JP2015203679A - 穴位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の部材に開けられた穴同士の位置関係、及び穴とフランジ外径の位置関係を高精度に測定する穴位置測定装置を提供する。
【解決手段】穴位置測定装置は、以下の特徴を備える。（１）測定対象に離接な接続部２を備える。（２）測定対象の中心軸と回転の基準となる中心軸とが、平行若しくは重なるように前記接続部に対して回転自在に設けられる支持部２を備える。（３）前記支持部の回転方向の移動量を、回転角度の変化量として検出する角度方向移動量検出部９を備える。（４）支持部２の回転軌跡における半径方向に揺動自由に支持され、穴の位置及び前記測定対象の外径の測定を行う測定部４を備える。（５）前記測定部の半径方向の移動量を検出する半径方向移動量検出部１５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、大型の部材に開けられた穴同士の位置関係、及び穴とワークの外径の位置関係を高精度に測定する穴位置測定装置に係る。

火力・原子力発電所等に設けられるタービン発電機では、蒸気や燃焼ガスの持つエネルギーをタービンを介して回転運動のエネルギーに変換する。発生した回転運動のトルクは、タービンロータと接続する発電機ロータへ伝達される。

タービンロータ同士、または蒸気タービンロータと発電機ロータは、フランジ部をカップリングボルトで結合する事でトルクを伝達している。これらのロータは３０００ｒｐｍ以上で回転することから、振動の原因となるロータ同士の軸中心のずれは可能な限り小さくする必要がある。また、ボルトにかかるせん断力も非常に大きい事から、結合した穴同士のずれも小さくする必要がある。

近年、発電所の出力向上にともないタービンロータや発電機ロータは大型化している。工作機械の精度向上や加工方法改善によって大型のロータでも単体は高精度に仕上げる事が可能になってきた。

しかしながら、２つのロータをロータのフランジに設けたフランジ穴と、ボルトとを用いて接続する場合、２つのロータのフランジ穴の位置を完全に一致させる必要がある。例えば、既存のロータに合わせて新規のロータを測定する場合には、既存のロータのフランジ穴の位置を測定する必要がある。穴の位置を測定する方法は種々の方法が知られている。

特開平１０−３３９６２３号公報 特開２００６−３１７３９６号公報 特開平７−６３５４５号公報

しかしながら、従来の方法では対象となるロータなどのワークより大型な測定装置が必要となるため、ワークが大型の場合には穴の位置の測定を行うことは困難である。また、従来の方法では、２つのロータのフランジ穴同士の位置関係や穴の傾きは測定できても、それらとフランジ外径との位置関係を高精度に測定することは困難である。そのため、フランジ穴とフランジ外径の位置関係によっては、ロータ結合時に穴同士は高精度に重ね合わせられるが外形同士の段差が大きくなり、ロータの中心軸がずれてしまうことになる。

この場合、タービン運転時に振動が発生し、故障・事故を引き起こす可能性が高い。そのため、穴だけでなくフランジ外径の測定も重要となる。測定精度は０．０２ｍｍ以下が必要であるが、公知技術ではこの精度で測定することは困難である。

このため、大型の２つのロータを接続する場合には、ロータ同士を結合させ共加工によって仕上げていた。発電機に接続した２つのロータのうち１つのロータを更新する場合は、ロータの更新の為に発電所の運転を停止し、新しいロータの入れ替えを行っている。しかしながら、共加工によりロータ同士のフランジ穴の位置を揃える場合には、更新を行わないロータを取り外してそのロータに合わせて新しいロータに穴をあける必要がある。共加工をする場所が発電所から離れている場合には、発電所の運転停止時間が３〜５日程度延びることとなる。

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、フランジなどの大型のワークに開けられた穴の位置関係、及び穴とワークの外径の位置関係を高精度に測定する穴位置測定装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態である穴位置測定装置は、以下の特徴を備える。
（１）測定対象に離接な接続部を備える。
（２）測定対象の中心軸と回転の基準となる中心軸とが、平行若しくは重なるように前記接続部に対して回転自在に設けられる支持部を備える。
（３）前記支持部の回転方向の移動量を、回転角度の変化量として検出する角度方向移動量検出部を備える。
（４）前記支持部の回転軌跡における半径方向に揺動自由に支持され、穴の位置及び前記測定対象の外径の測定を行う測定部を備える。
（５）前記測定部の半径方向の移動量を検出する半径方向移動量検出部を備える。

第１実施形態に係る穴位置測定装置の構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る穴位置測定装置の構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る測定部の構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る穴位置測定装置の制御部の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る穴位置測定装置の穴位置及びフランジの外径の測定手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る穴位置測定装置の穴位置の測定手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る穴位置測定装置での穴の中心位置の測定手順を示す図である。

［１．第１実施形態］
第１実施形態に係る穴位置測定装置は、測定対象のワークに対して接続して使用される。穴位置測定装置は、ワークに開けられた各穴の位置関係、及び各穴とワークの外径との位置関係の測定を行う。本実施形態の穴位置測定装置について、図１乃至７を参照しつつ、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る穴位置測定装置の構成を示す断面図であり、図２は、本実施形態に係る穴位置測定装置の構成を示す平面図である。本実施形態では、ワークであるロータ１のフランジ部１ａに同心円状に複数の穴１ｂが加工されている場合を例として説明する。

