DE4123945A1 - Unwucht und profilpruefung ohne zentrum vorrichtung und verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Unwucht und Profile von Teilen zu messen, wobei man keine präzise Halterung nötig ist.

Übliche Verfahren zur Inspektion und Bestimmung der Unwucht von Wellen und Achsen oder der Profile von Nocken, Kurbeln, Schrauben oder anderen ähnlichen Teilen benötigen die Verwendung präziser Halterungen zur Rotation entweder des zu inspizierenden Teiles oder des Meßgerätes, um entweder das Zentrum des Teils oder eine Referenzoberfläche festzulegen. Man benutzt z. B. als Halterung: V-Blöcke, Präzisionszentren, Meßtische mit Granitoberfläche, Instrumentenspindeln, Drehbänke, Drehtische oder andere Präzisionsgeräte. Für den Aufbau und die Verwendung solcher Geräte wird die Arbeit von eiem oder mehreren gut ausgebildeten und hochbegabten Facharbeitern benötigt. Die Inspektion kann sehr zeit- und arbeitsaufwendig bzw. teuer und ermüdend sein. In einigen Fällen machen große Objekten, wie Generatorrotoren oder Turbinenaufbauten, die üblichen Methoden der Prüfung sogar unpraktikabel.

Es besteht daher Bedarf für ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Unwucht und zum Ausmessen von Profilen von Teilen, wobei die Anforderungen an eine präzise Halterung des Meßinstruments oder des zu inspizierenden Teils eliminiert werden.

Es besteht ein weiterer Bedarf für solch eine Methode, bei der kein gut ausgebildeter und hochbegabter Facharbeiter benötigt wird, und außerdem besteht ein weiterer Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung mit reduzierter Aufbau- und Prüfzeit.

Diese und andere Bedürfnisse werden durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren gelöst, wobei die Unwucht oder Profile von Oberflächen an einem Teil gemessen werden, das keine Präzisionshalterung benötigt. Das Teil wird im allgemeinen um eine ausgewählte Rotationsachse gedreht. Erfindungsgemäß ist es aber nötig, daß das Teil präzise um genau diese Achse gedreht wird. Beim Rotieren des Teils werden eine oder mehr Referenzoberflächen entlang einer ersten und zweiten Aufnahmeachse aufgenommen. Die Profile dieser Referenzoberflächen werden als genau angenommen. Die Oberfläche, die auf Unwucht oder deren Profil vermessen werden soll, wird, während das Teil gedreht wird, entlang einer dritten Aufnahmeachse aufgenommen. Alle drei Aufnahmeachsen liegen im wesentlichen in einer gemeinsamen Fläche und sind im allgemeinen transversal zur Rotationsachse des Teils angeordnet. Änderungen in der Lage von einer oder mehreren Referenzoberflächen und der zu bestimmenden Oberfläche werden entlang der betreffenden Aufnahmeachse für eine Mehrzahl von Winkelpositionen des Teiles vermessen. Der Abstand der Aufnahmeachsen wird ebenfalls bestimmt. Die Unwucht oder das Profil der zu bestimmenden Oberfläche wird dann als Funktion der Änderung der Position einer oder mehrerer Referenzoberflächen entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse, und die Änderungen der Position der zu bestimmenden Oberfläche wird entlang der dritten Achse und den Abständen zwischen den Aufnahmeachsen ermittelt.

Bei der Ermittlung der Unwucht oder des Profils für jede Winkelposition des Teils wird die Änderung der Drehachse relativ zu der dritten Aufnahmeachse als Funktion der Änderungen der Position von einer oder mehreren Referenzoberflächen gegen die erste und zweite Aufnahmeachse ermittelt und dann wird die Unwucht oder das Profil aus der Differenz der gemessenen Abweichung der Position der zu bestimmenden Oberfläche entlang der dritten Aufnahmeachse und der berechneten Änderung der dritten Achsenposition entlang der dritten Aufnahmeachse bestimmt.

Eine andere Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß die Änderung der entlang der betreffenden Aufnahmeachse aufgenommenen Position der Oberfläche gemessen wird, indem Strahlungsenergie auf die aufzunehmenden Oberflächen gesandt und die abgeschwächte Strahlungsenergie aufgenommen wird. Genauer wird eine Strahlungsfront entlang der Aufnahmeachse gesendet und zwar in einer Ebene, die senkrecht zu der zu allen Achsen gemeinsamen Ebene steht, wobei die Strahlungsfront sich über den Bewegungsbereich der abgefragten Oberfläche erstreckt. Ein Teil der Strahlungsfront wird von einem Teil der zu vermessenden Oberfläche abgeschattet. Durch Nachweis der Änderung des von der Strahlungsfront durch die zu bestimmende Oberfläche, während der Drehung abgeschatteten Anteils, wird die Änderung der Position der abzufragenden Oberfläche bestimmt. Alternativ können auch andere Systeme benutzt werden, um die Position der zu vermessenden Oberfläche zu bestimmen, wie z. B. linear variable differentielle Transformatoren (LVDT), bei denen ein Blatt an den Kern des LVDT angebracht ist, welches gegen die abzufragende Oberfläche vorgespannt ist.

