JPH10213416A - 軸心位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンのケーシング等の内径加工された部
材であって，現物でしか軸心位置の位置出しができない
部材の当該位置出しを容易，かつ，高精度に行えるよう
にする。 【解決手段】 レーザ発信器１１によりレーザ光を出射
する。その際のレーザ光の光路は，被測定物の軸心近傍
位置であり，レーザ光監視手段２０により，当該レーザ
光の光路が所定範囲にあるか否かを監視し，所定範囲内
にレーザ光があるときは，測定手段３０を内径加工され
た内周面に固定部３４により固定する。また固定部３４
はレーザ光を受光した際に，その受光位置を出力する受
光部３１と，当該受光部３１の水平角を計測する角度計
測部とを支持している。これにより得られた受光位置デ
ータ及び角度データは，データ処理手段５０に送られ，
当該データに基づき被測定物の軸心位置を演算して出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，タービンのケーシ
ング，ノズルダイアフラム，パッキンケーシング等の内
径加工された部材であって，現物でしか軸心位置の位置
出しができない部材の当該軸心位置出しを容易，かつ，
高精度に行うことが可能な軸心位置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，タービンのケーシング，ノズルダ
イアフラム，パッキンケーシング等の内径加工された部
材であって，現物合わせに依らなければ軸心位置の位置
出し（以下，単に軸出しと記載する）ができない部材に
対する軸心位置測定装置が種々提案されている。

【０００３】例えば，図６に示す軸心位置測定装置は，
両端に錘１が接続されたピアノ線２を支持するピアノ線
支持金具３，ピアノ線２と被測定物との距離を測定し，
その結果をレシーバ４を介して測定者に知らせるマイク
ロメータ５等を有して，ピアノ線支持金具３を被測定物
の両端に対向して配設し，かつ，軸心位置に配設し，そ
してピアノ線２をピアノ線支持金具３間に張り渡して使
用する。

【０００４】そして，軸出しは半円状の被測定物６の内
径の３点（図３において左点ａ，右点ｃ及び下点ｂ）に
対して，それぞれマイクロメータ５の一端が測定点に接
触した状態で，他端がピアノ線２に接する状態を求める
ことにより行われる。

【０００５】このとき，マイクロメータ５がピアノ線２
に接したか否かの確認は，測定者の目や当該接触により
発生するレシーバ４からの音等により行われる。

【０００６】ところで，ピアノ線２には一定の張力が錘
１により負荷されているものの，自重のために撓むの
で，下方向の測定（図３において加点ｂ）の結果には，
当該撓みを考慮した補正が必要になる。そこで，予めピ
アノ線２の撓み量を測定しておき，その結果を用いて測
定結果を補正することが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記軸
心位置測定装置により軸出しを行う際には，以下の事情
により測定結果の信頼性を高めるために測定回数を多数
回行う必要があった。

【０００８】即ち，ピアノ線２は対向して配設されたピ
アノ線支持金具３により支持されているため，その間に
は支えがない。このため風等を受けると振動したり，ま
た床の振動に敏感になったり測定者の接触等により振動
すると共に，当該振動がすぐに収らない問題がある。

【０００９】また，ピアノ線２には，曲り，ねじれ，太
さの不均一等が存在し，また自重による撓みがあるた
め，これらを考慮して測定結果を補正しなければならな
い問題がある。

【００１０】また，測定精度は測定者の勘（熟練度）に
支配されるため，その結果を用いた軸心位置も測定者に
依存した誤差を含み，また測定結果から軸心位置を算出
する際に手計算により算出するため計算ミスが発生しや
すい問題がある。

【００１１】さらに，全て手作業で行うため，測定に長
時間を要する問題がある。

【００１２】そこで本発明は，内径加工された部材の軸
出し作業を行う際に，熟練を要すること無く，容易，か
つ，短時間で，しかも測定精度の高く，信頼性の高い軸
心位置測定装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決しようとする手段】本発明は上記課題を解
決するために，請求項１にかかる発明は，内径加工され
た被測定物の内径軸方向の一端側に配設されて，当該内
径軸心近傍からレーザ光を出射するレーザ発信手段と，
被測定物を挟んでレーザ発信手段と対向して配設され
て，レーザ光の光路を監視するレーザ光監視手段と，レ
ーザ光を受光して受光位置を出力する受光部と，該受光
部の水平角を計測する角度計測部と，受光部及び角度計
測部を支持すると共に，被測定物の内径加工面と係合す
ることにより自己保持して，少なくとも受光部を被測定
物における内径加工面の所定位置に固定する固定部とを
備えた測定手段と，該測定手段からの受光位置データ及
び角度データに基づき，被測定物の軸心位置を演算する
データ処理手段とを有することを特徴とする。

