JP5577549B1 - 翼の形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動翼の横断面形状を、簡易で小型堅牢な構造構成により、迅速に高精度で測定検査することを実現して、高効率化をはかることを可能にした動翼の横断面形状測定装置を提供するものである。
【解決手段】回転軸に装着配列する翼を、その回転軸との装着部側から先端側にかけて複数位置の横断面形状を測定する装置であって、前記翼をその先端を上にし回転軸との装着部を下にした直立状態にして支持する一対のＬ型バックアップスタンドにおいて、翼の回転軸装着部を支持する支持プレートと、前記横断面形状を測定する複数位置の各々に水平スリットガイドを平行関係で設けたゲージガイドプレートと、前記ゲージガイドプレートの対面する各水平スリットガイドに両端部を挿入摺動して対面先端縁を前記翼の表面側と裏面側から挟み込んだ際に対面先端縁により当該測定位置の目標横断面形状を形成する一対の横断面形状ゲージプレートとを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービン、送風機、軸流コンプレッサ等に設置される各種の翼（羽根を含む）の横断面形状の測定検査を、測定検査作業が安全に迅速に効率よく実施でき、小型で簡単な堅牢構造で汎用性の高い安価に製作可能な翼の形状測定装置に関するものである。

回転軸に放射状に装着する前記各種の翼は、加速／減速時や高速運転中において、異常な振動や騒音の無い空力性能の向上と安定維持を図るため、翼の形状が設計され、そしてその製造過程で、翼の夫々が設計上予定された形状か否かそして、変形や傷がないか否かの検査を行っている。
その検査は、個人差があり且つ誤検も多くまた変形や傷を見逃し易く時間がかかり検査精度が低いという旧来の目視検査に変わって、翼の表面側と裏面側の夫々の表面形状を測定し、それら表裏の形状を合成して翼の全表面形状を測定する方法が開発されている。

この翼の表面形状を測定する方法として、特許文献１〜特許文献８などに紹介されているように、大きく分類して、翼の表裏面に、機械的に測定ゲージを当てプロット合成する機械測定方法と、翼の全表面域に亘って光学的照射スキャンを行い合成する光学測定方法の二種類がある。

本発明は、後者の光学測定方法より周囲の環境に左右されない簡易機構で測定精度がよく安価に製作可能な前者の機械測定方法を実現する装置を提供する。

そこで、翼の製作直後の表面形状、或いは稼働中の定期的機械測定検査における翼の表面形状の測定は、一般に直立にした翼の高さ方向における複数の翼横断面形状管理位置の個々について、矩形プレートに当該管理位置のあるべき当該翼横断面形状を刳り貫いて、その裏面側と表面側に分けて二分割にした二枚のゲージプレートを、翼の裏側と表側から別々に或いは同時に当接してゲージプレートの当該翼横断面形状の刳り貫き縁と実際の翼の表面位置との差異を計測してプロットすることにより翼の高さ方向の横断面形状の変化を三次元的に測定して翼の表面形状を把握し、真の翼の表面形状との関係を測定検査し、その誤差などを修正して、翼の表面形状品質の確保と安全性を維持しなければならない。

従来の翼の表面形状測定装置は、特許第３５９７４４３号公報で紹介された図７に示す装置が一般的である。
この装置は、図７の（１）に分解的に鳥瞰図で示すように、固定の水平基盤上の左右に門型スタンドを固定配置し、左側の門型スタンドの対向面に、一方のゲージプレートの水平移動用のスリットガイドを形成したガイドプレートを交換可能に装着し、右側の門型スタンドの対向面に、他方のゲージプレートの水平移動用のスリットガイドを形成したガイドプレートを交換可能に装着し、門型スタンド間に翼を直立にして載置する回転台を設け、回転台を門型スタンド間の側方から中央部に出し入れ移動可能にするスライド台を設け、スライド台と同様に門型スタンド間の側方から移動して回転台に直立に載置した翼を支持する翼支持スタンドを設けたものである。