Die Erfindung ist speziell zur Bestimmung der Unwucht der vielen Oberflächen bei Rotoren von elektrischen Generatoren geeignet. Nach Auswahl von horizontalen Aufnahmeachsen für Referenzflächen und der zu bestimmenden Oberfläche des Rotors, werden die Meßeinheiten auf verschiedenen Halterungen befestigt, die individuell mit der Strahlungsfront, die vorzugsweise mit Lasern verwirklicht ist, ausgerichtet werden können, wobei man allgemein verfügbare Nivelliergeräte für die vertikale Ausrichtung benutzt. Das Meßgerät für die dritte Aufnahmeachse kann entlang des Rotors bewegt werden, um die Unwucht an jedem gewünschten Punkt entlang des Rotors zu bestimmen. Der Rotor wird für den Zusammenbau und zur Messung der Unwucht auf Rollen gehaltert, da es für die Unwuchtmessung nicht nötig ist, daß der Rotor genau um seine longitudinale Achse gedreht werden muß. Die Erfindung ist auch zur Prüfung der Profile von nichtzylindrischen Teilen wie Nockenwellen und anderen irregulären Formen verwendbar. Außerdem kann die Erfindung auch benutzt werden, um die Konzentrizität zu bestimmen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung für eine erfindungsgemäße Bestimmung der Unwucht einer Rolle.

Fig. 2 eine Skizze, welche die Arbeitsweise zur Bestimmung der Unwucht oder des Profils der Rolle gemäß Fig. 1 illustriert, wobei die longitudinale Achse der Rolle um einen Punkt innerhalb der Rolle rotiert.

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Bestimmung der Abweichung der longitudinalen Achsen der Rollen gemäß Fig. 2 am Ort der Aufnahmeachse, die durch die Oberfläche, an der die Unwucht oder das Profil gemessen werden soll, bestimmt ist.

Fig. 4 eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 2, wobei die Rotationsachse der Rolle um einen Punkt rotiert, der außerhalb der Rolle liegt.

Fig. 5 eine Skizze ähnlich der von Fig. 3, wobei aber hier die Berechnung der Abweichung der longitudinalen Achse entlang der Rolle für die Bedingungen entsprechend der Fig. 4 gezeigt werden.

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung für die erfindungsgemäße Vermessung eines Nockenprofils.

Fig. 7a und 7b nach Zusammenfügen der zugeordneten Enden eine Ansicht zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäße Messung der Unwucht eines elektrischen Generators.

Fig. 8 eine vertikaler Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7a.

Fig. 9 eine schematische Ansicht der verwendeten Technik zur Darstellung der Vermessung der Bewegung der Oberfläche des Generatorrotors.

Fig. 10 ein Flußdiagramm für ein Computerprogramm als Teil der Erfindung.

Entsprechend der Fig. 1 wird die Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Unwucht oder das Profil einer Rolle 1 bestimmt werden soll, die einen ersten zylindrischen Endabschnitt 3 und einen zweiten zylindrischen Endabschnitt 5 sowie einen zylindrischen Zentralabschnitt 7 hat. Die Endabschnitte 3 und 5 definieren entsprechende zylindrische Referenzoberflächen 9 und 11 während der Zentralabschnitt eine zu vermessende Fläche 13 definiert, die zur Feststellung der Unwucht oder zur Bestimmung eines Profils vermessen werden soll. Wie sich aus der folgenden Beschreibung deutlich ergibt, ist die spezielle Konfiguration der Rolle 1 nicht kritisch. Es wird lediglich mindestens eine Referenzoberfläche und eine zu vermessende Oberfläche benötigt. Bei der Rolle 1 sind diese Oberflächen zylindrisch, obwohl dies nicht nötig ist. Jedoch mußte die Konfiguration der Referenzoberfläche bekannt und als genügend präzise voraussetzbar sein, so werden z. B. die Oberflächen 9 und 11 der Rolle 1 als präzise zylindrisch zugrunde gelegt.

Erfindungsgemäß wird die Rolle 1 um ihre longitudinale Achse 15 gedreht. Durch die Erfindung ist der Vorteil gegeben, daß die Rolle 1 nicht genau um die Achse rotiert werden muß. Während die Rolle 1 rotiert wird, werden die Referenzoberflächen 9 und 11 entlang ersten und zweiten voneinander beabstandeten Aufnahmeachsen 17 und 19 aufgenommen und die vermessende Oberfläche 13 wird entlang der Aufnahmeachse 21 bestimmt. Alle drei Aufnahmeachsen 17, 19 und 21 liegen in einer gemeinsamen Ebene 23 und sind vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur longitudinalen Achse 15 der Rolle 1. Die Meßgenauigkeit entlang der Aufnahmachsen wird nur unwesentlich beeinträchtigt, wenn die Aufnahmeachsen nicht präzise parallel zueinander in der gemeinsamen Ebene 23 liegen. Größere Ungenauigkeiten können dadurch entstehen, daß eine der Oberflächen nicht in der gemeinsamen Ebene 23 liegt.

