JP2015078914A

JP2015078914A - 計測装置

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Publication number: JP2015078914A
Application number: JP2013216384A
Authority: JP
Inventors: 原田　穣吉; Jokichi Harada; 穣吉原田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-23

Abstract

【課題】基準面に対する測定面の相対位置関係を簡単かつ正確に計測可能であるとともに、簡易な構成ゆえに軽量であって、経年使用による精度低下が極めてわずかな計測装置を提供する。【解決手段】基準点Ｐから測定点Ｑにかけてワイヤ２を張設することにより距離を計測する計測装置１において、ワイヤ２が先端を繰り出し可能に収容される筺体３と、ワイヤ２を巻き取り可能に筺体３の内部に設置されるドラムと、筺体３の内部に設置されドラムの回転数を検出する検出手段と、基準点Ｐに設置されるアタッチメント９と、アタッチメント９と当接可能にワイヤ２の先端に設けられるフックと、測定点Ｑに設置されるアタッチメント１０と、アタッチメント１０と当接可能に筺体３の外面に設けられる円形開口部１１と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、ワイヤを張設することにより距離を計測する計測装置に係り、特に、筺体に収容されるワイヤの先端が基準点に設置される第１のアタッチメントに当接するとともに、筺体の外面が測定点に設置される第２のアタッチメントに当接することで、基準点から測定点までの距離を計測する計測装置に関する。

従来、造船所やプラント現場では、既設のフランジ対を接続するためにフランジ付パイプが用いられている。そして、その製作は、現場においてフランジを仮止めした後、鉄骨材などで仮溶接して型取りを行い、これをパイプ製作工場に持ち込んで現場フランジ位置関係を再現することで行われていた。
しかし、特に大口径のパイプの場合は、現場とパイプ工場間の資材搬送作業にかなりの時間と労力が必要となるという課題があった。
また、メジャーや分度器などの不正確な測定器で計測を行い、その情報をパイプ製作工場に持ち込んで再度現場フランジ位置関係を再現し、フランジ付パイプを製作する方法も取られていた。この場合には、測定自体が不正確であるため、現場とパイプ工場との複数回の往復が必要である場合も多く、結果的に充分な精度を持ったフランジ付パイプを製作できないことが多いという課題もあった。
そこで、このような課題を解決する目的で、近年、既設のフランジ対等の相対位置関係を測定可能な測定装置が開発されており、それに関して既にいくつかの発明が開示されている。

特許文献１には「位置測定装置」という名称で、被測定面の位置を測定する位置測定装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、測定基準面に取り付け可能な架台と、架台に取り付けられた旋回台と、旋回台の旋回角度測定手段と、旋回台に取り付けられた首振りアームと、首振りアームの首振り角度測定手段と、首振りアームから導出される可撓性の線状部材と、線状部材の導出長さ測定手段と、を備えたことを特徴とする。
このような特徴を有する測長装置においては、測定基準面に架台を取り付け、首振りアームから線状部材を引っ張って測定点まで一直線に導出させたときの旋回台の旋回角度と、首振りアームの首振り角度と、線状部材の導出長さと、を測定し、得られた線状部材の距離データと角度データとに基づき測定点の位置が算出される。したがって、簡単かつ正確に被測定面の位置を測定することができる。

次に、特許文献２には「測長装置」という名称で、ワイヤ式の測長機に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、ワイヤと、ワイヤとの相対移動により回転する測長プーリと、測長プーリの回転を電子信号に変換するエンコーダとを備えた測長装置において、ワイヤと測長プーリとに測長プーリに対するワイヤのすべりを防止する滑り止め機構を設けたことをことを特徴とする。
このような特徴を有する測長装置においては、ワイヤとプーリが互いに噛み合うので、プーリでの測長においてワイヤにすべりが発生しない。また、測長プーリの回転を電子信号に変換するため、従来技術のようなドラムにワイヤを重ねる等や、精度向上のためにリール径やワイヤ径を管理する必要がない。したがって、ワイヤの移動量を正確に測定することができると同時に、サイズを小型化することができる。

さらに、特許文献３には「フランジの位置関係測定方法」という名称で、２つのフランジ取付け部の相対位置を測定するフランジ位置関係の測定方法に関する発明が開示されている。
以下、特許文献３に開示された発明について説明する。特許文献３に開示された発明は、相対的位置関係が不明な２つのフランジ取付け部Ｐ及びＱに設けられた複数個のボルト穴のうち、三角形をなす３つのボルト穴をそれぞれのフランジ取付け部Ｐ及びＱについて選んだ後、一方のフランジ取付け部Ｑに選定した３つの各々のボルト穴毎に他方のフランジ取付け部Ｐに選定した３つのボルト穴までの直線距離をそれぞれ測定すると共にフランジ取付け部Ｐに選定した３つのボルト穴間の距離をそれぞれ測定し、これら測定値からフランジ取付け部Ｐ及びＱに選定した各ボルト穴の三次元座標を算出することによって、フランジ取付け部Ｐ及びＱの相対的位置を特定することを特徴とする。
このような特徴を備えたフランジの位置関係測定方法においては、ねじれた位置関係にある２つのフランジ取付け部の相対位置を容易に測定できる。また、従来と比較してより簡単に作業を実施することが可能であるため、作業効率を著しく向上させることができる。

