JP4085616B2 - Inner surface shape measuring method and apparatus - Google Patents

Inner surface shape measuring method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP4085616B2
JP4085616B2 JP2001335958A JP2001335958A JP4085616B2 JP 4085616 B2 JP4085616 B2 JP 4085616B2 JP 2001335958 A JP2001335958 A JP 2001335958A JP 2001335958 A JP2001335958 A JP 2001335958A JP 4085616 B2 JP4085616 B2 JP 4085616B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shaft
measurement
measuring
casing
surface shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001335958A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003139525A (en
Inventor
輝美 小川
北海 鈴木
義之 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Plant Technologies Ltd filed Critical Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority to JP2001335958A priority Critical patent/JP4085616B2/en
Publication of JP2003139525A publication Critical patent/JP2003139525A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4085616B2 publication Critical patent/JP4085616B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空な計測対象物の内部に計測手段を設けて計測対象物の内面形状を計測する内面形状計測方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の断面形状が円形状である円筒などの中空な計測対象物における内面の形状を計測するものとして、特開昭63−58130号公報や特開平7−43103号公報に記載のものがある。
【0003】
これら従来技術では、計測手段を計測対象物の軸芯位置に設置し、軸芯から中空内面までの距離を周方向に順次測定し、さらに計測手段を軸方向に順次移動させて軸芯から中空内面までの距離を周方向に計測することを繰り返して、計測距離情報を処理することで3次元化を図るとともに、計測距離の偏差から凹凸など内面の形状を測定できるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、計測対象物の軸芯位置への計測手段の設置に当たっては、計測手段の中心位置から計測対象物の中空内面に向けて放射状に脚部など伸ばした固定治具があり、放射状に延びた各脚部の距離を等しくさせて計測手段の中心を軸芯位置に一致させている。計測は、計測手段の中心位置から計測対象物の中空内面に向けての距離を計測することで行うようになっている。
【0005】
従って、計測手段、即ち、固定治具を計測対象物の軸方向に順次移動させつつ軸芯から中空内面までの距離を周方向に計測することを繰り返す場合、計測対象物が真直であれば、固定治具を軸方向に順次移動させた固定治具の中心位置の軌跡は真直であり問題はない。
【0006】
しかしながら、計測対象物が曲がっているような場合には、計測手段における中心位置の軌跡は計測対象物の曲がりに沿って移動した形になる。
【0007】
ところが、計測した軸芯から中空内面までの距離自体はスカラー量であるから、計測手段の中心位置の移動は把握できず、凹凸など内面の形状を相対的に計測できても、計測対象物の曲がりを含めた絶対的な内面形状の計測は困難であった。
【0008】
それゆえ本発明の目的は計測対象物の内面形状を忠実に計測することができる内面形状計測方法及びその装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを有する計測手段を用いて計測する内面形状計測方法において、シャフトは計測対象物に保持されるとともに回動自在であり、このシャフトに基準点からの軸方向距離を計測可能な第1の計測ユニット(6B)と、シャフト中心からの距離を計測可能な第2の計測ユニット(6C)とを取り付け、シャフトを回動して、第1の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの中心位置ずれと、第2の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの面平行ずれとを同時に求め、これら求めたずれが予め定めた許容値以内になるようにシャフトの配置位置を変更した後にシャフトの撓みを解消し、このシャフトに軸方向移動可能に設けた第3の計測ユニットを用いて計測対象物の内面形状を計測することにある。
【0010】
さらに上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を計測するものであって、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを備えた内面形状計測装置において、シャフトの両端部に、このシャフトを回動自在に支持する支持手段を設けるとともに、基準点からの軸方向距離を計測可能な第1の計測ユニット(6B)と、シャフト中心からの距離を計測可能な第2の計測ユニット(6C)とをシャフトに取り付け、シャフトを回動して同時に得られた第1の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの中心位置ずれおよび第2の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの面平行ずれを求める演算手段を有し、シャフトにこのシャフトのたわみを検出する手段を設けたことにある。
【0011】
本発明によれば、計測手段を計測対象物の軸方向に順次移動させても、計測手段の固定位置がシャフトに沿って移動し計測対象物の中心に倣って移動しないので、計測結果がスカラー量でも中心が定まっていることによって、計測対象物の内面形状を忠実に計測することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら本発明方法及びその装置について説明する。
【0013】
図1は、本発明になる計測装置1により計測対象物である円筒状の段付きケーシング100の内面を計測する状況を示している。
【0014】
段付きケーシング100は、最大内径約φ900(mm),長さ約1800(mm)の回転機械用ケーシングで、ケーシング100の両端面にあるケーシング・スタッドボルト101,102を利用して計測装置1を設置している。
【0015】
計測装置1はケーシング100の両端面側に120度間隔で放射状に3本づつシャフト支持アーム2a、2bを備えており、シャフト支持アーム2a、2bの各一端のリング部をケーシング・スタッドボルト101,102に取付け、3本から成るシャフト支持アーム2a、2bの他端側はシャフト受けブロック3a、3bと連結してあり、シャフト4の両端部を支持する。シャフト支持アーム2a、2bは、図示していないが中程にターンバックルなどの長さを調節できる機構をもっている。
【0016】
ケーシング100の軸方向(図1の左右方向)において、シャフト4は中央で図1に図示した左右のピ−ス4a,4bに2分割し接続リング4cにより一体化したものであり、中央部において自重により生じる撓みを支持体5で矯正しつつ支持している。
【0017】
シャフト4には、計測手段である計測ユニット6A〜6Eを設けている。計測ユニット6Aはシャフト支持アーム2aとともにケーシング・ボルト101に固定してあり、計測ユニット6B〜6Eはシャフト4に移動可能に設けてある。
【0018】
計測ユニット6Aはシャフト4の軸方向の位置を計測するものであり、計測ユニット6B〜6Eはケーシング100の内面や端面の周方向や軸方向の位置を計測するものである。シャフト4は図示していないハンドルの操作で周方向、即ち、時計方向あるいは反時計方向に回転できるようになっており、その回転量は図示を省略した可撓性ジョイントでシャフト4に接続させたロータリエンコーダ7で計測している。このシャフト4の回転中に軸方向で位置ずれを起こすことがあるが、その移動量は計測ユニット6Aで計測して、計測位置とケーシング100における周方向での内面計測結果や軸方向での計測結果に対応させて、後々の内面形状の演算処理において利用する。
【0019】
図2により、計測ユニット6Dを代表として、計測ユニット6A〜6Eの計測方法を説明する。
【0020】
シャフト4の外周に支持ブロック6aを移動可能に固定している。
【0021】
即ち、支持ブロック6aには半径方向に1条の切れ目を設けてあり、ネジ締めにより切れ目の間隔を狭めて支持ブロック6aをシャフト4に緊縛固定する。
【0022】
支持ブロック6aはスライドレール6bを支持し、スライドレール6bは微動ステージ6cを保持している。微動ステージ6cは、図3に示すように、ケーシング100における表面までの半径方向および軸方向の距離を計測する光学式距離センサ6d,6eを微動可能に取付けている。但し、計測ユニット6A,6Bは軸方向の距離センサ、計測ユニット6Cは半径方向の距離センサのみとしている。そして、前述したように、計測ユニット6Aはケーシング100に直接固定しており、スライドレールを有しない取付構成としている。計測ユニット6B,6Cでケーシング100の右端部(図1のア部),計測ユニット6Dでケーシング100の内面(図1のイ部),計測ユニット6Eでケーシング100の左端部(図1のウ部)を計測する。各距離センサとして非接触式のものを用いることにより形状測定装置の組み込み作業を簡便になるようにしたが、接触式のものでも構わない。
【0023】
図1に戻って、計測装置1のケーシング100への設置について説明する。
【0024】
計測装置1は、そのシャフト4の内部に図4に示すように、左端にレーザ投光器1a,レーザ光の焦点を絞るためのレンズまたはピンホールを有するスポット板1b,中央にスポット板1c,そして右端に受光器1dを備えている。レーザ光の種類としては、通常のHe−Neレーザや半導体レーザを用いる。シャフト4の中央外部には、前述したように、撓みを矯正しつつ支持する支持体5がある。支持体5は、サーボモータなどの駆動装置5aとシャフト4の支持部材5bを備えており、駆動装置5aによりシャフト4の自重による撓みを矯正している。
【0025】
図1に示すように、計測装置1をケーシング100に設置する場合、シャフト4は撓みが無い真っ直ぐな状態とする。
【0026】
そのような設置のために、予め、図4(b)に示すように、シャフト4の両端と中央部の3点が水平になるように図示していない水準器で確認しつつ支持体5の駆動装置5aでシャフト4の中央部上昇させて、水平が得られたところで駆動装置5aの移動量を記憶しておく。あるいは、石材などの精密な水平面を持つ定盤の上にシャフト4を設置し、その状態での受光器1dでの受光位置情報を記憶しておく。また、この場合、受光器1dがCCD素子であれば、受光位置データを記憶しておく。
【0027】
ケーシング100に計測装置を設置する場合、図4(a)で示すケーシング100に対する設置長さeは様々であり、シャフト4を中央で支持しない時の撓み量wも変わる。スポット板1b,1c間の距離dは計測装置固有である。
【0028】
そこで、ケーシング100に計測装置1を設置した場合、受光器1dで受光位置偏差δを確認でき、設置長さeは実測できる。
【0029】
実際の撓み量wは、下式で与えられる。
【0030】
δ≒(e/d)×w …(1)
従って、設置後に撓み量wが零になるように、受光器1dで得た受光位置偏差δから駆動装置5aの操作量を決めて撓みを矯正し、記憶させておいた受光器1dの位置データで矯正処理が正しいか確認し、シャフト4の設置を真直なものとする。
【0031】
受光器1dとしては、CCD素子のイメージセンサを用いているが、抵抗値検出法のPSD,光量最大点を探索する方法をとる光量センサあるいは入光ON範囲の中心を探索する方法を行う光電センサなどを採用してもよい。
【0032】
投光器1a,スポット板1b,1c,受光器1dで形成される光線を上下あるいは左右に並べることで、シャフト4の直線性は一層向上する。
【0033】
図5は、計測装置1の電気系統を示している。
【0034】
図5で、5cは駆動装置5aのドライバである。8は受光器1dや計測ユニット6A〜6Eの各距離センサでの計測結果を入力するアナログ入力インタフェース、9はエンコーダ7の計測結果を入力するパラレル入力インタフェース、10は中央コントローラ(演算手段)、11はパルス発生器、12は外部記憶装置、13はモニタ、14はプリンタである。
【0035】
中央コントローラ10は後述する計測ソフトプログラムなどを内蔵したROMや各インターフェース8,9からの入力などを一時格納するRAMやROMの計測ソフトプログラムに基いて各種処理を進めるCPUなどを備えたMPUで構成されている。
【0036】
駆動装置5aの操作量は中央コントローラ10で算出されてパルス量として出力され、パルス発生器11はこれを受けてドライバ5cに必要パルスを出力して、駆動装置5aはシャフト4を真直にする。モニタ13は中央コントローラ10での処理状況を表示し、作業者の便に供する。計測対象や計測条件などの情報や処理結果などは外部記憶装置12に格納し、またプリンタ14でハードコピーとして出力する。
【0037】
図6は、モニタ13に表示させた画面の一例である。
【0038】
モニタ13の画面には、計測場所と計測結果および計測結果をデータ処理して得られる図形を表示するが、以下、説明する計測の手順なども表示して、作業ミスを未然に防止するようにしている。
【0039】
次に、ケーシング100の内面形状計測について、図7、図8で説明する。
【0040】
先ず、図7により計測装置1の設置について説明する。
【0041】
図7のステップ(以下、Sと略記する)1で、図1におけるケーシング100の右端面を基準面として、シャフト4の右端側を3本のシャフト支持アーム2aとケーシング・スタッドボルト101でケーシング100に仮固定する。
【0042】
次にS2でシャフト4の左端側を3本のシャフト支持アーム2bとケーシング・スタッドボルト102でケーシング100の他端(図1での左端)側に仮固定する。
【0043】
シャフト4は周方向に回転可能になっているので、S3において、図示していないハンドルをゆっくり回してシャフト4を回転させる。
【0044】
シャフト4の回転中、図2に示した計測ユニット6の距離センサでシャフト4の右端までの距離を計測し、計測データはロータリエンコーダ7による回転量計測結果と対応させて図5に示した中央コントローラ10のRAMに記憶しておく。また、計測ユニット6Cの距離センサでケーシング100の右端内面までの距離計測も同時に行い、それらの計測データも中央コントローラ10のRAMに記憶させておく。
【0045】
シャフト4の1回転が終了したところで、計測ユニット6Cで計測した結果のうち任意の3点の距離を用いて、図形処理を行う。即ち、3点はケーシング100の内面の一円周上に位置するものとして外接円を仮想し、その中心位置を3点の重心位置から算出する。
【0046】
仮想外接円の中心位置はシャフト4の中心位置をあらわしており、ケーシング100の中心位置は設計上既知であるから、シャフト4の中心位置とケーシング100の中心位置の差、即ち、ケーシング100の右端側から両中心位置を見た時の中心位置ずれ量を算出する。
【0047】
また、仮想外接円における法線ベクトルを仮想する。この法線ベクトルはシャフト4の中心軸を表わすもので、仮想外接円は法線ベクトルと垂直である。一方、ケーシング100の設計上既知な中心軸がケーシング100の右端面に垂直であるとして、仮想した法線ベクトルとケーシング100の設計上既知な中心軸のずれ角からケーシング100の右端面と仮想外接円の面の傾斜状況を面平行ずれ量として算出する。単純にいえば、ケーシング100の設計上既知な中心軸に対しシャフト4の中心軸が交差しないようにシャフト4が設置されたかを表わす尺度として、面平行ずれ量を求めておく。
【0048】
その後、S4で中心位置ずれ量が許容値内かどうか判断し、許容値外であれば、S5において作業者は手作業でシャフト支持アーム2aにおけるターンバックル(図示省略)を適宜回転させて、シャフト4の中心がケーシング100の中心に近づくように芯出しを行う。
【0049】
ケーシング100の中心に近づいた考えたところでS3に戻って、再度、シャフト4を回転させ計測をして、中心位置ずれ量と面平行ずれ量を算出する。
【0050】
中心位置ずれ量が許容値内に入ったらS4からS6に進み、面平行ずれ量が許容値内に入っているか判断する。許容値外ということはシャフト4の中心軸がケーシング100の設計上の中心軸と平行になっていないことであるので、S7において作業者は手作業でシャフト支持アーム2bにおけるターンバックル(図示省略)を適宜回転させて、シャフト4の中心軸がケーシング100の中心軸と平行になるように芯出しを行う。一致したと考えたところでS3に戻って、再度、シャフト4を回転させ計測をして、中心位置ずれ量と面平行ずれ量を算出する。
