JP4085616B2 - Inner surface shape measuring method and apparatus - Google Patents
Inner surface shape measuring method and apparatus Download PDFInfo
- 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
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6B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
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
In the axial direction of the casing 100 (left-right direction in FIG. 1), the
[0017]
The
[0018]
[0019]
With reference to FIG. 2, the measurement method of the
[0020]
A
[0021]
That is, the
[0022]
The
[0023]
Returning to FIG. 1, the installation of the measuring
[0024]
As shown in FIG. 4, the measuring
[0025]
As shown in FIG. 1, when the measuring
[0026]
For such installation, as shown in FIG. 4 (b), the
[0027]
When the measuring device is installed in the
[0028]
Therefore, when the measuring
[0029]
The actual deflection amount w is given by the following equation.
[0030]
δ≈ (e / d) × w (1)
Accordingly, the position data of the
[0031]
As the
[0032]
The linearity of the
[0033]
FIG. 5 shows the electrical system of the measuring
[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
[0035]
The
[0036]
The operation amount of the
[0037]
FIG. 6 is an example of a screen displayed on the
[0038]
On the screen of the
[0039]
Next, the inner surface shape measurement of the
[0040]
First, installation of the measuring
[0041]
In step (hereinafter abbreviated as S) 1 in FIG. 7, the right end surface of the
[0042]
Next, in S2, the left end side of the
[0043]
Since the
[0044]
During the rotation of the
[0045]
When one rotation of the
[0046]
Since the center position of the virtual circumscribed circle represents the center position of the
[0047]
Further, the normal vector in the virtual circumscribed circle is virtualized. This normal vector represents the central axis of the
[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
[0049]
When it is considered that the center of the
[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
[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
[0053]
Thereafter, the amount of deflection of the
[0054]
In this process, the deflection amount w of the
[0055]
If the deflection amount w is outside the allowable value, the process proceeds to S10, the operation amount by the driving
[0056]
In installing the measuring
[0057]
In actual work, the measuring
[0058]
Next, measurement of the inner surface shape will be described.
[0059]
As described with reference to FIG. 7, the
[0060]
When measuring to every corner of the inner surface of the
[0061]
The distance in the radial direction or the axial direction is measured by the distance sensors of the
[0062]
The unevenness of the cylindrical surface of the
[0063]
Thus, it can obtain | require by making the inner surface shape of the
[0064]
Since the
[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
[0067]
Now, in S11 of FIG. 8, using the
[0068]
As shown in FIG. 9, the
[0069]
In particular, since the right end side of the
[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
[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
[0075]
Next, in S15, using the measurement data by the
[0076]
The calculation of the inclination Δθ of the
[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
[0079]
Therefore, it is assumed that the right end surface of the
[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
[0081]
Finally, in S18, the measurement data obtained in S11 is corrected by assuming that the
[0082]
That is, in FIG. 9, the inner surface of the
[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
[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
[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)
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.
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)
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 |
-
2001
- 2001-11-01 JP JP2001335958A patent/JP4085616B2/en not_active Expired - Fee Related
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 |