JP2022143957A - Measurement jig, three-dimensional measurement system, and three-dimensional measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、計測治具、3次元計測システムおよび3次元計測方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a measuring jig, a three-dimensional measuring system, and a three-dimensional measuring method.
蒸気タービンなどの軸流タービンの回転機器は、ロータ(ロータシャフト)とそのロータ周囲に設けられたケーシングを備えている。ロータ外周面には動翼が設けられており、ロータとともに回転体を構成している。ケーシングの内周面には静翼が設けられており、ケーシングとともに静止体を構成している。 A rotating device of an axial flow turbine such as a steam turbine includes a rotor (rotor shaft) and a casing provided around the rotor. Moving blades are provided on the outer peripheral surface of the rotor, and form a rotating body together with the rotor. A stationary blade is provided on the inner peripheral surface of the casing, and constitutes a stationary body together with the casing.
静止体と回転体との間には、半径方向に間隙が設けられている。この間隙には、シール装置が設けられている。シール装置は、静止体の内面に設けられて回転体の外周面に向かって突出した鋭利な歯先形状を持つ環状のシールフィンを有している。このシールフィンの先端と回転体との間には、接触を防止するとともに、通過する作動流体の流量を低減するために、微小間隙が設けられている。 A gap is provided in the radial direction between the stationary body and the rotating body. A sealing device is provided in this gap. The seal device has an annular seal fin provided on the inner surface of the stationary body and having a sharp tooth tip shape protruding toward the outer peripheral surface of the rotating body. A minute gap is provided between the tip of the seal fin and the rotating body to prevent contact and reduce the flow rate of the working fluid passing therethrough.
このシールフィンの歯先先端と回転体との間の微小間隙の寸法(間隙寸法)は、回転機器の運転中の回転体と静止体の接触や回転体へのスケールの付着、分解組立時の回転体・静止体の状態変化により経時的に変化しうる。このため、タービン(回転機器)の点検時には、この間隙寸法を計測し、当該間隙寸法が規定の範囲内にあるか否かが確認される。 The dimension of the minute gap (gap dimension) between the tip of the tooth tip of this seal fin and the rotating body is the contact between the rotating body and the stationary body during operation of the rotating equipment, the adhesion of scale to the rotating body, and the It can change over time due to changes in the state of the rotating/stationary body. Therefore, when inspecting the turbine (rotating equipment), the gap size is measured to confirm whether or not the gap size is within a specified range.
この間隙寸法は、静止体の対向するシールフィン内径などの内側寸法の計測値を用いて見積もることができる。この間隙寸法を見積もるためのシールフィンの対向する内径などの内側寸法計測は、従来はインサイドマイクロメータによる測定が用いられている。 This gap size can be estimated using a measurement of an inside dimension such as the inside diameter of the opposing seal fins of the stationary body. Conventionally, an inside micrometer is used to measure inner dimensions such as the opposing inner diameters of the seal fins for estimating the gap dimensions.
上記インサイドマイクロメータは円柱状に形成されたロッドを有しており、ロッド両端の測定子は半球状に形成された端部を有する構造となっている。たとえば、シールフィン内径寸法測定時には、インサイドマイクロメータの一方の端部をシールフィンへ当接させ、他方の測定子を対向するシールフィン先端へ当接することでシールフィン先端の内側寸法を測定する。また、上下方向の内径計測では上半/下半別体構造となった静止体の水平面に金属製直尺(ストレートエッジ)を設置し、水平面を渡した金属製直尺の下面から垂直におろした最下部のシールフィン先端までの半径距離を計測する方法が用いられている。 The inside micrometer has a cylindrical rod, and probes at both ends of the rod have hemispherical ends. For example, when measuring the inner diameter of the seal fin, one end of the inside micrometer is brought into contact with the seal fin, and the other probe is brought into contact with the opposing seal fin tip to measure the inner dimension of the seal fin tip. In addition, when measuring the inner diameter in the vertical direction, a metal straight edge is placed on the horizontal surface of the stationary body with the upper half / lower half separate structure, and the metal straight edge is vertically lowered from the lower surface of the metal straight edge across the horizontal surface. A method of measuring the radial distance to the tip of the lowermost seal fin is used.
しかし、従来計測方法において、インサイドマイクロメータで内径計測を実施する場合、当該計測器の構造上、大きな内径を持つ静止体の計測については、インサイドマイクロメータは長大化し内径計測に際して2人作業の計測になる。また、計測に付随する大型の金属製直尺の使用と、それに伴うクレーン作業の発生などの、計測作業に厳しい制約が生じる。 However, in the conventional measurement method, when measuring the inner diameter with an inside micrometer, due to the structure of the measuring instrument, when measuring a stationary object with a large inner diameter, the inside micrometer becomes long and requires two people to measure the inner diameter. become. In addition, there are severe restrictions on the measurement work, such as the use of a large metal straight rule accompanying the measurement and the accompanying crane work.
そこで、従来のインサイドマイクロメータおよび金属製直尺を用いた計測方法について、上記の計測時の制約を解決する代替計測方法として、レーザや3Dスキャンによる座標計測装置により計測対象のシールフィン先端の座標計測を行い、計測された座標から対向するシールフィン先端間の内径を求める方法が検討されている。 Therefore, as an alternative measurement method to solve the above-mentioned restrictions on measurement, the coordinates of the tip of the seal fin to be measured by a coordinate measurement device using laser or 3D scanning are proposed. A method of measuring and determining the inner diameter between the tips of the opposing seal fins from the measured coordinates is being studied.