［１−１．構成］
本実施形態の穴位置測定装置は、以下の構成を備える。
（１）測定対象となるロータ１に取り付けるための接続部２。
（２）接続部２に回動自在に設けられる支持部３。
（３）ロータ１のフランジ１ａに設けられる穴１ｂの位置、及びフランジ１ａの外径を測定する測定部４。
（４）支持部３の回転方向の移動量と測定部４の移動量を検出する移動量検出部５。
以下では、各構成について詳述に説明する。

（接続部２について）
接続部２は、ロータ１に設けられたロータフランジインロー部１ｃと、ロータインロー部底面ねじ穴１ｄを利用して、穴位置測定装置とロータ１とを接続する。

ロータ１のフランジ１ａには、同心円状に複数の穴１ｂが加工されている。このロータ１には、製造および試験用治具取り付けのためにロータフランジインロー部１ｃとロータインロー部底面ねじ穴１ｄが設けられている。ロータフランジインロー部１ｃは、フランジ１ａの他のロータのフランジ１ａと接合する面に設けられた凹みである。ロータフランジインロー部１ｃの形状は、中心がロータ１の中心と等しい円を底面とする円柱状である。ロータフランジインロー部１ｃの底面部分には、ロータインロー部底面ねじ穴１ｄが複数設けられている。

接続部２は、中心軸が共通の円筒と円柱を組み合わせた形状である。円筒部分はロータ１と接続する接続部分となり、円柱部分には支持部３が回転自在に取り付けられる。円筒部分の径は、円柱部分の径より大きくなっており、接続部２を側面からみると略凸状となる。

接続部２のロータ１と接触する側は、ロータフランジインロー部１ｃに対応した形状となっている。すなわち、接続部２のロータフランジインロー部１ｃと接触する部分は円筒形状である。接続部２の円筒部分の外径は、ロータフランジインロー部１ｃの内径より、０．０３〜０．０６ｍｍ程度短くする。この円筒形状の部分が、ロータフランジインロー部１ｃと嵌り合うことで、穴位置測定装置とロータ１とは確実に固定される。

接続部２の円筒部分には、その円筒の中心軸と平行に接続ねじ穴６が複数設けられる。この接続ねじ穴６の位置は、ロータインロー部底面ねじ穴１ｄと対応しており、接続部２をロータフランジインロー部１ｃに嵌め合わせたとき、接続ねじ穴６とロータインロー部底面ねじ穴１ｄとが連通する。この連通したねじ穴に対して、ボルト７を通して締め付けて固定する。連通した複数の穴に均一のトルクでボルト７を締め付けることで、穴位置測定装置をロータ１に対して、取り付けの傾き方向繰り返し精度０．００３ｍｍ／ｍ程度で取り付けることができる。

（支持部３について）
支持部３は、接続部２に対して回転自由に取り付けられる。支持部３は、その回転の中心となる中心軸が、ロータ１の中心軸と平行若しくは重なるように回転する。支持部３は、回転部８、角度方向移動量検出部９、回転方向ブレーキ１０、支持アーム１１、ガイド固定部１２とから構成させる。

接続部２の円柱部分には支持部３の回転部８が取り付けられる。回転部８は、有底の円筒形状であり、円筒部分の内径が、接続部２の円柱部分の外径より大きく設定される。回転部８は、回転部８の開口部分に、接続部２の円柱部分を嵌め合わせ、取り付けられる。取り付け部分には、ベアリング１３が設けられ、回転部８は、接続部２に対して自在に回転する。また、回転部８は回転方向ブレーキ１０が設けられる。回転方向ブレーキ１０は、摩擦力により、接続部２と支持部３の相対的な位置を固定する。

支持アーム１１は、回転部８に取り付けられる２本の棒状の部材である。支持アーム１１の長さは、ロータ１のフランジ１ａの半径よりも長い。支持アーム１１の一端は、回転部８にボルト締めされることで、回転部８に対して固定される。２本の支持アーム１１は、平行であるとともに、回転部８の回転軸に対して垂直方向にそれぞれ固定される。

支持アーム１１の回転部８に固定される側と反対側の端には、ガイド固定部１２が取り付けられる。ガイド固定部１２は、２本の支持アーム１１に対してボルト締めされることで固定される。２本の支持アーム１１は、回転部８とガイド固定部１２とに固定されることで、高剛性を保っている。

２本の支持アーム１１には、測定部４を支える径方向スライド部１４が摺動自在に取り付けられる。径方向スライド部１４により測定部４は、支持アーム１１上を滑らかに移動することが可能となる。測定部４の径方向スライド部１４の揺動における繰り返し精度は、２μｍ程度である。径方向スライド部１４が支える測定部４の揺動方向は、支持部３の回転軌跡における半径方向である。

（移動量検出部５について）
移動量検出部５は、支持部３の回転方向の移動量、及び測定部４の半径方向の移動量を検出する。移動量検出部５は、穴位置測定装置に設けられる角度方向移動量検出部９と、半径方向移動量検出部１５である。

接続部２には、支持部３の回転方向における移動量を、回転部８の回転方向の移動量を回転角度として測定する角度方向移動量検出部９が設けられる。角度方向移動量検出部９は、接続部２に対して固定される。角度方向移動量検出部９としては、所謂、ロータリーエンコーダを使用することができる。角度方向移動量検出部９としてロータリーエンコーダを使用した場合には、回転部８の接続部２に対する回転角度を０．００００１°オーダーで測定する。