【0051】
右端側の中心位置ずれ量は許容値内に入っているからS4からS6に進み、面平行ずれ量が許容値内に入っているか再判断をする。
【0052】
面平行ずれ量が許容値内に入ったら、シャフト支持アーム2a,2bとケーシング・ボルト101,102のそれぞれの仮固定を本固定に改め、ケーシング100の両端で計測装置1を固定する。
【0053】
その後、S8においてシャフト4の撓み量を検出する。
【0054】
この処理は図4の受光器1dで受けるレーザ光の受光位置偏差δからシャフト4の撓み量wを前述の(1)式から得るものである。
【0055】
撓み量wが許容値外であれば、S10に進み、図5の中央コントローラ10により駆動装置5aによる操作量を算出し、シャフト4の中央を持ち上げて撓みを解消させる。撓み量wが許容値に入ったら、シャフト4が真直に設置されたことになる。
【0056】
計測装置1の設置にあたり、ケーシング100の内径の違いに対しては、計測ユニット6B〜6Eのスライドレール6bや微動ステージ6cで距離センサの位置合わせを行い、ケーシング100の軸方向の違いに対しては、シャフト4への計測ユニット6B〜6Eの取付け位置の調整で対応する。
【0057】
実際の作業では、計測装置1はケーシング100の外で可能な範囲で事前に粗位置決めした後で、ケーシング100の内部に組み込み、芯出し作業を行う。
【0058】
次に、内面形状の計測について説明する。
【0059】
シャフト4は図7で説明したように許容値を基準としてケーシング100に真直に設置されているので、作業者は図示を省略しているハンドルでシャフト4を回転させて、各計測ユニット6B〜6Eの距離センサで半径方向や軸方向の距離を計測する。なお、シャフト4の設置における許容値は、後述するように設置作業の容易さなどの観点において設定されたものであるが、各計測ユニット6B〜6Eの計測結果は程々の正確さを持ったものとなっている。
【0060】
ケーシング100における内面の隅々まで計測を行う場合は、シャフト4に対する軸方向での計測ユニット6B〜6Eの設置位置を少しづつ移動させ、あるいは各計測ユニット6B〜6Eにおけるスライドレール6bや微動ステージ6cを操作して距離センサの位置を三次元で移動させて、所要の計測を行う。
【0061】
シャフト4の1回転により各計測ユニット6B〜6Eの距離センサで半径方向や軸方向の距離を計測する。
【0062】
距離センサ6d(図3参照)による半径方向における1回転分の計測結果で、ケーシング100の円筒面の凹凸を表わすことができる。距離センサ6e(図3参照)による軸方向の計測を行う場合は、スライドレール6bや微動ステージ6cを利用して距離センサ6eの半径方向での位置を少しずつ変化させて変化させるたびにシャフト4を1回転させると、その計測結果でフランジ面の凹凸を表わすことができる。
【0063】
このように計測結果を利用して、ケーシング100の内面形状を図形化することなどで求めることができる。
【0064】
距離センサの位置を軸方向にずらしてもシャフト4は真直であるために、計測データはケーシング100の曲りなどに左右されない絶対値で入手できる。従って、計測データからケーシング100の曲り具合を求めることができる。ケーシング100が設計図通り作成されていても、所定位置に据え付けられた状態では変歪していることもあり、ケーシング100内にロータなどを組込もうとすると上手く入らない場合がある。このような場合には据え付け具合を直す必要が出てくる。本計測方法によれば、計測データからケーシング100の曲り具合を求め、ケーシング100の変歪の程度を割り出すことができるので、据え付け具合の調整は容易である。
【0065】
次に、図8により計測データを補正し、一層高精度な計測結果を得ることについて説明する。
【0066】
図7のS4やS6における許容値は計測装置1をケーシング100に設置する際の作業の容易さなどの観点から任意に決めるものであって、距離センサを含む計測ユニット6Aから6Eの計測精度の観点で決めたものではない。つまり、設置に精密さを求めていると計測作業に移れないので、計測データの補正はある程度の精度が得られる状態で計測装置1を設置して計測し、必要に応じて計測データの高精度化を図るという考え方に基づいている。
【0067】
さて、図8のS11で図1に示す計測ユニット6B〜6Eを用いて、ケーシング100の右端(ア部),中央(イ部),左端(ウ部)について全周で半径方向(周方向)および軸方向(面方向)の距離を計測(スキャニング)し、計測結果(データ)を図5の中央コントローラ10のRAMに格納する。
【0068】
図5の中央コントローラ10は、計測データを用いて、図9に示すように、ア部とウ部の各3点P1,P3,P5、R1,R3,R5を通る各外接円を得てそれらの補正前の中心位置A0,C0として直線L1を得る。
【0069】
特に、ケーシング100の右端側を基準面としているので、計測ユニット6Cで得た計測データを利用し、更に任意の3点(例えば、P2,P4,P6)の組などを多数作り、それら各組の外接円と中心位置を座標上に求める。そして各中心位置の平均位置G(A1)を得る。
【0070】
平均位置G(A1)は、単純算術平均や重み付け平均などにより求める。スキャニングで60点の計測データを得てあれば、20組の中心位置を得ることができ、その平均を取って平均位置G(A1)とする。
【0071】
次にS12で、この平均位置G(A1)と補正前の中心位置A0から誤差ΔX,ΔYを求める。
【0072】
計測装置1は真直に設置されているから、続くS13では上記の誤差ΔX,ΔYを利用して、既に求めてあるア部の中心位置をG(A1)に補正し、さらにS14でウ部の中心位置C0についても誤差ΔX,ΔY分だけ平行移動をさせた位置補正を行い、補正後の中心位置C1を得る。そして補正後の中心位置間を結ぶ線L2を描く。
【0073】
中心位置B0は、やはり誤差ΔX,ΔY分だけ平行移動した位置B1となる。
【0074】
直線L2は右端ア部での複数の計測データの平均から中心位置G(A1)を正確に求めたことに基づいており、計測装置1の中心軸はこの直線L2に位置しているとしている。即ち、計測装置1はケーシング100の右端側を基準に設置しているとはいうものの、ケーシング100は真円ではないので、凹凸をもつ内面の円周上の任意の3点の多数の組の外接円における中心位置の平均位置を中心位置とする真円を想定して、ここに計測装置1の軸中心が位置しているとするものである。従って、ケーシング100の右端側から計測装置1を見た場合に、その中心軸の位置がケーシング100の設計上の中心軸の位置に一致していると見なすことができる。
【0075】
次に、S15で図1の計測ユニット6Bによる計測データを用いて、計測装置1におけるシャフト4の軸中心がケーシング100の右端基準面について垂直に設置されているか、即ち、シャフト4の傾きΔθの算出を行う。
【0076】
このシャフト4の傾きΔθの算出を図10で説明する。
【0077】
図10において、図9の説明で求めた中心軸位置補正後の直線L2を傾き補正前の中心位置間を結ぶ線L3として表示している。
【0078】
ここでも図10に示すように、任意の3点(例えば、p1,p3,p5)を通る外接円の平面Dの他にp2,p4,p6など多数の3点の組の外接円の平面を設定し、各平面に対する法線ベクトルをそれぞれ求める。そして、各法線ベクトルの平均ベクトルを得て、これを補正後の中心位置を結ぶ線L4とし、両者の誤差Δθを得る。これもケーシング100における右端ア部が幾何学的に平面でなくわずかな凹凸をもっていたり、傾斜面になっていたりすることを前提としている。
【0079】
従って、複数の3点の組を通る平面に対する法線ベクトルの平均値を求めることで、計測装置1を設置したケーシング100右端面が平面であることを想定し、この平面に計測装置1の中心軸が垂直に設置されているものとする。
【0080】
この傾き誤差Δθを基に、S16で基準面側の位置ずれを再補正する。この場合、中心位置の変動はわずかで、大抵一致している(A1=A2)。そして、S17でケーシング100の左端ウ部(他端側)の中心位置C1を再補正して位置C2とする。中央位置B1は位置B2とする。
【0081】
そして、最後にS18で、各計測ユニット6B〜6Eが直線L4に位置するとしてS11で得た計測データを補正する。
【0082】
即ち、図9にあっては、補正後の中心位置G(A1),B1,C1から計測点P1〜P6,Q1〜Q5,R1〜R5までの距離などでケーシング100の内面の形状としたり、図10にあっては更なる補正後の中心位置A1(A2),B2,C2から計測点p1〜p6,q1〜q5,r1〜r5までの距離などでケーシング100の内面の形状を正確に求めることができる。
【0083】
なお図6のモニタ画面は、図9の状態を表示した例である。
【0084】
計測装置1による計測スキャニングにおいて計測装置1をシャフト4に沿って移動させ、ケーシング100の内面までの距離を計測していくが、シャフト4は真直に設置されていて計測装置1の中心位置移動の軌跡も真直であるので、ケーシング100が曲がっていても、その実質的な変形量を高精度をもって求めることができる。
【0085】
また、本実施形態においては半径方向の距離センサと軸方向の距離センサがあるので、図1に示すように段差や傾斜があっても計測が可能である。ケーシングなど計測対象物を据え付けた状態で内面形状を計測して、曲がっていれば据え付け具合を調整してロータなどを組み込み易くすることができる。
【0086】
図9,図10ではケーシング100の右端を基準面として計測装置1を正確に設置したことを仮想しているが、ケーシング100の内部における軸方向の所望の位置について正確に計測したい場合は、その位置に計測ユニットの1組を配置し、他の1組は右端あるいは左端に位置する計測ユニットを利用して、図8に示した計測手順を実行すれば、計測装置1をケーシング100の右端を基準面として計測装置1を大雑把に設置してあっても、その所望の位置において計測装置1を正確に設置したと仮想して、正確に内面形状を得ることができる。
【0087】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、計測対象物の内面形状を忠実に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態になる計測装置により段付きケーシングの内面を計測する状況を示す図である。
【図2】図1に示した本発明計測装置の概略斜視図である。
【図3】図1に示した本発明計測装置における計測器で段付きケーシングの表面までの距離を計測する状況を示す図である。
【図4】図1に示した本発明計測装置を段付きケーシングに設置する準備処理を説明するための図である。
【図5】図1に示した本発明計測装置の電気系統図である。
【図6】図4に示した本発明計測装置におけるモニタの画面の一例を示す図である。
【図7】図1に示した本発明計測装置を段付きケーシングに設置する手順を示す図である。
【図8】図1に示した本発明計測装置で段付きケーシングの内面形状を計測する手順を示す図である。
【図9】図1に示した本発明計測装置による計測データの補正方法について説明するための図である。
【図10】図1に示した本発明計測装置による計測データの補正方法について説明するための図である。
【符号の説明】
1…計測装置
1a…レーザ投光器
1b,1c…スポット板
1d…受光器
2a、2b…シャフト支持アーム
3a、3b…シャフト受けブロック
4…シャフト
5…支持体
6A〜6E…計測ユニット
6a…支持ブロック
6b…スライドレール
6c…微動ステージ
6d,6e…光学式距離センサ
7…ロータリエンコーダ
8…アナログ入力インタフェース
9…パラレル入力インタフェース
10…中央コントローラ
11…パルス発生器
12…外部記憶装置
13…モニタ
14…プリンタ
15…変位計ユニット
100…ケーシング
101,102…ケーシング・スタッドボルト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inner surface shape measuring method and apparatus for measuring an inner surface shape of a measuring object by providing a measuring means inside a hollow measuring object.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-58130 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-43103 disclose methods for measuring the shape of the inner surface of a hollow measurement object such as a cylinder having a circular cross section.
[0003]
In these prior arts, the measuring means is installed at the axial center position of the object to be measured, the distance from the axial center to the hollow inner surface is sequentially measured in the circumferential direction, and the measuring means is further moved in the axial direction to hollow the hollow from the axial core. By repeatedly measuring the distance to the inner surface in the circumferential direction and processing the measurement distance information, the three-dimensionalization is achieved, and the shape of the inner surface such as unevenness can be measured from the deviation of the measurement distance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, when installing the measuring means at the axial center position of the measuring object, there is a fixing jig extending radially from the center position of the measuring means toward the hollow inner surface of the measuring object, such as a radial part. The distances of the leg portions extending to the same are made equal so that the center of the measuring means coincides with the axial center position. Measurement is performed by measuring the distance from the center position of the measuring means toward the hollow inner surface of the measurement object.
[0005]
Therefore, when repeatedly measuring the distance from the axial center to the hollow inner surface while sequentially moving the measuring means, that is, the fixing jig in the axial direction of the measuring object, if the measuring object is straight, The locus of the center position of the fixing jig obtained by sequentially moving the fixing jig in the axial direction is straight and there is no problem.
[0006]
However, when the measurement object is bent, the locus of the center position in the measurement means is moved along the curve of the measurement object.
[0007]
