JP5961812B1 - 重心位置計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測精度の向上が図れると共に治具数の削減も行うことができ、さらには作業者の労力低減を確保しながら、作業効率の良い耐久性の高い重心位置計測装置を提供する。【解決手段】被計測体全体を支持する治具と、前記治具を支持する移動受け具と固定受け具を配した固定台と、を備え、前記治具を介した前記被計測体の重量を、前記移動受け具と前記固定受け具で計測することで、前記被計測体の重心位置を計測するとともに、前記移動受け具は水平方向に移動して位置決め可能に設けられ、前記固定受け具は水平方向に固定的とする。【選択図】図１

Description

本発明は、被計測体の重心位置を高精度に計測する重心位置計測装置に関する。

従来より、様々な技術分野において、被計測体の重心位置を高精度に計測する技術が要求されている。特に、蒸気タービン、ガスタービンや水力タービン等のタービンの技術分野では、タービンのロータ外周に装着される動翼や圧縮動翼をロータ外周に装着する際、装着後のロータのアンバランスを少なくするために、翼を装着する前に、翼単体で、翼の重心位置を高精度に計測し、それに伴うモーメントウェイトを算出して翼の装着順序等を判断している。

このようなモーメントウェイト計測装置として従来のものは、図１０に示すように、計測時にタービン翼Ｗの翼頂部を翼頂部重量計測用の電子秤２０１上でローラ２０２ 付きの受け具２０３で支持しながら、翼根部は、翼根部重量計測用の電子秤２０４上でピン２０５付きの受け具２０６で支持を行っている。
これより、タービン翼Ｗの翼頂部重量と翼根部重量が計測され、これらが図示しないパソコンに入力され、このパソコンにより予め入力されていたローラ２０２とピン２０５との距離からタービン翼Ｗの重心位置が計測されるので、これを基にモーメントウェイトを算出することができる。

しかしながら、このようにタービン翼Ｗの翼根部がピン２０５付きの受け具２０６で支持されている形態では、ピン２０５とタービン翼Ｗの接触部で垂直方向以外の力が作用してコゼが生じて摩擦によるモーメントが働きタービン翼Ｗの水平保持が困難となることから、タービン翼Ｗをピン２０５付きの受け具２０６に乗せる際の置き方によって、計測値が大きくばらつき、タービン翼Ｗの真の重心位置が計測されないという不具合があった。

一方、上記不具合に対して、被計測体の長手方向に該被計測体の重心を挟んで同被計測体をピンでなく回転体で支持する一対の受け具を配することや、一方の受け具をスライド台上に設け他方の受け具に対し移動可能とすることも提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、コゼを無くして被計測体を水平に保持でき、安定した計測が図れると共にサイズの異なる種々の被計測体への柔軟な対応を図ることができる。

特開２００１−５０８４６号公報

しかしながら、特許文献１においても、従来のものと同様に受け具が被計測体を直接支持しているので、被計測体の形状による計測誤差や、設置誤差等の発生を抑えることは困難であった。また、受け具が移動することで、それぞれの受け具間の距離が可動となっていることに起因する誤差が生じてしまい、受け具間の正確な位置合わせをするのが難しかった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、計測精度の向上が図れると共に治具数の削減も行うことができ、さらには作業者の労力低減を確保しながら、作業効率の良い耐久性の高い重心位置計測装置を提供することを目的とする。

前記目的達成のために、本発明に係る重心位置計測装置は、被計測体全体を支持する治具と、前記治具を支持する移動受け具と固定受け具を配した固定台と、を備え、前記治具を介した前記被計測体の重量を、前記移動受け具と前記固定受け具で計測することで、前記被計測体の重心位置を計測するとともに、前記移動受け具は水平方向に移動して位置決め可能に設けられ、前記固定受け具は水平方向に固定的としたことを特徴とする。

この構成により、被計測体全体が治具でしっかりと支持される一方で、固定台に設けられた移動受け具と固定受け具は、治具を介して被計測体を計測するので、被計測体の形状に依存せず、精度の高い計測が得られる。また、移動受け具が水平方向に移動することによって、移動受け具と固定受け具間の距離を変化させることができるので、１つの治具を様々なサイズの被計測体の測定に使用することができ、被計測体のサイズに合わせた治具を別途用意する必要がなく、治具数が削減する。

なお、本発明において、「水平方向」というのは、重力が働く方向に垂直な面である水平面に対して平行な方向を意味しており、物理的に「厳密な水平方向」はもちろん、技術常識からみて「水平方向」にみられる「略水平方向」をも含む概念である。また、特に言及がない場合には、重量を計測するもの、例えば、電子秤等は受け具の構成の一部であり、該受け具は固定台の構成の一部である。また、固定台は治具を支持する形態であればいかなる形態であってもよい。例えば、机や床も本発明の固定台となりうる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記移動受け具と前記治具とが点接触しており、前記移動受け具または前記治具の何れか一方の接触部分は、平面であることを特徴とする。