一般に使用される3次元計測装置の計測用プローブは、計測対象面に対して点接触で座標計測できるように、先端が球体形状になっている。そのため、シールフィンの先端部計測の際に、球体の計測用プローブ中心とシールフィン先端の中心線がずれて測定誤差が生じるおそれがある。 A measurement probe for a generally used three-dimensional measurement device has a spherical tip so that coordinate measurement can be performed by point contact with a surface to be measured. Therefore, when measuring the tip of the seal fin, the center of the spherical measurement probe and the center line of the tip of the seal fin may deviate from each other, resulting in a measurement error.
なお、同様に球面と歯先先端を計測する計測方法について、インサイドマイクロメータにスリット構造を持つ専用治具をはめ込みシールフィン先端からのずれを防止する形状を有する治具を用いる技術が知られている。しかし、その技術はインサイドマイクロメータが従来持つ構造を利用した治具であり、球体形状を持つ3次元計測装置の計測用プローブには適用できない。 In addition, regarding the measurement method for measuring the spherical surface and the tip of the tooth tip, a technique is known in which a special jig with a slit structure is fitted in the inside micrometer and the jig has a shape that prevents deviation from the tip of the seal fin. there is However, this technique is a jig that utilizes the conventional structure of the inside micrometer, and cannot be applied to the measuring probe of the three-dimensional measuring device having a spherical shape.
そこで、本発明の実施形態は、シールフィンなどの線状に延びる突起部の3次元計測を精度よく容易に行うことを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of an embodiment of the present invention is to accurately and easily perform three-dimensional measurement of linearly extending protrusions such as seal fins.
本発明の一実施形態に係る計測治具は、計測対象物の線状に延びる突起部の先端の接触点にプローブの凸曲面当接面を接触させて前記突起部の先端の接触点の3次元的位置を計測する際に用いることができる前記プローブに着脱可能な計測治具であって、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の両側をはさんで配置可能なガイド部と、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記ガイド部と一体化して、当該計測治具を前記プローブに保持する保持部と、を有し、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の先端の接触点と前記プローブの凸曲面当接面とが接触可能に構成されていること、を特徴とする。 A measuring jig according to an embodiment of the present invention is configured to bring a convex contact surface of a probe into contact with a contact point at the tip of a projection extending linearly on an object to be measured, thereby to move three contact points at the tip of the projection. A measurement jig attachable to and detachable from the probe that can be used to measure a dimensional position, and can be placed on both sides of the protrusion while the measurement jig is attached to the probe. and a holding part that is integrated with the guide part and holds the measurement jig to the probe in a state where the measurement jig is attached to the probe, and the measurement jig is It is characterized in that the contact point at the tip of the protrusion and the convex curved contact surface of the probe are configured to be in contact with each other when attached to the probe.
また、本発明の一実施形態に係る3次元計測システムは、凸曲面当接面を備え、計測対象物の線状に延びる突起部の先端の接触点に前記凸曲面当接面を接触可能なプローブと、前記プローブに着脱可能な計測治具と、を有し、前記接触点の3次元的位置を計測可能な3次元計測システムであって、前記計測治具は、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の両側をはさんで配置可能なガイド部と、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記ガイド部と一体化して、当該計測治具を前記プローブに保持する保持部と、を有し、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の先端の接触点と前記プローブの凸曲面当接面とが接触可能に構成されていること、を特徴とする。 In addition, the three-dimensional measurement system according to one embodiment of the present invention includes a convex curved contact surface, and the convex curved contact surface can be brought into contact with a contact point at the tip of the linearly extending protrusion of the measurement object. A three-dimensional measurement system having a probe and a measurement jig detachable from the probe and capable of measuring the three-dimensional position of the contact point, wherein the measurement jig is the A guide part that can be arranged on both sides of the protrusion when attached to the probe, and a measuring jig integrated with the guide part when the measuring jig is attached to the probe. to the probe, and a contact point at the tip of the protrusion and a convex curved surface contact surface of the probe can be in contact with each other when the measurement jig is attached to the probe. characterized by:
また、本発明の一実施形態に係る3次元計測方法は、計測対象物の線状に延びる突起部の先端の接触点に接触可能な凸曲面当接面を備えたプローブを用いる3次元計測方法であって、前記プローブに、前記突起部の両側をはさんで配置可能なガイド部を備えた計測治具を着脱可能に取り付ける計測治具取り付けステップと、前記計測治具取り付けステップの後に、前記プローブの凸曲面当接面と前記突起部の先端の接触点とを接触させるプローブ接触ステップと、前記接触ステップの後に前記接触点の3次元的位置を計測する計測ステップと、を有すること、を特徴とする。 A three-dimensional measurement method according to an embodiment of the present invention uses a probe having a convex curved contact surface capable of contacting a contact point at the tip of a projection extending linearly on an object to be measured. A measuring jig attaching step of detachably attaching a measuring jig having a guide portion that can be arranged on both sides of the protrusion to the probe; and after the measuring jig attaching step, the A probe contacting step of contacting a contact point on the tip of the protrusion with a convex curved contact surface of the probe; and a measuring step of measuring the three-dimensional position of the contacting point after the contacting step. Characterized by
この発明の実施形態によれば、シールフィンなどの線状に延びる突起部の3次元計測を精度よく容易に行うことができる。 According to the embodiment of the present invention, three-dimensional measurement of linearly extending protrusions such as seal fins can be performed accurately and easily.