However, since the distance from the measured axis to the hollow inner surface is a scalar amount, the movement of the center position of the measuring means cannot be grasped, and even if the inner surface shape such as irregularities can be measured relatively, It was difficult to measure the absolute inner surface shape including bending.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide an inner surface shape measuring method and apparatus capable of faithfully measuring the inner surface shape of a measurement object.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the present invention that achieves the above object is as follows. In an inner surface shape measuring method for measuring a hollow measurement object having a stepped cylindrical portion on the inner surface and having both ends open using a measuring means having a shaft disposed through the inside of the measurement object. The shaft is held by the measurement object and is rotatable, and the first measurement unit (6B) capable of measuring the axial distance from the reference point to the shaft and the distance from the shaft center can be measured. A second measurement unit (6C) is attached, the shaft is rotated, the center position of the shaft is shifted based on the measurement value of the first measurement unit, and the shaft of the shaft is measured based on the measurement value of the second measurement unit. After obtaining the parallel displacement and changing the shaft position so that these deviations are within the predetermined tolerance, the deflection of the shaft is eliminated and the shaft can be moved in the axial direction. Measuring the inner shape of the measurement object by using the third measurement units There is.
[0010]
Further features of the present invention that achieve the above object are as follows: In an inner surface shape measuring apparatus having a stepped cylindrical portion on the inner surface and measuring a hollow measurement object having both end surfaces opened, and having a shaft disposed through the measurement object. The first measuring unit (6B) capable of measuring the axial distance from the reference point and the distance from the shaft center are measured at both ends of the shaft with support means for rotatably supporting the shaft. A possible second measurement unit (6C) is attached to the shaft, and the shaft center position deviation based on the measurement value of the first measurement unit obtained simultaneously by rotating the shaft and the measurement value of the second measurement unit And calculating means for determining the parallel displacement of the shaft based on the shaft, and means for detecting the deflection of the shaft is provided on the shaft There is.
[0011]
According to the present invention, even if the measuring means is sequentially moved in the axial direction of the measurement object, the fixed position of the measurement means moves along the shaft and does not move along the center of the measurement object. Since the center is determined by the quantity, the inner shape of the measurement object can be measured faithfully.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method and apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows a situation in which the inner surface of a cylindrical stepped casing 100, which is a measurement object, is measured by the measuring apparatus 1 according to the present invention.
[0014]
The stepped casing 100 is a casing for a rotary machine having a maximum inner diameter of about φ900 (mm) and a length of about 1800 (mm). The measuring device 1 is used by using the casing stud bolts 101 and 102 on both end faces of the casing 100. It is installed.
[0015]
The measuring device 1 is provided with three shaft support arms 2a and 2b radially at 120 degree intervals on both end sides of the casing 100. The ring portion at each end of the shaft support arms 2a and 2b is connected to a casing stud bolt 101, The other end side of the three shaft support arms 2a, 2b is connected to the shaft receiving blocks 3a, 3b and supports both ends of the shaft 4. Although not shown, the shaft support arms 2a and 2b have a mechanism capable of adjusting the length of a turnbuckle or the like in the middle.
[0016]
In the axial direction of the casing 100 (left-right direction in FIG. 1), the shaft 4 is divided into two at the center into left and right pieces 4a and 4b shown in FIG. The support 5 is supported while correcting the deflection caused by its own weight.
[0017]
The shaft 4 is provided with measuring units 6A to 6E which are measuring means. The measuring unit 6A is fixed to the casing bolt 101 together with the shaft support arm 2a, and the measuring units 6B to 6E are movably provided on the shaft 4.
[0018]
Measuring unit 6A is the axial direction of shaft 4 Opposite The position is measured, and the measurement units 6B to 6E measure the positions of the inner surface and end surface of the casing 100 in the circumferential direction and the axial direction. The shaft 4 can be rotated in the circumferential direction, that is, clockwise or counterclockwise by the operation of a handle (not shown), and the rotation amount is connected to the shaft 4 by a flexible joint (not shown). Measurement is performed by the rotary encoder 7. While the shaft 4 is rotating, there may be a positional deviation in the axial direction. The amount of movement is measured by the measuring unit 6A, and the inner surface measurement result in the circumferential direction in the measurement position and the casing 100 or the measurement in the axial direction. Corresponding to the result, it is used in the calculation process of the inner surface shape later.
[0019]
With reference to FIG. 2, the measurement method of the measurement units 6A to 6E will be described with the measurement unit 6D as a representative.
[0020]
A support block 6a is movably fixed to the outer periphery of the shaft 4.
[0021]
That is, the support block 6a is provided with a single cut in the radial direction, and the support block 6a is tightly fixed to the shaft 4 by narrowing the interval between the cuts by screw tightening.
[0022]
The support block 6a supports the slide rail 6b, and the slide rail 6b holds the fine movement stage 6c. As shown in FIG. 3, the fine movement stage 6c is mounted with optical distance sensors 6d and 6e for measuring the radial and axial distances to the surface of the casing 100 so as to allow fine movement. However, the measurement units 6A and 6B are only axial distance sensors, and the measurement unit 6C is only a radial distance sensor. As described above, the measurement unit 6A is directly fixed to the casing 100, and has a mounting structure without a slide rail. The measurement units 6B and 6C have a right end portion (a portion in FIG. 1) of the casing 100, the measurement unit 6D has an inner surface (a portion in FIG. 1), and the measurement unit 6E has a left end portion (a portion in FIG. 1). ). Although the non-contact type sensor is used as each distance sensor, the work for incorporating the shape measuring apparatus is simplified, but a contact type sensor may be used.
[0023]
Returning to FIG. 1, the installation of the measuring device 1 on the casing 100 will be described.
[0024]
As shown in FIG. 4, the measuring device 1 has a laser projector 1a at the left end, a spot plate 1b having a lens or pinhole for focusing the laser beam, a spot plate 1c at the center, and a right end. Is provided with a light receiver 1d. As the type of laser light, a normal He—Ne laser or a semiconductor laser is used. As described above, there is a support 5 that supports the shaft 4 while correcting the deflection, outside the center of the shaft 4. The support 5 includes a drive device 5a such as a servo motor and a support member 5b of the shaft 4, and the drive device 5a corrects the deflection due to the weight of the shaft 4.