この構成により、移動受け具の位置を広がりが殆どない点接触部分とすることで、測定の基準となる移動受け具と固定受け具間の距離について、誤差の少ない計測が行え、また、水平面方向に生ずる摩擦力を何れの方向にも均等に抑えることができるので、計測精度を高めることができる。
なお、本発明において、「平面」というのは、物理的に「厳密な平面」はもちろん、技術常識からみて「平面」にみられる「略平面」をも含む概念である。

また、本発明の点接触の「点」について、面積のない幾何学的な「点」だけでなく、荷重の圧力による接触部分の変形としてある面積を持った「面」も含んでいる。
即ち、本発明の点接触は、円形接触面も含むものである。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記平面が、前記移動受け具の接触部分であることを特徴とする。
この構成により、可動する移動受け具と固定受け具との位置関係が、可動しない治具側に設けられた点接触部分と固定受け具との位置関係に基づいて求めることができるようになる。即ち、可動部である移動受け具の配置誤差が計測時に反映されなくなるのでさらに精度の高い計測が実現できる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記治具が、複数の支持ポイントを備え、当該複数の支持ポイントから任意の支持ポイントを選択して前記移動受け具と点接触させることで、被計測体に合わせた計測を可能としたことを特徴とする。
この構成により、治具に設けられた複数の支持ポイント毎に、可動部である移動受け具の配置誤差を反映させずに移動受け具と固定受け具間の距離を変化させて計測できるので、様々なサイズの被計測体に合わせた精度の高い計測が実現できる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記固定受け具が、回転軸を有し、当該回転軸は、前記平面と同じ高さであることを特徴とする。
ここで、「同じ高さ」というのは、物理的に「厳密な同じ高さ」はもちろん、技術常識からみて「同じ高さ」にみられる「略同じ高さ」をも含む概念である。
この構成により、それぞれの受け具にかかる重量の配分を正確に行うことができ、また、治具は回転軸により回転可能なので、移動受け具を移動させる時の操作性の向上及び、正確な位置合わせが可能となる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記治具を前記固定台から取り外すことができることを特徴とする。
この構成により、治具が固定台に配置された状態だと治具に被計測体を支持し難い場合であっても、治具を固定台から取り外すことによって、被計測体を治具にしっかりと固定支持させることができる。また、１つの治具だけでなく、複数の治具の利用も可能となる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、衝撃吸収装置を備えたことを特徴とする。
この構成により、被計測体を治具に支持する際、及び、固定台に治具を設置する際の衝撃を和らげることができ、機器の故障や計測時の誤動作等を少なくすることができる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記衝撃吸収装置が、上下方向に調整可能であることを特徴とする。
この構成により、被計測体を治具に支持する際、及び、固定台に治具を設置する際の衝撃をさらに和らげることができ、機器の故障や計測時の誤動作等を少なくすることができる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記治具がジェラルミンからなることを特徴とする。
この構成により治具の重量が軽くなるので操作しやすくなり、また頑丈に構成することができる。

また、本発明に係る重心位置計測装置は、前記被計測体が、蒸気タービン、ガスタービンや水力タービン等のタービンのロータ外周に装着される動翼であることを特徴とする。
この構成により、前記タービンのロータ外周に装着される動翼の重心位置の計測を高精度に効率よく行うことができる。

本発明によれば、計測精度の向上が図れると共に治具数の削減も行うことができ、さらには作業者の労力低減を確保しながら、作業効率の良い耐久性の高い重心位置計測装置が実現できる。

本発明の重心位置計測装置を示した説明図（正面図）である。 本発明の治具を固定台から取り外す際の説明図（正面図）である。 本発明の治具を固定受け具の回転軸回りに回転させた際の説明図（正面図）である。 本発明の移動受け具を隣接する治具の支持ポイントまで移動させた際の説明図（正面図）である。 本発明の実施形態による重心位置計測装置を示す正面図である。 図５における重心位置計測装置を示す平面図である。 図６における重心位置計測装置を示す側面図である。 重心位置算出の原理図である。 モーメントバランス計測の原理図である。 従来の重心位置計測装置を示す説明図（正面図）である。

以下、本発明に係る重心位置計測装置について図を用いて説明する。

本発明の原理を図１〜図４の説明図にて説明する。ここで、説明の都合上、図２〜図４においては被計測体Ｗの記載を省略しているが、被計測体Ｗとしては、様々な形状のものが想定され得る。なお、実施形態を示す図５〜図７と上記説明図及び原理図において、同じ符号は同一の部材を意味している。

