JP6481469B2

JP6481469B2 - 面間距離測定装置及び方法

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Publication number: JP6481469B2
Application number: JP2015072118A
Authority: JP
Inventors: 泰宮川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016191639A

Description

本発明は、対向する二面間の距離を測定するのに利用して好適な面間距離測定装置及びそれを用いた面間距離測定方法に関する。

対向する二面間の距離を測定する技術として、例えば特許文献１に、金型合せ面の測定やシム調整等に使用され、キャビティの深さ等の比較的小さい面間距離を測定する面間距離測定装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１では、回転角度αについて０度〜４５度を測定範囲としており、大型構造物の測定の際にはケース１及び測定子３は測定対象距離の√２倍以上の大きさが必要である。そのため、数メートルの面間距離測定となると、装置全体が人間の扱えない大きさとなってしまう。

また、特許文献２には、炉心シュラウドの据付作業等における炉心シュラウドの内径を自動測定するための炉心シュラウド内径自動測定装置が開示されている。
しかしながら、特許文献２は、面間ではなく内径を測るものであり、この場合、内径に対して傾斜して測定した場合には実際の内径より測定値が大きくなる誤差が出るため、測定面に対して垂直に設置する必要がある。内径測定装置は水平レベル調整器を内蔵しているが、測定面と垂直に設置する方法は明確に示されていない。

ここで、対向する二面間の距離を測定する事例として、圧延機ハウジングのハウジングウィンドウ幅を測定することがある。圧延機の管理の一つとして、圧延機ハウジングのハウジングウィンドウにおいて対向する二面間の距離（ハウジングウィンドウ幅とも呼ぶ）を測定、管理することが行われている（例えば特許文献３を参照）。圧延機による圧延中には、ロールに生じる圧延荷重により圧延機ハウジング及びライナで磨耗や変形が生ずるため、定期的にハウジングウィンドウ幅を測定、管理することが必要となる。

特許第３５２７９９０号公報特許第３８６８６６９号公報特許第５３３２６０６号公報

圧延機ハウジングのハウジングウィンドウ幅を測定する場合に、上述した理由から、特許文献１及び特許文献２に記載の技術をそのまま適用することは困難である。
従来、ハウジングウィンドウ幅の測定はインサイドマイクロゲージ等を用いて行われる。しかしながら、インサイドマイクロゲージ等を用いる測定作業は、人員が２名以上必要となり、また、被測定部のグリス清掃作業が必要となるため、負担のかかる作業となっている。また、インサイドマイクロゲージを用いた測定作業にはスキルが要求され（測定面とゲージを垂直にする方向を視覚的に判断することは困難であるため、垂直近傍の状態でゲージを動かした時の手の感触により判断し測定する必要がある）、ヒューマンエラーによる測定誤差が発生しやすい問題もある。

特許文献３には、複数の圧延スタンドからなるタンデム圧延機のロールアライメント管理方法であって、全ての圧延スタンドに共通した測定上の基準座標系を設定し、各圧延スタンドのワークロール及びバックアップロールのアライメント測定値が、パスライン方向に相当する座標軸と直交するようにアライメント調整を行うタンデム圧延機のロールアライメント管理方法が開示されている。そして、特許文献３には、３次元レーザートラッキング装置を用い、圧延スタンドの測定対象部位の位置測定を行うことが記載されている。
しかしながら、３次元レーザートラッキング装置を用いる場合、圧延機内立入りに伴う開口部養生や足場設置、また、被測定部のグリス清掃作業が必要となるため、多くの工数が必要で、測定作業に多大な時間を要する。さらに、３次元レーザートラッキング装置を用いる場合、レーザーを遮る障害物の除去や人払い、振動回避が必要なため周辺作業との干渉が大きいという問題もある。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、対向する二面間の距離を、短時間で容易に測定できるようにすることを目的とする。