Während der Drehung der Rolle 1 werden Messungen der Bewegung der Referenzoberfläche und der zu vermessenden Oberfläche entlang der Aufnahmeachsen 17, 19 und 21 durchgeführt. Wenn die Rolle nicht genau um ihre longitudinale Achse 15 gedreht wird, wird sie wackeln, wie es übertrieben in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist. In diesen Figuren wird die erste Winkelposition der Rolle 1 mit voll ausgezogenen Linien und die zweite Winkelposition als Phantombild mit gestrichelten Linien dargestellt. Gleiche Teile werden in der zweiten Position mit denselben Referenzzeichen mit Apostroph bezeichnet. Im Fall von Fig. 2 wackelt die Rolle 1 bei der Rotation so, daß deren Achse um den einen Punkt A präzediert, der zwischen den Enden der Rolle liegt. Entsprechend illustriert die Fig. 4 den Fall, bei dem die projizierte Achse 15 der Rolle um einen Punkt B präzediert, der außerhalb der Enden der Rolle 1 liegt. In beiden Fällen gelten jedoch folgende Beziehungen:

• - da die Rolle 1 nicht genau um die longitudinale Achse rotiert, bewegt sich die Referenzoberfläche 9 um die Größe Δ₁, die durch die Messung entlang der Aufnahmeachse 17 ermittelt wird;
• - die zweite Referenzoberfläche 11 bewegt sich um die Größe Δ₂ entlang der zweiten Aufnahmeachse 19;
• - und die Bewegung der zu messenden Oberfläche 13 ist Δ₃, die entlang der dritten Aufnahmeachse 21 bestimmt wird.

Wie aus Fig. 3 graphisch entnommen werden kann, ist der Tangens des Winkels α der longitudinalen Achse 15 zwischen den beiden Winkelpositionen der Rolle 1 durch Messung des Abstandes x, der zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse besteht, bestimmt durch die Formel

tgα = (Δ₂-Δ₁)/X Gleichung (1)

(Im Beispiel von Fig. 2 wird Δ₁ negativ gewählt, da es sich von der Originalposition der Achse 15 nach unten erstreckt.) Der Tangens von α kann auch mit Hilfe der folgenden Formel bestimmt werden:

tgα = J/Y Gleichung (2)

wobei Y der Abstand zwischen den Aufnahmeachsen 17 und 21 und J die dem Winkel α gegenüberliegende Seite ist.

Nach Einsetzung und Umformung erhält man:

J = Y (Δ₂-Δ₁)/X Gleichung (3)

Die Positionsänderung dev der Achse 15 entlang der Aufnahmeachse 21 ist dann

dev = Δ₁ + J Gleichung (4)

(wieder wird Δ₁ im Beispiel der Fig. 2 negativ betrachtet, genau wie auch die Größe dev, während J positiv ist).

Durch Substitution der Gleichung 4 in Gleichung 3 erhält man:

dev = Δ₁ + Y (Δ₂-Δ₁)/X Gleichung (5)

Die Unwucht oder das Profil ε ist dann die Differenz zwischen der Positionsänderung und der Rotationsachse bei der dritten Aufnahmeachse 21 und der gemessenen Positionsänderung entlang der Achse 21 der zu bestimmenden Oberfläche 13, oder:

ε = Δ₃-dev Gleichung (6)

Wie graphisch der Fig. 5 entnommen werden kann, können Gleichung 5 und 6 auch benutzt werden, um die Änderung der Position der Rotationachse und die Unwucht oder das Profil zu ermitteln, wenn die Rotationsachse um einen Punkt außerhalb des Teiles rotiert. In den Gleichungen wird die Aufnahmeachse 17 als Nullpunkt angesehen, so daß, wenn die Aufnahmeachse 21 links von der Achse 17 gemäß den Fig. 2 und 4 liegt, das Vorzeichen des Abstands Y zwischen Achsen 17 und 21 negativ ist.

Ähnliche Messungen und Berechnungen werden für eine Mehrzahl von Winkelpositionen der Rolle 1 während einer Drehung um 360° durchgeführt. Die maximale Differenz zwischen der Änderung in der Position der Rotationsachse und der Meßbewegung der Targetoberfläche entlang der dritten Aufnahmeachse ist die Unwucht der zu messenden Oberfläche. Falls gewünscht, können diese Abweichungen aufgezeichnet werden, um eine visuelle Repräsentation der Unwucht zu erhalten.

