JP2009244004A - 非接触式変位センサ用冶具 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触式変位センサの位置決めとギャップ調整の作業精度と作業効率を改善する。
【解決手段】 第１の回転機器の回転軸と第２の回転機器の回転軸との位置関係を算出するために、第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面とのギャップを測定するための少なくとも１つの非接触式変位センサを固定するための冶具であって、第２の回転機器の回転軸に固定されるベース部と、ベース部に対してスライド機構を介して所定の方向に移動可能に固定され、非接触式変位センサを所定の他の方向に微調整可能に固定する少なくとも１つの非接触センサ固定部と、非接触センサ固定部に備わり、第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面と非接触式変位センサの先端との所定のギャップを設定するためのギャップ設定部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触式変位センサ用の冶具に関し、ギャップの調整を容易にすることを可能とした非接触式変位センサ用冶具に関するものである。

従来の芯出し作業では、変位の計測にダイヤルゲージを用いるのが一般的であり、マグネットベースと可動アームで構成される取付け冶具にこのダイヤルゲージを取り付け、マグネットベースをフランジに固定してダイヤルゲージを対向するフランジの測定面に位置決めを行う。

位置決めでは、マグネットベースをフランジに固定し、アームは可動状態のままダイヤルゲージを測定面に当て、適当な計測範囲を確保するため数ミリ押し込んだ状態でアームを固定する。この際、どの程度押し込むかはダイヤルゲージの指示値を見ながら作業を行う。

また、ダイヤルゲージ以外に非接触式変位センサを用いて芯出し作業を行う手法も存在する。ダイヤルゲージの代わりに非接触式変位センサを用いた芯出し調整支援方法の例としては、例えば、２個の非接触式距離計を用いて偏心量と偏心角を演算し、必要な調整量を表示する２軸センタリング計測装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような従来の芯出し調整支援装置は、変位計から得られた測定値から調整量を演算し表示し、作業者はこの調整量に基づいて芯出し作業を行う。

この場合の非接触式変位センサの固定と位置決めには、上記の取付け冶具のダイヤルゲージを非接触式変位センサに置き換えて使用する。
実開昭６３−２７８１６号公報

非接触式変位センサではセンサの精度を上げると計測範囲が比例して小さくなるのが一般的である。例えば、渦電流式のセンサの場合には、回転機の芯出し調整に必要な精度を確保しようとすると、計測範囲が２ｍｍ程度のものが最適と判断される。渦電流式のセンサと計測面とのギャップは１ｍｍが最適である。

しかしながら、従来の取付け冶具ではアーム固定時にセンサ部が若干ずれるなど、微小な調整には不向きである。さらに、センサ本体には指示値が表示されないため目視に頼るか非接触式変位センサからの指示値表示を見ながらの作業となる。目視での調整はギャップ調整精度が悪く、また若干の経験が必要である。非接触式変位センサからの指示値を見ながらの作業は視点がセンサから外れてしまい、ギャップは調整できたが測定位置がずれてしまうなど、作業性が悪い。

また、従来のダイヤルゲージと取り付け冶具では回転させながら計測している間にマグネットベースが動き、計測に影響を及ぼすことが実作業で報告されている。

本発明は、このような従来の取付け冶具の使用による問題を解決するためになされたものであり、非接触式変位センサ固定用の冶具の調整機能を芯出し調整用に特化させることで、非接触式変位センサの位置決めとギャップ調整の作業精度と作業効率を改善しようとするものである。さらに、マグネットベースの固定を強化する機構を提供し、計測の信頼性を改善しようとするものである。

本発明の非接触式変位センサ用冶具は、第１の回転機器の回転軸と第２の回転機器の回転軸との位置関係を算出するために、第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面とのギャップを測定するための少なくとも１つの非接触式変位センサを固定するための冶具であって、第２の回転機器の回転軸に固定されるベース部と、ベース部に対してスライド機構を介して第１の方向に移動可能に固定され、非接触式変位センサを第２の方向に微調整可能に固定する少なくとも１つの非接触センサ固定部と、非接触センサ固定部に備わり、第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面と非接触式変位センサの先端との所定のギャップを設定するためのギャップ設定部とを備えることを特徴とする。

本発明の非接触式変位センサ用冶具によれば、ギャップ設定部を備えることにより回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面と非接触式変位センサの先端とのギャップを、容易かつ適正な値に調整することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態である非接触式変位センサ用冶具について、図を参照して説明をする。

