JP2017125806A - 振れ計測治具及びこれを用いる計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易な操作により探針を測定対象物に適切に接触させ、各種計測を高い精度で、効率良く実施することができる振れ計測治具、及びこれを用いた計測装置を提供すること。【解決手段】計測器具と接続され、測定対象物と接触する振れ計測治具であって、前記測定対象物と接触する探針と、一端を前記探針と接続され、他端を前記計測器具と接続されたロッドと、を有し、前記ロッドは、前記探針側の一端が球形であり、前記探針は、前記ロッドの球形の一端と略同一の半球形の凹部が設けられ、前記ロッドの、球形の一端の径よりも小さい内径を有するライナーによって、前記探針が、前記ロッドに対して回動自在に固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、振れ計測治具及びこれを用いる振れ計測治具を用いた計測装置に関する。

測定対象物までの距離や変位を計測する計測装置として、接触型の計測装置が使用されている。接触型の計測装置は、ダイヤルゲージなどの変位を計測する器具が、計測治具を介して、測定対象物に接触し、距離を計測する。例えば、引用文献１には、先端に球形の計測治具と移動量検出手段を有する形状測定器が記載されている。測定対象物の表面に計測治具を接触させた状態で、測定対象物の表面と計測治具とを相対移動させ、その時の計測治具の変位を、移動量検出手段が計測することで、測定対象物の表面の位置による変化を測定することができる。

別の計測装置としては、測定光を用いて距離を測定する光学式の距離計測装置がある。例えば、測定光（パルスレーザー）を測定対象物に向けて出力し、測定対象物表面で反射した反射光を、集光レンズで集光し、集光された反射光を受光素子にて受光し、受光した光を解析して測定対象物までの距離を算出する、レーザー距離計などが存在する。

特開２００５−３１５７８１号公報

ここで、位置を計測する対象として回転体の筒状の面と回転軸との距離を計測する場合がある。例えば、計測装置の測定端子を固定し、回転体を回転させ、筒状の面の位置の変動を計測することで、回転体の芯ずれを計測する。

特許文献１に記載されている計測装置を用いて、回転体の表面の位置を計測する場合、
計測治具先端の探針が測定対象物に対して適切に接触しておらず、測定対象物の芯ずれを正確に測定することができない場合がある。また、レーザー距離計等の光学式の距離計測装置を用いて、測定対象物までの距離を計測する場合においても、同様の問題が生じる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、容易な操作により探針を測定対象物に適切に接触させ、各種計測を高い精度で、効率良く実施することができる振れ計測治具及びこれを用いる計測装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明は、計測器具に支持され、測定対象物と接触する振れ計測治具であって、一端が前記計測器具と接続されたロッドと、前記ロッドの他端に回動可能な状態で支持され、前記測定対象物と接触する探針と、を有し、前記探針は、前記測定対象物と接触する部分が平坦である探針接触面であることを特徴とする。

また、前記探針は、前記ロッドは、前記探針側の一端が球形であり、前記探針は、前記ロッドの球形の一端と略同一の半球形の凹部が設けられ、前記凹部が前記ロッドの球形に接触し、前記球形の表面に沿って、回動可能であることが好ましい。

前記振れ計測治具は、前記ロッドの、球形の径よりも小さい径の開口部を有し、前記探針の前記凹部が形成される端面に固定されたライナーを有することが好ましい。

前記ロッドは、前記探針との接触面が平滑加工された面であり、前記探針は、前記ロッドとの接触面が平滑加工された面であることが好ましい。

前記探針は、前記探針接触面の周囲に面取りが設けられていることを特徴とすることが好ましい。

また、前記探針は、前記探針接触面が前記測定対象物よりも硬度の高い材料であることが好ましい。

また、上述した課題を解決するための本発明は、計測装置であって、上記のいずれかに記載の前記振れ計測治具と、前記振れ計測治具を支持し、前記振れ計測治具の変位を検出する計測器具と、前記計測器具を固定する固定器具と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ロッドに対して探針が移動可能であり、かつ、探針の探針接触面が平坦であるため、探針接触面の角度を変えながら測定対象物に追従密着することができる。これにより、表面に凹凸や振れを有する測定対象物に対しても容易な操作により測定対象物の芯ずれの測定を、高い精度で効率よく実施することができる。