Es soll angemerkt werden, daß zur Messung der Unwucht nicht die Messung des Durchmessers von irgendeinem der zylindrischen Abschnitte des Rotors benötigt wird. Außerdem können die verschiedenen Abschnitte verschiedene Durchmesser haben. Es ist auch nicht nötig, daß man zwei verschiedene Referenzoberflächen hat, wenn die erste und zweite Aufnahmeachse weit genug voneinander entfernt auf einer einzigen Oberfläche angeordnet werden können, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wo die axiale Länge der Referenzoberfläche 9 ausreicht, um die zweite Aufnahmeachse 19′ zur Abtastung der Referenzoberfläche 9 ebenfalls dort anzuordnen. Je größer der Abstand zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse ist, desto größer ist die Genauigkeit der Berechnung, die durch Gleichung 1 und 2 erzielbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Überprüfung des Profils von nichtzylindrischen Oberflächen angewendet werden, wie z. B. von einer Nockenfläche 25 an einer Nocke 27 gemäß Fig. 6. Hier wird die Änderung der Position einer Achse 33 durch die Referenzoberflächen 29 und 31 an den gegenüberliegenden Enden der Achse 33, auf der die Nocke 27 angebracht ist, entlang einer ersten und zweiten Aufnahmeachse 35 bzw. 37 ausgemessen, während die Bewegung der Nockenoberfläche 25 entlang einer dritten Aufnahmeachse 39 bestimmt wird. Die Berechnung nach Gleichung 5 ergibt die Bewegung der Rotationsachse bei der dritten Aufnahmeachse 39. Der Unterschied zwischen der Bewegung der Rotationsachse bei jeder Winkelposition des Rotors 1 und die gemessene Bewegung der Nockenoberfläche 25 entlang der dritten Aufnahmeachse 39, die entsprechend nach Gleichung 6 berechnet wird, repräsentiert das aktuelle Profil der Nockenoberfläche 25. Das aktuelle Profil kann mit dem entworfenen Profil verglichen werden, um Fehler in dem Profil zu erkennen.

Ein weiteres Beispiel für die Verwendung der Erfindung erläutert die Anwendung zur Ermittlung der Unwucht verschiedener Oberflächen des Rotors eines großen elektrischen Leistungsgenerators. Ein derartiger Rotor 41, wie er in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist, kann typisch 10 bis 12 m lang sein. Der Rotor wird aus einem Schmiedestück hergestellt und hat eine Anzahl von Elementen wie Gebläsenaben, Kontaktringe usw., die auf das bearbeitete Schmiedestück aufgeschrumpft werden. Die Unwucht der bearbeiteten Oberflächen und von auf den Rotor aufgebrachten Zusatzteilen wird während der ursprünglichen Herstellung und im Zusammenbau geprüft, gleichermaßen aber auch während einer Überholung. Übliche Praxis war es, an dem Rotor ein Zusatzteil in der Werkstatt anzubringen und danach den Rotor zu einer Präzisionsdrehbank zur Überprüfung und zur Korrektur der Unwucht zu bringen. Der Rotor wurde dann in die Werkstatt zurückgebracht, wo das nächste Zusatzteil angebracht wurde. Diese Prozedur ist sehr zeitaufwendig und daher kostenungünstig.

Erfindungsgemäß wird der Rotor 41 sowohl für Zusammenbau als auch für die Prüfung der Unwucht auf zwei in einem Abstand von einander zugeordneten Rollenhalterungen 43 getragen. Jede der Rollenhalterungen 43 enthält zwei Rollen 45, die auf einem Rahmen 47 lateral beabstandet angebracht sind. Die Rollen 45 werden von einem elektrischen Motor 49 über eine Kette 51, ein Getriebe 53 und eine Achse 55 angetrieben. Die Leistung des Rollenmotors wird über die Energieversorgung 57 zugeführt.

Der Rotor 41 wird von entfernten Paaren von Rollen 45 und der Rollenhalterung 43 getragen. Da der große Zentralabschnitt 58 des Rotors 41 longitudinal zur Aufnahme von Rotorwindungen geschlitzt ist, werden Deckbänder 59 benutzt, um eine gleichmäßige drehsymmetrische Oberfläche bei Drehung des Rotors zu erhalten.

Lageroberflächen 61 und 63 in der Nähe der Enden des Rotors 51 werden für die erfindungsgemäße Messung der Unwucht als Referenzoberflächen benutzt. Änderungen in der Position der Referenzoberflächen 61 und 63, die dadurch erzeugt werden, daß der Rotor durch die Rollenhalterung 43 nicht genau um die Längsachse 25 rotiert wird, werden durch die Lasermeßgeräte 67a und 67b gemessen. Die Änderung der Position einer vorbestimmten, zu messenden Oberfläche auf dem sich drehenden Rotor 51 wird durch ein mobiles Lasermeßgerät 67c gemessen. Wie in Fig. 7 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, kann dieses Lasermeßgerät 67c bewegt werden, um nacheinander die Unwucht jeder der verschiedenen Oberflächen des Rotors 41 zu messen. Ein Drehwinkeldecoder 68 verfolgt die Winkelposition des Rotors 41.