特開平７−２２９７０３号公報特開２００５−５５３８３号公報特開平６−２９４６４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明においては、位置測定装置にエンコーダが３軸以上必要であるため、構造が複雑となる。加えて、回転軸及び線状物引き出し中心を精度良く１点で交差させる必要があることから、精度は維持可能である反面、作業が煩雑であるとともにコスト高となってしまう可能性がある。
また、位置測定装置をフランジの中心に配置する必要があるため、フランジ径により複数の装着補器が必要となる。特に、フランジが大口径の場合には、非常に大きく重たい装着補器が必要であるため、作業がかなり困難になるものと考えられる。

次に、特許文献２に開示された発明においては、ケーシングの側壁に形成されたワイヤ出入り口にワイヤガイドが設けられている。しかし、このガイドワイヤについては、例えば、ワイヤの走行方向の屈曲を精度良く監視するために設けられているといった記載を見出すことができない。このような場合には、ワイヤの屈曲による測定誤差を十分に削減できない可能性がある。また、測長プーリのワイヤを案内する円周面に形成されるワイヤの歯と噛合する凹溝は、長期使用によって凹溝の表面が摩耗するおそれがあり、経年使用による精度低下の可能性も考えられる。

さらに、特許文献３に開示された発明においては、フランジ取付け部Ｐ，Ｑにおけるボルト穴間の直線距離を測定する際に、ボール部１５，１８を同時に把持しながらさらに操作ボタン２１を押す必要がある。したがって、操作者が１名では測定が困難であるものと考えられ、作業効率を著しく向上させることができるとは言えない可能性がある。
また、フランジに設けられるネジ孔の外周部にはスリーブをもって検出治具をフランジ穴内の中心に据える構成としているため、検出治具を正確に装着可能なフランジ孔やスリーブが限定されてしまう。すなわち、フランジ孔等のサイズによっては、検出治具の軸中心がフランジ穴の中心から外れ、フランジ取付け部Ｐ，Ｑの相対的位置を精度良く特定できない可能性がある。

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、フランジ対の２面のうち一の面を基準面とし他の面を測定面として、基準面に対する測定面の相対位置関係を簡単かつ正確に連続的に計測可能であるとともに、簡易な構成ゆえに軽量であって、経年使用による精度低下が極めてわずかな計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る計測装置は、基準点から測定点にかけてワイヤを張設することにより距離を計測する計測装置において、ワイヤが先端を繰り出し可能に収容される筺体と、ワイヤを巻き取り可能に筺体の内部に設置されるドラムと、筺体の内部に設置されドラムの回転数を検出する検出手段と、基準点に設置される第１のアタッチメントと、この第１のアタッチメントと当接可能にワイヤの先端に設けられる第１の当接部と、測定点に設置される第２のアタッチメントと、この第２のアタッチメントと当接可能に筺体の外面に設けられる第２の当接部と、を備えたことを特徴とする。
このような構成の計測装置において、基準点及び測定点は、例えば一対のフランジ面上等に設けられた任意の点を想定している。また、ワイヤの先端に設けられる第１の当接部は、先端寄りから長さ（ｌ_１）の部分が筺体の一端面より外方へ常に突出し、ワイヤを繰り出し可能な把持部分を形成している。そして、第１のアタッチメント及び第２のアタッチメントは、それぞれ基準点及び測定点に対し、例えば留めネジ等によって着脱容易に装着される。また、「第２の当接部が設けられる筺体の外面」とは、筺体においてワイヤの先端が出入りする一端面と反対側の端面を指す。
上記構成の計測装置において、ワイヤが繰り出された場合のドラムの回転数は、第１の当接部の先端から長さ（ｌ_１）離れた点からワイヤが出入りする筺体の一端面までの距離（ｌ_２）に相当する。

距離（ｌ_２）を計測する方法について具体的に説明する。まず、第１のアタッチメント及び第２のアタッチメントを、それぞれ基準点及び測定点に装着する。次に、この第１のアタッチメントに対しワイヤの先端に設けられる第１の当接部を当接させる。そして、この状態を維持しながらワイヤを繰り出し、第２のアタッチメントに対し筺体の外面に設けられる第２の当接部を当接させ、その際のドラムの回転数を求める。この回転数を長さに変換することで、上記の距離（ｌ_２）を求める。なお、距離の計測時にはワイヤの先端が出入りする筺体の一端面と、ワイヤの繰り出し方向とのなす角度は直角となるよう保持される。
この他、最初に第２の当接部を第２のアタッチメントに対して当接させ、その後、第１の当接部を第１のアタッチメントに対して当接させても良い。
また、第１のアタッチメント〜第２のアタッチメントまでの距離（ｌ）は、ワイヤの先端が出入りする筺体の一端面から第２の当接部までの長さ（ｌ_３）が既知であることから、計測された距離（ｌ_２）に長さ（ｌ_１）と長さ（ｌ_３）を加えることで算出される。
そして、基準点〜測定点までの距離は、距離（ｌ）に基準点から第１のアタッチメントまでの長さ（ｍ_１）と第２のアタッチメントから測定点までの長さ（ｍ_２）を加えることで算出される。

次に、請求項２記載の発明に係る計測装置は、請求項１記載の計測装置において、第１のアタッチメントに係止部が設けられ、第１の当接部に、この係止部に係止する係止具が設けられたことを特徴とする。
このように構成される計測装置において、例えば、係止具とは係止部に対して係止自在なフック等である。
したがって、上記構成の計測装置においては、請求項１に記載の発明の作用に加え、計測中に、第１の当接部が第１のアタッチメントに当接された状態が保持される。また、計測終了時には、第１の当接部は第１のアタッチメントから容易に取り外される。