支持アーム１１には、測定部４の半径方向の移動量を検出する半径方向移動量検出部１５のリニアスケール１５ａが設けられる。半径方向移動量検出部１５は、支持アーム１１に取り付けられるリニアスケール１５ａと、測定部４が備えるリニアスケールリーダー１６とから成り、リニアスケール１５ａをリニアスケールリーダー１６で読み取ることで、測定部４の位置及び移動量を最大０．００１μｍの分解能で測定する。

（測定部４について）
測定部４は、支持部３に対して揺動自在に支持され、フランジ１ａに設けられる穴１ｂの位置の測定を行う。また、測定部４は穴１ｂの位置だけではなく、測定部４を外径側に移動させフランジ１ａについての外径の測定も行う。

測定部４の径方向移動には操作性向上のため、移動用に径方向移動用ハンドル１７と、固定用に径方向ブレーキ１８が備えられる。また、測定部４の径方向への移動時に、測定部４が他部分と干渉し破損することを防ぐため、回転部８とガイド固定部１２にそれぞれ内径側ストッパー１９と外径側ストッパー２０が取り付けられている。

測定部４は、穴１ｂ内部に距離測定部２１を挿入させることで、測定部４から穴１ｂまでの距離の測定を行う。測定部４は、穴１ｂまでの距離の測定を正確に行うために、距離測定部２１の他に、径調整部２２、軸方向スライド部２３、及びホルダー２４を備える。測定部４の構成を図３に基づいて説明する。図３は、測定部４の詳細な構成を示す断面図である。

ホルダー２４は、距離測定部２１や軸方向スライド部２３を内蔵するケースである。このホルダー２４には、軸方向スライド部２３のスライド方向がロータ１の中心軸と平行となるように設けられる。また、ホルダー２４は、径方向スライド部１４を介して支持アーム１１に支持されており、軸方向スライド部２３は、支持アーム１１に対して垂直方向にスライドする。

軸方向スライド部２３は、軸方向移動用ハンドル２６により搖動する。ユーザは、軸方向移動用ハンドル２６を動かすことで、軸方向スライド部２３を移動させることが出来る。この際、軸方向移動用ハンドル２６が、ホルダー２４に設けられた軸方向移動用切欠部２４ａを移動することでホルダー２４と緩衝することはない。

ホルダー２４内部面には、軸方向スライド部２３との摺動面が設けられる。この摺動面は、支持アーム１１に直角な摺動面となっている。摺動面を介して軸方向スライド部２３が保持される。軸方向スライド部２３は、ホルダー２４に対して４面拘束となっており、摺動における繰り返し精度は２μｍ程度である。摺動面からの脱落防止のため、後方には軸方向ストッパー２５が取り付けられている。前方は軸方向移動用ハンドル２６が切欠部端面２７に当たるので脱落することはない。

軸方向スライド部２３の先端部分には、距離測定部２１が取り付けられる。この距離測定部２１を穴１ｂ内に挿入することで、測定部４から穴１ｂまでの距離の測定を行う。測定部４から穴１ｂまでの距離は、後述する距離測定手段２８から穴１ｂの内壁までの距離としても、測定部４の中心軸から穴１ｂまでの距離としても良い。測定部４から穴１ｂまでの距離を、測定部４の中心軸から穴１ｂまでの距離とする場合には、予め測定部４の中心軸と距離測定手段２８との距離を測定しておく。また、距離測定部２１を使用し、フランジ部１ａの外径の距離の測定を行うこともできる。フランジ部１ａの外径を測定する場合には、距離測定部２１をフランジ部１ａの外側に位置させ、フランジ部１ａの外径までの距離を測定する。距離測定部２１は、距離の測定を行う距離測定手段２８と、距離測定部２１を保持する保持部２９とを備える。

距離測定手段２８は、測定対象までの距離の測定を行う。距離測定手段２８は、制御部から送られる測定開始／終了指示に基づいて測定を行う。距離測定手段２８としては、レーザを光源とするレーザ分光干渉変位計を使用する。レーザ分光干渉変位計はレーザを測定対象物に照射し、測定対象物で反射したレーザと、レーザの測定対象物への経路上に設けられる参照反射面で反射したレーザとの干渉光における波長の強度分布を解析することで対象物までの距離を算出する距離測定手段である。

保持部２９は、距離測定手段２８を保持する。保持部２９は切り欠き部３１を有する円筒状であり、円筒部分の側面には距離測定手段２８を収容するための凹部３２を設ける。距離測定手段２８は、レーザをロータ中心軸と平行に照射するように凹部３２に保持される。この凹部３２には、レーザの経路をロータ中心軸に対して垂直方向に変更させるミラー３０が設置される。

保持部２９には、凹部３２、距離測定手段２８及びミラー３０の組み合わせが、３組取り付けられている。１組の凹部３２、距離測定手段２８、及びミラー３０において、距離測定手段２８より照射されミラー３０により経路が変更されたレーザが、ロータ中心方向に向かうように配置される。この組を距離測定手段２８−ａとする。