図１は、計測装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、第１実施形態の振れ計測治具を拡大して示す正面図である。 図３は、図２に示す第１実施形態における探針を拡大して示す平面図である。 図４は、図２に示す第１実施形態における探針を拡大して示す断面図である。 図５は、図２に示す第１実施形態におけるライナーを拡大して示す平面図である。 図６は、第２実施形態の振れ計測治具を拡大して示す正面図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜組み合わせることが可能である。

図１を参照して、本実施形態に係る振れ計測治具１０ａを有する計測装置１４について説明する。図１は、計測装置の概略構成を示す模式図である。測定対象物１６は、角溝１８を有する多段ポンプの羽根車ねじシール部を想定しているが、これに限定されない。例えばタービンローターなどの回転体を測定対象物とした場合においても、本発明は適用可能である。測定対象物１６は、回転軸１９を軸として回転する。

計測装置１４は、固定器具５と、計測器具８と、振れ計測治具１０ａを有する。固定器具５は、例えばマグネットベースを有するスタンドや、バキュームベースを有するダイヤルゲージスタンドであり、計測器具８を固定する。固定器具５は、測定対象物１６を支持する土台等に対して動かない部材に固定されている。具体的には、回転する測定対象物１６を支持する固定側の部材（土台、ケーシング）に固定される。

計測器具８は、固定器具５に固定され、振れ計測治具１０ａと接続している。計測器具８は、例えばダイヤルゲージである。計測器具は、他の距離や変位を測定する器具や、機器であってもよい。計測器具８は、接続している振れ計測治具１０ａを固定器具５に対して移動可能な状態で支持している。計測器具８は、振れ計測治具１０ａの移動を検出する。

次に、図１に加え、図２から図５を用いて、本発明の第１実施形態に係る振れ計測治具１０ａについて説明する。振れ計測治具１０ａは、測定対象物１６と接触し、接触する位置の測定対象物１６の形状に応じて、全体が移動する。つまり、振れ計測治具１０ａは、計測器具８との接続位置と、測定対象物１６との接触位置との距離を一定とすることができる治具である。振れ計測治具１０ａは、ロッド２２ａと、探針２４ａと、ねじ３０と、ライナー４０と、を有する。

ロッド２２ａは、棒状の部材であり、接続部２０ａと、ロッド先端２３ａと、を有する。接続部２０ａは、ロッド２２ａの一方の端部に形成され、計測器具８と接続する。接続部２０ａは、例えば雄ねじであり、計測器具８に形成された雌ねじ部と締結される。なお、計測器具８とロッド２２ａの接続方法はねじによる締結に限定されない。例えば、クランプやボルトナットによる接続であってもよい。ロッド先端２３ａは、接続部２０ａとは反対側の端部に形成されている。ロッド先端２３ａは、ロッド２２ａの棒状の部分よりも径が大きい球体である。ロッド先端２３ａは、ロッド２２ａの棒状の部分との接続部以外が球体となっている。ロッド先端２３ａは、半球よりも大きい球である。ロッド先端２３ａは、球体の中心点が、ロッド２２ａの棒状の部分の中心軸の延長線上にあることが好ましい。

探針２４ａは、ロッド２２ａのロッド先端２３ａに対面して配置されている。探針２４ａは、略直方体の形状であり、探針接触面（探針接触面）２５ａと、面取り部２７ａと、ねじ穴２８と、凹部３１を有する。探針接触面２５ａは、ロッド２２ａから最も遠い面であり、ロッド２２ａの棒状の部材の軸の延長線と交差する面である。探針接触面２５ａは、平坦な面である。探針接触面２５ａは、測定対象物１６に接する面である。