さらに、請求項３記載の発明に係る計測装置は、請求項１又は請求項２に記載の計測装置において、第２のアタッチメントと第２の当接部は、いずれか一方に球状体が設けられるとともに、他方に、この球状体より直径の小さい円形開口部が設けられることを特徴とする。
このような構成の計測装置において、円形開口部とは、例えば底面とその周囲に立設される周壁を備える。さらに、この周壁の内径が球状体の直径よりも小さく構成されるため、球状体の表面が底面及び周壁のうち、少なくとも周壁の上縁全体に当接可能な構造であるものをいう。なお、球状体の中心点は、円形開口部の底面の中心点から一定距離離れて位置する。
したがって、上記構成の計測装置においては、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加え、円形開口部の周壁の上縁全体に当接する球状体の表面位置に関わらず、球状体の中心点から測定点までの距離は一定となる。この距離は、前述した第２のアタッチメントから測定点までの長さ（ｍ_２）に相当する。さらに、球状体は円形開口部を滑らかに摺動する。

続いて、請求項４記載の発明に係る計測装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計測装置において、第１のアタッチメント及び第２のアタッチメントは、それぞれ基準点及び測定点に設けられた複数の貫通孔のいずれかに挿入される軸体と、この軸体の周囲に立設される貫通孔より直径の大きい鍔状部と、貫通孔より最大直径の大きい円錐台状の締付面が形成され、軸体の一端側から螺合されてこの締付面が貫通孔に嵌入するネジ部と、を備えることを特徴とする。
このような構成の計測装置においては、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発明の作用に加え、鍔状部とネジ部の締付面によって貫通孔の周縁部が挟持される。したがって、軸体が貫通孔に挿入され締付面が貫通孔に嵌入すると、第１のアタッチメント及び第２のアタッチメントにおいては、それぞれ軸体が常に貫通孔の中心部に一致した状態で基準点及び測定点に装着されるという作用を有する。

本発明の請求項１記載の計測装置によれば、基準点及び測定点に装着された第１のアタッチメント及び第２のアタッチメントに対し、それぞれ第１の当接部及び第２の当接部を当接させることにより、容易に距離（ｌ_２−ｌ_１）を算出することが可能である。そのため、作業が簡単であり、速やかに計測を完了することができる。
具体的には、例えば、複数個の基準点が設定される一方の平面（以下、この平面を基準面という）に対する、複数個の測定点が設定される他方の平面（以下、この平面を測定面という）相対的位置を測定する目的で使用することが可能である。すなわち、複数個の基準点の座標がすべて既知である場合には、これら基準点から座標が未知である複数個の測定点まで距離をそれぞれ計測することにより、基準面に対する測定面の相対的位置を簡単かつ正確に測定することができる。なお、このとき基準点及び測定点は、いずれも３点以上について計測することが必要である。よって、従来行われていた現場とパイプ工場との複数回の往復が不要となり、作業時間の著しい短縮化を実現できる。
また、ワイヤの先端が出入りする筺体の一端面と、ワイヤの繰り出し方向とのなす角度が常時直角となるように保持や監視をする構成とすれば、計測精度はさらに上昇するため、作業効率の向上と計測値の高い正確性とを両立させることができる。
さらに、請求項１記載の計測装置によれば、ワイヤと、ドラムが内部に設置される筺体と、ドラムの回転数を検出する検出手段と、第１のアタッチメントと、第１の当接部と、第２のアタッチメントと、第２の当接部と、などから成り、簡易かつ軽量な構成である。したがって、作業者に対する負荷やコスト的な負担を従来技術と比較して軽減することができる。

本発明の請求項２記載の計測装置によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、第１の当接部は、計測中に第１のアタッチメントに当接された状態を作業者が手で押さえるなどしなくとも確実に維持可能なことから、第１の当接部から第１のアタッチメントまでの距離が変動することがなく、計測値の誤差がわずかである。さらに、手でワイヤの先端を把持して当接させる場合と比較すると、手ブレ等の影響が皆無であり、これによる再計測が発生しない。また、計測終了時には、第１の当接部は第１のアタッチメントから容易に取り外されることから、複数箇所の距離を計測する場合であっても、短時間で計測を行うことができる。

本発明の請求項３記載の計測装置によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、円形開口部に当接する球状体の表面位置に関わらず、第２のアタッチメントから測定点までの長さ（ｍ_２）は一定である。すなわち、長さ（ｍ_２）はワイヤの走行方向とは無関係である。したがって、基準面に対する測定面の相対的位置に関わらず、正確かつ容易にその相対的位置を測定することが可能である。さらに、球状体は円形開口部を滑らかに摺動するので、筺体の位置を微調整する際に抵抗なく変化させることができる。

本発明の請求項４記載の計測装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、ネジ部を締め付けると、自動的にそれぞれ軸体が貫通孔の中心部に設置されることとなる。これに対し、締付面が平面状である場合には、装着の都度軸体の位置を貫通孔の中心部に位置するよう微調整する必要がある。このように、締付面が円錐台状に形成されることにより、煩雑な作業が不要でありながら正確に第１のアタッチメント及び第２のアタッチメントを装着することが可能である。

（ａ）は実施例に係る計測装置の内部構造も示す側面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）における計測装置のＡ方向矢視図及びＢ方向矢視図である。（ａ）は実施例に係る第１の変形例である計測装置の内部構造も示す側面図であり、（ｂ）は同図（ａ）における計測装置のＣ方向矢視図である。（ａ）は実施例に係る第２の変形例である計測装置の内部構造も示す側面図であり、（ｂ）は同図（ａ）における計測装置のＤ方向矢視図である。（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ実施例に係る計測装置を構成する第１のアタッチメント、第２のアタッチメント、第２のアタッチメントの変形例に係る斜視図であり、（ｄ）乃至（ｆ）はそれらの断面図である。実施例に係る計測装置の使用状態を示す外観図である。実施例に係る計測装置の幾何学的配置を示す模式図である。