図１に示すように、被計測体Ｗは全体として治具２に固定支持されている。そして、固定台１に設置された固定受け具４と移動受け具３により治具２が支持されている。ここで、治具２が１つの部材として一体的に構成されていると、計測精度が高くなり、好ましい。

固定受け具４と移動受け具３の両者は間隔を開けて配置され、移動受け具３が水平方向に移動することによって、両者の距離が変化する。固定受け具４の治具受け部（治具側）４ｄと治具２の接触部分は、しっかりと固定され、両者が水平方向に移動しないように構成されている。実際の移動受け具３に対しての固定受け具４の水平方向の位置としては、治具２との接触部分の中心線（図８参照）や回転軸４ｃ（図１参照）を基準とすることが望ましい。ここの具体的な構造としては、両者が水平方向に移動しないようになっていればどのような構造でも良い。例えば、治具受け部（治具側）４ｄの接触部分に凸部１０を、治具２の接触部分に凹部９を設け、これら凸部１０と凹部９が結合するような構成としてもよい（特に図２参照）。

このように、治具２と治具受け部（治具側）４ｄとは、水平方向に固定的に設置されている一方、移動受け具３の支持ポイント受け部３ａの治具側側面は平面に形成され、治具２に設置された支持ポイント５の先端部５ａと点接触していて水平方向に可変となっている。先端部５ａは、前記平面と点接触すればどのような構造でも良く、例えば、点接触時において、先端部５ａには支持ポイント受け部３ａの移動に伴って回転する球体が嵌め込められ、その球体の一部と前記平面が点接触していてもよい。

なお、治具２には複数の支持ポイント５が固定受け具４との位置関係において、高精度に設けられており、移動受け具３を水平方向に移動させ、任意の支持ポイント５の先端部５ａと点接触させることができる。こうすることによって、１つの治具であっても、複数の被計測体Ｗに合わせた計測が可能となる。移動受け具３及び、固定受け具４にはそれぞれ重量計測用の電子秤３ｂ、４ｂが配備され、被計測体Ｗの重量は、治具２を介してこれらの電子秤３ｂ、４ｂで計測される。これら電子秤３ｂ，４ｂの計測値は図示しない重量表示器にそれぞれ表示されると共に図示しないパソコンに入力される。

［作用］このように構成されるため、被計測体Ｗの重心位置を計測するにあたっては、先ず、図２に示すように、治具を固定台１から取り外して、被計測体Ｗを治具２に設けられたサポート部材７とサポート部材８により、垂直方向を固定支持し、サポート部材７の凸部側面に被計測体Ｗを押し当てる事により、水平方向を固定支持する。ここで、サポート部材７、８は被計測体に合わせて、一方だけ、又は、それぞれが垂直方向、又は水平方向に移動する構成としてもよい。

次に被計測体Ｗを治具２の定位置にしっかりと固定支持したら、被計測体Ｗのサイズや形状等に合わせて移動受け具３を所定箇所に移動させ、固定台１に衝撃を与えないように衝撃吸収装置６の伸縮部６ａを上方向に動かし、治具２を衝撃吸収装置６によって固定台１上に仮設置させる。その後、衝撃吸収装置６の伸縮部６ａを下方向に動かし、治具２が移動受け具３と固定受け具４だけで支持されるようにすることで、完全に治具２が固定台１に設置されたら、電子秤３ｂ，４ｂにより被計測体Ｗ の移動受け具３側の重量と固定受け具４側の重量が治具２を介してそれぞれ計測され、その計測値が図示しないパソコンに入力されると共に両者が表示される。

実際には、測定される重量は治具及び受け具の重量を含んだものであるが、予めそれぞれに係る治具及び受け具の重量分を測定しパソコンのメモリに記憶させ、その重量分をそれぞれの測定値から差し引くことで、正確な重量を算出し、表示することができる。なお、これらの値から被計測体Ｗの具体的な重心位置を算出する方法は従来公知の方法を利用することが望ましい。

このように、被計測体Ｗの全体が一体的に構成された治具２でしっかりと支持される一方で、固定台１に設けられた移動受け具３と固定受け具４は、治具２を介して被計測体Ｗを計測するので、被計測体Ｗの形状に依存せず、精度の高い計測が得られる。また、移動受け具３が水平方向に移動することによって、移動受け具３と固定受け具４間の距離を変化させることができるので、１つの治具２を様々なサイズの被計測体Ｗの測定に使用することができ、被計測体Ｗのサイズに合わせた治具２を別途用意する必要がなく、治具数が削減する。

被計測体Ｗを計測するに際して、被計測体Ｗのサイズ等が合わない場合には、図３に示すように固定受け具４の回転軸４ｃを中心に治具２を回転させ、治具２の移動受け具３側を上方向に動かすことによって、移動受け具３を水平方向に移動させることができるようになるので、被計測体Ｗのサイズ等に合う適切な支持ポイント５の位置まで移動受け具３を水平方向に移動させる。その後、治具２を元に戻して計測を行えば良い。