図１は、本実施形態の非接触式変位センサ用冶具の全体の構成を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態の非接触式変位センサ用冶具を調整を行う回転機器に設置した場合の正面図である。図１（ｂ）は本実施形態の非接触式変位センサ用冶具を調整を行う回転機器に設置した場合の側面図である。なお、両非接触式変位センサを位置関係を明確化するために、図１（ｂ）へのマグネットベース１０１、第１のジョイントブロック１０２、及び第１のアーム１０３の記載は省略している。

調整側回転機器（不図示）は、例えば、モータ等の回転機器であり、所定の周期で交換もしくは点検後再設置される機器である。調整側回転機器は、他の機器との接続部となる調整側回転機器フランジＡを有している。

また、固定側回転機器（不図示）は、例えば、ポンプ等の回転機器であり、所定の設備に固定して設置されている。固定側回転機器は、他の機器との接続部となる固定側回転機器フランジＢを有している。

そして、芯出し作業とは、固定側回転機器の回転軸中心（すなわち固定側回転機器フランジＢの中心軸）と調整側回転機器の回転軸中心（すなわち調整側回転機器フランジＡの中心軸）とが一致するように調整側回転機器の位置、角度を調整する作業である。

本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１は、マグネットベース１０１、第１のジョイントブロック１０２、第１のアーム１０３、第２のジョイントブロック１１１、第２のアーム１１２、第３のジョイントブロック１２１、第４のジョイントブロック１２２、及び第３のアーム１２３から構成される。

マグネットベース１０１は、ポンプ等の固定側回転機器（不図示）において他の機器との接続部となる固定側回転機器フランジＡの外周面上に、磁力をもって固定されている。マグネットベース１０１は、固定側回転機器フランジＡの中心から半径方向に伸長する角穴を備え、角柱状の第１のアーム１０３の一端は、マグネットベース１０１は角穴にほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。

第１のジョイントブロック１０２はＬ字状のブロックであり、各々直交する方向に貫通した２つの角穴を備える。第１のジョイントブロック１０２の角穴の１つには、第１のアーム１０３の他端がほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。第１のジョイントブロック１０２の他の角穴には、角柱状の第２のアーム１１２がほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。

第２のジョイントブロック１１１はＬ字状のブロックであり、上部に貫通する角穴を備え、第２のアーム１１２がほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。第２のジョイントブロック１１１は、下部に第１の渦電流式変位センサ１１０を固定することが可能な固定穴を備え、固定穴の中心軸１１０ａと、第２のジョイントブロック１１１の角穴とは互いに直交する方向にある。また、第１の渦電流式変位センサ１１０の取り付け位置はロックナットを緩めることにより微調整が可能である。

第４のジョイントブロック１２２はＬ字状のブロックであり、各々直交する方向に貫通した２つの角穴を備える。第４のジョイントブロック１２２の角穴の１つには、第２のアーム１１２の他端がほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。第４のジョイントブロック１２２の他の角穴には、角柱状の第３のアーム１２３がほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。

第３のジョイントブロック１２１はＬ字状のブロックであり、上部に貫通する角穴を備え、第３のアーム１２３がほぼ隙間無く挿入され、止めねじにて固定される。第３のジョイントブロック１２１は、下部に第２の渦電流式変位センサ１２０を固定することが可能な固定穴を備え、固定穴の中心軸１２０ａと、第３のジョイントブロック１２１の角穴とは互いに直交する方向にある。また、第２の渦電流式変位センサ１２０の位置はロックナットを緩めることにより微調整が可能である。

このように、本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１は、第１から第４のジョイントブロック１０２、１１１、１２１、及び１２２、及び第１から第３のアーム１０３、１１２、及び１２３からなるスライド機構を有し、第１から第４のジョイントブロック１０２、１１１、１２１、及び１２２は、第１から第３のアーム１０３、１１２、及び１２３に止めねじにて固定されるため、第１から第４のジョイントブロック１０２、１１１、１２１、及び１２２の位置関係は、調整の対象に応じて適宜調整可能である。

また、第１から第３のアーム１０３、１１２、及び１２３は角柱状であるため、第１から第４のジョイントブロック１０２、１１１、１２１、及び１２２の位置調整時において各ジョイントブロックのアーム周りの回転を防止することが可能であり、これにより直交関係を維持しつつ各ジョイントブロックの位置関係を調整することが可能である。

図１に示すように、第１の渦電流式変位センサ１１０と第２の渦電流式変位センサ１２０とは、本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１により互いにねじれの位置で直角方向を向くように固定される。また、第１の渦電流式変位センサ１１０は、本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１により、固定側回転機器フランジＢの外周面と所定の間隔ｇ_１を有して固定されるとともに、第２の渦電流式変位センサ１２０は、固定側回転機器フランジＢの側端面と所定の間隔ｇ_２を有して固定される。