以下、本発明に係る計測システムの実施形態について、図面を参照して説明する。ここで互いに共通する部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。 An embodiment of a measurement system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, parts common to each other are denoted by common reference numerals, and redundant explanations are omitted.
はじめに、本発明の実施形態に係る計測システムの適用対象について、図1ないし図3を用いて説明する。 First, application targets of the measurement system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
図1は、本発明の実施形態に係る計測システムの適用対象となる軸流タービンの一つの段落の上半部を示す部分縦断面図である。図2は、図1の軸流タービンの一つの段落のシールフィンの内径寸法を示す部分縦断面図である。図3は、図1および図2の軸流タービンの一つの段落のシールフィンの下半部を分解時斜視図として示す図であって、シールフィンの内径寸法を示す図である。ここで、軸流タービンの軸方向をX方向とし、径方向外側をY方向とし、周方向をZ方向とする。 FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view showing the upper half of one stage of an axial flow turbine to which a measurement system according to an embodiment of the present invention is applied. 2 is a partial vertical cross-sectional view showing the inner diameter dimension of one stage of the seal fin of the axial flow turbine of FIG. 1. FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the lower half of a seal fin in one stage of the axial flow turbine of FIGS. 1 and 2, showing the inner diameter dimension of the seal fin. Here, the axial direction of the axial turbine is the X direction, the radially outer side is the Y direction, and the circumferential direction is the Z direction.
回転機器である軸流タービン(たとえば蒸気タービン)は、回転体と静止体とを有する。静止体は、ケーシング12と、ケーシング12に取り付けられて軸方向に垂直な面(YZ面)に沿って広がる複数のノズルダイアフラム13と、各ノズルダイアフラム13に取り付けられて周方向に互いに間隔をあけて配列された複数の静翼14とを有する。
An axial flow turbine (for example, a steam turbine), which is a rotating device, has a rotating body and a stationary body. The stationary bodies include a
回転体は、回転軸に沿って延びるロータ(ロータシャフト)15と、ロータ15に取り付けられた複数の動翼16とを有する。動翼16は、周方向に互いに間隔をあけて配列されて動翼列を構成し、軸方向に互いに間隔をあけて複数の動翼列が配置されている。一つのノズルダイアフラム13に取り付けられた静翼14の列とその静翼14の列と軸方向に隣接する一つの動翼列とで一つの段落が構成される。作動流体(たとえば蒸気)は、静翼14の列および動翼16の列を順次軸方向に通って次の段落へ流れ込む。
The rotating body has a rotor (rotor shaft) 15 extending along the rotation axis and a plurality of
ここで、静翼14および動翼16以外の部分を流れる作動流体の漏洩流は動力発生に寄与しないので、この漏洩流を抑制するために、ノズルダイアフラム13にシールフィン17,18,19が設けられている。シールフィン17,18,19は、環状に内側に向かって突出し、それらの環状の先端が回転体の外周面に向かうように配置されている。シールフィン17,18,19の環状の先端は、鋭利な歯先形状をしている。
Here, since the leakage flow of the working fluid flowing through portions other than the
シールフィン17,18,19の環状の先端と回転体の外周面との間には、接触を防止するとともに漏洩流を抑制するために微小間隙が設けられている。 A minute gap is provided between the annular tips of the seal fins 17, 18 and 19 and the outer peripheral surface of the rotating body to prevent contact and suppress leakage flow.
この微小間隙の寸法を適当な範囲内に保つために、この実施形態では、回転機器の点検時に、回転体を外した状態で、シールフィン17,18,19の環状の先端の内径D1,D2,D3を測定する。
In order to keep the dimension of this minute gap within an appropriate range, in this embodiment, when inspecting the rotating equipment, the inside diameters D1, D2 of the annular tips of the
図4は、図3の軸流タービンの一つの段落のシールフィンの下半部を分解時に3次元計測する状況を模式的に示す斜視図である。計測用プローブ21は、球状部22と、球状部22に接続された棒状部23とを有する。球状部22の先端の凸曲面当接面22aをシールフィン17,18,19の先端の接触点に接触させた状態で、3次元計測装置20から発したレーザ光をプローブ21に照射する。プローブ21からの反射レーザ光を計測することにより、シールフィン17,18,19の先端の3次元座標を求めることができる。さらに、各シールフィン17,18,19の径方向反対側の位置の座標を求めることにより、2点間の距離として内径を計算することができる。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing how the lower half of the seal fin of one stage of the axial flow turbine of FIG. 3 is three-dimensionally measured during disassembly. The
図5は、本発明の実施形態に係る計測システムにおいて、プローブに計測治具を取り付けていない場合に、プローブの先端をシールフィンの先端に接触させたときの状況を説明するための部分断面図であって、(a)は正しい計測位置の状態を示し、(b)は計測位置がずれた場合を示す図である。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining the state when the tip of the probe is brought into contact with the tip of the seal fin when no measurement jig is attached to the probe in the measurement system according to the embodiment of the present invention. 3A shows a state of a correct measurement position, and FIG. 3B shows a case where the measurement position is deviated.