Wie aus Fig. 8 und in größern Einzelheiten auch aus Fig. 9 ersichtlich ist, enthalten die Lasermeßgeräte 67 eine Laserquelle 69, die eine Strahlungsfront 71 senkrecht zur Aufnahmeachse 73 für die aufzunehmende Oberfläche 61 aussendet. Diese Strahlungsfront 71 verläuft auch senkrecht zur gemeinsamen Ebene, welche die Aufnahmeachsen der anderen Lasermeßgeräte aufnimmt, die ihrerseits senkrecht zur Ebene der Fig. 9 steht. Das Lasermeßgerät 67 ist so angeordnet, daß die Oberfläche 61 des Rotors 41 die von der Quelle 69 ausgesandte Strahlungsfront für alle Winkel des Rotors 41 schneidet und teilweise blockiert. Die Strahlungsenergie der Quelle 69 wird vom Detektor 75 aufgenommen. Der Detektor 75 mißt die Position der Oberfläche 61 durch Bestimmung einer Lichtanteilskante 77 der Strahlungsfront, die nicht von der Oberfläche 61 abgeblockt und, die von der Kante 77 aus gemessen wird. Daher wird die Position der Oberfläche 61, die als ausgezogene Linie in Fig. 9 dargestellt ist, durch die Strahlungsenergie der Breite R durch den Detektor 75 abgefragt. Wenn der Rotor 41 rotiert, und die Oberfläche 61 sich auf eine Position bewegt, die in Fig. 9 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, mißt der Detektor Strahlungsenergie entsprechend einer Breite S. Die Differenz Δ zwischen den gemessenen Breiten R und S entspricht dem Anteil, um den sich die Oberfläche 61 entlang der Aufnahmeachse 73 bewegt hat, als der Rotor 41 zwischen den beiden Positionen der Fig. 9 rotiert wurde.

Erfindungsgemäß muß man den Rotor zur Drehung nicht genau befestigen und auch die Lasermeßgeräte 67 nicht genau zueinander anordnen. Es ist nur eine Ausrichtung nötig, um die Achsen 73 für alle Lasermeßgeräte 67 in einer gemeinsamen Ebene und im wesentlichen parallel zueinander anzuordnen. Zur Messung der Unwucht des horizontal angebrachten Generatorrotors kann eine derartige Ausrichtung einfach dadurch ausgeführt werden, daß die Lasermeßgeräte 67 auf Ständern 81 angebracht sind, die relativ zur Erde nivelliert sind. Die Ausrichtung kann leicht mit konventionellen Nivelliergeräten ausgeführt werden.

Es ist zwar möglich, die Meßgrößen R und S an den Lasergeräten 67 abzulesen und die Differenz Δ für jede Änderung der Position des Rotors 41 zu berechnen. Es ist jedoch vorteilhaft, für diese Rechnungen einen Computer 79 zur Verfügung zu haben, der die Messungen mit der vom Drehwinkelencoder aufgenommenen Winkelposition des Rotors korrelieren kann. Ein Flußdiagramm für ein geeignetes Computerprogramm für den Computer 79 ist in Fig. 10 dargestellt. Am Anfang gibt eine Bedienungsperson dem Computer den Abstand zwischen den Lasern und die Anzahl der zu messenden Winkelpositionen der Achse ein, wie es Anweisungen 85 bzw. 87 entspricht. Wenn der Rotor auf der Rollenhalterung 43 rotiert wird, werden Messungen durch die Lasermeßgeräte 67 an jeder der Winkelpositionen durchgeführt, die vom optischen Encoder 83 in den Computer eingelesen werden. Dies entspricht der Anweisung 89. Für jeden Satz von Laserdaten, der bei einer Winkelposition aufgenommen ist, wird der Satz von Laserdaten an der ersten Winkelposition substrahiert, um eine Funktion Δ(s) zu erzeugen, wie es die Anweisung 91 andeutet. Die Bewegung der Drehachse an der Position des Lasers C wird dann gemäß Anweisung 93 aus den Laserdaten des A- und B-Lasers ermittelt. Diese Bewegung der Drehachse wird dann von der Differenz Δ, die für den Laser C berechnet wurde, abgezogen, um die Unwucht oder das Profil der zu messenden Oberfläche gemäß Anweisung 95 zu ermitteln. Diese Berechnungen werden entsprechend Anweisung 97 für jede Winkelposition des Rotors wiederholt. Die Ergebnisse der Unwucht werden dann gemäß Anweisung 99 dargestellt.

Es können auch andere Methoden zur Ausmessung der Referenzoberfläche und der zu bestimmenden Oberfläche angewandt werden. Beispielsweise können linear variable differentielle Transformatoren (LVDT) benutzt werden, welche Klingen an ihren beweglichen Kernen haben und die gegen die zu messenden Oberflächen vorgespannt sind.

Wie gezeigt wurde, ermöglicht die Erfindung eine genaue Ausmessung der Unwucht eine genaue Bestimmung der Profile von Teiloberflächen, ohne eine genaue Halterung für das Teil oder die Meßgeräte zu benötigen, um das Zentrum von Teilen festzulegen. Man benötigt auch keine Referenzoberfläche. Die Erfindung ist zur Inspektion oder Ausmessung der Unwucht von Wellen oder der Vermessung von Profilen von Nocken, Kurbeln, Schrauben oder ähnlichen Teilen geeignet.