この構成により回転台に被検査体である翼を直立に載置してスライド板で門型スタンド間の中央部の検査位置に移動セットし、翼支持スタンドで翼を所定の測定状態に支持し、前記両ゲージプレートを当該ガイドプレートのスリットガイドに沿って摺動して翼の表裏側で突合せ、併記した図７の（２）のように元の一枚の矩形プレート状に当接して形成し、翼の表面をあるべき当該翼横断面形状の刳り貫き縁で囲い翼の横断面形状の是非を測定する。

特許第３５９７４４３号公報 特開１９９７−５０４４号公報 特開２００１−２７１６０５号公報 特開２００２−１７４５１２公報 特開２００８−５１６６４号公報 特開２０１２−１３７０５４号公報 特開２０１３−５０３６２号公報 特許第３５３１２９０号公報

従来の前記翼の横断面形状測定装置は、水平基盤と、ガイドプレートを対向面に配置の一対の門型スタンドと、翼支持スタンドと、スライド台と、回転台と言う多くのパーツによりゲージプレートを扱う複雑な機構であり、広い設置面を必要とするため、高額な設備投資となるばかりか、ゲージプレートを支持するガイドプレートを内面に配置の門型スタンドが左右に分離しているため測定検査精度と作業効率が甚だ良くない。
本発明は、翼の横断面形状を、簡易で小型堅牢な構造構成により、迅速に高精度で測定検査することを実現して、高効率化をはかることを可能にした翼の横断面形状測定装置を提供するものである。

本発明は、前術の課題を全うするものであり、そのための技術手段は次のとおりである。
（１）、回転軸に装着配列する翼を、その回転軸との装着部側から先端側にかけて複数位置の横断面形状を測定する装置において、
前記翼をその先端を上にし回転軸との装着部を下にした直立状態にして対面間に位置させる一対のＬ型バックアップスタンドと、
前記一対のＬ型バックアップスタンドの対面下部間に水平に着脱可能に設けられ翼の回転軸装着部を支持する支持プレートと、
前記一対のＬ型バックアップスタンドの対向面に着脱可能に装着され表面に前記横断面形状を測定する複数位置の各々に水平スリットガイドを平行関係で設けたゲージガイドプレートと、
前記ゲージガイドプレートの対面する各水平スリットガイドに両端部を挿入摺動して対面先端縁を前記翼の表面側と裏面側から挟み込んだ際に対面先端縁により当該測定位置の目標横断面形状を形成する一対の横断面形状ゲージプレートと、
から構成してなることを特徴とする翼の横断面形状測定装置。

（２）、前記一対のＬ型バックアップスタンドには、対面間の離間距離を調整するスクリュー式、ピニオンラック式、自走式等の位置調節機構を設けたことを特徴とする前記（１）の翼の横断面形状測定装置。
前記した翼の横断面形状を測定する複数位置を以下管理断面位置と称する。

本発明の翼等の横断面形状測定装置は、タービンに用いられる静翼や動翼、送風機、軸流コンプレッサ等の各種の翼（羽根を含む）等の横断面形状の測定検査を、迅速正確に効率よく実施でき、小型で簡単安全な堅牢構造で安価に製作可能な汎用性の高い装置である。

本発明は、従来、ガイドプレートを対面配置していた固定式の左右各一対の門型スタンドと、門型スタンド間の側方配置の翼支持スタンドと、門型スタンド間中央部配置のスライド台と、回転台とを完全に撤廃したものである。

つまり本発明の翼等の横断面形状測定装置は、前記特徴におけるゲージガイドプレートを対面配置した一対のＬ型のバックアップセットスタンドを、翼とゲージプレートのサイズに応じて対面間距離を自在に調節した後、スタンド間に翼を直立状態で収容しその下部である回転軸との装着部を支持プレートで安定支持してコンパクトな堅牢構造を構成して横断面形状測定の段取りを完了する。