図5(a)に示すようにプローブ21の先端の球状部22の中心位置とシールフィン17(18,19)の先端位置をX方向に合わせることにより、3次元計測装置20によってシールフィン17(18,19)の先端の座標を正しく求めることができる。しかし、図5(b)に示すように、プローブ21の球状部22の中心位置とシールフィン17(18,19)の先端位置の間に、X方向の偏心eがある場合、プローブ21の位置にY方向のずれεが生じる。それにより、この計測結果から得られるシールフィン17(18,19)の内径に誤差が生じる。
As shown in FIG. 5A, by aligning the center position of the
そこで、本発明の実施形態に係る計測システムでは、プローブ21に着脱可能な計測治具を取り付けて、上述の計測誤差の低減を図る。
Therefore, in the measurement system according to the embodiment of the present invention, a detachable measurement jig is attached to the
[第1の実施形態]
図6は、本発明の第1の実施形態に係る計測システムにおいて、計測治具をプローブに取り付けて、シールフィンの先端にプローブの先端を接近させた状態を示す部分断面図であって、図7および図8のVI-VI矢視断面図である。また、図7は図6のVII-VII矢視上面図であり、図8は図6のVIII-VIII矢視底面図である。
[First embodiment]
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is attached to the probe and the tip of the probe is brought close to the tip of the seal fin in the measurement system according to the first embodiment of the present invention; 9 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a top view taken along line VII-VII in FIG. 6, and FIG. 8 is a bottom view taken along line VIII-VIII in FIG.
この第1の実施形態では、プローブ21の球状部22を囲むように、着脱可能な計測治具30が取り付けられる。計測治具30は、ガイド部31と、保持部32と、ガイド部31と保持部32とを分離可能に結合する結合部材33とを有する。
In this first embodiment, a
ガイド部31は、球状部22の周囲および下部を囲むように配置され、その中央に、下方に向かって先細の突出部35が形成され、その突出部35の先端にスリット36が形成されている。ガイド部31の上端は開放されており、ガイド部31の上方からプローブ21の球状部22を挿入した後に保持部32を球状部22の上方から被せて結合部材33によりガイド部31と保持部32が結合され、プローブ21に計測治具30が取り付けられる構造になっている。
The
結合部材33はたとえば2本のボルトである。これらのボルトを、保持部32に形成された貫通孔に上方から挿入し、ガイド部31の上部に形成されたねじ穴にねじ込むことによって、保持部32とガイド部31とを結合することができる。保持部32の下面に窪み32aが形成されていて、この窪み32aにガイド部31の上端をはめることにより、保持部32とガイド部31との位置合わせおよびこれらの結合を容易に行える。
The
保持部32の中央にはプローブ21の棒状部23が貫通する開口部37が形成されている。開口部37の大きさは、棒状部23の太さに対して余裕を持った大きさがあるので、計測対象となるシールフィン17,18,19の形状に合わせて計測治具30の向きを調整することができる。
An
プローブ21に計測治具30を取り付けた状態で、シールフィン17(18,19)の先端に球状部22を接近させ接触させることができる。このとき、当該シールフィン17(18,19)の先端は、ガイド部31の突出部35の先端のスリット36を貫通する。また、ガイド部31の突出部35は、隣接する他のシールフィン17(18,19)と干渉しない。スリット36が延びる方向は、シールフィン17(18,19)が延びる方向(Z方向)に合わせる。このガイド部31の突出部35の存在により、図5(b)に示すような偏心状態になることを避けて、シールフィン17(18,19)の先端に球状部22の下向き凸曲面の中央を正しく接近させ接触させることができる。
With the
なお、この第1の実施形態では、スリット36の間隙幅(X方向の幅)はY方向にもZ方向にも一定である。
In this first embodiment, the gap width (width in the X direction) of the
つぎに、本発明の第1の実施形態に係る計測システムを用いた計測方法の手順を、図9に沿って説明する。図9は、本発明の第1の実施形態に係る計測システムを用いた計測方法の手順を示すフロー図である。 Next, the procedure of the measuring method using the measuring system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing procedures of a measurement method using the measurement system according to the first embodiment of the present invention.
はじめに、プローブ21に計測治具30を取り付ける(計測治具取り付けステップS1)。
First, the
つぎに、3次元計測準備を行う(3次元計測準備ステップS2)。すなわち、計測用プローブ21の球状部22の位置を任意の基準原点に置いて、3次元計測装置20により、基準原点および3次元座標空間を定義する。
Next, three-dimensional measurement preparation is performed (three-dimensional measurement preparation step S2). That is, the position of the
つぎに、プローブ21に計測治具30を取り付けた状態でプローブ21の球状部22の凸曲面当接面22aをシールフィン17(18,19)の先端に接近させ接触させる(プローブ接触ステップS3)。
Next, with the measuring
つぎに、3次元計測装置20を用いてプローブ21の球状部22の位置の座標を計測する(計測ステップS4)。
Next, the coordinates of the position of the
つぎに、他の位置の計測が必要か否かを判定し(移動判定ステップS5)、他の位置の計測が必要な場合(移動判定ステップS5でYESの場合)は、プローブ21を移動する(プローブ移動ステップS6)。
Next, it is determined whether measurement of another position is necessary (movement determination step S5), and if measurement of another position is necessary (if YES in the movement determination step S5), the
プローブ移動ステップS6の後に、前述のプローブ接触ステップS3に戻る。 After the probe moving step S6, the process returns to the probe contacting step S3.