本発明の実施の形態に係る計測装置の実施例について、図１乃至図６を参照しながら説明する。図１（ａ）は実施例に係る計測装置の内部構造も示す側面図であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）における計測装置のＡ方向矢視図及びＢ方向矢視図である。
図１（ａ）乃至図１（ｃ）に示すように、本実施例に係る計測装置１は、ワイヤ２が収容される筺体３と、ワイヤ２を自動又は手動で巻き取り可能に筺体３の内部に設置されるドラム４と、ドラム４の回転数を検出する検出手段５と、ドラム４から引き出されたワイヤ２を案内するローラ６と、ワイヤ２の走行方向を検出するセンサ７と、からなる本体８を備える。また、筺体３には、本体８に対し電力を供給する充電式電池（図示せず）が内蔵される。ドラム４はバネやゼンマイあるいはモータ等で引張負荷を感じると自動で、あるいは簡単なボタン操作等の手動でワイヤ２を巻き取る機能を備えている。
さらに、計測装置１は本体８に加え、複数の基準点Ｐのいずれかに設置されるアタッチメント９（図５参照）と、複数の測定点Ｑのいずれかに設置されるアタッチメント１０（図５参照）と、を備える。

ワイヤ２は先端にフック２ａを備え、このフック２ａはワイヤ２が筺体３から繰り出されない場合は、係止面２ｂにおいて、筺体３の端面３ａに開口するワイヤ出入り口３ｃに係止される。また、ワイヤ２が筺体３から繰り出される場合は、アタッチメント９の係止部９ａ（図４参照）に係止可能である。なお、フック２ａの内径中心２ｃから係止面２ｂまでの長さをｌ_１とする。
端面３ａと反対側の端面３ｂには、アタッチメント１０の球状体１０ａ（図４参照）が当接可能な円形開口部１１を備える。円形開口部１１は底面１１ａとその周囲に立設される周壁１１ｂから構成され、底面１１ａの中央部分には球状体１０ａの当接を検知するセンサ１１ｃが設置される。このセンサ１１ｃは、接触型又は非接触型のいずれであっても良い。

検出手段５によって検出されたドラム４の回転数は、本体８と無線または有線で接続された制御部（図示せず）へ伝達され、ドラム４の径に基づき、繰り出されたワイヤ２の長さに変換される構造となっている。また、センサ７は、限定反射型光センサであって、ワイヤ２に向かって発射される光がワイヤ２のズレによって反射されない場合に信号を発生させ、直ちにこの信号を制御部に伝達する。制御部は、筺体３の外面に設置されたランプ（図示せず）に伝達しこれを点滅させる。すなわち、センサ７は、ワイヤ２が端面３ａに対して直交しない方向に繰り出されたことを報知するものである。
なお、制御部は、このようなドラム４の回転数やセンサ７の監視、ピッチ円直径などの計測条件が入力される他、これらの条件に基づいて座標計算を行う。

次に、図２を用いて、実施例に係る第１の変形例である計測装置について、詳細に説明する。図２（ａ）は実施例に係る第１の変形例である計測装置の内部構造も示す側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における計測装置のＣ方向矢視図である。なお、図１で説明した構成要素と同一の構成要素は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本実施例に係る第１の変形例の計測装置１ａは、本実施例に係る計測装置１の本体８を構成する円形開口部１１が、球状体１２に置換されているとともに、アタッチメント１０がアタッチメント１３（図４参照）に置換されている。アタッチメント１３は球状体１２が当接可能な円形開口部１４（図４参照）を備える。また、球状体１２の内部には、ワイヤ２をローラ６に続いて案内するローラ６ａが収容されている。この他の計測装置１ａの構成は、実施例１に係る計測装置１と同様である。

続いて、図３を用いて、実施例に係る第２の変形例である計測装置について、詳細に説明する。図３（ａ）は実施例に係る第２の変形例である計測装置の内部構造も示す側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における計測装置のＤ方向矢視図である。なお、図１及び図２で説明した構成要素と同一の構成要素は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施例に係る第２の変形例の計測装置１ｂは、本実施例に係る計測装置１の本体７を構成する円形開口部１１が、棒状体１５に置換されている。棒状体１５は端面３ｂに立設して固着され、その先端部１５ａは鋭角に形成されている。なお、計測装置１ｂでは、アタッチメント１０は備えられず、アタッチメント９のみが備えられている。この他の計測装置１ｂの構成は、実施例１に係る計測装置１と同様である。