本発明の面間距離測定装置は、対向する二面間の距離を測定するための面間距離測定装置であって、棒体と、前記棒体の両端部に設けられた一対の支持板とを備え、前記二面間に挿入することのできる支持体と、前記棒体の一端部に設けられた前記支持板で支持され、該面間距離測定装置の軸方向における同一の所定の位置から前記二面のうちの一方の面までの距離を測定する３つ以上の一方の距離測定センサと、前記棒体の他端部に設けられた前記支持板で支持され、該面間距離測定装置の軸方向における同一の所定の位置から前記二面のうちの他方の面までの距離を測定する３つ以上の他方の距離測定センサとを備え、前記３つ以上の一方の距離測定センサは、それぞれ前記一方の面に接触させるストローク式プローブを有する接触式変位センサであり、前記３つ以上の他方の距離測定センサは、それぞれ前記他方の面に接触させるストローク式プローブを有する接触式変位センサであり、前記３つ以上の一方の距離測定センサのストローク式プローブは、前記棒体の一端部に設けられた前記支持板から前記一方の面に向かって前記ストローク式プローブの軸方向に伸長することによって前記一方の面に接触するものであり、前記３つ以上の他方の距離測定センサのストローク式プローブは、前記棒体の他端部に設けられた前記支持板から前記他方の面に向かって前記ストローク式プローブの軸方向に伸長することによって前記他方の面に接触するものであることを特徴とする。
また、本発明の面間距離測定装置の他の特徴とするところは、前記一方の面に接触させるストローク式プローブ、及び、前記他方の面に接触させるストローク式プローブは、それぞれエアを駆動源として軸方向に延伸するものである点にある。
また、本発明の面間距離測定装置の他の特徴とするところは、前記一方の距離測定センサは３つあり、正三角形の各頂点に配置され、前記他方の距離測定センサは３つあり、正三角形の各頂点に配置される点にある。
また、本発明の面間距離測定装置の他の特徴とするところは、前記３つ以上の一方の距離測定センサ及び前記３つ以上の他方の距離測定センサにより測定した距離に基づいて、前記二面間の距離を算出する算出手段を備えた点にある。
また、本発明の面間距離測定装置の他の特徴とするところは、圧延機ハウジングのハウジングウィンドウ幅を測定するものである点にある。
本発明の面間距離測定方法は、本発明の面間距離測定装置を用いた面間距離測定方法であって、前記支持体を前記二面間に挿入し、前記３つ以上の一方の距離測定センサにより、前記面間距離測定装置の所定の位置から前記二面のうちの一方の面までの距離を測定し、かつ、前記３つ以上の他方の距離測定センサにより、前記面間距離測定装置の所定の位置から前記二面のうちの他方の面までの距離を測定することを特徴とする。

本発明によれば、対向する二面間の距離を、短時間で容易に測定することが可能になる。

実施形態に係る面間距離測定装置の概略構成を示す図である。実施形態に係る面間距離測定装置の使用状態を模式的に示す図である。面間距離測定装置の使用例を説明するための図である。面間距離の算出方法を説明するための図である。較正装置の一例を示す図である。面間距離測定装置による測定結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に、実施形態に係る面間距離測定装置１の概略構成を示す。また、図２に、実施形態に係る面間距離測定装置１の使用状態を模式的に示す。面間距離測定装置１は、対向する二面１０１ａ、１０１ｂ間の距離、本実施形態では圧延機ハウジング１００（図３を参照のこと）のハウジングウィンドウ幅を測定するために用いられる。

図２に示すように、面間距離測定装置１は、ハウジングウィンドウにおいて対向する二面１０１ａ、１０１ｂ間に挿入することのできる支持体２と、支持体２の一端部に設けられた３つの一方の距離測定センサ３ａと、支持体２の他端部に設けられた３つの他方の距離測定センサ３ｂとを備える。一方の各距離測定センサ３ａは、該面間距離測定装置１の所定の位置４から一方の面１０１ａまでの距離を測定する。また、他方の各距離測定センサ３ｂは、該面間距離測定装置１の所定の位置５から他方の面１０１ｂまでの距離を測定する。

図１に示すように、支持体２は、棒体２０１と、棒体２０１の両端部に設けられた一対の支持板２０２ａ、２０２ｂとを備える。

棒体２０１は、パイプ材２０１ａと、パイプ材２０１ａの両端に挿設される一対のサブパイプ材２０１ｂとにより構成される。複数の長さのサブパイプ材２０１ｂを用意しておけば、測定しようとしている面間距離に応じてサブパイプ材２０１を選択することにより、棒体２０１の全長を自由に変えることができる。