ここで、支持ポイント５の先端部５ａは、移動受け具３の支持ポイント受け部３ａの治具側平面部分の任意の位置に点接触することになるが、その位置は、前記平面部分であれば何れの箇所でも構わない。即ち、前記平面部分の中心であろうが、端であろうが、電子秤３ｂが計測する値は同じだからである。このことは、移動受け具３の移動に伴う設置誤差が被計測体の計測に影響を与えないことを意味している。

これにより、図示しないパソコンにより、被計測体Ｗの真の重心位置が計測され、特に、タービンのロータ外周に装着される動翼や圧縮動翼をロータ外周に装着する際には、これを基にモーメントウェイトが算出される。

即ち、図８に示すように、計測された移動受け具３側の重量Ａ及び固定受け具４側の重量Ｂと、予め基準として測定されている移動受け具３と固定受け具４との距離Ｌ２（実際には、治具２に設置された支持ポイント５の先端部５ａと固定受け具４との距離） とから被計測体Ｗの重心位置Ｌ１ を計測することができる。（実際には、測定される重量は治具及び受け具の重量を含んだものであるが、予めそれぞれに係る治具及び受け具の重量分を測定しパソコンのメモリに記憶させ、その重量分をそれぞれの測定値から差し引くことで、正確な重量Ａ、Ｂを算出することができる。）例えば、重心位置Ｌ１は、Ｌ１＝Ｌ２×Ｂ／（Ａ＋Ｂ）＋Ｌｄ として求めることができる。ここで、Ｌｄは固定受け具４からサポート部材７によって位置決めされた被計測体の端部（固定受け具４側）までの水平距離である。

特に、タービンのロータ外周に装着される動翼や圧縮動翼をロータ外周に装着する際には、この重心位置Ｌ１に被計測体Ｗであるタービン翼が装着されるロータの半径Ｒをプラスした値と、前記重量Ａと重量Ｂとからモーメントウェイトが算出され、これを基に図９に示すように配列させることで、前記ロータにおける翼植え込み最適バランスを得ることができる。

本発明は、計測精度の向上が図れると共に治具数の削減も行うことができ、さらには作業者の労力低減を確保しながら、作業効率の良い耐久性の高い重心位置計測装置が実現できるという効果を有し、特に高い計測精度を必要とするタービンのロータ外周に装着される動翼や圧縮動翼等の被計測体の重心位置を計測するのに用いる測定対象物の重心位置計測装置等に有用である。

１ 固定台
２ 治具
３ 移動受け具
３ａ 支持ポイントの受け部
３ｂ 電子秤
４ 固定受け具
４ａ 治具受け部（電子秤側）
４ｂ 電子秤
４ｃ 回転軸
４ｄ 治具受け部（治具側）
５ 支持ポイント
５ａ 先端部（接触点）
６ 衝撃吸収装置
６ａ 衝撃吸収装置の伸縮部
７ サポート部材（固定受け具側）
８ サポート部材（移動受け具側）
９ 凹部
１０ 凸部
Ｇ 重心

Claims (8)

1. 被計測体全体を支持する治具と、
   前記治具を支持する移動受け具と固定受け具を配した固定台と、を備え、
   前記治具を介した前記被計測体の重量を、前記移動受け具と前記固定受け具で計測することで、前記被計測体の重心位置を計測するとともに、前記移動受け具は水平方向に移動して位置決め可能に設けられ、前記固定受け具は水平方向に固定的とした重心位置計測装置において、
   前記移動受け具と前記治具とが点接触しており、前記移動受け具または前記治具の何れか一方の接触部分は、平面であり、前記固定受け具は固定台に対して治具を回転させる回転軸を有し、当該回転軸は、前記平面と同じ高さであることを特徴とする重心位置計測装置。
2. 前記平面は、前記移動受け具の接触部分であることを特徴とする請求項１に記載の重心位置計測装置。
3. 前記治具は、複数の支持ポイントを備え、当該複数の支持ポイントから任意の支持ポイントを選択して前記移動受け具と点接触させることで、被計測体に合わせた計測を可能としたことを特徴とする請求項２に記載の重心位置計測装置。
4. 前記治具は、前記固定台から取り外すことができることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の重心位置計測装置。
5. 衝撃吸収装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の重心位置計測装置。
6. 前記衝撃吸収装置は、上下方向に調整可能であることを特徴とする請求項５に記載の重心位置計測装置。
7. 前記治具はジェラルミンからなることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の重心位置計測装置。
8. 前記被計測体は、蒸気タービン、ガスタービンや水力タービン等のタービンのロータ外周に装着される動翼であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の重心位置計測装置。
   

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