移動判定ステップS5で他の位置の計測が不要な場合(移動判定ステップS5でNOの場合)は、計測ステップS4で得られた2箇所の座標位置データに基づいて、それら2個所間の距離を算出する(距離算出ステップS7)。 If it is not necessary to measure other positions in the movement determination step S5 (NO in the movement determination step S5), the distance between the two locations is calculated based on the coordinate position data of the two locations obtained in the measurement step S4. Calculate (distance calculation step S7).
たとえば図3に示すような3種類の内径D1,D2,D3を求める場合は、プローブ21を6箇所に移動してそれらのシールフィン17,18,19の内側端部の位置を計測すればよい。 For example, when obtaining three types of inner diameters D1, D2, and D3 as shown in FIG. .
さらに、たとえば半円環状のシールフィン17の水平方向の内径D1に垂直な上下方向の半径を計測して真円度を求める場合は、半円環状のシールフィン17の内径D1の中点の座標を算出し、その中点と、その中点の真下のシールフィン17の内側端部(上端部)の位置との距離を求めればよい。
Furthermore, for example, when measuring the vertical radius perpendicular to the horizontal inner diameter D1 of the
以上説明したように、この実施形態により、シールフィンの内径を精度よく容易に計測することができる。 As described above, according to this embodiment, the inner diameter of the seal fin can be measured easily and accurately.
[第2の実施形態]
図10は、本発明の第2の実施形態に係る計測システムにおいて、計測治具をプローブに取り付けて、平坦な計測面に計測治具の先端を接近させた状態を示す部分断面図である。
[Second embodiment]
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is attached to the probe and the tip of the measurement jig is brought close to the flat measurement surface in the measurement system according to the second embodiment of the present invention.
この第2の実施形態は第1の実施形態の変形である。ガイド部31の突出部35の先端(下端)に、幾何公差が保証された平坦な機械加工面40が形成されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
This second embodiment is a modification of the first embodiment. A flat machined
この第2の実施形態では、図10に示すように、平坦な計測面41に対して、ガイド部31の突出部35の先端の機械加工面40を対向させて面接触させることができる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 10, the machined
この第2の実施形態で、あらかじめ、プローブ21に計測治具30を取り付けていない状態で、プローブ21の球状部22を計測面41に接触させて計測される座標C0より得られる中心高さH0を求める。さらに、プローブ21に計測治具30を取り付けた状態の球状部22にて、同一の計測面41で計測される座標Cより得られる中心高さHを求める。
In this second embodiment, the center height H0 obtained from the coordinates C0 measured by bringing the
得られた中心高さH0およびHより、以下の関係式(1)より、オフセット量Osを算出する。 From the obtained center heights H0 and H, the offset amount Os is calculated from the following relational expression (1).
H-H0=Os ・・・ (1)
これにより、プローブ21に計測治具30が取り付けられた状態で任意の計測面41を計測した場合においても、計測された任意の座標に対して、算出オフセットOsを補正することで球状部22を直接計測面41に当接して計測した計測値と同様の結果が得られる。
H−H0=Os (1)
As a result, even when an
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、プローブ21に計測治具30を取り付けた状態で、シールフィン17,18,19の内径を精度よく容易に計測することができるとともに、プローブ21から計測治具30を取り外すことなく任意の計測面41を計測することができる。
According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the inner diameters of the
[第3の実施形態]
図11は、本発明の第3の実施形態に係る計測システムにおいて、計測治具をプローブに取り付けて、シールフィンの先端にプローブの先端を接触させた状態を示す部分断面図である。
[Third embodiment]
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is attached to the probe and the tip of the probe is brought into contact with the tip of the seal fin in the measurement system according to the third embodiment of the present invention.
この第3の実施形態は第1または第2の実施形態の変形である。第3の実施形態では、ガイド部31の下方に向かって先細の突出部35が形成され、その突出部35の先端にスリット45が形成されている。このスリット45の形状が、第1または第2の実施形態におけるスリット36(図6等参照)の形状と異なる。すなわち、第3の実施形態では、シールフィン17(18,19)の先端角度θ1に適合するようにスリット45の開き角度θ2が形成されている。スリット45の開き角度θ2はシールフィン17(18,19)の先端角度θ1よりもわずかに大きいことが望ましい。その他の構成は第1または第2の実施形態に係る計測システムと同様である。
This third embodiment is a modification of the first or second embodiment. In the third embodiment, a projecting
この構成により、シールフィン17(18,19)の中心線と球体部22の中心のずれ(図5(b)の偏心e)を最小限とすることができ、このずれ(偏心e)により発生する計測誤差εも最小限とすることができる。また、スリット45の開き角度θ2がシールフィン17(18,19)の先端角度θ1よりもわずかに大きいことから、プローブ21の当接を容易とすることができる。
With this configuration, the deviation (eccentricity e in FIG. 5B) between the center line of the seal fins 17 (18, 19) and the center of the
複数種類のガイド部31を用意しておいて、シールフィン17,18,19の形状に合わせてガイド部31を付け替えるようにしてもよい。
A plurality of types of
なお、図11に示す例では、シールフィン17(18,19)の先端およびスリット45は、それぞれがほぼ左右対称であるが、非対称であってもよい。
In the example shown in FIG. 11, the tips of the seal fins 17 (18, 19) and the
[第4の実施形態]
図12は、本発明の第4の実施形態に係る計測システムにおいて、計測治具をプローブに取り付けて、シールフィンの先端にプローブの先端を接触させた状態を示す部分断面図である。また、図13は、第4の実施形態に係る計測システムにおいて、図12の状態の後に計測治具を持ち上げた状態を示す部分断面図である。
[Fourth embodiment]
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is attached to the probe and the tip of the probe is brought into contact with the tip of the seal fin in the measurement system according to the fourth embodiment of the present invention. 13 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is lifted after the state of FIG. 12 in the measurement system according to the fourth embodiment.