面取り部２７ａは、探針接触面２５ａの外縁に形成されている。つまり、面取り部２７ａは、探針接触面２５ａと探針接触面２５ａと交差する面とが接する角部を面取りして形成される。なお、図２、及び図３において、面取り部２７ａは、断面が直線となる形状で示しているが、断面が曲線となる面取りでもよい。

凹部３１は、探針２４ａの球形のロッド先端２３ａ側の面に形成されている。凹部３１は、探針２４ａの球形のロッド先端２３ａ側の面に対して窪んでおり、ロッド先端２３ａが挿入される。凹部３１は、曲面部３２と、直線部３３を有する。曲面部３２は、ロッド先端２３ａの外径以上の大きさの略半球形である。直線部３３は、曲面部３２の端部から、探針接触面２５ａに対して鉛直方向へ延長された部分である。ロッド先端２３ａは、凹部３１に対して移動可能な状態で挿入され、計測時にロッド先端２３ａと接触する。

ねじ穴２８は、探針２４ａの凹部３１が形成されている面、つまりロッド２２ａが挿入される側の面に形成されている。ねじ穴２８は、ライナー４０を固定する固定治具（ねじ）が螺合される。

ライナー４０は、図２及び図５に示すように、探針２４ａの凹部３１の周囲に設けられている。ライナー４０は、凹部３１に挿入されたロッド先端２３ａを凹部３１から抜けることを防止する抜け止め部品である。ライナー４０は、穴あき円板を、上下に分割した形状である。ライナー４０は、形成された穴の径が、ロッド先端２３ａの外径よりも小さく、ロッド先端２３ａを凹部３１の最も深い位置に突き当てたときの探針２４ａの凹部３１が形成されている面上のロッド先端２３ａの径よりも大きい。ライナー４０は、ねじ穴２８に対応する位置に穴４２が形成されている。ライナー４０の形状は、穴あき円板を上下に分割した形状に限定されない。例えば、上下左右に４分割された形状、あるいは分割をせず、リング状の板をそのままライナー４０として用いても問題ない。

ねじ３０は、穴４２に挿入され、ねじ穴２８に螺合されることで、ライナー４０を探針２４ａに対して固定する。

振れ計測治具１０ａは、以上のような構成である。振れ計測治具１０ａは、各部を製造し、ロッド２２ａのロッド先端２３ａを、凹部３１に挿入する。次に、曲面部３２とロッド先端２３ａとが接触した状態で、ライナー４０を配置し、ライナー４０を探針２４ａにねじ３０で固定する。これにより、ロッド２２ａに対して探針２４ａが抜けない状態となり、かつ、ロッド２２ａに対して探針２４ａが移動可能な状態となる。

次に、振れ計測治具１０ａを有する計測装置１４を用いた計測動作（計測方法）について説明する。図１及び図２に示すように、測定対象物１６の表面に探針接触面２５ａを接触させる。また、振れ計測治具１０ａを計測器具８に固定する。また計測器具８は、固定器具５に固定する。なお、振れ計測治具１０ａと計測器具８と固定器具５の固定の順番が特に限定されず、固定器具５に計測器具８を固定し、計測器具８に振れ計測治具１０ａを固定した状態で、振れ計測治具１０ａを測定対象物１６に接触させてもよい。振れ計測治具１０ａは、曲面部３２とロッド先端２３ａとが接触した状態とする。具体的には、計測器具８で変位が計測されている状態で各部の位置を固定する。計測器具８で変位が計測されている状態とすることで、探針接触面２５ａと測定対象物１６とが接触し、曲面部３２とロッド先端２３ａとが接触し、振れ計測治具１０ａの端部から端部までの距離が一定となり、測定対象物１６の表面が変位すると、変位が計測器具８に到達する状態となり、計測器具８で、測定対象物１６の表面が変位できる状態となる。