【００１４】即ち，レーザ発信手段によりレーザ光を出
射する。その際のレーザ光の光路は，被測定物の軸心近
傍位置であり，レーザ光監視手段により，当該レーザ光
の光路が所定範囲にあるか否かを監視し，所定範囲内に
レーザ光があるときは，測定手段を内径加工面に固着す
る。かかる内径加工面への固着は，測定手段の固定部に
より当該内径加工面と係合させることにより行う。また
固定部はレーザ光を受光した際に，その受光位置を出力
する受光部と，当該受光部の水平角を計測する角度計測
部とを支持している。このようにして得られた受光位置
データ及び角度データは，データ処理手段に送られて，
当該データに基づき被測定物の軸心位置が演算されるこ
とを特徴とする。

【００１５】請求項２にかかる発明は，データ処理手段
で軸心位置を演算する際に，測定手段による測定を被測
定物の内径加工面に沿って所定角度毎に少なくとも５回
行い，各データに対する軸心位置を演算した後，これら
複数の軸心位置の平均値を新たな軸心位置として出力す
ることにより軸心位置の精度を高めたことを特徴とす
る。

【００１６】請求項３にかかる発明は，固定部が，受光
部及び角度計測部を支持するベースと，該ベースに固着
されて被測定物の内径加工面に係合する係合部材と，該
係合部材を被測定物の内径加工面に係合させる付勢部材
とを有して，測定手段を被測定物の内径加工面に自己保
持させるようにしたことを特徴とする。

【００１７】請求項４にかかる発明は，固定部が脚部を
有し，当該脚部は固定部に立脚して設けられて，かつ，
少なくとも受光部を支持すると共に，当該受光部の重さ
による撓み量が所定範囲に収るように剛性が設定された
ことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。本発明にかかる軸心位置測定装置は図１に
示すように，レーザ光を出射するレーザ発信手段１０，
該レーザ発信手段１０から出射されたレーザ光の光路が
被測定物の軸心位置の近傍にあるか否かを監視するレー
ザ光監視手段２０，２次元の受光素子を備えて被測定物
の所定位置に固定されることによりレーザ光を受光し
て，その受光位置を赤外線等により出力する測定手段３
０，該測定手段３０からの信号を受光して電気信号に変
換して出力する中継手段４０，該中継手段４０からの信
号に基づき被測定物の軸心位置を演算するデータ処理手
段５０，該データ処理手段５０で求めた結果を表示又は
印刷するデータ出力手段６０等を有している。

【００１９】レーザ発信手段１０は，レーザ光を出射す
るレーザ発信器１１，該レーザ発信器１１に電力を供給
するバッテリ１２，被測定物の一端に配設されてレーザ
発信器１１から出射されるレーザ光が被測定物の略軸心
位置を通るように当該レーザ発信器１１を支持する発信
器支持部材１３等を有している。

【００２０】測定手段３０は，図２及び図３に示すよう
に，２次元の受光面を持ち，受光位置を受光位置データ
として出力するＣＣＤ素子を備えた受光部３１，受光部
３１を所定位置に支持する脚部３３，該脚部３３を被測
定物に固定する固定部３４，測定点での脚部３３の水平
方向に対する角度を計測して角度データを出力する図示
しない角度計測部，受光位置データ及び角度データを赤
外線等により出力する図示しない送信機等を有してい
る。

【００２１】なお，図３（ａ）は図２における矢視ＡＡ
断面図であり，図３（ｂ）は図２における矢視ＢＢ側面
図を示している。

【００２２】脚部３３は，固定部３４に立設された複数
の支柱３３２，該支柱３３２が揺れて受光部３１が振動
しないように各支柱３３２をロックネジ３３４により相
互に固定する支柱固定コマ３３３，複数の支柱の頂部を
覆う支柱カバー３３５等を有している。

【００２３】上述した支柱３３２は，受光部３１が横向
きなったとき，即ち支柱３３２が水平方向に近ずくと，
受光部３１等の重さにより撓むので，本発明ではかかる
撓み量が許容範囲に収るように，支柱３３２を太くして
剛性を確保している。

【００２４】また固定部３４は，支柱３３２が立設され
ているベース３４１，該ベース３４１の下部に配設され
た係合部材３４３，カム３４２ａ及び当該カム３４２ａ
に固着されたレバー３４２ｂからなり，カム３４２ａの
回動軸に係合部材３４３が回動自在に支持されて，レバ
ー３４２ｂを上下動することにより係合部材３４３を上
下動させる付勢部材３４２，Ｌ字状部材で回動軸３４４
ａを備えて，一端３３４ｃに幅固定ネジ３４５が当接す
ることにより他端３４４ｂが被測定物と当接して測定手
段３０の捻れを防止する捻れ防止部材３４４等を有して
いる。