また、支持板２０２ａ、２０２ｂは、円板状に構成され、その中心に設けられた挿入部２０３が棒体２０１の端部に挿設されて、棒体２０１に対して垂直に配置される。
支持板２０２ａには、距離測定センサ３ａとして接触式変位センサが配設される。同様に、支持板２０２ｂには、距離測定センサ３ｂとして接触式変位センサが配設される。接触式変位センサ３ａ、３ｂはストローク式プローブ３０１を有し、エアによりプローブ３０１をその軸方向に伸長させることができる（図１中の矢印Ｘを参照のこと）。プローブの駆動構造として、エアによる駆動構造とすることで、小型化が可能になるとともに、プローブ３０１の面１０１ａ、１０１ｂへの接触圧を精度良く制御することができる。本実施形態では、支持板２０２ａにおいて、３つの接触式変位センサ３ａが正三角形の各頂点に配置される。同様に、支持板２０２ｂにおいて、３つの接触式変位センサ３ｂが正三角形の各頂点に配置される。

ここで、図２に示すように、面間距離測定装置１の所定の位置４とは、面間距離測定装置１の非可動部であって面１０１ａに最も近い位置、すなわち接触式変位センサ３ａのうち、可動部であるプローブ３０１を除くケーシング部分３０２のうち面１０１ａに最も近い位置をいう。同様に、面間距離測定装置１の所定の位置５とは、面間距離測定装置１の非可動部であって面１０１ｂに最も近い位置、すなわち接触式変位センサ３ｂのうち、可動部であるプローブ３０１を除くケーシング部分３０２のうち面１０１ｂに最も近い位置をいう。

図１に示すように、支持板２０２ａ、２０２ｂの周縁部には筒状のプロテクタ２０４が装着され、接触式変位センサ３ａ、３ｂを保護するようにしている。
また、支持板２０２ａ、２０２ｂの傾き防止のために、支持板２０２ａ、２０２ｂを不図示のストリング等で支持する構成としてもよい。
なお、棒体２０１や支持板２０２ａ、２０２ｂは、剛性を確保しながら軽量化を計るべく、例えばアルミニウム合金製とし、面間距離測定装置１を１人で持ち上げられる程度の重量とするのが好ましい。

次に、面間距離測定装置１による面間距離測定の概要を説明する。
図２に示すように、ハウジングウィンドウにおいて対向する二面１０１ａ、１０１ｂ間に面間距離測定装置１を挿入する。このとき、面間距離測定装置１は、二面１０１ａ、１０１ｂに対して傾いていてもかまわない。
この場合に、作業者が面間距離測定装置１を持ち上げて二面１０１ａ、１０１ｂ間に挿入するようにしてもよいし、図３に示すように、支持部材６（例えば三脚及びアーム）により面間距離測定装置１を支持して、二面１０１ａ、１０１ｂ間に挿入するようにしてもよい。支持部材６を使用することにより、高い位置のハウジングウィンドウ幅を測定することが可能となる。

二面１０１ａ、１０１ｂ間に面間距離測定装置１を挿入した状態で、各接触式変位センサ３ａ、３ｂのプローブ３０１を伸長させて、面１０１ａ、１０１ｂに接触させる。すなわち、支持板２０２ａで支持される３つの接触式変位センサ３ａのプローブ３０１を伸長させて一方の面１０１ａに接触させ、支持板２０２ｂで支持される３つの接触式変位センサ３ｂのプローブ３０１を伸長させて他方の面１０１ｂに接触させる。被測定部にグリスが塗布されている場合、プローブ３０１を推進させてグリスを貫通させて面１０１ａ、１０１ｂに接触させる。

以下、図４を参照して、面間距離の算出方法について説明する。面間距離は、対向する二面１０１ａ、１０１ｂが平行であることを前提として算出される。
図２に示すように、面間距離Ｌ_HWは、面間距離測定装置１の傾きをθ、各接触式変位センサ３ａ、３ｂのプローブ３０１を面１０１ａ、１０１ｂに接触させた状態での面間距離測定装置１の長さをＬ_mとして、下式（１）により表わされる。