この第4の実施形態は第3の実施形態の変形である。第4の実施形態では、ガイド部31の球状体22を収容する空間が上下方向に長い。すなわち、図12の状態では球状体22とガイド部31の間に上下方向の間隙CLが形成され、図13の状態では球状体22と保持部32の間に上下方向の間隙CLが形成される。これにより、プローブ21に計測治具30を取り付けた状態で、プローブ21に対して相対的に計測治具30を上下に、間隙CLに相当する距離だけ動かすことができる。
This fourth embodiment is a modification of the third embodiment. In the fourth embodiment, the space accommodating the
以下、図14を参照して第4の実施形態に係る計測システムを用いた計測方法の手順を説明する。図14は、第4の実施形態に係る計測システムを用いた計測方法の手順を示すフロー図である。ここで、図9に示す第1の実施形態に係る計測システムを用いた計測方法の手順と同様の部分には共通のステップ名および符号を用い、重複説明は省略する。 The procedure of the measurement method using the measurement system according to the fourth embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing procedures of a measurement method using the measurement system according to the fourth embodiment. Here, common step names and reference numerals are used for portions similar to the procedure of the measurement method using the measurement system according to the first embodiment shown in FIG. 9, and redundant description is omitted.
第4の実施形態で、第1の実施形態と同様に、計測治具取り付けステップS1、3次元計測準備ステップS2、プローブ接触ステップS3を行う。 In the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the measurement jig attachment step S1, the three-dimensional measurement preparation step S2, and the probe contact step S3 are performed.
そのつぎに、プローブ21の球状部22をシールフィン17(18,19)の先端に接触させたままで、計測治具31をプローブ21に対して相対的に移動できるかどうかの検査を行う(計測治具移動検査ステップS11)。
Next, it is inspected whether or not the
計測治具移動検査ステップS11で計測治具31を移動できない場合(判定ステップS12でNOの場合)は、シールフィン17(18,19)などの計測対象物が計測治具31に接触して干渉していると考えられる。その場合は、プローブ接触ステップS3および計測治具移動検査ステップS11をやり直す。
If the
計測治具移動検査ステップS11で計測治具31を移動できる場合(判定ステップS12でYESの場合)は、プローブ21の球状部22がシールフィン17(18,19)の先端に正しく接触していると考えられるので、計測ステップS4に進む。
If the
その後の移動判定ステップS5、プローブ移動ステップS6、距離算出ステップS7は第1の実施形態(図9)と同様である。 The subsequent movement determination step S5, probe movement step S6, and distance calculation step S7 are the same as in the first embodiment (FIG. 9).
以上説明したように、第4の実施形態によれば、プローブ21の球状部22が適切にシールフィン17(18,19)に接触していることを確認したうえで計測することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, measurement can be performed after confirming that the
[第5の実施形態]
図15は、本発明の第5の実施形態に係る計測システムにおいて、計測治具をプローブに取り付けて、シールフィンの先端にプローブの先端を接触させた状態を示す部分断面図である。図16は、第5の実施形態に係る計測システムにおいて、図15の状態の後に計測治具のガイド部を引き下げた状態を示す部分断面図である。
[Fifth embodiment]
FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is attached to the probe and the tip of the probe is brought into contact with the tip of the seal fin in the measurement system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing a state in which the guide portion of the measurement jig is pulled down after the state of FIG. 15 in the measurement system according to the fifth embodiment.