さらに、図４を用いて、実施例に係る計測装置を構成するアタッチメントについて、詳細に説明する。図４（ａ）乃至図４（ｃ）はそれぞれ実施例に係る計測装置を構成する３種類のアタッチメントに係る斜視図であり、図４（ｄ）乃至図４（ｆ）はそれらの断面図である。なお、図１乃至図３で説明した構成要素と同一の構成要素は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４（ａ）に示すように、アタッチメント９は、軸体９ｂの前端にフック２ａを係止可能な係止部９ａが備えられ、後方寄りに締付ネジ９ｆを螺合する螺合溝９ｃが刻設される。この係止部９ａは、軸体９ｂを中心として回動自在に構成される。係止部９ａと螺合溝９ｃの境界には、軸体９ｂを中心とする鍔状部９ｄが立設される。締付ネジ９ｆは、円錐台状の締付面９ｅが形成される。
図４（ｄ）に示すように、アタッチメント９は、フランジ１６ａに穿設されたボルト孔１７ａを利用して装着される。詳細には、軸体９ｂをボルト孔１７ａに挿入した後、締付ネジ９ｆを螺合溝９ｃに螺合させ、鍔状部９ｄと締付面９ｅでボルト孔１７ａの周縁を挟持することで固定される。また、係止部９ａから鍔状部９ｄの裏面（フランジ１６ａへ当接する面）までの長さをｍ_１とする。

図４（ｂ）に示すように、アタッチメント１０は、アタッチメント９の係止部９ａが、中心点１０ｂを有する球状体１０ａに置換された構造である。球状体１０ａは、本体８の円形開口部１１（図１参照）に当接可能である。なお、球状体１０ａの最大直径は円形開口部１１の内径よりも大きいため、球状体１０ａは周壁１１ｂの上縁全周に当接する。この他のアタッチメント１０の構成は、アタッチメント９と同様である。
図４（ｅ）に示すように、アタッチメント１０は、フランジ１６ｂに穿設されたボルト孔１７ｂを利用して装着される。この装着方法はアタッチメント９と同様である。また、中心点１０ｂから鍔状部９ｄの裏面（フランジ１６ｂへ当接する面）までの長さをｍ_２とする。

図４（ｃ）及び図４（ｆ）に示すように、アタッチメント１３は、アタッチメント１０の球状体１０ａ及び鍔状部９ｄが、球状体１２（図２参照）を当接可能な円形開口部１４に置換されている。円形開口部１４は底面１４ａとその周囲に立設される周壁１４ｂから構成され、底面１４ａの中央部分には球状体１２の当接を検知するセンサ１１ｃが設置される。円形開口部１４の内径は球状体１２の最大直径よりも小さいため、球状体１２は周壁１４ｂの上縁全周に当接する。この他のアタッチメント１３の構成及び装着方法は、アタッチメント１０と同様である。

次に、図５及び図６を用いて、実施例に係る計測装置の使用状態について詳細に説明する。図５は、実施例に係る計測装置の使用状態を示す外観図である。図６は、実施例に係る計測装置の幾何学的配置を示す模式図である。なお、図１乃至図４で説明した構成要素と同一の構成要素は、図５及び図６においても同一の符号を付してその説明を省略する。
図５及び図６に示すように、計測装置１は、フランジ対を構成するフランジ１６ａとフランジ１６ｂにおいて、フランジ１６ａに対するフランジ１６ｂの相対的位置を測定する目的で使用される。ここで、フランジ１６ａのフランジ面をＳ_１とし、平面Ｓ_１に対する法線ベクトルをｎ_１（｜ｎ_１｜=ｍ_１）とする。また、フランジ１６ｂのフランジ面をＳ_２とする。さらに、フランジ１６ａに穿設された複数個のボルト孔１７ａのうちの任意の３個のフランジ面における中心点をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃとし、フランジ１６ｂに穿設された複数個のボルト孔１７ｂのうちの任意の３個のフランジ面における中心点をそれぞれＤ，Ｅ，Ｆとする。従って、これらの点Ａ，Ｂ，ＣはＳ_１上に存在し、点Ｄ，Ｅ，ＦはＳ_２上に存在することになる。なお、後述するように、Ａ，Ｂ，Ｃの位置（座標）はボルト孔１７ａのピッチ円直径ｄ_１等から計算され、Ｄ，Ｅ，Ｆの位置は計測装置１の計測値の他、ピッチ円直径ｄ_２等に基づいて計算される。
３個のボルト孔１７ａにはアタッチメント９が装着されており、それぞれの係止部９ａ（図４（ａ），（ｄ）参照）の存在点を、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´とし、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´が通る平面をＳ_１´とする。また、３個のボルト孔１７ｂにもアタッチメント１０が装着され、それぞれの球状体１０ａの中心点１０ｂを、Ｄ´，Ｅ´，Ｆ´とする。ここで、Ｄ´，Ｅ´，Ｆ´が通る平面をＳ_２´とし、平面Ｓ_２´に対する法線ベクトルをｎ_２´（｜ｎ_２´｜=ｍ_２）とする。なお、後述するように、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´の位置はＡ，Ｂ，Ｃの座標とアタッチメント９における長さｍ_１に基づき決定され、Ｄ，Ｅ，Ｆの位置はＤ´，Ｅ´，Ｆ´の座標とアタッチメント１０における長さｍ_２に基づいて決定される。

次に、フランジ１６ａに対するフランジ１６ｂの相対的位置の測定方法について、具体的に説明する。まず、Ａ´である係止部９ａに、ワイヤ２のフック２ａを係止する。その後、筺体３からワイヤ２を繰り出しつつ、Ｄを含むボルト孔１７ｂに装着されたアタッチメント１０の球状体１０ａに対し、円形開口部１１を当接させる。さらに、センサ７，１１ｃ（図１参照）の信号を確認しながらＡ´とＤ´の間（Ａ´−Ｄ´と表す、以下同じ）におけるドラム４の回転数を検出手段５によって検出し、制御部（図示せず）によってワイヤ２の長さｌ_２に変換する。この長さｌ_２は、係止面２ｂから端面３ａまでの距離である。
同様にして、フック２ａをＢ´の係止部９ａ、Ｃ´の係止部９ａに順次係止し替え、Ｂ´−Ｄ´，Ｃ´−Ｄ´におけるそれぞれの長さｌ_２を計測する。
続いて、点Ｅを含むボルト孔１７ｂにおける球状体１０ａに対し、円形開口部１１を当接させ、Ａ´−Ｅ´，Ｂ´−Ｅ´，Ｃ´−Ｅ´におけるそれぞれの長さｌ_２を計測する。以下、同様に、Ａ´−Ｆ´，Ｂ´−Ｆ´，Ｃ´−Ｆ´におけるそれぞれの長さｌ_２を計測する。このように、計測回数の合計は９回である。