そして、翼の各管理断面位置において、対面先端縁を突き合わせた際に当該測定位置の目標横断面形状を形成する一対の横断面形状ゲージプレートの両側端部を一対の水平スリットガイド内に挿入して突き合わせて当該正規の横断面形状にすることにより、実際の翼の横断面形状を三次元的に正確迅速に測定して当該正規の横断面形状に対する、公差を測定しその是非を判定することを可能にして、精度の高い高品質な翼の製造および、使用中の翼については、適切なメンテナンス管理を可能にしたものである。

本発明の実施例１を示す鳥瞰図である。 図１の矢視Ａ−Ａから見た横断面ゲージプレートの平面図である。 実施例２を示す正面説明図である。 図３の矢視Ｂ−Ｂから見た側面説明図である。 図４の矢視Ｃ−Ｃから見た平面説明図である。 実施例２の各 管理断面位置１〜４における当該横断面ゲージプレートで測定する翼の横断面形状例を示す説明図である。 従来、特許文献１により公知の翼横断面測定装置を分解的鳥瞰図（１）で示す説明図であり、（２）は、二枚のゲージプレートをガイドプレートのスリットガイドに沿って摺動して門型スタンド間の無支持部で突き合せして矩形プレート状にした際の状態、を示す鳥瞰説明図である。

本発明を実施するための形態は、図面に示す実施例により詳細に説明する。

実施例１の翼の横断面形状測定装置を、図１〜図２に示す。
本例は、静翼１００の横断面形状測定装置であり、静翼１００（被検査翼）をその回転軸装着部であるボス部１０２ａを下にして直立に載置支持して、この載置翼の高さ方向（長さ方向）の複数の管理断面位置１〜５の横断面形状を測定するものであり、基台２００上に設置した一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２と、静翼の回転軸との装着部であるボス部１０２ａを支持する支持プレート３０３と、一対のガイドプレート３０４，３０５と、正規の静翼横断面形状を二分割した各一対のゲージプレート４０１ａ，４１ｂとから構成してなる。

一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２は、直立状態の静翼１００を中央部に位置させて互いに平行状態で対面位置する。
本例のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２は一方のＬ型バックアップスタンド３０１を基台２００上に位置固定し、他方のＬ型バックアップスタンド３０２をスクリュー式位置調節機構５００によりＬ型バックアップスタンド３０１との対面間距離を調節可能に設置してある。

スクリュー式位置調節機構５００は、Ｌ型バックアップスタンド３０２の後部のスクリュー軸受け部５０５にスクリューシャフト５０１（以下単にスクリュー５０１と称する）の前部を螺合し、スクリュー５０１の後部を歯車ボックス５０２内の歯車機構（図示していない）を介してハンドル５０３に連結し、このハンドル５０３の回転操作によりＬ型バックアップスタンド３０２の被ガイド３０２Ｇを基台２００に形成した嵌合ガイド５０４に沿って前後進作動させる。
尚、この一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２は基台２００上にフリー載置タイプにして、対面間の離間距離の調整を任意に自在にすることも可能である。

静翼のタブテールのボス部１０２ａの支持プレート３０３は、前記一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２のガイドプレート３０４，３０５の下部間に水平に着脱可能に設けられており、中央部に前記ボス部１０２ａを勘合する支持ホール３０３ａを形成しブッシュ３０３ｂでボス部１０２ａを緊締固定する。

ガイドプレート３０４，３０５は、前記一対のＬ型バックアップスタンドの対向面に着脱可能に装着され表面に当該静翼の高さ方向の複数の前記管理断面位置１〜５の各々にスリットガイドＳＧを平行関係で設けてある。この対向面各一対のガイドプレート３０４，３０５は翼の種類や管理断面位置の変更のため各種用意され適宜に着脱交換可能にしてある。