Claims (19)

1. Verfahren zum Nachweis und Messen der Unwucht oder des Profils einer zu bestimmenden Oberfläche (13) auf einem Teil (1), das mindestens eine Referenzoberfläche (9) hat, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

• - Drehung des Teils (1) im wesentlichen um eine ausgewählte Rotationsachse (15);
• - Aufnahme mindestens einer Referenzoberfläche (9) entlang einer ersten und zweiten Aufnahmeachse (17, 19), die am rotierenden Teil entlang der vorgewählten Rotationsachse im Abstand voneinander angeordnet sind;
• - Verfolgung der zu bestimmenden Oberfläche (13) entlang einer dritten Aufnahmeachse (21), wenn dieses Teil rotiert wird, wobei die erste, zweite und dritte Aufnahmeachse im wesentlichen innerhalb einer gemeinsamen Fläche (23) liegen und alle im wesentlichen transversal zur ausgewählten Rotationsachse angeordnet sind;
• - Messung der Abstände (X, Y) zwischen den Aufnahmeachsen (17, 19, 21);
• - Messung von Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂) an mindestens einer Referenzoberfläche entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse (17, 19) und Messung der Positionsänderung (Δ₃) der zu bestimmenden Oberfläche (13) entlang der dritten Aufnahmeachse (21) zwischen einer ersten und zweiten Drehwinkelposition des Teils;
• - und Ermittlung der Unwucht oder des Profils der zu bestimmenden Oberfläche (13) als Funktion:
  • a) der genannten Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂) von der mindestens einen Referenzoberfläche (9) entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse (17, 19);
  • b) der Positionsänderung (Δ₃) der zu bestimmenden Oberfläche (13) entlang der dritten Aufnahmeachse (21);
  • c) und der Abstände (X, Y) zwischen den Aufnahmeachsen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - Messung der Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂) von der mindestens einen Referenzoberfläche (9) entlang der ersten sowie zweiten Aufnahmeachse (17, 19) und der Positionsänderung (Δ₃) der zu bestimmenden Oberfläche (13) entlang der dritten Aufnahmeachse (21) zwischen der ersten Winkelposition des Teils und jeder von einer Mehrzahl von Drehwinkelpositionen des sich um die ausgewählte Rotationsachse (15) drehenden Teils,
• - und Ermittlung der Unwucht oder des Profils für jede Drehwinkelposition des Teils (1) um die ausgewählte Rotationsachse.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Unwucht oder des Profils für jede Drehwinkelposition des Teils folgende Schritte umfaßt:

• - die Ermittlung der Positionsänderung (dev) der genannten ausgewählten Rotationsachse (15) entlang der genannten dritten Aufnahmeachse (21) als Funktion der Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂) von der mindestens einen Referenzoberfläche (9) entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse;
• - und Ermittlung der Unwucht oder des Profils aus der Differenz zwischen der gemessenen Änderung (Δ₃) der Position der zu bestimmenden Oberfläche (13) und der Positionsänderung (dev) der ausgewählten Rotationsachse entlang der dritten Aufnahmeachse (21).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Referenzoberfläche (9) zylindrisch ist und die Positionsänderung (Δ₁, Δ₂) der ausgewählten Rotationsachse (15) entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse (17, 19) den gemessenen Positionsänderungen der mindestens einen Referenzoberfläche (9) entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse (17, 19) gleichgesetzt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil erste (9) und zweite (11) Referenzoberflächen hat und das Verfolgen der ersten Referenzoberfläche (9) entlang der ersten Aufnahmeachse (17) und das Verfolgen der zweiten Referenzoberfläche (11) entlang der zweiten Aufnahmeachse (19) erfolgt, wobei die genannten Messungen der Positionsänderung (Δ₁) der ersten Referenzoberfläche entlang der ersten Aufnahmeachse (17) und Messung der Positionsänderung (Δ₂) der zweiten Referenzoberfläche (11) entlang der zweiten Aufnahmeachse (19) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Referenzoberfläche (9) zylindrisch mit einem ersten Durchmesser und die zweite Referenzoberfläche (11) zylindrisch mit einem zweiten Durchmesser ist, der verschieden von dem ersten Durchmesser sein kann, ist, und worin Unwucht oder das Profil in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung ermittelt wird: ε = Δ₃ - Δ₁ - Y (Δ₂ - Δ₁)/Xwobei ε gleich der Unwucht oder dem Profil der zu bestimmenden Oberfläche (13) entlang der dritten Aufnahmeachse (21), Δ₁ gleich der Positionsänderung der ersten Referenzoberfläche (9) gemessen entlang der ersten Aufnahmeachse (17), Δ₂ gleich der Positionsänderung der zweiten Referenzoberfläche (11) gemessen entlang der zweiten Aufnahmeachse (19), Δ₃ gleich der Positonsänderung der zu bestimmenden Oberfläche (13) gemessen entlang der dritten Aufnahmeachse (21), X gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse ist und Y gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und dritten Aufnahmeachse ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Messung von Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂, Δ₃) der Oberflächen (9, 11, 13) entlang der Aufnahmeachsen (17, 19, 21) für jede Aufnahmeachse einen Schritt enthält, bei dem entlang einer Aufnahmeachse (73) eine Strahlungsfront (70) erzeugt wird, und zwar senkrecht zur gemeinsamen Ebene, in denen die Aufnahmeachsen liegen, wobei sich die Strahlungsfront über den Bewegungsbereich der aufzunehmenden Oberfläche (61) erstreckt und ein Teil der genannten Strahlungsfront durch das Teil an der aufzunehmenden Oberfläche (61) abgeschattet wird,
• - und daß eine Änderung in dem abgeschatteten Teil der Strahlungsfront durch die aufzunehmende Oberfläche nachgewiesen wird, wenn das Teil die verschiedenen Winkelpositionen durchläuft.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die gemeinsamen Ebenen (23), in der die erste, zweite und dritte Aufnahmeachsen (17, 19, 21) liegen, horizontal verläuft
• - und daß die jeweiligen Ebenen von Strahlungsenergie vertikal gerichtet sind.