保持部２９の底面である円の中心を基準として、距離測定手段２８−ａから反時計方向に１２０°の位置にあるものを距離測定手段２８−ｂ、２４０°の位置にあるものを距離測定手段２８−ｃとする。これらの距離測定手段２８−ａ，２８−ｂ，２８−ｃで測定した距離は、出力ケーブルにより出力される。出力ケーブルはケーブル用穴３３から外に出される。

径調整部２２により保持部２９は、凹部３２、距離測定手段２８、及びミラー３０が取り付けられた円筒部分の径を調整可能な構成を有する。保持部２９は、内部に円錐台の空間を内部に有し、この円錐台の空間に径調整部２２のテーパ３４を挿入し押し広げることで、円筒部分に設けられた切り欠き部３０の間隔が広がり、保持部２９の円筒部分の径が大きくなる。

保持部２９の径を調整する径調整部２２は、保持部２９の円錐台の空間にテーパ３４の挿入量を調整することで、保持部２９の径を調整する。径調整部２２は、軸方向スライド部２３内部に設けられるテーパシャンク３５、調整ねじ３６とを備える。

軸方向スライド部２３の内部前方には、１回で１ｍｍ進むねじ穴３７が加工されており、内部後方には勘合部３８が設けられている。この勘合部３８を介してテーパシャンク３５が保持されている。このテーパシャンク３５と対応するように保持部２９の内部空間にテーパ３４が設けられる。また、保持部２９に設けられる切り欠き部３１は、保持部２９の中央部付近まで加工される。

テーパ３４及びテーパシャンク３５は、１／５０〜１／１０ｍｍの傾斜を持つ。本実施形態では、１／１０ｍｍの傾斜を持つとする。調整ねじ３６は、軸方向スライド部２３のねじ穴３７に組立され、調整ねじ３６が右に１回転することによりテーパシャンク３５が１ｍｍ前進する。１／１０ｍｍの傾斜を持っているため、テーパシャンク３５が１ｍｍ前進すると、保持部２９のテーパ３４が０．１ｍｍ押され、径方向に０．１ｍｍ開く。この時、距離測定部２１の先端部に円周状に設置された締付けリング３９は弾性変形する。

一方、反対に調整ねじ３６を左に１回転することによりテーパシャンク３５が１ｍｍ後退する。これにより、保持部２９のテーパ３４の圧力が解放される。保持部２９は、締付けリング３９により弾性力を得て、径中心方向に０．１ｍｍ閉じる。調整ねじ３６の回転には、テーパシャンク調整つまみ４０を用いる。

（制御部４１について）
制御部４１は、穴位置測定装置の各部を制御する。制御部４１は、測定部４、角度方向移動量検出部９及び半径方向移動量検出部１５からの測定結果に基づいて、ロータ１に開けられた各穴１ｂの位置関係、及び穴１ｂとロータ１の外径の位置関係を算出する。算出結果は、穴位置測定装置の表示部４２や、穴位置測定装置に接続された報知部４３より出力される。図４に示す様に、制御部４１は、穴位置測定部４４、フランジ外径測定部４５、測定結果記憶部４６、演算部４７を備える。

制御部４１は、ユーザからの指示を入力する入力部４８と接続される。入力部４８は、コントローラ、キーボード、タッチパネルなどの入力インターフェースである。ユーザからの指示は、穴１ｂの位置の測定開始／終了指示、及びフランジ１ａの外径の測定開始／終了指示である。

穴位置測定部４４は、入力部４８からの穴１ｂの位置の測定開始指示に基づいて穴１ｂの位置の測定を行う。穴位置測定部４４は、ユーザからの測定開始指示が入力されると、測定部４に対して距離測定指示を出力する。測定部４で測定した測定結果は、制御部４１に対して出力される。制御部４１では、測定結果を測定結果記憶部４６に記憶する。

フランジ外径測定部４５は、入力部４８からのフランジ１ａの外径の測定開始指示に基づいてフランジ１ａ外径の測定を行う。フランジ外径測定部４５は、ユーザからの測定開始指示が入力されると、測定部４に対してフランジ外径の測定指示を出力する。測定部４で測定した測定結果は、制御部４１に対して出力される。制御部４１に入力する測定結果は、測定結果記憶部４６に記憶する。

この測定結果は演算部４７により各穴１ｂの位置の位置関係及び穴１ｂとフランジ１ａにおける外径との位置関係が演算される。穴１ｂの位置は、各穴１ｂの中心の座標を算出することで導き出される。また、穴１ｂとフランジ外径との位置関係は、各穴１ｂの位置と、フランジ１ａの外径より導き出される。演算部４７は、仮想中心座標算出部４９、計測異常判定部５０、中心座標算出部５１、測定終了判定部５２とを備える。

仮想中心座標算出部４９は、測定部４で計測した距離に基づいて、その穴１ｂにおける仮想の中心座標の算出を行う。仮想の中心座標は、予め計測した穴１ｂの径と、穴１ｂの円周上に配置される２点の座標より算出することができる。穴１ｂの円周上に配置される座標は、距離測定手段２８で計測した穴１ｂまでの距離を利用して設定する。距離測定手段２８が複数設けられる場合には、距離測定手段２８と同数の穴１ｂの円周上の座標を求めることができ、それらを組み合わせて、複数の仮想の中心座標の算出を行う。測定部４に、距離測定手段２８が３つある場合には、仮想中心座標は３つ算出される。