図４に示すように、３つの接触式変位センサ３ａが正三角形の各頂点ａ，ｂ，ｃに配置され、３つの接触式変位センサ３ｂが正三角形の各頂点ｄ，ｅ，ｆに配置される。頂点ａと頂点ｄは、面間距離測定装置１の軸まわりにおいて同位相に配置される。頂点ｂと頂点ｅ、頂点ｃと頂点ｆについても同様である。また、面間距離測定装置１の一端部側の所定の位置４と他端部側の所定の位置５との間の長さをｋとする。また、接触式変位センサ３ａ、３ｂそれぞれの間のピッチをｗとする。また、一方の面１０１ａで各接触式変位センサ３ａにより測定される距離をｌ，ｍ，ｎ、他方の面１０１ｂで各接触式変位センサ３ｂにより測定される距離をｌ´，ｍ´，ｎ´とする。
接触点Ｐ₁〜Ｐ₆の各点の座標を測定し、一方の面１０１ａ及び他方の面１０１ｂそれぞれ３点で平均面を作り、対象面上の各点との法線距離を算出すると、距離Ｌ_mは下式（２）で表わされる。なお、対象面が厳密な平行であれば平均化は不要であるが、実用上は平均化するのが好ましい。

また、ｃｏｓθは、例えば頂点ａ，ｂ，ｃからなる正三角形の法線ベクトルｎ₁→（→はｎ₁の上に付されているものとする）と、面１０１ａの法線ベクトルｎ₂→（→はｎ₂の上に付されているものとする）とにより、下式（３）で表わされる。
ここで、下式（４）で表わされる測定機内点と平面の方程式、下式（５）で表わされる測定面上点と平面の方程式とから、法線ベクトルｎ₁→、ｎ₂→はそれぞれ下式（６）、下式（７）で表わされる。

式（２）で算出される距離Ｌ_mと式（３）で算出されるｃｏｓθとを式（１）に代入することにより、面間距離Ｌ_HWを算出することができる。

上述した面間距離の算出は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた計算装置により実行される。この場合に、計算装置、及び計算装置による算出結果を表示する表示装置はどこに設置されていてもよい。例えば面間距離測定装置１や支持部材６の適所に小型の計算装置及び小型の表示装置を設置すれば、作業者が作業しながら面間距離を確認することができる。また、各接触式変位センサ３ａ、３ｂで測定した距離を例えば無線通信で送出するようにし、別途設置した計算装置及び表示装置で面間距離の算出及び表示を行う形態でもよい。

面間距離測定装置１は、基準量によって偏りを正すようにするキャリブレーションが実施される。図５には、較正装置７の一例を示す。較正装置７は、天井面７ａ、底面７ｂ、及び二面を模擬する左右の側面７ｃとを有する箱型であり、削り出し加工により形成される。左右の側面７ｃ間の距離が一定の長さに厳密に管理されている。また、底面７ｂには面間距離測定装置１を載置するセット台７ｄが設けられている。
面間距離測定装置１の各部の微小な製作誤差や温度変化による微小な変化等により生じうる測定誤差を正せるように、較正装置７による較正を行った上で測定を実施する。これにより、測定日ごとに増減する誤差を較正し、持続的に高い精度を維持することができる。また、較正装置７内で面間距離測定装置１を傾動させながら較正を行い、各傾斜角における測定値を確認することで、傾斜角に応じた較正曲線を利用することができる。

図６に、本発明を適用した面間距離測定装置による測定結果を示す。平行な二面間の距離を１６００ｍｍとした試験装置を対象として、面間距離測定装置の傾きθを変えながら面間距離を測定した。図６の横軸は傾きθを、縦軸は測定結果（面間距離）を示す。面間距離測定装置が二面に対して傾いていても、測定誤差は±０．０４ｍｍの範囲に収まっており、精度良く二面間の距離を測定することができた。

以上のように、面間距離測定装置１を用いる測定作業は、人員が１名で足り、また、被測定部のグリス清掃作業が不要となるため、作業の負担を軽減させることができる。また、面間距離測定装置１を二面間に挿入してプローブ３０１を伸長させるだけなので、ヒューマンエラーによる測定誤差は発生しにくい。このように、本発明を適用した面間距離測定装置を用いることにより、大型の構造物等において対向する二面間の距離を、スキルレスで迅速に測定することができる。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
上記実施形態では、支持板２０２ａ（２０２ｂ）において、３つの接触式変位センサ３ａ（３ｂ）を正三角形の各頂点に配置するようにした。このように正三角形の対称配置とすることにより、計算を簡便化することができる。ただし、正三角形の配置に限定されるものではない。