[0025]
As shown in FIG. 1, when the measuring device 1 is installed in the casing 100, the shaft 4 is in a straight state with no bending.
[0026]
For such installation, as shown in FIG. 4 (b), the support 5 is checked in advance with a level not shown so that the two ends of the shaft 4 and the center of the shaft 4 are horizontal. The center of the shaft 4 is raised by the driving device 5a, and the amount of movement of the driving device 5a is stored when the level is obtained. Alternatively, the shaft 4 is installed on a surface plate having a precise horizontal surface such as a stone, and light reception position information in the light receiver 1d in that state is stored. In this case, if the light receiver 1d is a CCD element, light reception position data is stored.
[0027]
When the measuring device is installed in the casing 100, the installation length e with respect to the casing 100 shown in FIG. 4A varies, and the deflection amount w when the shaft 4 is not supported at the center also changes. The distance d between the spot plates 1b and 1c is unique to the measuring device.
[0028]
Therefore, when the measuring device 1 is installed in the casing 100, the light receiving position deviation δ can be confirmed by the light receiver 1d, and the installation length e can be measured.
[0029]
The actual deflection amount w is given by the following equation.
[0030]
δ≈ (e / d) × w (1)
Accordingly, the position data of the photoreceiver 1d stored and corrected is determined by determining the operation amount of the driving device 5a from the light receiving position deviation δ obtained by the photoreceiver 1d so that the flexure amount w becomes zero after installation. Confirm that the straightening process is correct, and set the shaft 4 straight.
[0031]
As the light receiver 1d, an image sensor of a CCD element is used. However, a PSD for resistance detection method, a light amount sensor that takes a method for searching for the maximum point of light amount, or a photoelectric sensor that performs a method for searching for the center of the incident light ON range. Etc. may be adopted.
[0032]
The linearity of the shaft 4 is further improved by arranging the light beams formed by the projector 1a, the spot plates 1b and 1c, and the light receiver 1d vertically or horizontally.
[0033]
FIG. 5 shows the electrical system of the measuring device 1.
[0034]
In FIG. 5, reference numeral 5c denotes a driver of the driving device 5a. 8 is an analog input interface for inputting the measurement results of the distance sensors of the light receiver 1d and the measurement units 6A to 6E, 9 is a parallel input interface for inputting the measurement results of the encoder 7, 10 is a central controller (calculation means), 11 Is a pulse generator, 12 is an external storage device, 13 is a monitor, and 14 is a printer.
[0035]
The central controller 10 is composed of a ROM containing a measurement software program to be described later, a RAM for temporarily storing inputs from the interfaces 8 and 9, and an MPU having a CPU for performing various processes based on the measurement software program in the ROM. Has been.
[0036]
The operation amount of the driving device 5a is calculated by the central controller 10 and output as a pulse amount. The pulse generator 11 receives this and outputs a necessary pulse to the driver 5c, and the driving device 5a straightens the shaft 4. The monitor 13 displays the processing status in the central controller 10 and provides it to the operator's convenience. Information such as measurement targets and measurement conditions, processing results, and the like are stored in the external storage device 12 and output as a hard copy by the printer 14.
[0037]
FIG. 6 is an example of a screen displayed on the monitor 13.
[0038]
On the screen of the monitor 13, the measurement location, the measurement result, and the figure obtained by data processing of the measurement result are displayed, but the measurement procedure described below is also displayed so as to prevent work mistakes in advance. ing.
[0039]
Next, the inner surface shape measurement of the casing 100 will be described with reference to FIGS.
[0040]
First, installation of the measuring device 1 will be described with reference to FIG.
[0041]
In step (hereinafter abbreviated as S) 1 in FIG. 7, the right end surface of the casing 100 in FIG. 1 is used as a reference surface, and the right end side of the shaft 4 is composed of three shaft support arms 2 a and casing stud bolts 101. Temporarily fix to.
[0042]
Next, in S2, the left end side of the shaft 4 is temporarily fixed to the other end (left end in FIG. 1) side of the casing 100 with the three shaft support arms 2b and the casing stud bolt 102.
[0043]
Since the shaft 4 is rotatable in the circumferential direction, the shaft 4 is rotated in S3 by slowly turning a handle (not shown).
[0044]
During the rotation of the shaft 4, the measuring unit 6 shown in FIG. B The distance to the right end of the shaft 4 is measured by the distance sensor, and the measurement data is stored in the RAM of the central controller 10 shown in FIG. 5 in association with the rotation amount measurement result by the rotary encoder 7. Further, the distance to the right inner surface of the casing 100 by the distance sensor of the measurement unit 6C. Detuning Measurements are also performed at the same time, and those measurement data are also stored in the RAM of the central controller 10.
[0045]
When one rotation of the shaft 4 is completed, graphic processing is performed using the distances of three arbitrary points among the results measured by the measurement unit 6C. That is, the circumscribed circle is assumed to be located on one circumference of the inner surface of the casing 100, and the center position is calculated from the center of gravity of the three points.
[0046]
Since the center position of the virtual circumscribed circle represents the center position of the shaft 4 and the center position of the casing 100 is known by design, the difference between the center position of the shaft 4 and the center position of the casing 100, that is, the right end of the casing 100. The center position deviation amount when both center positions are viewed from the side is calculated.
[0047]
Further, the normal vector in the virtual circumscribed circle is virtualized. This normal vector represents the central axis of the shaft 4, and the virtual circumscribed circle is perpendicular to the normal vector. On the other hand, assuming that the center axis known in the design of the casing 100 is perpendicular to the right end surface of the casing 100, the right end surface of the casing 100 and the virtual circumscribing are determined from the virtual normal vector and the deviation angle between the center axis known in the design of the casing 100. The inclination state of the surface of the circle is calculated as the amount of plane parallel deviation. Simply speaking, the amount of plane parallel deviation is obtained as a measure representing whether the shaft 4 is installed such that the central axis of the shaft 4 does not intersect the central axis known in the design of the casing 100.
[0048]
Thereafter, in S4, it is determined whether the center position deviation amount is within the allowable value. If it is out of the allowable value, in S5, the operator manually rotates the turnbuckle (not shown) in the shaft support arm 2a as appropriate. Centering is performed so that the center of 4 approaches the center of the casing 100.
[0049]