9. Vorrichtung zur Messung der Unwucht eines Generatorrotors (41), wobei der Rotor eine erste zylindrische Referenzoberfläche (61) nahe einem Ende sowie eine zweite zylindrische Referenzoberfläche (63) nahe dem anderen Ende hat und eine Reihe von dazwischenliegenden Rotorabschnitten (58) aufweist, die auf Unwucht geprüft werden sollen, gekennzeichnet durch:

• - Vorrichtungen (43), die den Generatorrotor längs einer Längsachse (65) drehbar haltern;
• - erste Meßvorrichtungen (67a), die der ersten Referenzoberfläche (61) folgen und eine Positionsänderung (Δ₁) der ersten Aufnahmeoberfläche entlang einer ersten Aufnahmeachse für jede von einer Mehrzahl von Winkelpositionen des Rotors messen, wenn er um die Längsachse (65) gedreht wird,
• - zweite Meßvorrichtungen (67b), die der zweiten Referenzoberfläche (63) folgen und eine Positionsänderung (Δ₂) der zweiten Referenzoberfläche (36) entlang einer zweiten Aufnahmeachse der Mehrzahl von Winkelpositionen des Rotors messen,
• - dritte Meßvorrichtungen (67c), die entlang dem Rotor bewegbar sind, um nacheinander dazwischenliegende Rotorabschnitte (58) auszuwählen, und die eine Positionsänderung (Δ₃) eines ausgewählten dazwischenliegenden Rotorabschnitts (58) entlang einer dritten Aufnahmeachse für jede Winkelposition des Rotors zu messen, wobei die erste, zweite und dritte Aufnahmeachsen alle in einer gemeinsamen Ebene liegen,
• - und Vorrichtungen (79) zur Bestimmung jeder Winkelposition des Generatorrotors (41), die aus den Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂) der ersten und zweiten Referenzoberflächen entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse aus dem Abstand (X) zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse und dem Abstand (Y) zwischen der ersten und dritten Aufnahmeachse, die Positionsänderung (dev) der Längsachse entlang der dritten Aufnahmeachse für jede Winkelposition des Rotors sowie für jede Winkelposition des Rotors die Differenz zwischen der Positionsänderung (dev) der Längsachse und der Positionsänderung (Δ₃) der ausgewählten dazwischenliegenden Oberfläche bestimmen, die entlang der dritten Aufnahmeachse gemessen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Meßvorrichtung (67) enthält:

• - einen Sender (69) für Strahlungsenergie, der eine Strahlungsfront (71) erzeugt,
• - einen Strahlungsenergieempfänger (75)
• - und Vorrichtungen zur Befestigung des Strahlungsenergiesenders (69)
• - wobei der Sender (69) die Strahlungsfront (71) senkrecht zu der gemeinsamen Fläche entlang der betreffenden Aufnahmeachse (73) aussendet,
• - und wobei die Strahlungsfront (71) größer als der abzugreifende Bewegungsbereich der Oberfläche ist, so daß der Rotor einen Teil (Δ) von Strahlungsenerie abschattet, wobei der Empfänger (75) eine durch den Rotor abgeschattete Strahlungsenergie nachweist, wodurch sich ein Maß für die Änderung der abgetasteten Oberfläche ergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Ebene, in der die erste, zweite und dritte Aufnahmeachsen liegen, horizontal ist und die Strahlungsenergiesender (69) eine vertikale Strahlungsfront (71) erzeugt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsenergiesender (69) eine Laserlichtfront (71) erzeugt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Haltern des Rotors (51) Rollenhalterungen (43) umfassen, die entlang der Längsachse (65) des Rotors angeordnet sind, wobei jeder Rollenhalterung zwei Rollen (54) aufweist, die drehbar an einem Rahmen (47) befestigt sind, wobei sie sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rotors drehen und lateral im Abstand voneinander so angeordnet sind, daß der Rotor auf den Rollen ruht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Antriebsvorrichtungen (49), um mindestens ein Rollenpaar (45) in mindestens eine der Rollenhalterungen (43) zu bewegen, um den Rotor zu drehen.