計測異常判定部５０は、仮想中心座標算出部４９で算出した仮想の中心座標ごとのずれにより、穴１ｂまでの距離の測定が正常に行われているかの判定を行う。距離測定手段２８で計測した穴１ｂまでの距離を測定すると、穴１ｂの表面性状や切屑などの異物が内部にある場合には、正しい距離を測定することができない。そのため、正確な測定ができなかった距離に基づいて、穴１ｂの円周上の座標を設定すると、その座標を利用し算出した仮想の中心座標がずれることとなる。計測異常判定部５０では、複数の仮想中心座標を比較することで、仮想中心座標の算出の基となる穴１ｂまでの距離の測定が正常に行われるかの判定を行う。計測異常判定部５０では、仮想中心座標における位置の差分が一定以内収まる場合には、位置のずれがない仮想中心座標の算出に使用した穴１ｂまでの距離が正確に測定されていると判定する。

中心座標算出部５１は、計測異常判定部５０で正常に測定されていると判定された穴１ｂまでの距離を使用し、穴１ｂにおける中心座標を算出する。算出方法としては、種々の方法を利用することができるが、計測異常判定部５０で算出した仮想中心座標を平均化したものとしても良い。

測定終了判定部５２は、測定部４における測定の終了を判定する。測定の終了の判定には、計測部における計測値を利用することができる。すなわち、距離測定手段２８の何れか１つで、穴１ｂの径の測定ができなくなった場合に、測定終了と判定する。

演算部４７で演算した演算結果は、表示部４２に表示される。表示部４２は、ディスプレイであり、ユーザは、ディスプレイに表示された内容を確認することで演算結果を把握することができる。測定の終了を判定した場合には、報知部４３に対して、報知指示を出力する。

報知部４３は、ユーザに対して計測開始／終了を報知する。報知部４３は、スピーカーでありユーザに対してアラーム音を出力することで報知を行う。報知部４３は、スピーカー以外にも、ディスプレイなどの表示装置でも良く、その場合には、画面に計測開始／終了の表示を行う。

［１−２．作用］
以上のような構成を有する本実施形態の穴位置測定装置では、測定対象となるロータ１に接続し、ロータ１に開けられた各穴１ｂの位置関係、及び各穴１ｂとロータ１の外径との位置関係の測定を行う。図５は、穴位置測定装置による測定手順を示すフローチャートである。

［全体のフロー］
穴位置測定装置１によるロータ１に設けられた穴１ｂの位置測定では、初めに、穴位置測定装置をロータ１に接続する。穴位置測定装置の接続では、穴位置測定装置の接続部２をロータ１のロータインロー部１ｃに嵌め込み、接続ねじ穴６とタインロー部底面ねじ穴１ｄにボルト７を通し固定する（ＳＴＥＰ１０１）。

次に、測定部４を測定対象となる穴１ｂの位置へ移動させる。測定部４を移動させる位置は、穴１ｂの延長上である。フランジ１ａに穴１ｂが複数ある場合には、いずれかの穴１ｂを基準穴１ｂ（１）と選定する。そして、測定部４を穴１ｂ（１）の位置に移動させる。測定部４の移動は、支持アーム１１を角度方向に移動させ、回転方向ブレーキ１０で固定する。その後、支持アーム１１上を測定部４を移動させる。測定部４が穴１ｂ（１）の延長上に位置すると径方向スライド部１４を径方向ブレーキ１８で固定する。

測定部を穴１ｂ（１）に移動させた後、測定部４をスライドさせ、測定部４の先端部に設けられる距離測定部２１が穴１ｂ（１）の内壁に接触しない位置に固定されているかの確認を行う。測定部４の位置確認は、ユーザが軸方向スライド部２３を軸方向に繰り出し、距離測定部２１を計測対象の穴１ｂ（１）に挿入することで行う。距離測定部２１が穴１ｂに侵入せずにフランジ１ａに接触する場合には、回転方向ブレーキ１０及び径方向ブレーキ１８の固定を解除し、距離測定部２１がフランジ１ａと接触しないような位置に測定部４を移動させる（ＳＴＥＰ１０２）。

測定部４を穴１ｂ（１）が測定可能な位置に移動終了後、穴１ｂ（１）の位置の測定を行う。穴１ｂ（１）の位置の測定は、ユーザが入力部４８のスイッチを押すことで開始される。測定が開始されると、距離測定手段２８からレーザが照射され距離の計測が開始される。この段階では、測定部４は穴１ｂの外部に位置している。距離測定手段２８がレーザを光源とする分光干渉変位計の場合には、計測対象が近くにないと計測を行うことができない。そのため、距離測定部２１が穴１ｂの外にある場合には、３つの距離測定手段２８では計測が行うことできない。

ユーザは、ハンドルを使い軸方向スライド部２３をスライドさせ、距離測定部２１をロータ１側に移動させる。距離測定部２１が穴１ｂ（１）に挿入すると、３つの距離測定手段２８では、計測が開始される。距離測定手段２８による計測が開始された場合、報知部４３はユーザに対して測定開始の報知を行う（ＳＴＥＰ１０３）。