次に、平面Ｓ_１上の点Ａ，Ｂ，Ｃの座標を求め、点Ａ´，Ｂ´，Ｃ´の座標を求め、次に、点Ｄ´，Ｅ´，Ｆ´の座標を求め、さらに、平面Ｓ_２´の法線ベクトルｎ_２´を求めて点Ｄ，Ｅ，Ｆの座標を求め、最後にボルト孔１７ｂのピッチ円直径ｄ_２を求める。これらは、下記の［１］〜［４］の手順によって決定される。
［１］ピッチ円直径ｄ_１等より、Ａ，Ｂ，Ｃの座標を求め、アタッチメント９における長さｍ_１より、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´の座標を求める。
［２］長さｌ_２の計測値とＡ´，Ｂ´，Ｃ´の座標より、Ｄ´，Ｅ´，Ｆ´の座標を求める。
［３］Ｄ´，Ｅ´，Ｆ´の座標とアタッチメント１０における長さｍ_２より、法線ベクトルｎ_２´とＤ，Ｅ，Ｆの座標を求める。
［４］Ｄ，Ｅ，Ｆの座標より、ピッチ円直径ｄ_２を求める。
以下、順に説明する。

以下、原点をＪとする三次元直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて説明する。
［１］平面Ｓ_１上にｘｙ平面を設定し、原点Ｊをフランジ１６ａの中心に置き、Ａをｘ軸上に置くことにより、ピッチ円直径ｄ_１と原点Ｊに対するＡＢの中心角と、原点Ｊに対するＢＣの中心角を求め、Ｂ，Ｃの座標を決定する。このときのＡ，Ｂ，Ｃの座標を、それぞれ（ａ_ｘ，０，０），（ｂ_ｘ，ｂ_ｙ，０），（ｃ_ｘ，ｃ_ｙ，０）とする。
次に、平面Ｓ_１の法線ベクトルｎ_１の方向をｚ軸と平行に設定すると、前述したように｜ｎ_１｜=ｍ_１であるため、ｎ_１＝（ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙ，ｎ_１ｚ）＝（０，０，ｍ_１）と表わされ、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´の座標は、それぞれＡ，Ｂ，Ｃの座標におけるｚ成分にｍ_１を加えたものとなる。すなわち、（ａ_ｘ，０，ｍ_１），（ｂ_ｘ，ｂ_ｙ，ｍ_１），（ｃ_ｘ，ｃ_ｙ，ｍ_１）となる。

［２］Ａ´−Ｄ´，Ｂ´−Ｄ´，Ｃ´−Ｄ´の距離ｌ_ＡＤ，ｌ_ＢＤ，ｌ_ＣＤは、それぞれ長さｌ_１と、計測された長さｌ_２と、長さｌ_３と、の合計である。なお、長さｌ_３は、球状体１０ａが円形開口部１１に当接された場合における、端面３ａから球状体１０ａの中心点１０ｂまでの距離である（図６参照）。
ここで、Ｄ´の座標を（ｄ_ｘ´，ｄ_ｙ´，ｄ_ｚ´）とすると、次の連立方程式（１）が成り立つ。

連立方程式（１）に、得られたＡ，Ｂ，Ｃの座標とｌ_１，ｌ_３，ｍ_１及び計測値ｌ_２を代入し、これを解くことにより、Ｄ´の座標を求める。以下、同様にして、Ｅ´の座標（ｅ_ｘ´，ｅ_ｙ´，ｅ_ｚ´）とＦ´の座標（ｆ_ｘ´，ｆ_ｙ´，ｆ_ｚ´）を求める。

［３］平面Ｓ_２´の法線ベクトルｎ_２´を、ｎ_２´＝（ｎ_２ｘ´，ｎ_２ｙ´，ｎ_２ｚ´）とする。
法線ベクトルｎ_２´とベクトルＤ´Ｅ´は直交するので、その内積、ｎ_２´・Ｄ´Ｅ´＝０である。また、法線ベクトルｎ_２´とベクトルＥ´Ｆ´も直交するので、同様にｎ_２´・Ｅ´Ｆ´＝０である。さらに、前述したように｜ｎ_２´｜＝ｍ_２であるため、次の連立方程式（２）が成り立つ。

連立方程式（２）に、得られたＤ´，Ｅ´，Ｆ´の座標とｍ_２を代入し、これを解くことにより、法線ベクトルｎ_２´の成分を求める。
したがって、Ｄの座標（ｄ_ｘ，ｄ_ｙ，ｄ_ｚ）は、（ｄ_ｘ´＋ｎ_２ｘ´，ｄ_ｙ´＋ｎ_２ｙ´，ｄ_ｚ´＋ｎ_２ｚ´）となる。同様に、Ｅの座標（ｅ_ｘ，ｅ_ｙ，ｅ_ｚ）は（ｅ_ｘ´＋ｎ_２ｘ´，ｅ_ｙ´＋ｎ_２ｙ´，ｅ_ｚ´＋ｎ_２ｚ´）となり、Ｆの座標（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，ｆ_ｚ）は（ｆ_ｘ´＋ｎ_２ｘ´，ｆ_ｙ´＋ｎ_２ｙ´，ｆ_ｚ´＋ｎ_２ｚ´）となる。