【００２５】上記構成に基づき，被測定物の軸出しを行
うときは，レーザ光が当該被測定物の略軸心を通るよう
にレーザ発信手段１０をセットし，レーザ光監視手段２
０によりレーザ光の光路を監視する。

【００２６】このようにレーザ光監視手段２０によりレ
ーザ光の光路を監視することで，測定中に経時的な変化
が生じたり，レーザ発信器１１が作業者等の接触や床の
振動等により揺れているか否か等を容易に監視すること
が可能になり，振動が許容範囲を超えた場合には，測定
誤差が大きくなるので，かかる場合には測定を一時中断
し，振動が許容範囲内になってから測定を継続するよう
になっている。従って，測定精度を高目ることが可能に
なる。

【００２７】その後，測定手段３０をセットする。当該
測定手段３０のセットは，被測定物の顎部Ａを有する溝
Ｂに係合部材３４３を入れ，そしてレバー３４２ｂを下
動させることにより行われる。

【００２８】即ち，レバー３４２ｂの下動によりカム３
４２ａが回動し，係合部材３４３が引上げられる。これ
により係合部材３４３の端部が顎部Ａに当接して，測定
手段３０が被測定物に固定されるようになる。

【００２９】従って，測定手段３０に作業者が接触した
りして受光部３１が振動し，時には倒れると言った不都
合を防止することが可能になって，測定の信頼性を高め
ることができる。

【００３０】そしてレーザ光は受光部３１に受光される
ようになる。このとき受光部３１は，所定の面積を持つ
ＣＣＤ素子からなるためレーザ光の光路が被測定物の軸
心になくても，当該レーザ光が受光部３１に受光される
範囲（レーザ光の光軸に対して約０．５ｍｍ以内）であ
れよく，厳密にレーザ光の光軸を被測定物の軸心位置に
設定しなくても，高い作業効率を達成することが可能に
なる。

【００３１】受光部３１で受光した際の受光位置データ
は，角度測定部からの測定点の水平方向に対する角度デ
ータと共に送信機に送られる。

【００３２】送信機は，これを赤外線等により送信す
る。本発明は，送信方法として赤外線に限定するもので
はなく，電波等であってもよい。特に被測定物が非金属
の場合には，電波を用いると中継手段４０の設置場所が
限定されない利点がある。

【００３３】なお，データ処理手段５０が，受光部３１
や角度計測部と信号線により直接接続される場合には，
送信機及び中継手段４０は不要であることは言うまでも
ない。

【００３４】中継手段４０からの受光位置データ及び角
度データに基づき，データ処理手段５０は被測定物の軸
心位置を演算する。

【００３５】軸心位置の演算は，例えば図４に示すよう
な手順に従って行うことが可能である。図４において点
Ｇは軸心位置を示し，ＧＨは水平線を示している。

【００３６】そして，測定点Ｔ１が傾きφ１の時の受光
部３１の中心を座標原点Ｏ，受光部３１で受光されたレ
ーザ光の受光位置をＭとし，測定点Ｔ２が傾きφ２の時
の受光部３１の中心を座標原点Ｏ’，受光部３１で受光
されたレーザ光の受光位置をＭ’とする。

【００３７】なお，α＋β＝φ２−φ１＝φが成立ち，
また線分ＯＴ１，Ｏ’Ｔ２は予め設定された長さであ
る。

【００３８】このような状況において，受光位置Ｍ，
Ｍ’の座標値が解ると，ＭＫ，Ｍ’Ｋ’，ＫＴ１，Ｋ’
Ｔ２が演算できるので，これによりＯＫ，Ｏ’Ｋの長さ
を知ることができる。ここで，Ｋ，Ｋ’は，Ｍ，Ｍ’か
らＯＴ１，Ｏ’Ｔ２に引いた垂線の交点を示している。

【００３９】これにより，αは， α＝ａｒｃｃｏｔ（（Ｍ’Ｋ’／ＭＫ）＋ｃｏｓφ）／
ｓｉｎφ で与えられ，またＫＧは， ＫＧ＝（（Ｏ’Ｋ’−ＯＫ）ｃｏｓα）／（ｃｏｓβ−ｃｏｓα） ＝（（Ｏ’Ｋ’−ＯＫ）ｃｏｓα）／（ｃｏｓ（φ−α）−ｃｏｓα） で与えられるので，軸心位置Ｇを求めることができる。

【００４０】ところで，測定には，必ず測定誤差がある
ので，かかる誤差を少なくするために測定点を多くし
て，それらの結果の平均値から軸心位置を求めるならば
より精度の高い軸心位置を求めることが可能になる。