計測が開始されると、ユーザは軸方向スライド部２３をさらに軸方向にロータ１側に移動させる。距離測定部２１の移動距離が穴１ｂの深さ、すなわち、フランジ１ａの厚さを超えると、距離測定手段２８は、フランジ１ａを突き抜ける。それにより、距離測定手段２８では穴１ｂの径の測定ができなくなる。距離測定手段２８による３本のレーザ変位の何れか１つで、穴１ｂの径の測定ができなくなった場合、報知部４３から測定完了の報知を行う。ユーザは、測定終了の報知が行われると、距離測定部２１を測定開始時の位置に移動させる。これにより、穴１ｂ（１）の測定が終了となる。この測定方法は、他の穴１ｂ（２）〜（ｎ）でも同様である（ＳＴＥＰ１０４）。

穴１ｂの計測が終了すると、ユーザは、測定していない穴１ｂがあるかどうかを判定する。未測定の穴１ｂがある場合（ＳＴＥＰ１０５のＮＯ）には、その穴１ｂの位置に測定部４を移動させ、測定を行う。

一方、すべての穴１ｂの計測が終了していると判定した場合には（ＳＴＥＰ１０５のＹＥＳ）、ユーザは、コントローラの穴位置測定完了のスイッチを押し、穴１ｂの位置の測定を完了させる。

穴１ｂの位置の測定を完了後、フランジ１ａの外径を測定するために、測定部４を外径側に移動させる（ＳＴＥＰ１０６）。測定部４の移動は、回転部８を任意の角度方向に移動させ、回転部８を回転方向ブレーキ１０で固定する。その後、径方向スライド部１４を移動させ、径方向スライド部１４を径方向ブレーキ１８で固定する。

測定部４をフランジ１ａの外径より外側に移動させた後、軸方向スライド部２３をスライドさせ、距離測定部２１がフランジ外径に接触しない位置に固定されているかの確認を行う。測定部４の位置確認は、ユーザが距離測定部２１を軸方向に繰り出し、距離測定部２１がフランジ１ａの外径と接触するか否かで確認を行う（ＳＴＥＰ１０２）。

距離測定部２１がフランジの外径を測定可能な位置に移動終了後、穴１ｂの位置の測定を行う。フランジ外径の測定は、ユーザが入力部のスイッチを押すことで開始される。測定が開始されると、距離測定手段２８−ａからレーザが照射され、フランジ外径までの距離の計測が開始される。その後、穴１ｂの位置の測定時と同様の手順で測定が終了する（ＳＴＥＰ１０７）。

以上の様に測定された穴１ｂのまでの距離、及びフランジ外径までの距離は、制御部４１に対して出力される。制御部では、穴１ｂのまでの距離と、予め測定された穴１ｂの径とから、穴１ｂの位置を演算する。また、制御部では、測定したフランジ外径までの距離よりフランジの径の算出を行い、穴１ｂとフランジ外径との位置関係を演算する。制御部４１における演算結果は、表示部４２を介してユーザに出力される（ＳＴＥＰ１０８）。

以上の工程により穴位置測定装置は、フランジ１ａに設けられた穴１ｂの測定及びフランジ外径の測定を行う。穴位置測定装置による穴１ｂの位置の測定は、以下の工程により行われる。

［穴位置の処理のフロー］
距離測定手段２８からレーザが照射された状態で、ユーザが距離測定部２１を軸方向に繰り出すことで、距離測定手段２８からフランジ１ａ内壁までの距離が測定される。以下では、測定した距離測定手段２８からフランジ１ａの内壁までの距離に基づき穴の位置を算出する手順について説明する。図６は、穴１ｂの位置を算出する手順を示すフローチャートであり、図７は、中心座標の算出方法を示した図である。

レーザが照射された状態で、距離測定部２１が穴１ｂの内部に侵入すると、距離測定部２１の各距離測定手段２８でフランジ１ａ内壁までの距離が測定される。測定した結果は、穴位置測定装置１の制御部４１へ伝達される。

制御部４１の仮想中心座標算出部４９において、距離測定手段２８−ａで測定した距離Ａ（４０−ａ）と、距離測定手段２８−ａの位置座標から穴１ｂ上の座標を求める。距離測定手段２８−ａの座標は、角度方向移動量検出部９で検出した角度方向の移動量と、半径方向移動量検出部１５で検出した半径方向の移動量と、予め測定される測定部４の中心軸からの距離測定手段２８−ａまでの距離とから算出する。

距離測定手段２８−ａで測定した距離Ａ（４０−ａ）は、Ｘ成分、Ｙ成分に分解される。この距離Ａ（４０−ａ）のＸ成分、Ｙ成分を距離測定手段２８−ａの座標に加える。これにより、座標Ａ（４１−ａ）を求め、座標Ａとする。この座標Ａは、フランジ１ａに設けられる穴１ｂの円周上に設定される座標である。

同様に、距離測定手段２８−ｂで測定した距離Ｂ（４０−ｂ）は、Ｘ成分、Ｙ成分に分解される。この距離Ｂ（４０−ｂ）のＸ成分、Ｙ成分を距離測定手段２８−ｂの座標に加えることにより、座標Ｂ（４１−ｂ）を求める。距離測定手段２８−ｃで測定した距離Ｃ（４０−ｃ）はＸ成分、Ｙ成分に分解される。この距離Ｃ（４０−ｃ）のＸ成分、Ｙ成分を距離測定手段２８−ｃの座標に加えることにより、座標Ｃ（４１−ｃ）を求める。仮想中心座標算出部４９は、距離測定手段２８−ｂで測定した距離を基に座標Ｂを、距離測定手段２８−ｃで測定した距離を基に座標Ｃを設定する（ＳＴＥＰ１１１）。