When it is considered that the center of the casing 100 has been approached, the process returns to S3, and the shaft 4 is rotated again for measurement, and the center position deviation amount and the plane parallel deviation amount are calculated.
[0050]
If the center position deviation amount is within the allowable value, the process proceeds from S4 to S6, and it is determined whether the surface parallel deviation amount is within the allowable value. Since the center axis of the shaft 4 is not parallel to the designed center axis of the casing 100, the outside of the allowable value means that in S7, the operator manually turns the buckle on the shaft support arm 2b (not shown). Is appropriately rotated so that the center axis of the shaft 4 is parallel to the center axis of the casing 100. When it is considered that they coincide with each other, the process returns to S3, and the shaft 4 is rotated again for measurement, and the center position deviation amount and the plane parallel deviation amount are calculated.
[0051]
Since the center position deviation amount on the right end side is within the allowable value, the process proceeds from S4 to S6, and it is determined again whether the plane parallel deviation amount is within the allowable value.
[0052]
When the amount of plane parallel deviation falls within the allowable value, the temporary fixing of the shaft support arms 2 a and 2 b and the casing bolts 101 and 102 is changed to the main fixing, and the measuring device 1 is fixed at both ends of the casing 100.
[0053]
Thereafter, the amount of deflection of the shaft 4 is detected in S8.
[0054]
In this process, the deflection amount w of the shaft 4 is obtained from the aforementioned equation (1) from the light receiving position deviation δ of the laser beam received by the light receiver 1d in FIG.
[0055]
If the deflection amount w is outside the allowable value, the process proceeds to S10, the operation amount by the driving device 5a is calculated by the central controller 10 in FIG. When the deflection amount w falls within the allowable value, the shaft 4 is installed straight.
[0056]
In installing the measuring device 1, the difference in the inner diameter of the casing 100 is adjusted by positioning the distance sensor with the slide rail 6b and the fine movement stage 6c of the measuring units 6B to 6E, and the difference in the axial direction of the casing 100 is detected. Corresponds to the adjustment of the mounting position of the measurement units 6B to 6E on the shaft 4.
[0057]
In actual work, the measuring device 1 is roughly positioned in advance within a possible range outside the casing 100, and then incorporated into the casing 100 to perform centering work.
[0058]
Next, measurement of the inner surface shape will be described.
[0059]
As described with reference to FIG. 7, the shaft 4 is installed straight on the casing 100 on the basis of the allowable value. Therefore, the operator rotates the shaft 4 with a handle (not shown) to measure each measurement unit 6B to 6E. The distance sensor in the radial direction and the axial direction is measured with this distance sensor. In addition, although the allowable value in the installation of the shaft 4 is set from the viewpoint of the ease of installation work, as will be described later, the measurement results of the measurement units 6B to 6E have moderate accuracy. It has become.
[0060]
When measuring to every corner of the inner surface of the casing 100, the installation positions of the measurement units 6B to 6E in the axial direction with respect to the shaft 4 are moved little by little, or the slide rail 6b and the fine movement stage 6c in each measurement unit 6B to 6E. To move the position of the distance sensor in three dimensions and perform the required measurement.
[0061]
The distance in the radial direction or the axial direction is measured by the distance sensors of the measurement units 6B to 6E by one rotation of the shaft 4.
[0062]
The unevenness of the cylindrical surface of the casing 100 can be represented by the measurement result for one rotation in the radial direction by the distance sensor 6d (see FIG. 3). When measuring in the axial direction by the distance sensor 6e (see FIG. 3), the shaft 4 is changed every time the position of the distance sensor 6e in the radial direction is changed little by little using the slide rail 6b or the fine movement stage 6c. When the is rotated once, the unevenness of the flange surface can be represented by the measurement result.
[0063]
Thus, it can obtain | require by making the inner surface shape of the casing 100 into a figure etc. using a measurement result.
[0064]
Since the shaft 4 is straight even if the position of the distance sensor is shifted in the axial direction, the measurement data can be obtained as an absolute value that is not affected by the bending of the casing 100 or the like. Therefore, the bending degree of the casing 100 can be obtained from the measurement data. Even if the casing 100 is created as designed, it may be distorted when it is installed at a predetermined position, and if a rotor or the like is to be incorporated into the casing 100, it may not fit well. In such a case, it is necessary to correct the installation. According to this measurement method, the degree of bending of the casing 100 can be obtained from the measurement data, and the degree of distortion of the casing 100 can be determined. Therefore, the installation degree can be easily adjusted.
[0065]
Next, correction of measurement data and obtaining a more accurate measurement result will be described with reference to FIG.
[0066]
The allowable values in S4 and S6 of FIG. 7 are arbitrarily determined from the viewpoint of the ease of work when the measuring apparatus 1 is installed in the casing 100, and the measurement accuracy of the measuring units 6A to 6E including the distance sensor is determined. It was not decided from a viewpoint. In other words, if the installation is required to be precise, the measurement work cannot be performed. Therefore, the measurement data can be corrected with the measurement device 1 installed and measured with a certain degree of accuracy. This is based on the idea of making it easier.
[0067]
Now, in S11 of FIG. 8, using the measurement units 6B to 6E shown in FIG. 1, the right end (A part), the center (I part), and the left end (U part) of the casing 100 are in the radial direction (circumferential direction) on the entire circumference. The distance in the axial direction (plane direction) is measured (scanning), and the measurement result (data) is stored in the RAM of the central controller 10 in FIG.
[0068]
As shown in FIG. 9, the central controller 10 in FIG. 5 obtains circumscribed circles passing through the three points P1, P3, P5, R1, R3, and R5 of the section A and the section C, as shown in FIG. A straight line L1 is obtained as the center positions A0 and C0 before correction.
[0069]
In particular, since the right end side of the casing 100 is used as a reference plane, the measurement data obtained by the measurement unit 6C is used, and a number of arbitrary three points (for example, P2, P4, P6) are created. The circumscribed circle and the center position of are obtained on the coordinates. And the average position G (A1) of each center position is obtained.
[0070]
The average position G (A1) is obtained by a simple arithmetic average or a weighted average. If 60 points of measurement data are obtained by scanning, 20 sets of center positions can be obtained, and the average is taken as the average position G (A1).
[0071]
Next, in S12, errors ΔX and ΔY are obtained from the average position G (A1) and the center position A0 before correction.
[0072]