次に、ギャップの調整作業の手順について説明する。まず、マグネットベース１０１をフランジＡの周面に取り付ける。次にフランジＢの外周を計測する第１の渦電流式変位センサ１１０を保持する第２のジョイントブロック１１１を図中の水平方向へスライドし、計測対象のフランジＢの周面の中央に位置決めする。次に、この第１の渦電流式変位センサ１１０を、ロックナットを緩めることにより図中の垂直方向へスライドし、フランジＢの周面と適正なギャップ位置ｇ_１で固定する。次にフランジＢの端面を計測する第２の渦電流式変位センサ１２０を保持する第３のジョイントブロック１２１を垂直方向へスライドし、適当な計測位置へ位置決めする。次に、この第２の渦電流式変位センサ１２０を、ロックナットを緩めることにより水平方向へスライドし、フランジＢの端面と適正なギャップ位置ｇ_２で固定する。

本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１によれば、水平方向と垂直方向のギャップの調整が互いに干渉することなく、それぞれ最適な位置に調整することが可能である。

ここで、本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１では、中心軸１１０ａと中心軸１２０ａとがねじれの位置かつ両直線の距離がＬで設定されるため、第１の渦電流式変位センサ１１０と第２の渦電流式変位センサ１２０とは、互いにねじれの位置で直角方向を向くように固定される。複数の渦電流式変位センサを近接して用いる場合には、センサ間の高周波磁界の影響で相互干渉が発生し、分解能が悪化する場合がある。本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１によれば、第１の渦電流式変位センサ１１０と第２の渦電流式変位センサ１２０とを、互いにねじれの位置に配置することが可能となるため、両渦電流式変位センサの干渉を低減することが可能となる。

図２は、本発明の第１の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１は、ギャップ位置ｇ_１とギャップ位置ｇ_２とを調整するためのギャップ設定機構２００を備える。

なお、第１の渦電流式変位センサ１１０のギャップ設定機構と第２の渦電流式変位センサ１２０のギャップ設定機構とは同様の構成を有するため、以下の説明においては、第２の渦電流式変位センサ１２０のギャップ位置ｇ_２を設定する場合について説明をする。

本実施形態のギャップ設定機構２００は、保持プレート２０２と軸２０３とセラミックスペーサ２０３とを備える。保持プレート２０２はロックナット２０１により第３のジョイントブロック１２１に固定されている。また保持プレート２０２の一端部には軸２０３が回転可能に貫通して固定されている。

セラミックスペーサ２０４は、厚さｇ_２を有するセラミック製のプレートである。セラミックスペーサ２０４の一端には摺動可能な状態で軸２０３が貫通して固定されている。

図２（ａ）に示すように、ギャップ設定時はセラミックスペーサ２０４を第２の渦電流式変位センサ１２０のセンサトップへ持ってくる。セラミックスペーサ２０４を介した状態で第２の渦電流式変位センサ１２０のセンサトップを調整側フランジＢの計測面に接触させ、第２の渦電流式変位センサ１２０を固定することでセラミックスペーサ２０４の厚みｇ_２のギャップが確保できる。図２（ｂ）に示すように、この後、セラミックスペーサ２０４を引き抜き、調整側フランジＢに接触しない位置へ退避させ、計測可能とする。

なお、本実施形態では耐久性と渦電流方式センサへ磁気的な影響を及ぼさないことからセラミック製のスペーサで構成したが、樹脂等のスペーサでもよい。

図３は、本発明の第２の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１は、ギャップ設定機構３００を備える。

本実施形態のギャップ設定機構３００は、センサカバー３０２と、トーションスプリング３０３と、爪３０４とを有する。

センサカバー３０２は中空円筒状の部材であり、第２の渦電流式変位センサ１２０のセンサトップを収納し、第２の渦電流式変位センサ１２０の中心軸方向に移動することが可能である。センサカバー３０２の先端部には、トーションスプリング３０３を介して一対の爪３０４が備わる。

爪３０４は目標とするギャップｇ_２と同じ厚みを有し、爪３０４はトーションスプリング３０３により、センサカバー３０２の内側へ引っ張られる方向へ付勢されている。

図３（ａ）に示すように、ギャップ設定時には、センサカバー３０２を下へ押し下げ爪３０４を第２の渦電流式変位センサ１２０のセンサトップへ掛け、第２の渦電流式変位センサ１２０を調整側フランジＢの計測面に接触させる。爪３０４の厚みでギャップｇ_２が確保された後に、第２の渦電流式変位センサ１２０を固定し、図３（ｂ）に示すように、手でセンサカバー３０２を後退させる。