15. Verfahren zur Messung der Unwucht eines Generatormotors (41), der eine Längsachse (65), eine erste zylindrische Referenzoberfläche (61) nahe einem Ende, eine zweite zylindrische Referenzoberfläche (63) nahe dem anderen Ende und eine Reihe von zwischenliegenden Rotorteilen (58) aufweist, von denen einige dem Rotor beim Zusammenbau hinzugefügt werden, wobei jedes Rotorteil eine zu vermessende Oberfläche hat, für die die Unwucht zu ermitteln ist, gekennzeichnet durch

• - Auflegen des Rotors (41) auf im Abstand von einander angeordneten Rollenhalterungen (43),
• - Drehung des Rotors (41) auf den Rollenhalterungen, und zwar im wesentlichen um die Längsachse (65),
• - Verfolgung der ersten Referenzoberfläche (61) und Messung der Positionsänderung (Δ₁) der ersten Referenzoberfläche entlang einer ersten Aufnahmeachse bei einer Mehrzahl von Winkelpositionen des Rotors,
• - Verfolgung der zweiten Referenzoberfläche (63) und Messung der Positionsänderung (Δ₂) der zweiten Referenzoberfläche entlang einer zweiten Aufnahmeachse für die genannte Anzahl von Winkelpositionen des Rotors,
• - Verfolgung der zu vermessenden Oberfläche des Rotors und Messung der Positionsänderung (Δ₃) der Oberfläche entlang einer dritten Aufnahmeachse für die Mehrzahl von Winkelpositionen des Rotors, wobei die erste, zweite und dritte Aufnahmeachse alle in einer gemeinsamen Ebene, und zwar im wesentlichen transversal zu der genannten Längsachse liegen,
• - Ermittlung einer Achsenpositionsänderung aus den Positionsänderungen der ersten und zweiten Referenzoberflächen (61, 63) entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse und dem Abstand (X) zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse sowie einem Abstand (Y) zwischen der ersten und dritten Aufnahmeachse, wobei die Achsenpositionsänderung die Positionsänderung (dev) der Längsachse (65) entlang einer dritten Aufnahmeachse für jede Winkelposition des Rotors (41) ist
• - und Bestimmung für jede Winkelposition des Rotors die Differenz zwischen der Positionsänderung (dev) der Längsachse und der Positionsänderung der zu vermessenden Oberfläche entlang der dritten Aufnahmeachse.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch

• - Anbauen von Teilen an zwischenliegende Abschnitte des Rotors (41), während der Rotor auf den Rollen (45) liegt, und Wiederholung der Schritte zur Positionsänderung der ersten und zweiten Referenzoberflächen (61, 63) entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse, während der Rotor (41) über die genannte Mehrzahl von Winkelpositionen rotiert wird,
• - Positionieren der dritten Aufnahmeachse so, daß die zu vermessende Oberfläche (58) den angebauten Teilen zugeordnet ist,
• - Messung der Positionsänderung (Δ₃) der zu vermessenden Oberfläche auf den angebauten Teilen für jede Winkelposition des Rotors,
• - Ermittlung einer Achsenpositionsänderung aus der Positionsänderung (Δ₁, Δ₂) der ersten und zweiten Referenzoberflächen entlang der ersten und zweiten Aufnahmeachse sowie dem Abstand (X) zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse und dem Abstand (Y) zwischen der ersten und dritten Aufnahmeachse für jede Winkelposition des Rotors, wobei die Achsenpositionsänderung die Positionsänderung (dev) der Längsachse entlang der dritten Aufnahmeachse ist
• - und Bestimmung der Differenz zwischen der Positionsänderung (dev) der Längsachse und der gemessenen Positionsänderung (Δ₃) der zu vermessenden Oberfläche des zugefügten dazwischenliegenden Abschnitts entlang der dritten Aufnahmeachse.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

• - das die Änderung derPosition der Längsachse (65) entlang der dritten Aufnahmeachse in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung ermittelt wird dev = Δ₁ + Y (Δ₁ + Δ₂)/Xwobei dev gleich der Änderung der Longitudinalachse (65) entlang der dritten Aufnahmeachse ist,
• - Δ₁ gleich der Positionsänderung der ersten Referenzoberfläche gemessen entlang der ersten Aufnahmeachse ist,
• - Δ₂ gleich der Positionsänderung der zweiten Referenzoberfläche ist, die entlang der zweiten Aufnahmeachse gemessen wird,
• - Δ₃ gleich der Position der zu bestimmenden Oberfläche ist, die entlang der dritten Aufnahmeachse gemessen wird,
• - X gleich dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und zweiten Aufnahmeachse entspricht,
• - und Y dem gemessenen Abstand zwischen der ersten und dritten Aufnahmeachse entspricht.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Messungen von Positionsänderungen (Δ₁, Δ₂, Δ₃) der Referenzoberflächen (61, 63) und der zu vermessenden Oberflächen (58) jede den Schritt aufweisen, eine Strahlenfront von Laserenergie rechtwinkelig zur gemeinsamen Ebene entlang der betreffenden Aufnahmeachse auszusenden, so daß ein Teil der Strahlenfront von Laserenergie von der verfolgten Oberfläche abgeschattet wird,
• - und daß ein Nachweis der Änderungen in dem Teil der Strahlenfront von Laserenergie erfolgt, der von dem Rotor bei jeder der Mehrzahl von Winkelpositionen des Rotors abgeschattet ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die gemeinsame Ebene, in welcher erste, zweite und dritte Aufnahmeachsen liegen, eine horizontale Fläche ist, wobei die Strahlungsfront (71) der Laserenergie dazu vertikal verläuft,
• - und daß die vertikale Ebene der Strahlungsfront durch Nivellieren eingestellt wird.