Since the measuring apparatus 1 is installed in a straight line, in the subsequent S13, the above-described error ΔX, ΔY is used to correct the center position of the section A already obtained to G (A1), and in step S14, the section C The center position C0 is also subjected to a position correction that is translated by the errors ΔX and ΔY to obtain a corrected center position C1. A line L2 connecting the corrected center positions is drawn.
[0073]
The center position B0 is also a position B1 that has been translated by an error ΔX, ΔY.
[0074]
The straight line L2 is based on the accurate determination of the center position G (A1) from the average of a plurality of measurement data at the right end portion A, and the central axis of the measuring device 1 is assumed to be located on this straight line L2. That is, although the measuring apparatus 1 is installed with the right end side of the casing 100 as a reference, since the casing 100 is not a perfect circle, a large number of sets of arbitrary three points on the circumference of the inner surface having irregularities are provided. Assuming a perfect circle whose center position is the average position of the center positions in the circumscribed circle, the axis center of the measuring device 1 is assumed to be located here. Therefore, when the measuring device 1 is viewed from the right end side of the casing 100, it can be considered that the position of the central axis matches the position of the designed central axis of the casing 100.
[0075]
Next, in S15, using the measurement data by the measurement unit 6B of FIG. 1, whether the shaft center of the shaft 4 in the measurement apparatus 1 is installed perpendicular to the right end reference plane of the casing 100, that is, the inclination Δθ of the shaft 4 is Perform the calculation.
[0076]
The calculation of the inclination Δθ of the shaft 4 will be described with reference to FIG.
[0077]
In FIG. 10, the straight line L2 after the center axis position correction obtained in the description of FIG. 9 is displayed as a line L3 connecting the center positions before the inclination correction.
[0078]
Also here, as shown in FIG. 10, in addition to the circumscribed circle plane D passing through arbitrary three points (for example, p1, p3, p5), a set of circumscribed circle planes of a large number of three points such as p2, p4, p6, etc. Set the normal vector for each plane. Then, an average vector of the respective normal vectors is obtained, and this is used as a line L4 connecting the corrected center positions, and an error Δθ between them is obtained. This is also based on the assumption that the right end portion A of the casing 100 is not geometrically flat but has a slight unevenness or an inclined surface.
[0079]
Therefore, it is assumed that the right end surface of the casing 100 in which the measuring device 1 is installed is a flat surface by obtaining an average value of normal vectors with respect to a plane passing through a set of a plurality of three points. Assume that the shaft is installed vertically.
[0080]
Based on the tilt error Δθ, the positional deviation on the reference plane side is corrected again in S16. In this case, the variation of the center position is slight and almost coincides (A1 = A2). In S17, the center position C1 of the left end portion (the other end side) of the casing 100 is corrected again to be a position C2. The central position B1 is a position B2.
[0081]
Finally, in S18, the measurement data obtained in S11 is corrected by assuming that the measurement units 6B to 6E are positioned on the straight line L4.
[0082]
That is, in FIG. 9, the inner surface of the casing 100 is shaped according to the distance from the corrected center positions G (A1), B1, C1 to the measurement points P1-P6, Q1-Q5, R1-R5, In FIG. 10, the shape of the inner surface of the casing 100 is accurately obtained based on the distances from the further corrected center positions A1 (A2), B2, and C2 to the measurement points p1 to p6, q1 to q5, and r1 to r5. be able to.
[0083]
The monitor screen of FIG. 6 is an example in which the state of FIG. 9 is displayed.
[0084]
In the measurement scanning by the measurement device 1, the measurement device 1 is moved along the shaft 4 and the distance to the inner surface of the casing 100 is measured, but the shaft 4 is installed straight and the center position of the measurement device 1 is moved. Since the trajectory is also straight, even if the casing 100 is bent, the substantial deformation amount can be obtained with high accuracy.
[0085]
In this embodiment, since there are a radial distance sensor and an axial distance sensor, measurement is possible even if there is a step or an inclination as shown in FIG. The inner surface shape is measured in a state where a measurement object such as a casing is installed, and if it is bent, the installation condition can be adjusted to make it easy to incorporate a rotor or the like.
[0086]
9 and 10, it is assumed that the measuring device 1 is accurately installed using the right end of the casing 100 as a reference plane. However, if it is desired to accurately measure a desired position in the axial direction inside the casing 100, If one set of measuring units is arranged at a position and the other set is using a measuring unit positioned at the right end or the left end and the measurement procedure shown in FIG. 8 is executed, the measuring apparatus 1 is attached to the right end of the casing 100. Even if the measuring device 1 is roughly installed as a reference surface, it can be virtually assumed that the measuring device 1 is accurately installed at the desired position, and the inner surface shape can be accurately obtained.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to faithfully measure the inner shape of the measurement object.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a situation in which an inner surface of a stepped casing is measured by a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view of the measurement apparatus of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a situation in which the distance to the surface of the stepped casing is measured by the measuring instrument in the measuring device of the present invention shown in FIG. 1;
4 is a diagram for explaining a preparation process for installing the measuring device of the present invention shown in FIG. 1 in a stepped casing. FIG.
FIG. 5 is an electrical system diagram of the measurement apparatus of the present invention shown in FIG.
6 is a diagram showing an example of a monitor screen in the measurement apparatus of the present invention shown in FIG. 4. FIG.
7 is a diagram showing a procedure for installing the measuring device of the present invention shown in FIG. 1 in a stepped casing. FIG.
8 is a diagram showing a procedure for measuring an inner surface shape of a stepped casing with the measuring device of the present invention shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining a measurement data correction method by the measurement apparatus of the present invention shown in FIG. 1;
FIG. 10 is a diagram for explaining a measurement data correction method by the measurement apparatus of the present invention shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 ... Measuring device
1a ... Laser projector
1b, 1c ... Spot plate
1d: Receiver
2a, 2b ... Shaft support arm
3a, 3b ... Shaft receiving block
4 ... Shaft
5 ... Support
6A-6E ... Measurement unit
6a ... Support block
6b ... Slide rail
6c ... Fine movement stage
6d, 6e ... Optical distance sensor
7 ... Rotary encoder
8 ... Analog input interface
9 ... Parallel input interface
10 ... Central controller
11 ... Pulse generator
12 ... External storage device
13 ... Monitor
14 ... Printer
15 ... Displacement meter unit
100 ... casing
101, 102 ... casing stud bolt