図４は、本発明の第３の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１は、ギャップ設定機構４００を備える。

本実施形態のギャップ設定機構４００は、吸着リング４０１と、マグネット４０２、４０３と、ストッパリング４０４と、スプリング４０５とを有する。

第２の渦電流式変位センサ１２０の一方には、吸着リング４０１が固定され、他方にはストッパリング４０４が固定されており、第２の渦電流式変位センサ１２０の中心軸方向の可動範囲をｇ_２に規制している。

第３のジョイントブロック１２１の吸着リング４０１に対向する面にはマグネット４０２、４０３が固定されている。また、吸着リング４０１と第３のジョイントブロック１２１との間にはスプリング４０５が配置されている。

図４（ａ）に示すように、ギャップ設定時には、第２の渦電流式変位センサ１２０を前進させマグネット４０２、及び４０３の磁力により前進位置を保持する。第３のジョイントブロック１２１を前進させて第２の渦電流式変位センサ１２０のセンサトップを調整側フランジＢの計測面へ接触させ、第３のジョイントブロック１２１を固定した後に、第２の渦電流式変位センサ１２０を後退させ、スプリング４０５のバネの力で後進位置を保持する。これで所望のギャップｇ_２が確保できる。

マグネット４０２、及び４０３の磁力はギャップが発生すると吸引力が小さくなる。マグネット４０２、及び４０３と吸着リング４０１が吸着している時は、磁石の吸引力がバネの反発力より強く、マグネット４０２、及び４０３と吸着リング４０１にギャップがあるときはバネの反発力が磁石の吸引力よりも強くなるようなマグネット４０２、及び４０３とスプリング４０５のバネ定数を選定することで、この動作が可能となる。

図５は、本発明の第４の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１は、ギャップ設定機構５００を備える。

本実施形態のギャップ設定機構５００は、第３のジョイントブロック（固定側）５２１と、第３のジョイントブロック（可動側）５２２と、ストッパブロック５２３と、スプリング５２４と、マグネット５２５、及び５２６とを備える。

第３のジョイントブロック（固定側）５２１と、第３のジョイントブロック（可動側）５２２とは、第３のジョイントブロック１２１を２つに分割して、一方を所定のストロークｇ_２動作可能としたものである。

第３のジョイントブロック（可動側）５２２は突起部５２２ａを有し、第３のジョイントブロック（固定側）５２１は溝部５２１ａを有し、突起部５２２ａと溝部５２１ａとが係合することにより、第３のジョイントブロック（可動側）５２２が図中の左右に動作することを可能としている。

第３のジョイントブロック（固定側）５２１の上部には、ストッパブロック５２３が備わり、第３のジョイントブロック（可動側）５２２の図中の左方向への動作を規制している。また、第３のジョイントブロック（可動側）５２２が接する第３のジョイントブロック（固定側）５２１の面にはマグネット５２５、及び５２６が備わり、第３のジョイントブロック（可動側）５２２の図中の右方向への動作を規制するとともに、その吸着力により固定することを可能としている。

また、溝部５２１ａにはスプリング５２４が配置され、第３のジョイントブロック（可動側）５２２を図中の左方向へ付勢している。

図５（ａ）に示すように、ギャップ設定時には、第３のジョイントブロック（可動側）５２２を前進保持し、第４のジョイントブロック１２２を移動させて、第２の渦電流式変位センサ１２０のセンサトップを調整側フランジＢの計測面へ接触させる。そして、図５（ｂ）に示すように、第４のジョイントブロック１２２を固定した後に、第３のジョイントブロック（可動側）５２２を後退させてマグネット５２５、及び５２６に吸着させ保持させることで所望のギャップｇ_２が確保できる。

上記各実施形態では磁石がセンサへ影響を及ぼす懸念があるが、本実施形態によれば可動部をセンサ支持金具とジョイント金具の間に設けることでこの影響を無くすことができる。

図６は、本発明の第５の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。本実施形態の非接触式変位センサ用冶具１はクランプ部６００を備え、マグネットベース１０１をフランジＡへ固定する場合にその固定をより強固にすることを可能とした実施の形態である。