また、一つの面１０１ａ（１０１ｂ）に対して３つの距離測定センサ３ａ（３ｂ）を配置するようにしたが、それ以上配置するようにしてもよい。例えば一つの面に対して４つの距離測定センサを配置する場合、４つの距離測定センサのうち３つの距離測定センサを用いて距離を測定し、本実施形態で説明したように面間距離を算出する。４つの距離測定センサを配置する場合、３つの距離測定センサの組み合わせは４通りあり、４つの面間距離が得られるので、例えばそれら４つの面間距離の平均を求めて、それを二面間の距離とすればよい。５つ以上の距離測定センサを配置する場合も同様である。

また、上記実施形態では、距離測定センサとして接触式変位センサを用いたが、非接触式距離測定センサ（例えばレーザ距離計等）を用いてもよい。ただし、レーザ距離計等では被測定部にグリスが塗布されている場合にその影響を受けるため、グリス清掃作業が必要となる。それに対して、接触式変位センサを用いれば、プローブを推進させてグリスを貫通させて面に接触させることができ、グリス清掃作業は不要である。

１：面間距離測定装置
２：支持体
３ａ、３ｂ：距離測定センサ（接触式変位センサ）
２０１：棒体
２０２ａ、２０２ｂ：支持板
３０１：ストローク式プローブ

Claims

対向する二面間の距離を測定するための面間距離測定装置であって、
棒体と、前記棒体の両端部に設けられた一対の支持板とを備え、前記二面間に挿入することのできる支持体と、
前記棒体の一端部に設けられた前記支持板で支持され、該面間距離測定装置の軸方向における同一の所定の位置から前記二面のうちの一方の面までの距離を測定する３つ以上の一方の距離測定センサと、
前記棒体の他端部に設けられた前記支持板で支持され、該面間距離測定装置の軸方向における同一の所定の位置から前記二面のうちの他方の面までの距離を測定する３つ以上の他方の距離測定センサとを備え、
前記３つ以上の一方の距離測定センサは、それぞれ前記一方の面に接触させるストローク式プローブを有する接触式変位センサであり、
前記３つ以上の他方の距離測定センサは、それぞれ前記他方の面に接触させるストローク式プローブを有する接触式変位センサであり、
前記３つ以上の一方の距離測定センサのストローク式プローブは、前記棒体の一端部に設けられた前記支持板から前記一方の面に向かって前記ストローク式プローブの軸方向に伸長することによって前記一方の面に接触するものであり、
前記３つ以上の他方の距離測定センサのストローク式プローブは、前記棒体の他端部に設けられた前記支持板から前記他方の面に向かって前記ストローク式プローブの軸方向に伸長することによって前記他方の面に接触するものであることを特徴とする面間距離測定装置。
前記一方の面に接触させるストローク式プローブ、及び、前記他方の面に接触させるストローク式プローブは、それぞれエアを駆動源として軸方向に延伸するものであることを特徴とする請求項１に記載の面間距離測定装置。
前記一方の距離測定センサは３つあり、正三角形の各頂点に配置され、
前記他方の距離測定センサは３つあり、正三角形の各頂点に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の面間距離測定装置。
前記３つ以上の一方の距離測定センサ及び前記３つ以上の他方の距離測定センサにより測定した距離に基づいて、前記二面間の距離を算出する算出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面間距離測定装置。
圧延機ハウジングのハウジングウィンドウ幅を測定するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面間距離測定装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面間距離測定装置を用いた面間距離測定方法であって、
前記支持体を前記二面間に挿入し、
前記３つ以上の一方の距離測定センサにより、前記面間距離測定装置の所定の位置から前記二面のうちの一方の面までの距離を測定し、かつ、前記３つ以上の他方の距離測定センサにより、前記面間距離測定装置の所定の位置から前記二面のうちの他方の面までの距離を測定することを特徴とする面間距離測定方法。