［４］平面Ｓ_２上において、Ｄ，Ｅ，Ｆは三角形を形成しているため、ボルト孔１７ｂのピッチ円直径ｄ_２は、三角形ＤＥＦの外接円の直径に相当する。この外接円の外心Ｋの座標を（Ｋ_ｘ，Ｋ_ｙ，Ｋ_ｚ），半径をＲ（Ｒ＞０），ＥとＦの中点の座標をＧ（ｇ_ｘ，ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）とすると、｜ＤＫ｜，｜ＥＫ｜，｜ＦＫ｜は、それぞれＲに等しい。また、ベクトルＥＦとベクトルＫＧは直交するので、その内積、ＥＦ・ＫＧ＝０である。したがって、次の連立方程式（３）が成り立つ。

連立方程式（３）に、得られたＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇの座標を代入し、これを解くことにより、外心Ｋの座標と半径Ｒを求め、ボルト孔１７ｂのピッチ円直径ｄ_２（＝２Ｒ）を求める。なお、実施例に係る第１の変形例の計測装置１ａや、第２の変形例の計測装置１ｂに対しても、幾何学的配置を考慮して手順［１］〜［４］を適用することが可能である。もちろん、通常はフランジ１６ｂのピッチ円直径ｄ_２は既に知られていることも多いので、［４］については必ずしも計算する必要はない。

次に、実施例に係る計測装置１の作用について、詳細に説明する。実施例に係る計測装置１においては、本体８の筺体３に収容されるワイヤ２は、ローラ６によって案内された後、センサ７によってその走行方向が監視される。ワイヤ２の先端のフック２ａは、係止部９ａに対し容易に係止及び取り外しされるとともに、筺体３に収容されることがないため、繰り出し時の把持部としても機能する。
また、アタッチメント９，１０を構成する締付ネジ９ｆには円錐台状の締付面９ｅが形成されることから、それぞれの軸体９ｂが常にボルト孔１７ａ，１７ｂの中心部に一致した状態でフランジ１６ａ，１６ｂに装着される。また、アタッチメント９の係止部９ａは、軸体９ｂを中心として回動自在に構成されるため、フック２ａは常にボルト孔１７ａの中心軸上に配置される。さらに、アタッチメント１０の球状体１０ａは球面を形成していることから、円形開口部１１を滑らかに摺動する。
そして、長さｌ_１，ｌ_３は、ワイヤ２の走行方向に関わらず一定であり、ｌ_２はセンサ７による監視を受けていることから、その合計長さｌの誤差はわずかである。加えて、長さｍ_１は一定であり、長さｍ_２も球状体１０ａが球面を形成していること及びセンサ１１ｃによる監視によって、円形開口部１１に当接する球状体１０ａの表面位置に関わらず一定である。したがって、前述した手順［１］〜［４］によって得られたＤ，Ｅ，Ｆの座標、ｄ_２等の計算結果に含まれる誤差もわずかとなる。

さらに、実施例に係る計測装置１の効果について、詳細に説明する。計測装置１によれば、フック２ａが容易にアタッチメント９の係止部９ａに対して係止及び取り外しされるとともに、繰り出し時の把持部としても機能するため、複数回に亘る計測の手間が軽減される。加えて、計測中にはフック２ａが係止部９ａに当接された状態を確実に維持可能であることから、手ブレ等を起因とする再計測の必要がなく、１回当たりの計測時間を短縮することができる。
もう一方のアタッチメント１０，１３とこれらに当接可能に筐体３に設けられる円形開口部１１あるいは球状体１２は、フック２ａや係止部９ａの構造を有していない。これはフック２ａをアタッチメント９の係止部９ａに掛けて固定し、作業者の手をフリーにした状態で、離れた位置にあるもう一つのフランジ面において、少なくとも３ヶ所の点との間で短時間に距離を計測可能とするために、フック構造を採用していないのである。球体とその直径よりも小さな円形の開口部を備える構造物を接触させるという動作だけで瞬時に距離を計測可能である。すなわち、一方はフック構造を採用しながら、他方は球状体と円形開口部を備えることで、一端を固定可能として離れた位置で、複数個所移動させて複数回の距離測定を短時間で可能としているのである。
また、アタッチメント９，１０においては、締付ネジ９ｆを締め付けると、締付面９ｅが円錐に形成されることで自動的にそれぞれの軸体９ｂがボルト孔１７ａ，１７ｂの中心部に設置されることとなるため、煩雑な作業が不要でありながら正確にアタッチメント９，１０をフランジ１６ａ，１６ｂへ装着することが可能である。さらに、球状体１０ａは円形開口部１１を滑らかに摺動するため、筺体３の位置を微調整する際に抵抗なく変化させることができる。このため、１回の相対的位置の測定には最低限９回の距離計測が必要であるが、具体的には１回の計測に要する時間は実質数秒程度であり、アタッチメント９，１０の装着から取り外しまでの全作業を５分程度で行うことができる。
そして、アタッチメント９，１０の装着精度や球状体１０ａの球面形状、及びセンサ７，１１ｃによって、計測値の精度を向上させることができる。さらに、その計測値等は、本体８に接続された制御部へ自動的に伝達されて手順［１］〜［４］による計算が行われることから、最終結果であるフランジ１６ａに対するフランジ１６ｂの相対的位置を正確かつ速やかに測定することができる。このように、計測装置１によれば、作業効率の向上と計測結果の高い正確性とを両立させることができる。
さらに、計測装置１は、ワイヤ２が収容される筺体３と、ドラム４と、検出手段５と、ローラ６と、センサ７と、アタッチメント９と、アタッチメント１０などから成り、簡易かつ軽量な構成である。したがって、計測装置１を容易かつ安価に製造や運搬できるとともに、経年変化による故障や精度の劣化が少ないことが期待できる。
また、計測時においては、従来技術のように計測装置１をフランジ１６ａ，１６ｂの中心に配置する必要がない。そのため、フランジへの装着補器が不要であり、作業者が手持ちにより負担なく計側することができる。すなわち、原理的にフランジの口径に依らず計測可能であり、フランジの同一円周上にボルト穴がある限り規格外のフランジであっても計測することができる。

