LU103156B1

LU103156B1 - Durchmessererfassung für verschleißbehaftete Bauteile

Info

Publication number: LU103156B1
Application number: LU103156A
Authority: LU
Inventors: Justus Kösters; Carsten Sachse; Silas Happe; Ansgar Päschke
Original assignee: thyssenkrupp Polysius GmbH; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2023-06-22
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2024-12-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Bauteils 10, welches verschleißbehaftet ist, um somit den Zustand und die Notwendigkeit eines Austausches frühzeitig zu erkennen.

Description

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Durchmessererfassung für verschleißbehaftete Bauteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Durchmessers eines Bauteils, welches verschleiRbehaftet ist, um somit den Zustand und die Notwendigkeit eines

Austausches frühzeitig zu erkennen.

Ein Beispiel fur verschleiRbehaftete Bauteile mit einer rotationssymmetrische Bauform sind zum Beispiel Mahlkörper in einer Vertikalrollenmühle, eine Brecherwalze,

Mahlwalze, Ofenlaufringe oder Ofenlaufrollen. Durch den Verschleiß auf der Lauffläche wird Material abgetragen, sodass sich der Durchmesser im laufenden Betrieb stetig, wenn auch langsam, verkleinert. Der Verschleiß und somit die Prognose für die weitere

Verwendbarkeit ist somit durch Messung des Umfangs beziehungsweise des

Durchmessers am effizientesten möglich.

Heutzutage wird daher bei Wartungen oftmals ein Messwerkzeug mit einem Messrad mit einem genau bekannten Umfang an den zu vermessenden Gegenstand angebracht und so der Umfang ermittelt. Nachteil dieser Methode ist, dass die die Anforderung an das

Messrad sehr hoch sind und auch die Positionierung des Messwerkzeuges sehr präzise erfolgen muss. Somit ist die Messung zeitaufwändig und nur durch speziell geschultes

Personal möglich. Eine weitere aktuelle Möglichkeit zur Durchmesserbestimmung ist die

Messung mit Lehren, die mit enormen Zeitaufwand an Mahlkörpern befestigt werden müssen.

Aus der WO 2022 / 023 869 A1 ist eine Verschleißmessung bekannt.

Aus der EP 0 509 809 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verschleißerfassung bei einer Brecherwalze bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine

Verschleißerkennung in einfacher Weise, also insbesondere auch bei ungenauer

Platzierung einer Erfassungsvorrichtung ermöglicht und somit eine Erfassung auch durch nicht oder nur wenig geschultes Personal ermöglicht.

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Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen

Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Erkennung des VerschleiRes über die

Erfassung des Umfangs beziehungsweise des Durchmessers eines verschleiRbehafteten rotationssymmetrischen Bauteils. Umfang, Durchmesser und

Radius sind nur über die Konstanten 2 und/oder TT direkt mathematisch miteinander verbunden und können daher beliebig gegeneinander ausgetauscht beziehungsweise ineinander umgewandelt werden. Es ist somit äquivalent, ob beispielsweise ein minimaler

Radius rmin, ein minimaler Durchmesser dmin = 2 rmin Oder ein minimaler Umfang Umin = TT dmin = 2TT min vorgegeben wird, bei dem das Bauteil beispielswiese auszutauschen ist.

Beispiele für rotationssymmetrische verschleiRbehaftete Bauteile sind beispielsweise

Mahl- und Brecherwalzen sowie Laufringe und Laufrollen. Diese Bauteile können eher scheibenförmig, wie zum Beispiel in einer Vertikalrollenmühlen oder eher Länglich, beispielsweise in einem Brecher ausfallen. Wesentlich ist, dass das Bauteil eine rotationssymmetrische Grundform aufweist und der Verschleiß an der Außenfläche des

Zylindermantels erfolgt.

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) _Berührungsloses Erfassens von Oberflächenpunkten wenigstens eines ersten Teils der Oberfläche des Bauteils, b) Ermitteln von wenigstens zwei das Bauteil schneidenden Ellipsen und Ermitteln der

Mittelpunkte der Ellipsen, ©) Ermitteln der Zylinderachse des rotationssymmetrischen Bauteils aus den in Schritt b) ermittelten Mittelpunkten, d) Ermitteln des Zylinderdurchmessers beziehungsweise des Zylinderumfangs aus der in Schritt c) ermittelten Zylinderachse und den in Schritt a) erfassten

Oberflächenpunkten.