この第5の実施形態は第4の実施形態の変形である。この第5の実施形態では、ガイド部31と保持部32とを結合する結合部材33は、ボルト50と、座金51,52と、圧縮ばね53とを備えている。ボルト50のねじ部50aは、保持部32を上下方向に貫通して延びる貫通孔60内を貫通してガイド部31の上部に形成されたねじ穴にねじ込まれている。ねじ部50aの上方のボルト頭部50bは保持部32の上方にあって、保持部32の上方に、圧縮ばね53をはさんで座金51,52が配置されている。
This fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. In the fifth embodiment, a connecting
図15に示す状態では、圧縮ばね53が伸びようとする弾性力により、ガイド部31が保持部32に向けて上方に引き上げられ、ガイド部31と保持部32が一体化してプローブ21の球状部22を抱えている。この状態で、球状部22をシールフィン17(18,19)の先端に接触させる。
In the state shown in FIG. 15, the
この図15に示す状態から、ガイド部31を手動で下方に引くと、図16に示すように、プローブ21および保持部32の位置をそのまま保持した状態でガイド部31を下方に移動させることができる。つぎに、ガイド部31を下方に引く力を解放すれば、圧縮ばね53が伸びようとする弾性力によりガイド部31が引き上げられて、図15に示す状態に戻る。
When the
ここで、図15に示す状態にあると見られる状態からガイド部31を手動で下方に引こうとしても引き下げることができない場合は、シールフィン17(18,19)などの計測対象物が計測治具31に接触して干渉していると考えられる。その場合は、計測治具31を取り付けたプローブ21の球状部22をシールフィン17(18,19)の先端に接触させるステップをやり直す。
Here, if the
この第5の実施形態によれば、第4の実施形態と同様に、プローブ21の球状部22が適切にシールフィン17(18,19)に接触していることを確認したうえで計測することができる。また、手動でガイド部31を引き下げているとき以外は、圧縮ばね53の弾性力によってプローブ21とガイド部31と保持部32とが常時互いに接触しているので、プローブ21とガイド部31と保持部32とを一体的に移動させて取り扱うことができ、第4の実施形態に比べて操作性がよい。
According to the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, measurement is performed after confirming that the
[第6の実施形態]
図17は、本発明の第6の実施形態に係る計測システムにおいて、計測治具をプローブに取り付けて、シールフィンの先端にプローブの先端を接近させた状態を示す部分断面図である。図18は、図17のXVIII-XVIII矢視底面図である。図19は、第6の実施形態に係る計測システムにおいて、図17および図18に示す計測治具をプローブに取り付けて、シールフィンの先端にプローブの先端を接触させた状態を示す部分断面図である。
[Sixth embodiment]
FIG. 17 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig is attached to the probe and the tip of the probe is brought close to the tip of the seal fin in the measurement system according to the sixth embodiment of the present invention. 18 is a bottom view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 17. FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing a state in which the measurement jig shown in FIGS. 17 and 18 is attached to the probe and the tip of the probe is brought into contact with the tip of the seal fin in the measurement system according to the sixth embodiment; FIG. be.
この第6の実施形態は、たとえば第1の実施形態の変形であって、計測治具30を構成するガイド部31および保持部32が初めから一体形成されている。計測治具30は弾性樹脂から形成され、計測治具30を弾性変形させることにより、プローブ21の球状部22に計測治具30を被せることができる。ガイド部31は、第1の実施形態とほぼ同様に、球状部22の周囲および下部を囲むように構成され、その中央に、下方に向かって先細の突出部35が形成され、その突出部35の先端にスリット36が形成されている。
This sixth embodiment is, for example, a modification of the first embodiment, and the
図17の状態では、スリット36は、その間隙幅(X方向の幅)が、そのスリット36の延びる方向(Z方向)およびスリット36の奥に向かう方向(Y方向)に一様である。しかし、図19に示すように、スリット36にシールフィン17(18,19)の先端を押し入れていくと、計測治具30が弾性変形してスリット36の形状がシールフィン17(18,19)の外形に合う形になる。
In the state of FIG. 17, the
計測治具30は、たとえば3次元造形装置(3Dプリンタ)を用いて製造することができる。
The
この第6の実施形態によれば、計測治具30を構成する部品の数を最少化することができ、しかも、プローブ21に計測治具30を取り付ける作業および逆に取り外す作業が容易に短時間で行えるようになる。また、計測治具30の弾性変形によってスリット36の形状がシールフィン17(18,19)の外形に合う形になるので、球状体22の中心とシールフィン17(18,19)の歯先中心線とのずれ(偏心e)を最小限とし、計測誤差εも最小限とすることができる。
According to the sixth embodiment, the number of parts constituting the measuring
[他の実施形態]
以上の図5ないし図8、図10ないし図13、図15ないし図19に関する説明の中で、「上」または「下」の方向の説明は主に説明の便宜のために用いたものであって、実際の重力方向とは直接関係がない。
[Other embodiments]
5 to 8, 10 to 13, and 15 to 19, the directions "up" and "down" are mainly used for convenience of explanation. is not directly related to the actual direction of gravity.
上記実施形態の説明で、プローブ21の球状部22は、必ずしも球状でなくてもよく、計測対象物と接触する当接面が凸曲面であればよい。
In the description of the above embodiment, the
また、上記実施形態の説明では計測対象物を主に回転機器のシールフィンとしたが、シールフィンと同様に線状に延びる突起部をもつ計測対象物であれば適用可能である。 In addition, in the description of the above embodiments, the object to be measured is mainly the seal fin of a rotating device, but any object to be measured that has a linearly extending projection like the seal fin can be applied.
また、上記実施形態の特徴を種々に組み合わせることも可能である。たとえば、第4および第5の実施形態ではガイド部のスリットの形状が第3の実施形態のスリットと同様にシールフィンの先端に向かって開き角をもって開いた形状としたが、第4または第5の実施形態のスリットの形状を第1または第2の実施形態のスリットのように一定幅の形状に変更してもよい。 It is also possible to combine the features of the above embodiments in various ways. For example, in the fourth and fifth embodiments, the shape of the slit in the guide portion is a shape that opens toward the tip of the seal fin with an opening angle like the slit in the third embodiment. The shape of the slit in the embodiment may be changed to a shape with a constant width like the slit in the first or second embodiment.