横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂは、両側部をガイドプレート３０４，３０５の各当該スリットガイドＳＧに挿入して摺動自在に嵌めて、各対面する先端縁ＥＧで当該静翼の表面１００ｆ１側と裏面１００ｆ２側から挟み込んだ際に、静翼の当該管理断面位置の各目標の正規の横断面形状を形成する。

以上の構成により、本例の静翼の横断面形状測定装置の翼表面形状の測定は、Ｌ型バックアップスタンド３０１，３０２間の支持プレート３０３により静翼１００の下部のボス部１０２ａを支持して所定の被測定姿勢で直立状態に固定した静翼１００に対して次のように迅速に実施することができる。
最下段の管理断面位置５のスリットガイドＳＧから順に、当該横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの各両方を左右から挿入してその先端縁ＥＧを静翼１００の表面１００ｆ１と裏面１００ｆ２の両面に当接させ、この当接の都度、当該横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの下方から上方に向けて当接部に光を投射することにより、当該横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの先端縁ＥＧと翼表面との間隙を当該ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの上方から目視にて観察すると共に、間隙ゲージを挿入して間隙寸法を測定し公差を求め，その測定公差をプロット記録して静翼１００の当該管理断面位置における表面の曲率が正確に製作されているか否かを順次判定して行くものである。

実施例２の動翼１０００の横断面形状測定装置は、図３〜図６に示す。
本例の、動翼１０００の横断面形状測定装置は、前例同様に、動翼１０００をそのスプライン１０２ｂを下にして直立に載置支持して、この載置動翼の高さ方向（長さ方向）の複数の管理断面位置１〜４における図６に示す横断面形状１ａ〜１ｄを測定するものであり、一対のＬ型バックアップスタンドと、動翼の回転軸との装着部であるダブテール用の支持プレート３０３−１及び動翼角度調整軸であるスプライン１０２ｂ用の支持プレート３０３−２と、ガイドプレート３０４，３０５と、横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂから構成してなる。
本例は実施例１との違いは動翼１０００のスプライン１０２ｂ用の支持プレート３０３−２を設置したことが主であり、その他の構成部分は実施例１と略同一でありその符号を付して詳細な機能説明等を省略する。

一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２は、直立状態の動翼を中央部に位置させて互いに平行状態で対面位置し、対面間の離間距離の調整は、実施例１と同様な式位置調節機構より調節可能に設置してあり、図には省略して示していない。

動翼１０００のダブテールのボス部１０２ａ用の支持プレート３０３−１は、前記一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２の下部のガイドプレート間に水平に着脱可能に設けられており、中央部にボス部１０２ａを挿入勘合する支持ホール３０３−１ａを形成しブッシュ３０３−１ｂでダブテールのボス部１０２ａを緊締固定する。

スプライン１０２ｂ用の支持プレート３０３−２は、ボス部１０２ａ用の支持プレート３０３−１の下方に平行関係で設けられ中央部にスプライン１０２ｂ部を勘合する支持ホール３０３−２ａを形成してブッシュ３０３−２ｂでスプライン１０２ｂを緊締固定する。

ガイドプレート３０４，３０５は、前記一対のＬ型バックアップスタンド３０１，３０２の対向面に着脱可能に装着され表面に当該動翼１０００の高さ方向の複数の前記管理断面位置１〜４の各々にスリットガイドＳＧを平行関係で設けてある。

横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂは、両側部をガイドプレート３０４，３０５の各当該スリットガイドＳＧに挿入して摺動自在に嵌めて、各対面する先端縁ＥＧで動翼１０００の表面１００ｆ１側と裏面１００ｆ２側から挟み込んだ際に、当該動翼１０００の管理断面位置の各目標の正規の横断面形状を形成する。
当該動翼１０００の管理断面位置１〜４の各横断面形状例を図６に示す。