計測装置１４の設置が完了した後、測定対象物１６を回転させ、触れ計測治具１０ａと接触する位置の測定対象物１６を移動させ、計測器具８で触れ計測治具１０ａと接触する位置の変位を計測する。これにより、測定対象物１６の芯ずれを計測することができる。

本実施形態の振れ計測治具１０ａは、ロッド先端２３ａを探針２４ａとライナー４０とで挟み込んだ状態で、探針２４ａがロッド先端２３ａに対して、回動自在に支持されている状態である。これにより、ロッド２２ａに対して探針２４ａが回動可能な状態となる。また、ロッド先端２３ａと凹部３１とが球形であるため、ロッド２２ａの軸に対して探針２４ａの探針接触面２５ａが傾いても探針接触面２５ａとロッド２２ａの接続部２０ａまでの距離を一定とすることができる。また、探針接触面２５ａを平坦面とすることで、測定対象物１６と面接触させることができる。

以上より、振れ計測治具１０ａは、測定対象物１６が、回転軸に平行な方向に凹凸を有していても、探針接触面２５ａが測定対象物１６の回転軸に平行な方向の同じ位置と接触した状態を維持することができる。つまり、図２に示すように、測定対象物１６が周方向に延びた角溝１８が形成された形状であっても、探針２４ａの一部が角溝１８に入り込むことを抑制することができる。また、測定対象物が芯ずれし、測定対象物に振れが生じた場合でも面接触していることで、角溝１８に落ち込むことを抑制できる。また、ロッド２２ａに対して探針２４ａが回動できることで、測定対象物に対して簡単に面接触させることができる。また、ロッド先端２３ａを球形とし、凹部３１を曲面部３２とすることで、ロッド先端２３ａの球形の中心を軸として、探針接触面２５ａを種々の方向に移動させることができる。

振れ計測治具１０ａは、ロッド２２ａに対して探針２４ａが移動可能であり、かつ、探針２４ａの探針接触面２５ａが平坦面であるため、探針接触面２５ａの角度を変えながら測定対象物に追従密着することができ、測定対象物と面接触させることができる。これにより、測定対象物の表面に凹凸や振れを有する測定対象物に対しても容易な操作により測定対象物の芯ずれの測定を、高い精度で効率よく実施することができる。

また、凹部３１に直線部３３を設け、ライナー４０を用いて、ロッド先端２３ａが探針２４ａから抜けない構造とすることで、ロッド先端２３ａとライナー４０の間に隙間が形成され、探針２４ａがロッド２２ａに対して回動し易くすることができる。これにより、角溝１８のような凹凸を有する測定対象物１６を計測する場合においても、探針接触面２５ａと測定対象物１６が接した状態における移動が円滑になり、計測が容易になる。

また、探針２４ａは、探針接触面２５ａと、面取り部２７ａを測定対象物１６よりも硬度が高い材料とすることが好ましい。測定対象物１６よりも硬度が高い材料にする方法としては、探針２４ａの母材に対して加工を行い、硬度を高くする方法と、母材よりも硬度が高い材料を設置する補法がある。ここで、硬度が高くなる処理とは、例えば硬質クロームメッキ処理である。探針接触面２５ａと、面取り部２７ａを測定対象物１６よりも硬度が高い材料とすることで、探針接触面２５ａと測定対象物１６の間の摩擦係数が小さくなり、計測が容易になる。また、これにより、探針接触面２５ａの摩耗を抑制することが可能になり、振れ計測治具１０ａの耐久性が向上する。

また、探針接触面２５ａと、凹部３１の間に挟まれ、最も薄い部分の厚みは、１０００μｍ以下５０μｍ以上とすることが好ましい。

振れ計測治具１０ａは、凹部３１と、ロッド先端２３ａを平滑加工した面とすることが好ましい。これにより、探針２４ａと、ロッド先端２３ａの摺動性が向上し、探針２４ａが、ロッド先端２３ａに対して、より回動し易くなる。ここで、平滑加工とは、例えばラッピング加工や、ポリシング加工である。