Claims (4)

内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを有する計測手段を用いて計測する内面形状計測方法において、In an inner surface shape measuring method for measuring a hollow measurement object having a stepped cylindrical portion on the inner surface and having both ends open using a measuring means having a shaft disposed through the inside of the measurement object. ,
前記シャフトは計測対象物に保持されるとともに回動自在であり、このシャフトに基準点からの軸方向距離を計測可能な第1の計測ユニット(6B)と、シャフト中心からの距離を計測可能な第2の計測ユニット(6C)とを取り付け、前記シャフトを回動して、第1の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの中心位置ずれと、第2の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの面平行ずれとを同時に求め、これら求めたずれが予め定めた許容値以内になるように前記シャフトの配置位置を変更した後に前記シャフトの撓みを解消し、このシャフトに軸方向移動可能に設けた第3の計測ユニットを用いて計測対象物の内面形状を計測することを特徴とする内面形状計測方法。The shaft is held by a measurement object and is rotatable. The first measurement unit (6B) capable of measuring an axial distance from a reference point on the shaft and a distance from the shaft center can be measured. A second measurement unit (6C) is attached, the shaft is rotated, and the shaft center position shift based on the measurement value of the first measurement unit and the shaft based on the measurement value of the second measurement unit The parallel displacement of the shaft is obtained simultaneously, and after changing the arrangement position of the shaft so that the obtained deviation is within a predetermined allowable value, the deflection of the shaft is eliminated, and the shaft is provided to be movable in the axial direction. An inner surface shape measuring method, comprising: measuring an inner surface shape of a measurement object using the third measuring unit.
前記シャフトは中空に形成されており、この中空部にレーザ計測装置を有し、レーザ計測装置が測定したシャフトの曲がりに応じて前記シャフトの中間部に設けた駆動装置を駆動してシャフトの撓みを解消することを特徴とする請求項1に記載の内面形状計測方法。The shaft is hollow and has a laser measuring device in the hollow portion, and the shaft is bent by driving a driving device provided in an intermediate portion of the shaft according to the bending of the shaft measured by the laser measuring device. The inner surface shape measuring method according to claim 1, wherein: 内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を計測するものであって、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを備えた内面形状計測装置において、In an inner surface shape measuring apparatus having a stepped cylindrical portion on the inner surface and measuring a hollow measurement object with both end surfaces open, and having a shaft disposed through the measurement object. ,
前記シャフトの両端部に、このシャフトを回動自在に支持する支持手段を設けるとともに、基準点からの軸方向距離を計測可能な第1の計測ユニット(6B)と、シャフト中心からの距離を計測可能な第2の計測ユニット(6C)とをシャフトに取り付け、前記シャフトを回動して同時に得られた第1の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの中心位置ずれ、および第2の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの面平行ずれを求める演算手段を有し、前記シャフトにこのシャフトのたわみを検出する手段を設けたことを特徴とする内面形状計測装置。Supporting means for rotatably supporting the shaft is provided at both ends of the shaft, and the first measuring unit (6B) capable of measuring the axial distance from the reference point and the distance from the shaft center are measured. A possible second measurement unit (6C) is attached to the shaft, and the shaft center position shift based on the measurement value of the first measurement unit obtained simultaneously by rotating the shaft, and the second measurement unit An inner surface shape measuring apparatus comprising an arithmetic means for obtaining a parallel displacement of a shaft based on a measured value, and means for detecting a deflection of the shaft.
前記シャフトは中空に形成されており、この中空部にレーザ計測装置を有し、レーザ計測装置が測定したシャフトの撓みを補正可能な駆動装置を前記シャフトの中間部に配置したことを特徴とする請求項3に記載の内面形状計測装置。The shaft is formed in a hollow shape, and a laser measuring device is provided in the hollow portion, and a driving device capable of correcting the deflection of the shaft measured by the laser measuring device is arranged in an intermediate portion of the shaft. The inner surface shape measuring apparatus according to claim 3.
JP2001335958A 2001-11-01 2001-11-01 Inner surface shape measuring method and apparatus Expired - Fee Related JP4085616B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001335958A JP4085616B2 (en) 2001-11-01 2001-11-01 Inner surface shape measuring method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001335958A JP4085616B2 (en) 2001-11-01 2001-11-01 Inner surface shape measuring method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003139525A JP2003139525A (en) 2003-05-14
JP4085616B2 true JP4085616B2 (en) 2008-05-14