次に、仮想中心座標算出部４９は、各座標Ａ，Ｂ，Ｃから３点の仮想中心座標ＡＢ，ＢＣ，ＣＡを求める。仮想中心座標ＡＢは、座標Ａ（４１−ａ）と座標Ｂ（４１−ｂ）と、予め測定しておいた半径の距離から算出される穴１ｂにおける仮想の中心である。仮想の中心の算出方法は、座標Ａ（４１−ａ）と座標Ｂ（４１−ｂ）との垂直２等分線上であり、座標Ａ（４１−ａ）または座標Ｂ（４１−ｂ）から穴１ｂの半径分離れた点を穴１ｂの仮想の中心とする。同様に、座標Ｂと座標Ｃより仮想中心座標ＢＣを求め、座標Ｃと座標Ａより仮想中心座標ＣＡを求める（ＳＴＥＰ１１２）。

そして、計測異常判定部５０は、求めた仮想中心座標ＡＢ，ＢＣ，ＣＡの位置よりフランジ１ａまでの距離を計測する際の異常の有無の判定を行う。この判定は、求めた各仮想の中心座標ＡＢ，ＢＣ，ＣＡの位置におけるずれが一定以内に収まるか否かで判定する。すなわち、計測異常判定部５０は、仮想中心座標ＡＢと仮想中心座標ＢＣの差分を算出し、その差分が所定の判定値以内であるかを判定する。判定値以内であれば、計測は正常に行われたと判定し、差分が判定値以上であれば異常があると判定する。異常がある場合には、穴１ｂの内部に異物が無いか、距離測定手段２８に異物が付着していないかを確認し、再計測を行う。本例では一例として、判定値を０．０２ｍｍと設定する。同様に、仮想中心座標ＢＣと仮想中心座標ＣＡの差分、仮想中心座標ＣＡと仮想中心座標ＡＢの差分を算出し、その差分が所定の判定値以内であるかを判定する（ＳＴＥＰ１１３）。

その後、中心座標算出部５１は、仮想中心座標ＡＢ，ＢＣ，ＣＡより中心座標Ｏを算出する。中心座標Ｏは、座標ＡＢ（４２−ａｂ）＋座標ＢＣ（４２−ｂｃ）＋座標ＡＣ（４２−ａｃ）を３で割り平均化することで算出を行う。計測異常判定部５０で、判定値を０．０２ｍｍ以内とした場合、中心座標算出部５１で算出される仮想中心座標の誤差も０．０２ｍｍ以内となる（ＳＴＥＰ１１４）。

以上の手順により、穴１ｂの中心座標の算出し、穴１ｂの中心座標Ｏの算出のための測定は終了する。未測定の穴１ｂがある場合には、ユーザは、測定部４を次の測定位置へ移動させる。

［１−３．効果］

以上のような構成及び作用を有する本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。

（１）測定対象となる穴１ｂが大型のロータ１に設けられた場合にでも、ロータ１に開けられた各穴１ｂの位置関係、及び各穴１ｂとワークの外径の位置関係の測定を行うことが可能となる。本実施形態によれば、外径がφ１５００ｍｍのフランジ外径を測定可能である。

（２）また、本実施形態の穴位置測定装置は、測定対象に対して接続可能であり、接続の際の取り付け傾き繰り返し精度が高いため、大型のロータ１に設けられる穴１ｂの位置を精度よく求めることが可能である。本実施形態では、ロータ１に対して接続部２をボルト７で固定し、角度方向移動量検出部９としてロータリーエンコーダを利用し、半径方向移動量検出部１５としてリニアスケールを利用している。さらに、距離測定手段２８としては、レーザ分光干渉変位計を利用している。その場合、エンコーダの分解能が０．００００１°、リニアスケールの分解能が０．００１μｍ、レーザ変位系の測定精度が１０μｍであり、測定器取り付けの傾き方向繰り返し精度０．００３ｍｍ／ｍ、測定器傾き方向径方向移動軸繰り返し精度が０．００２ｍｍ、軸方向移動繰り返し精度が０．００２ｍｍとすると、以下の式（ａ）に示すように、測定精度０．０２ｍｍ以下を達成できると考えられる。
［式ａ］
(1500×π×0.00001/360)+(10E-6)+(0.01)+0.003×1500/1000+0.002+0.002=0.0186mm・・・（ａ）

また、本実施形態では、ロータ１に対して接続部をボルト７で固定したが、繰り返し精度を高く維持することができれば、ボルト締め以外の方法を用いることもできる。例えば、接続部に吸盤や磁石を備え、ロータ１に対して接続部を吸着させても良い。

（３）本実施形態では、距離測定手段２８としてレーザ干渉変位計を使用する場合、高い精度で穴１ｂまでの距離を測定することができる。一方、レーザ干渉変位計は、レーザを出射する部分の構造が大きくなるため、直接、穴１ｂの内壁に直接レーザを照射させる向きに配置すると、スペースの問題により、距離測定部２１の径が大きくなる。そのため、レーザ干渉変位計から出射されるレーザの向きをロータ１の中心軸と平行にし、ミラー３０を使用してレーザの経路を変更する配置とすることにより、距離測定部２１の径を小さくすることができる。