次に、図６を用いて、本発明の第２実施形態に係る振れ計測治具１０ｂについて説明する。図６は、第２実施形態の振れ計測治具を拡大して示す正面図である。なお、第２実施形態の振れ計測治具１０ｂは、上述した第１実施形態の振れ計測治具１０ａに代えて計測装置１４に適用することができる。

図６に示す振れ計測治具１０ｂは、ロッド２２ｂと、探針２４ｂを有する。ロッド２２ｂは、計測器具８側に形成された接続部２０ｂと、探針２４ｂ側に形成されたロッド先端２３ｂを有する。接続部２０ｂは雄ねじが形成され、計測器具８に形成された雌ねじ部と締結される。ロッド先端２３ｂと、後述する探針２４ｂには、回転軸穴５０が開口している。なお、計測器具８とロッド２２ｂの接続方法はねじによる締結に限定されない。例えば、クランプやボルトナットによる接続であってもよい。探針２４ｂは、探針接触面２５ｂと、面取り部２７ｂと、回転軸穴５０を有する。面取り部２７ｂは、探針接触面２５ｂの端部に面取りを施した部分である。回転軸穴５０は、探針２４ｂ、並びに、ロッド先端２３ｂに空けられた開口である。探針２４ｂと、ロッド先端２３ｂの回転軸穴５０は、図示しない回転軸を介して、１方向に回動自在に連結されている。

振れ計測治具１０ｂは、探針２４ｂが、ロッド先端２３ｂに対して、回転軸を中心として１方向に回動自在に支持される。このように、ロッド先端２３ｂに対して探針２４ｂを１方向のみ回動自在とすることでも、ロッド先端２３ｂに対して探針２４ｂを固定する場合よりも、測定対象物１６に面接触させやすくすることができる。これにより、作業性を高くすることができる。

５ 固定器具
８ 計測器具
１０ａ、１０ｂ 振れ計測治具
１４ 計測装置
１６ 測定対象物
１８ 角溝
１９ 回転軸
２０ａ、２０ｂ 接続部
２２ａ、２２ｂ ロッド
２３ａ、２３ｂ ロッド先端
２４ａ、２４ｂ 探針
２５ａ、２５ｂ 探針接触面
２７ａ、２７ｂ 面取り部
２８ ねじ穴
３０ ねじ
３１ 凹部
３２ 曲面部
３３ 直線部
４０ ライナー
４２ 穴
５０ 回転軸穴

Claims (7)

1. 計測器具に支持され、測定対象物と接触する振れ計測治具であって、
   一端が前記計測器具と接続されたロッドと、
   前記ロッドの他端に回動可能な状態で支持され、前記測定対象物と接触する探針と、を有し、
   前記探針は、前記測定対象物と接触する部分が平坦な探針接触面であることを特徴とする振れ計測治具。
2. 前記ロッドは、前記探針側の一端が球形であり、
   前記探針は、前記ロッドの球形の一端と略同一の半球形の凹部が設けられ、前記凹部が前記ロッドの球形に接触し、前記球形の表面に沿って、回動可能であることを特徴とする請求項１に記載の振れ計測治具。
3. 前記ロッドの、球形の径よりも小さい径の開口部を有し、前記探針の前記凹部が形成される端面に固定されたライナーを有することを特徴とする請求項２に記載の振れ計測治具。
4. 前記ロッドは、前記探針との接触面が平滑加工された面であり、
   前記探針は、前記ロッドとの接触面が平滑加工された面であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の振れ計測治具。
5. 前記探針は、前記探針接触面の周囲に面取りが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振れ計測治具。
6. 前記探針は、前記探針接触面が前記測定対象物よりも硬度の高い材料であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振れ計測治具。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の前記振れ計測治具と、
   前記振れ計測治具を支持し、前記振れ計測治具の変位を検出する計測器具と、前記計測器具を固定する固定器具と、
   を有することを特徴とする計測装置。

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