Zunächst erscheint das Verfahren unnötig aufwändig. Es wäre wesentlich einfacher, wenn die Erfassung senkrecht zur Oberfläche des Bauteils erfolgen würde. Dieses erfordert jedoch eine exakte Positionierung. Durch dieses Verfahren ist es aber möglich,

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LU103156 3/6 die Erfassungsvorrichtung ungefähr in Richtung des Bauteils anzuordnen. Weder

Abstand noch Winkel zur Oberfläche müssen eingehalten oder ermittelt werden. Damit eignet sich dieses Verfahren besonders, um auch durch nicht oder nur wenig geschultes

Personal verwendet zu werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das berührungslose Erfassen in

Schritt a) optisch. Besonders bevorzugt erfolgt das berührungslose Erfassen in Schritt a) mit einem Linienlaser. Hierfür ist keine präzise Kalibrierung wie beispielsweise bei einem mechanischen Messinstrument notwendig. Derartige Geräte zur Oberflächenerfassung sind marktverfügbar und daher vergleichsweise kostengünstig.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erfassung in

Schritt a) zum Beispiel bei Wartungs- oder Reinigungsarbeiten, also nur zeitweise.

Gerade bei Mühlen und Brechern spricht die Staubbelastung gegen eine dauerhafte

Einrichtung der Erfassungsvorrichtung und die kontinuierliche Ausführung des

Verfahrens, auch wenn dieses prinzipiell vorteilhaft wäre.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erfassung in Schritt a) kontinuierlich. Die Erfassungsvorrichtung ist somit dauerhaft integriert. Vorteil ist, dass eine Dejustierung, beispielsweise durch Vibrationen keinen negativen Einfluss auf das

Messergebnis hat.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Bauteil bei dem Erfassen in

Schritt a), vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit, rotiert. Dadurch werden mehr

Datenpunkte erfasst. Beispielsweise und bevorzugt wird eine vollständige Umdrehung des Bauteils durch VerschleiBpunkte erkannt, also Beispielsweise punktuelle

Vertiefungen, Kratzer oder dergleichen. Diese charakteristischen Punkte lassen sich nach einer vollen Umdrehung wiedergefunden und können so als Markierung verwendet werden. Zusätzlich kann ebenfalls geprüft werden, ob durch die Erfassungsvorrichtung ein ausreichender Anteil des rotationssymmetrischen Bauteils erfasst wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt bei der Erfassung der

Oberflächenpunkte eine Randerfassung des Bauteils und Messpunkte außerhalb des

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Bauteils werden vor der weiteren Verarbeitung eliminiert. Im einfachsten Fall sind die

Messpunkte außerhalb des eigentlichen zu erfassenden Bauteil deutlich weiter entfernt.

Es ist somit über den Sprung im Abstand von der Erfassungsvorrichtung der Rand deutlich zu erkennen. Alle Datenpunkte mit einem deutlich zu großen Abstand werden eliminiert. Dieses ist analog auch anwendbar auf Objekte, die sich zwischen der

Erfassungsvorrichtung und dem Bauteil befinden, beispielsweise ein herabhängendes

Seil. Hier zeigt der zu kurze Abstand an, dass dieses nicht zum Bauteil gehört und auch diese Datenpunkte können daher besser entfernt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Werte der in Schritt a) erfassten Oberflächenpunkte vor der Weiterverarbeitung auf abweichende Extremwerte untersucht. Solche Extremwerte können beispielswiese durch metallische Reflexionen oder dergleichen entstehen. Es ergeben sich Messwerte, welche sinnlos sind und deutlich aus der übrigen Punkteschar herausfallen. Diese abweichenden Extremwerte werden dann durch den Mittelwert der benachbarten Oberflächenpunkte ersetzt. Diese

Näherung führt zu wesentlich besseren Ergebnissen als die Verwendung der

Extremwerte.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Werte der in Schritt a) erfassten Oberflächenpunkte auf Erfassung eines ausreichenden Teils der Oberfläche geprüft. Hierdurch soll verhindert werden, dass nur ein zu kleiner Teil der Oberfläche erfasst wird, welcher unter Umständen gerade wenig oder keinen Verschleiß zeigt.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 Vorrichtung