以上、本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら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。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
12…ケーシング、 13…ノズルダイアフラム、 14…静翼、 15…ロータ(ロータシャフト)、 16…動翼、 17,18,19…シールフィン(突起部)、 20…3次元計測装置、 21…プローブ、 22…球状部、 22a…凸曲面当接面、 23…棒状部、 30…計測治具、 31…ガイド部、 32…保持部、 32a…窪み、 33…結合部材、 35…突出部、 36…スリット、 37…開口部、 40…機械加工面、 41…計測面、 45…スリット、 50…ボルト、 50a…ねじ部、 50b…ボルト頭部、 51,52…座金、 53…圧縮ばね、 60…貫通孔
DESCRIPTION OF
Claims (14)
当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の両側をはさんで配置可能なガイド部と、
当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記ガイド部と一体化して、当該計測治具を前記プローブに保持する保持部と、
を有し、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の先端の接触点と前記プローブの凸曲面当接面とが接触可能に構成されていること、を特徴とする計測治具。 It can be used when measuring the three-dimensional position of the contact point at the tip of the projection by bringing the convex curved surface contact surface of the probe into contact with the contact point at the tip of the projection that extends linearly on the object to be measured. A measuring jig detachable from a probe,
a guide portion that can be arranged on both sides of the projection portion in a state where the measurement jig is attached to the probe;
a holding part that is integrated with the guide part and holds the measurement jig to the probe in a state where the measurement jig is attached to the probe;
wherein the contact point at the tip of the protrusion and the convex curved contact surface of the probe are configured to be in contact with each other when the measuring jig is attached to the probe. Measuring jig.
前記突起部は、前記静止部の内面で回転体に対向するように配置された環状のシールフィンであること、
を特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の計測治具。 The object to be measured is a stationary part of a rotating device,
wherein the protrusion is an annular seal fin arranged to face the rotating body on the inner surface of the stationary portion;
The measuring jig according to any one of claims 1 to 8, characterized by:
前記プローブに着脱可能な計測治具と、
を有し、前記接触点の3次元的位置を計測可能な3次元計測システムであって、
前記計測治具は、
当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の両側をはさんで配置可能なガイド部と、
当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記ガイド部と一体化して、当該計測治具を前記プローブに保持する保持部と、
を有し、当該計測治具が前記プローブに取り付けられた状態で、前記突起部の先端の接触点と前記プローブの凸曲面当接面とが接触可能に構成されていること、を特徴とする3次元計測システム。 a probe having a convex curved contact surface, the convex curved contact surface being capable of coming into contact with a contact point at the tip of the linearly extending protrusion of the object to be measured;
a measuring jig detachable from the probe;
A three-dimensional measurement system capable of measuring the three-dimensional position of the contact point,
The measuring jig is
a guide portion that can be arranged on both sides of the projection portion in a state where the measurement jig is attached to the probe;
a holding part that is integrated with the guide part and holds the measurement jig to the probe in a state where the measurement jig is attached to the probe;
wherein the contact point at the tip of the protrusion and the convex curved contact surface of the probe are configured to be in contact with each other when the measuring jig is attached to the probe. 3D measurement system.
前記プローブに、前記突起部の両側をはさんで配置可能なガイド部を備えた計測治具を着脱可能に取り付ける計測治具取り付けステップと、
前記計測治具取り付けステップの後に、前記プローブの凸曲面当接面と前記突起部の先端の接触点とを接触させるプローブ接触ステップと、
前記接触ステップの後に前記接触点の3次元的位置を計測する計測ステップと、
を有すること、を特徴とする3次元計測方法。 A three-dimensional measurement method using a probe having a convex curved contact surface capable of contacting a contact point at the tip of a projection extending linearly on an object to be measured,
a measuring jig attaching step of detachably attaching a measuring jig having guide portions that can be arranged on both sides of the protrusion to the probe;
a probe contacting step of contacting the contact point of the tip of the protruding portion with the convex curved contact surface of the probe after the measuring jig attaching step;
a measuring step of measuring the three-dimensional position of the contact point after the contacting step;
A three-dimensional measurement method characterized by having
をさらに有すること、を特徴とする請求項11に記載の3次元計測方法。 After the probe contacting step and before the measuring step, at least a portion of the measuring jig is attached to the probe while the convex curved contact surface of the probe is in contact with the contact point at the tip of the protrusion. An inspection step of inspecting whether it can be moved relative to
The three-dimensional measurement method according to claim 11, further comprising:
前記突起部は、前記静止部の内面で回転体に対向するように配置された環状のシールフィンであること、
を特徴とする請求項12に記載の3次元計測方法。 The object to be measured is a stationary part of a rotating device,
wherein the protrusion is an annular seal fin arranged to face the rotating body on the inner surface of the stationary portion;
The three-dimensional measurement method according to claim 12, characterized by:
前記複数か所の接触点について行った計測ステップで得られた前記複数か所の接触点の3次元的位置に基づいて、これら複数か所の接触点のうちの2か所の接触点の間の距離を求める距離算出ステップをさらに有すること、
を特徴とする請求項11ないし請求項13のいずれか一項に記載の3次元計測方法。 The probe contact step and the measurement step are performed for a plurality of the contact points at different positions,
between two of the plurality of contact points based on the three-dimensional positions of the plurality of contact points obtained in the measurement step performed for the plurality of contact points; further comprising a distance calculation step of obtaining the distance of
The three-dimensional measurement method according to any one of claims 11 to 13, characterized by:
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