続いて、実施例に係る第１の変形例の計測装置１ａの作用及び効果について、詳細に説明する。計測装置１ａにおいては、球状体１２と、球状体１２の当接を検知するセンサ１１ｃが設置された円形開口部１４を備えるため、ワイヤ２の走行方向に関わらず、正確にｌ_２が計測され、フランジ１６ａに対するフランジ１６ｂの正確な相対的位置を速やかに測定することができる。この他の作用及び効果は、実施例に係る計測装置１と同様である。

続いて、実施例に係る第２の変形例の計測装置１ｂの作用及び効果について、詳細に説明する。計測装置１ｂにおいては、アタッチメント９と棒状体１５が備えられ、計測装置１，１ａに比較するとより簡易な構成となっている。したがって、計測に際しアタッチメント１０を装着する必要がなく、より作業の効率化を図ることができる。また、棒状体１５は端面３ｂに立設され、先端部１５ａは鋭角に形成されていることから、先端部１５ａをフランジ１６ｂへ確実に当接させる限り、長さｌ_２の計測精度については計測装置１，１ａと同程度である。この他の作用及び効果は、実施例に係る計測装置１と同様である。

なお、本発明の計測装置は本実施例に示すものに限定されない。例えば、ワイヤ２のフック２ａ及びアタッチメント９の係止部９ａと、円形開口部１１及びアタッチメント１０の球状体１０ａや棒状体１５は、互いに交換されて設置されても良い。また、センサ７は２次元のワイヤ位置監視が可能であればどのようなセンサでも良く、複数個のセンサが組み合わされても良い。ただし、簡易的な計測の場合には、センサ７，１１ｃが設けられなくても良い。さらに、実施例では基準点Ｐ及び測定点Ｑをそれぞれ３点ずつ設定したが、計測点の数はこれ以上であっても良い。その場合には、フランジ対同士等の相対的位置の測定精度をさらに向上させることができる。また、手順［１］〜［４］で用いた算出方法は、実施例に限られず、数式等を適宜変更可能である。

請求項１乃至請求項４に記載された発明は、フランジ対や建物の壁面同士といった一対の平面を備える場合における平面同士の相対的位置を測定する計測装置として利用可能である。

１，１ａ，１ｂ…計測装置２…ワイヤ２ａ…フック２ｂ…係止面２ｃ…内径中心３…筺体３ａ，３ｂ…端面３ｃ…ワイヤ出入り口４…ドラム５…検出手段６，６ａ…ローラ７，１１ｃ…センサ８…本体９…アタッチメント９ａ…係止部９ｂ…軸体９ｃ…螺合溝９ｄ…鍔状部９ｅ…締付面９ｆ…締付ネジ１０…アタッチメント１０ａ…球状体１０ｂ…中心点１１，１４…円形開口部１１ａ，１４ａ…底面１１ｂ，１４ｂ…周壁１２…球状体１３…アタッチメント１５…棒状体１５ａ…先端部１６ａ，１６ｂ…フランジ１７ａ，１７ｂ…ボルト孔

Claims

基準点から測定点にかけてワイヤを張設することにより距離を計測する計測装置において、
前記ワイヤが先端を繰り出し可能に収容される筺体と、
前記ワイヤを巻き取り可能に前記筺体の内部に設置されるドラムと、
前記筺体の内部に設置され前記ドラムの回転数を検出する検出手段と、
前記基準点に設置される第１のアタッチメントと、
この第１のアタッチメントと当接可能に前記ワイヤの先端に設けられる第１の当接部と、
前記測定点に設置される第２のアタッチメントと、
この第２のアタッチメントと当接可能に前記筺体の外面に設けられる第２の当接部と、を備えたことを特徴とする計測装置。
前記第１のアタッチメントに係止部が設けられ、
前記第１の当接部に、この係止部に係止する係止具が設けられたことを特徴とする請求項１記載の計測装置。
前記第２のアタッチメントと前記第２の当接部は、いずれか一方に球状体が設けられるとともに、他方に、この球状体より直径の小さい円形開口部が設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計測装置。
前記第１のアタッチメント及び前記第２のアタッチメントは、それぞれ前記基準点及び前記測定点に設けられた複数の貫通孔のいずれかに挿入される軸体と、この軸体の周囲に立設される前記貫通孔より直径の大きい鍔状部と、前記貫通孔より最大直径の大きい円錐台状の締付面が形成され、前記軸体の一端側から螺合されてこの締付面が前記貫通孔に嵌入するネジ部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計測装置。