（４）さらに、距離測定手段２８の種類によっては、測定できる距離のレンジが決まっている。レンジが小さい距離測定手段２８を用いて、径の大きな穴１ｂまでの距離を測定する場合、穴１ｂまでの距離が距離測定手段２８のレンジ外となってしまう恐れもある。本実施形態では、距離測定部２１の径を径調整部２２により調整可能としているため、距離測定手段２８として距離を測定するレンジが狭い種類の距離測定手段２８を使用した場合にでも、大きな径の穴１ｂの内壁までの距離を正確に測定ができる。

（５）また、距離測定手段２８の種類としてはレーザ干渉変位計以外にも他の種類の距離測定手段を利用することができる。例えば、接触式のアームを備えた距離測定装置を使用しても良い。

［２．他の実施形態］
なお、本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。

以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば前記実施形態では、測定対象をロータのフランジ１ａに設けられる穴１ｂとしたが、ロータ１や他のワークに開いた穴１ｂの位置を測定対象とすることもできる。ロータやワークが大きい場合は、穴１ｂの位置を測定する機器を用意することが困難であったが、本実施形態の穴位置測定装置であれば、従来の測定機器では対応が難しい大きいロータやワークに設けられる穴１ｂも精度よく測定することができる。

１…ロータ、１ａ…フランジ部、１ｂ…穴、１ｃ…ロータフランジインロー部、１ｄ…ロータインロー部底面ねじ穴、２…接続部、３…支持部、４…測定部、５…移動量検出部、６…接続ねじ穴、７…ボルト、８…回転部、９…角度方向移動量検出部、１０…回転方向ブレーキ、１１…支持アーム、１２…ガイド固定部、１３…ベアリング、１４…径方向スライド部、１５…半径方向移動量検出部、１６…リニアスケールリーダー、１７…径方向移動用ハンドル、１８…径方向ブレーキ、１９…内径側ストッパー、２０…外径側ストッパー、２１…距離測定部、２２…径調整部、２３…軸方向スライド部、２４…ホルダー、２４ａ…切欠き部、２５…軸方向ストッパー、２６…ハンドル、２７…切欠部端面、２８…距離測定手段、２９…保持部、３０…ミラー、３１…切り欠き部、３２…凹部、３３…ケーブル用穴、３４…テーパ、３５…テーパシャンク、３６…調整ねじ３６、３７…ねじ穴３７、３８…勘合部、３９…リング、４０…テーパシャンク調整つまみ、４１…制御部、４２…表示部、４３…報知部、４４…穴位置測定部、４５…外径測定部、４６…測定結果記憶部、４７…演算部、４８…入力部、４９…仮想中心座標算出部、５０…計測異常判定部、５１…中心座標算出部、５２…測定終了判定部

Claims (8)

1. 測定対象に設けられた穴の位置を測定する測定装置であって、
   前記測定対象に離接な接続部と、
   前記測定対象の中心軸と回転の基準となる中心軸とが、平行若しくは重なるように前記接続部に対して回転自在に設けられる支持部と、
   前記支持部の回転方向の移動量を、回転角度の変化量として検出する角度方向移動量検出部と、
   前記支持部の回転軌跡における半径方向に揺動自由に支持され、穴の位置及び前記測定対象の外径の測定を行う測定部と、
   前記測定部の半径方向の移動量を検出する半径方向移動量検出部と、
   を備えることを特徴とする穴位置測定装置。
2. 前記測定部は、
   前記測定対象までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記距離測定手段を保持する保持部と、
   前記保持部を前記測定対象の中心軸と平行方向にスライドさせるスライド部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の穴位置測定装置。
3. 前記距離測定手段は、レーザを分光させそれらの干渉波における波長の強度変化を利用して距離を測定するものであり、
   前記距離測定手段は、前記保持部の中心軸と平行に切れ目が設けられた円筒形状の前記保持部の側面に配置され、
   この保持部の内部にテーパを挿入することで、保持部の径の長さを変更することを特徴とする請求項２に記載の穴位置測定装置。
4. 前記測定部は、少なくとも３つの前記距離測定手段を備え、
   ３つの距離測定手段で測定した穴の内壁までの距離から、前記穴の中心座標を算出する中心座標算出部を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の穴位置測定装置。
5. 予め測定した前記穴の径と、２つの距離測定手段で測定した内壁までの距離から、仮想の中心座標を算出する仮想中心座標算出部と、
   複数の仮想の中心座標を比較することで、計測異常の判定を行う計測異常判定部を備えることを特徴とする請求項４に記載の穴位置測定装置。
6. 前記距離測定手段の内の１つは、前記ワークの中心軸方向にある穴の内壁までの距離を測定するものであり、
   他の距離測定手段は、中心軸方向にある穴の内壁までの距離を測定する距離測定手段を基準として等間隔に配置されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の穴位置測定装置。
7. 前記支持部の長さは、前記測定対象の半径より長く、
   前記測定部をワークの外側に移動させ、測定対象の外径を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の位置測定装置。
8. 前記測定対象には、中心部に凹部と、凹部の底面にはねじ穴が設けられ、
   前記接続部を前記凹部に嵌め合わせると共に、前記接続部に設けられたねじ穴と、前記凹部の底面にはねじ穴とを連通させて、ボルトを通すことで測定対象と接続部とを固定することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の穴位置測定装置。

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