Fig. 2 Ellipsen

Fig. 3 Zylinderachse

Fig. 4 Zylinder

Fig. 5 Zweites Beispiel

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In Fig. 1 ist gezeigt, wie ein rotationssymmetrisches Bauteil 10, beispielsweise eine

Mahlwalze, mit einer Erfassungsvorrichtung 20, hier einem Linienlaser, erfasst wird. Die

Positionierung kann hierbei vergleichsweise beliebig erfolgen. Es muss eben beispielsweise keine Anordnung genau senkrecht zum rotationssymmetrischen Bauteil erfolgen. Daher kann die Erfassungsvorrichtung 20 auch durch nicht oder nur wenig trainiertes Personal sehr einfach positioniert werden.

Der Laser erfasst punkteweise die Oberfläche. Da das rotationssymmetrische Bauteil 10 in der Realität nicht so isoliert vorliegt, wie hier dargestellt ist eine Randerkennung 10 sinnvoll, um punkte, die zu weit vorne oder hinten liegen als nicht mehr zum Bauteil 10 gehörend zu erkennen. Im gezeigten Beispiel werden drei Reihen von Punkten auf der

Oberfläche erfasst. Dieses kann durch drei erfassende Laser oder durch Verfahren der

Erfassungsvorrichtung 20 erzielt werden.

Aus der Punktschar werden wie in Fig. 2 gezeigt dann Ellipsen 30 berechnet und die

Mittelpunkte der Ellipsen 30 bestimmt. Aus den Mittelpunkten folgt dann die in Fig. 3 gezeigte Zylinderachse 40. Dadurch lässt sich mit der erfassten Punkteschar der mathematische Zylinder 50 ermitteln, welcher das rotationssymmetrische Bauteil 10 beschreibt, ermitteln, wie in Fig. 4 gezeigt, und so der Zylinderdurchmesser beziehungsweise der Zylinderumfang ermitteln und damit der Verschleiß (Abnahme des

Durchmessers) ermitteln.

In Fig. 5 ist ein zweites Beispiel gezeigt, bei dem die Erfassung im Unterschied zum ersten in Fig. 1 gezeigten Beispiel um 90 ° gedreht ist. Die Erfassung erfolgt hier in etwa in Längsrichtung des rotationssymmetrischen Bauteils 10, welches während der

Erfassung rotiert wird, sodass die Oberfläche erfasst wird. Die weiteren Auswerteschritte erfolgen analog.

Bezugszeichen 10 rotationssymmetrisches Bauteil 20 Erfassungsvorrichtung 30 Ellipsen

Zylinderachse

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Zylinder

Claims

230064 P00LU LU103156 1/2 Patentansprüche

1. Verfahren zur Erkennung des Verschleißes über die Erfassung des Umfangs beziehungsweise des Durchmessers eines verschleiRbehafteten rotationssymmetrischen Bauteils (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Berührungsloses Erfassens von Oberflächenpunkten wenigstens eines ersten Teils der Oberfläche des Bauteils (10), b) Ermitteln von wenigstens zwei das Bauteil (10) schneidenden Ellipsen (30) und Ermitteln der Mittelpunkte der Ellipsen (30), c) Ermitteln der Zylinderachse (40) des rotationssymmetrischen Bauteils (10) aus den in Schritt b) ermittelten Mittelpunkten, d) Ermitteln des Zylinderdurchmessers beziehungsweise des Zylinderumfangs aus der in Schritt c) ermittelten Zylinderachse (40) und den in Schritt a) erfassten Oberflachenpunkten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungslose Erfassen in Schritt a) optisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungslose Erfassen in Schritt a) mit einem Linienlaser erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) bei dem Erfassen in Schritt a), vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit, rotiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige Umdrehung des Bauteils (10) durch Verschleil3punkte erkannt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der in Schritt a) erfassten Oberflachenpunkte vor der Weiterverarbeitung auf abweichende Extremwerte untersucht werden und dass abweichende Extremwerte durch den Mittelwert der benachbarten Oberflachenpunkte ersetzt werden.

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7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung der Oberflachenpunkte eine Randerfassung des Bauteils (10) erfolgt und Messpunkte außerhalb des Bauteils (10) vor der weiteren Verarbeitung eliminiert werden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der in Schritt a) erfassten Oberflachenpunkte auf Erfassung eines ausreichenden Teils der Oberfläche geprüft werden.