以上の構成により、本例の動翼１０００の横断面形状測定装置の動翼表面形状の測定は、Ｌ型バックアップスタンド間のボス部１０２ａ用支持プレート３０３−１とスプライン１０２ｂ用の支持プレート３０３−２とにより支持して所定の被測定姿勢で直立状態に固定した動翼１０００に対して次のように迅速に実施することができる。
最下段の管理断面位置４のスリットガイドＳＧから順に、当該横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの両方を左右から挿入してその先端縁ＥＧを動翼１０００の表面１００ｆ１と裏面１００ｆ２の両面に当接させ、この当接の都度、当該動翼１０００横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの下方から上方に向けて光を投射することにより、当該動翼１０００横断面形状ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの先端縁ＥＧと動翼表裏面との間隙を当該ゲージプレート４０１ａ，４０１ｂの上方から目視にて観察すると共に、間隙ゲージを挿入して間隙寸法を測定し公差を求め，その測定公差をプロット記録して動翼１０００の当該管理断面位置における表面の曲率が正確に製作されているか否かを順次判定して行くものである。

本発明の動翼の横断面形状測定装置は、前述の発明の効果の記載から明らかなように、小型で簡単安全な堅牢構造で汎用性の高い安価に製作可能な装置であって、タービンに用いられる静動翼や動動翼、送風機、軸流コンプレッサ等の各種の動翼（羽根を含む）等の横断面形状の測定検査を、迅速に精度良く、効率よく、実施できるもので、各種の動翼の製造産業界の発展に寄与すること多大なものがあります。

１００：静翼
１０２ａ：ボス部
１０２ｂ：スプライン
１００ｆ１：表面
１００ｆ２：裏面
１〜５：管理断面位置
２００：基台
３０１，３０２：Ｌ型バックアップスタンド
３０３：支持プレート
３０２Ｇ：被ガイド
３０３ａ：支持ホール
３０３ｂ：ブッシュ
３０３−１：支持プレート
３０３−１ａ：支持ホール
３０３−１ｂ：ブッシュ
３０３−２：支持プレート
３０３−２ａ：支持ホール
３０３−２ｂ：ブッシュ
３０４，３０５：ガイドプレート
４０１ａ，４１ｂ：ゲージプレート
５００：スクリュー式位置調節機構
５０１：スクリューシャフト
５０２：歯車ボックス
５０３：ハンドル
５０４：嵌合ガイド
５０５：スクリュー軸受け部
ＳＧ：スリットガイド
ＥＧ：先端縁
１０００：動翼

Claims (1)

1. 回転軸に装着配列する一つの翼（１００）を、その回転軸との装着部側から先端側にかけて複数の管理断面位置（１〜５）の横断面形状を測定する装置において、
   前記翼（１００）をその先端を上にし回転軸との装着部を下にし直立状態にして対面間に位置させる一対のＬ型バックアップスタンド（３０１，３０２）と、
   前記一対のＬ型バックアップスタンド（３０１，３０２）の対面する下部間に水平に着脱可能に設けられ翼（１００）の回転軸装着部を支持する支持プレート（３０３又は３０３−１，３０３−２）と、
   前記一対のＬ型バックアップスタンド（３０１，３０２）の各対向面に着脱可能に装着され表面に前記横断面形状を測定する複数の管理断面位置（１〜５）の各々に水平のスリットガイド（ＳＧ）を平行関係で設けたゲージのガイドプレート（３０４，３０５）と、
   前記ゲージのガイドプレート（３０４，３０５）の対面する前記各水平のスリットガイド（ＳＧ）に両端部を挿入摺動して対面先端縁（ＥＧ）を前記翼（１００）の表面側（１００ｆ１）と裏面側（１００ｆ２）から挟み込んだ際に対面先端縁（ＥＧ）により当該測定する管理断面位置の目標横断面形状を形成する一対のゲージプレート（４０１ａ，４０１ｂ）と、
   前記一対のＬ型バックアップスタンド（３０１，３０２）の対面間の離間距離を調整する機構（５００）と、
   から構成したことを特徴とする翼の横断面形状測定装置。

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