Family

ID=19150873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001335958A Expired - Fee Related JP4085616B2 (en) 2001-11-01 2001-11-01 Inner surface shape measuring method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4085616B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5309542B2 (en) * 2007-12-05 2013-10-09 株式会社ニコン Measuring apparatus and method
US9372061B2 (en) 2012-02-09 2016-06-21 Ihi Corporation Inner diameter measuring device
JP5880097B2 (en) 2012-02-09 2016-03-08 株式会社Ihi Inner diameter measuring device
JP5880096B2 (en) 2012-02-09 2016-03-08 株式会社Ihi Inner diameter measuring device
WO2013118912A1 (en) 2012-02-09 2013-08-15 株式会社Ihi Inside-diameter measurement device
JP5915223B2 (en) 2012-02-09 2016-05-11 株式会社Ihi Inner diameter measuring device and inner diameter measuring method
JP5915222B2 (en) 2012-02-09 2016-05-11 株式会社Ihi Inner diameter measuring device
JP5821675B2 (en) 2012-02-09 2015-11-24 株式会社Ihi Rotation device rotation limiter
JP2013164274A (en) 2012-02-09 2013-08-22 Ihi Corp Inner diameter measuring apparatus
CN104251680B (en) * 2014-04-01 2017-02-08 杭州富生电器有限公司 Motor rotor core detection device
KR102390793B1 (en) * 2021-07-01 2022-04-26 한전케이피에스 주식회사 Measuring apparatus for inner-size of casing

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003139525A (en) 2003-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2966098B2 (en) Apparatus and method for measuring geometric position and kinematic parameters of a rotating device
JP4085616B2 (en) Inner surface shape measuring method and apparatus
JP4381731B2 (en) Angular error defining method and apparatus used in the method
JP5297906B2 (en) Image probe calibration method and shape measuring machine
JP6657552B2 (en) Flatness measurement method
US20080028824A1 (en) Calibration Method
JP6368933B2 (en) Overhead wire position measuring apparatus and method
JP5270138B2 (en) Calibration jig and calibration method
JPH11108602A (en) Out-of-roundness measuring instrument
EP2669701B1 (en) Calibration to improve weather radar positioning determination
US11579037B2 (en) Balancing machine and method for balancing vehicle wheels
JP2010117223A (en) Three-dimensional position measuring apparatus using camera attached on robot
JP2008008879A (en) Measuring instrument, measuring reference, and precision machine tool
KR101568283B1 (en) Tortional clearance measuring apparatus for yoke assembly
US8219348B2 (en) Method for calibrating and/or correcting a display device having a needle, the needle being able to move in rotation about an axis of rotation
JPH0854234A (en) Three-dimensional coordinate position measuring method
JP4761730B2 (en) Rotating shaft coupling joint adjustment support device and rotating shaft coupling joint adjustment method
JP5310336B2 (en) measuring device
JP3068915B2 (en) Anode assembly method for rotating anode X-ray tube
JP2003236614A (en) Device for correcting tubular body and device for forming groove
JPH11211427A (en) Surface form measuring device
WO2024116705A1 (en) Method for measuring state of rotary member
JPH1174330A (en) Apparatus for positioning semiconductor wafer
JPH07117386B2 (en) Curved shape measuring device
JPH07332953A (en) Method for measuring angle error of rotary polygon mirror and measuring device used for it

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20031203

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060510

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060510

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060807

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20060823

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061017

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061208

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20070222

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20070820

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080129

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080211

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110228

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees