (A2) der zweiten Referenzfläche entlang einer zweiten Beobachtungsachse für jede der Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors;

dritte Beobachtungsmittel (67c), die entlang des Rotors verschiebbar sind, zur sukzessiven Beobachtung ausgewählter Zwischenabschnitte (58) des Rotors und zur Messung der Lageänderung (A3) des ausgewählten Zwischenabschnitts entlang einer dritten Beobachtungsachse für jede der Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors, wobei die drei genannten Beobachtungsachsen in einer gemeinsamen Ebene liegen; und

Mittel (79) zur Ermittlung der Lageänderung (ABW) der genannten Längsachse entlang der dritten Beobachtungsachse für jede Rotationsstellung des Rotors aus den Lageänderungen (Ai, A2) der ersten und zweiten Referenzfläche entlang der ersten beziehungsweise zweiten Beobachtungsachse, dem Abstand (X) zwischen der ersten und zweiten Beobachtungsachse und dem Abstand (Y) zwischen der ersten und dritten Beobachtungsachse und zur Ermittlung der Differenz zwischen der Lageänderung (ABW) der Längsachse und der Lageänderung (A3) des ausgewählten Zwischenabschnitts entlang der dritten Beobachtungsachse für jede Rotationsstellung des Rotors.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Beobachtungsmittel (67a, 67b, 67c) einen Strahlungsenergiesender (69), der eine Strahlungsenergieebene (71) erzeugt, einen Strahlungsenergieempfänger (75) und Aufstellmittel, mit welchen der Strahlungsenergiesender (69) so aufgestellt ist, dass er die Strahlungsenergieebene (71) senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Beobachtungsachsen und entlang der entsprechenden Beobachtungsachse (73) über den Lageänderungsbereich der beobachteten Fläche aussendet, derart, dass der Rotor einen Teilbereich der Strahlungsenergieebene abgedeckt, und mit welchen Aufstellmitteln weiter der Strahlungsenergieempfänger (75)

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so aufgestellt ist, dass er eine Änderung des durch den Rotor abgedeckten Teilbereichs der Strahlungsenergieebene feststellt, um eine Messung der Lageänderung der beobachteten Fläche entlang der entsprechenden Beobachtungsachse zu liefern, umfasst.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Ebene der ersten, zweiten und dritten Beobachtungsachse horizontal angeordnet ist und der Strahlungsenergiesender (69) so aufgestellt ist, dass er eine vertikal ausgerichtete Strahlungsenergieebene (71) erzeugt.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsenergiesender eine Laser-Strahlungsenergieebene erzeugt.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abstützung des Rotors (41) zwei im Abstand entlang der Längsachse (65) des Rotors angeordnete Träger (43) umfassen, die je zwei drehbar auf einem Rahmen (47) beabstandet montierte Rollen (45) aufweisen, deren Achsen im allgemeinen parallel zur Längsachse des Rotors stehen, wobei der Rotor auf den Rollen aufliegt.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, gekennzeichnet durch Antriebsmittel (49) zum Drehen von wenigstens einer der zwei Rollen (45) in wenigstens einem der Träger (43), um den Rotor zu rotieren.

15. Verfahren zur Messung des Schlags eines Generator-Rotors (41), der eine Längsachse (65), eine erste zylindrische Referenzfläche (61) in der Nähe seines einen Endes, eine zweite zylindrische Referenzfläche (63) in der Nähe seines anderen Endes sowie eine Reihe dazwischenliegender Rotorabschnitte (58), von denen einige während des Zusammenbaus des Rotors nach und nach zugefügt werden und die alle eine Prüffläche aufweisen, deren Schlag zu messen ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass:

der Rotor (41) auf beabstandet angeordneten Rollen-Trägern (43) aufgelegt wird;

der Rotor (41) auf den Rollen-Trägern zumindest annähernd um die Längsachse (65) rotiert wird; die erste Referenzfläche (61) beobachtet und die Lageänderung (Ai) dieser Referenzfläche entlang einer ersten Beobachtungsachse für eine Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors gemessen wird; die zweite Referenzfläche (63) beobachtet und die Lageänderung (A2) dieser Referenzfläche entlang einer zweiten Beobachtungsachse für die genannte Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors gemessen wird;

die Prüffläche (58) eines ausgewählten Zwischenabschnitts des Rotors beobachtet und die Lageänderung (A3) dieser Prüffläche entlang einer dritten Beobachtungsachse für die genannte Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors gemessen wird, wobei die drei genannten Beobachtungsachsen in einer gemeinsamen Ebene liegen und quer zur Längsachse verlaufen; und die Lageänderung (ABW) der Längsachse (65) entlang der dritten Beobachtungsachse für jede Rotationsstellung des Rotors (41) aus den Lageänderungen der ersten (61) und zweiten (63) Referenzfläche entlang der ersten beziehungsweise zweiten Beobachtungsachse, dem Abstand (X) zwischen der ersten und zweiten Beobachtungsachse und dem Abstand (Y) zwischen der ersten und dritten Beobachtungsachse ermittelt und die Differenz zwischen der Lageänderung (ABW) der Längsachse und der Lageänderung (A3) der Prüffläche entlang der dritten Beobachtungsachse für jede Rotationsstellung des Rotors ermittelt wird.

16. Verfahren nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenabschnitte des Rotors (41) nach und nach zugefügt werden, während der Rotor auf Rollen (45) des Rollenträgers (43) aufliegt, und die Schritte zur Messung der Lageänderungen der ersten (61) und zweiten (63) Referenzfläche entlang der ersten beziehungsweise zweiten Beobachtungsachse wiederholt werden, während der Rotor (41) in die genannte Vielzahl von Rotationsstellungen rotiert wird, und dass jeweils die dritte Beobachtungsachse so gelegt wird, dass die Prüffläche (58) eines der zugefügten Zwischenabschnitte beobachtet und die Lageänderung (A3) dieser Prüffläche für jede Rotationsstellung des Rotors gemessen wird, und dass weiter die Lageänderung (ABW) der Längsachse (65) entlang der dritten Beobachtungsachse für jede Rotationsstellung des Rotors (41) aus den Lageänderungen (Ai, A2) der ersten und zweiten Referenzfläche entlang der ersten beziehungsweise zweiten Beobachtungsachse, dem Abstand (X) zwischen der ersten und zweiten Beobachtungsachse und dem Abstand (Y) zwischen der ersten und dritten Beobachtungsachse ermittelt und die Differenz zwischen der Lageänderung (ABW) der Längsachse und der gemessenen Lageänderung (A3) der Prüffläche des ausgewählten zugefügten Zwischenabschnitts entlang der dritten Beobachtungsachse für jede Rotationsstellung des Rotors ermittelt wird.

17. Verfahren nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageänderung der Längsachse (65) entlang der dritten Beobachtungsachse nach der folgenden Beziehung ermittelt wird:

[Al - A2]

ABW = A1 + Y ^

wobei ABW gleich der Lageänderung der Längsachse entlang der dritten Beobachtungsachse, Ai gleich der entlang der ersten Beobachtungsachse gemessenen Lageänderung der ersten Referenzfläche, A2 gleich der entlang der zweiten Beobachtungsachse gemessenen Lageänderung der zweiten Referenzfläche, A3 gleich der entlang der dritten Beobachtungsachse gemessenen Lageänderung der Prüffläche,

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5

10

15

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25

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35

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45

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55

60

65

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X gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und zweiten Beobachtungachse und Y gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und der dritten Beobachtungsachse ist.

18. Verfahren nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder Messung der Lageänderungen (Ai, A2, A3) der Referenzflächen (61, 63) und der Prüffläche (58) jeweils eine Laser-Strahlungsenergieebene (71) senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Beobachtungsachsen und entlang der entsprechenden Beobachtungsachse projiziert wird, derart, dass ein Teilbereich dieser Laser-Strahlungsenergieebene durch die beobachtete Fläche abgedeckt wird, und eine Änderung des durch den Rotor abgedeckten Teilbereichs der Laser-Strahlungsenergieebene für jede der Vielzahl von Rotationsstellungen des Rotors festgestellt wird.

19. Verfahren nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Ebene, in der die erste, zweite und dritte Beobachtungsachse liegen, horizontal und die Laser-Strahlungsenergieebene vertikal angeordnet wird, wobei die vertikale Laser-Strahlungsenergieebene mittels eines Nivellierinstruments ausgerichtet wird.

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