本実施形態のクランプ部６００は、押え板６０１と、長ネジ６０２、及び６０３と、ブロック６０４、及び６０５とからなる。マグネットベース１０１の上面に取り付けた押え板６０１と、2個のフランジボルト穴Ａ１、Ａ２へ引っ掛ける爪を持つブロック６０４、及び６０５にそれぞれ穴が開いており、ブロック６０４、及び６０５の穴はネジ穴加工を施す。押え板６０１とブロック６０４、及び６０５を長ネジ６０２、及び６０３で連結し、長ネジ６０２、及び６０３を締めることで、マグネットベース１０１をフランジＡに強固に固定することができる。

図７は、本発明の第６の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図であり、本発明の第６の実施形態のクランプ部６００を変形したものである。本発明の第７の実施形態のクランプ部６００と同様に、2個のフランジボルト穴Ａ１、Ａ２のそれぞれ単独のブロック７０３をつけ、長ネジ７０２で締めることで、マグネットベース１０１をフランジＡに強固に固定することを可能としている。

以上、説明したように本実施形態の非接触式変位センサ用冶具によれば、センサを位置決めするためにはセンサが取り付けられたアームやジョイントをスライドするだけで良く、水平方向と垂直方向の調整要素は直交して独立しているので、所定の位置へ容易に精度よく位置決めが可能である。さらに、機械的なギャップ調整機構により容易に適正なギャップを調整することが可能となる。

本実施形態の非接触式変位センサ用冶具の全体の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。 本発明の第２の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。 本発明の第３の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。 本発明の第４の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。 本発明の第５の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。 本発明の第６の実施形態の非接触式変位センサ用冶具を示す図である。

符号の説明

１０１：マグネットベース
１０２：第１のジョイントブロック
１０３：第１のアーム
１１０：第１の渦電流式変位センサ
１１１：第２のジョイントブロック
１１２：第２のアーム
１２０：第２の渦電流式変位センサ
１２１：第３のジョイントブロック１２１
１２２：第４のジョイントブロック
１２３：第３のアーム

Claims (7)

1. 第１の回転機器の回転軸と第２の回転機器の回転軸との位置関係を算出するために、前記第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面とのギャップを測定するための少なくとも１つの非接触式変位センサを固定するための冶具であって、
   前記第２の回転機器の回転軸に固定されるベース部と、
   前記ベース部に対してスライド機構を介して所定の方向に移動可能に固定され、前記非接触式変位センサを所定の他の方向に微調整可能に固定する少なくとも１つの非接触センサ固定部と、
   前記非接触センサ固定部に備わり、前記第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面または端面と前記非接触式変位センサの先端との所定のギャップを設定するためのギャップ設定部と、
   を備えることを特徴とする非接触式変位センサ用冶具。
2. 前記ギャップ設定部は、
   設定を行うギャップに対応する厚さを有するセラミックスペーサ部と
   前記セラミックスペーサ部を前記非接触式変位センサの先端に出し入れ自在に保持するスペーサ保持部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触式変位センサ用冶具。
3. 前記ギャップ設定部は、
   前記非接触式変位センサの先端部を収容し、前記非接触式変位センサの先端方向に移動可能な円筒部と、
   前記円筒部の先端部に備わり、設定を行うギャップに対応する厚さを有し、前記非接触式変位センサの先端に出し入れ自在な爪部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触式変位センサ用冶具。
4. 前記ギャップ設定部は、
   前記非接触式変位センサを、設定を行うギャップに対応する可動範囲で前記他の方向に移動させる可動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触式変位センサ用冶具。
5. 前記ギャップ設定部は、
   前記スライド機構に接続する固定ブロック部と、
   前記非接触式センサを保持し、前記固定部に対して設定を行うギャップに対応する可動範囲で前記他の方向に移動する移動ブロック部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触式変位センサ用冶具。
6. 前記ベース部は、
   前記第２の回転機器の回転軸に備わるフランジを把持するクランプ部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の非接触式変位センサ用冶具。
7. 前記少なくとも１つの非接触センサ固定部は、
   前記ベース部に対してスライド機構を介して第１の方向に移動可能に固定され、第１の非接触式変位センサを第２の方向に微調整可能に固定し、前記第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの周面と前記第１の非接触式変位センサの先端とのギャップを測定するための第１の非接触センサ用固定部と、
   前記ベース部に対してスライド機構を介して第２の方向に移動可能に固定され、第２の非接触式変位センサを第１の方向に微調整可能に固定し、前記第１の回転機器の回転軸に備わるフランジの端面と前記第２の非接触式変位センサの先端とのギャップを測定するための第２の非接触センサ用固定部と、を備え、
   前記第１の非接触式変位センサと前記第２の非接触式変位センサとを互いにねじれの位置で固定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の非接触式変位センサ用冶具。
   

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