【００４１】無論，測定点は多い方が精度を高める観点
から好ましいが，余り多くしても精度の改善が望めなく
なる反面，測定時間が長くなる。かかる観点から，本発
明では測定を約４５度毎に５点に設定した。

【００４２】このようにして演算された軸心位置は，デ
ィスプレー等の表示手段やプリンター等の印刷手段によ
り出力される。この際，測定が２以上の場合には，複数
の軸心位置が演算されるので，かかる軸心位置を図表化
して示すことも可能である。

【００４３】なお，上記説明では，被測定物には顎部Ａ
を有した溝Ｂがある場合に，係合部材３４３を溝Ｂに入
れ，そしてレバー３４２ｂを下動させることにより測定
手段３０を固定する場合について説明したが，本発明は
これに限定されるものではなく，自己保持することがで
きる構成であれば良く，例えば図５に示すようなもので
あってもよい。

【００４４】図５は，被測定物の内周に沿って突起４が
形成されている場合に，当該突起４に測定手段３０を固
定する際の固定部３５を示している。

【００４５】固定部３５は，ベース３５１の一端に固着
された幅固定板３５２，これらベース３５１及び幅固定
板３５２を貫通して，一端にハンドル３５５が設けられ
た固定ネジ３５３，該固定ネジ３５３に挿嵌されて幅固
定板３５２と共に突起４を抑える固定ブロック３５４，
固定ネジ３５３に螺合して固定ブロック３５４を固定ネ
ジ３５３に固定する雌ねじ３５６，固定ブロック３５４
の浮き上がりを規制する浮上がり防止ロッド３５７等を
有して，ベース３５１に支柱３３２が取付けられてい
る。

【００４６】そして，幅固定板３５２及び固定ブロック
３５４が係合部材をなし，ハンドル３５５及び固定ネジ
３５３が付勢部材をなして，幅固定板３５２及び固定ブ
ロック３５４を突起４の両端を挟むようにあてがい，ハ
ンドル３５５を回して測定手段３０を被測定部材の内面
の突起４に固定する。

【００４７】この時，ハンドル３５５を強く締付けると
固定ブロック３５４が突起４から抜出すようになるが，
浮上がり防止ロッド３５７がこれを規制している。

【００４８】なお，突起４の幅は，被測定物により変化
するので，固定ブロック３５４の位置は雌ねじにより調
整され，これに合わせて浮上がり防止ロッド３５７のネ
ジ込み量が調整される。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば被
測定物の軸心位置測定を，各計測位置の心位置は熟線を
要すること無く，容易に，短時間で，しかも人為的誤差
が無く，精度の高い測定結果を得ることが可能となり，
省力化と信頼性の向上を図ることが出来る。

【００５０】また，被測定物の位置調整としても活用で
きると共に，経年的に測定することにより経年変化量が
把握可能になり，メンテナンスを容易に行うことが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる軸心位置測定装置の構成を示す
図である。

【図２】測定手段の構成を示す図である。

【図３】固定部の詳細図である。

【図４】軸心位置の演算方法の１例を示す図である。

【図５】図３に代る固定部の詳細図である。

【図６】従来の技術の説明に適用される軸心位置測定装
置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ レーザ発信手段 ２０ レーザ光監視手段 ３０ 測定手段 ３１ 受光部 ３３ 脚部 ３４ 固定部 ４０ 中継手段 ５０ データ処理手段 ６０ データ出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 幸一 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内径加工された被測定物の内径軸方向の
   一端側に配設されて，当該内径軸心近傍からレーザ光を
   出射するレーザ発信手段と，被測定物を挟んで前記レー
   ザ発信手段に対向して配設されて，レーザ光の光路を監
   視するレーザ光監視手段と，レーザ光を受光して受光位
   置を出力する受光部と，該受光部の水平角を計測する角
   度計測部と，前記受光部及び角度計測部を支持すると共
   に，被測定物の内径加工面と係合することにより自己保
   持して，少なくとも前記受光部を被測定物における内径
   加工面の所定位置に固定する固定部とを備えた測定手段
   と，該測定手段からの受光位置データ及び角度データに
   基づき，被測定物の軸心位置を演算するデータ処理手段
   とを有することを特徴とする軸心位置測定装置。
2. 【請求項２】 前記データ処理手段で軸心位置を演算す
   る際に，前記測定手段による測定を被測定物の内径加工
   面に沿って所定角度毎に少なくとも５回行い，各データ
   から軸心位置を演算し，これら複数の軸心位置の平均値
   を新たな軸心位置として出力することを特徴とする請求
   項１記載の軸心位置測定装置。
3. 【請求項３】 前記固定部が，前記受光部及び角度計測
   部を支持するベースと，該ベースに設けられて被測定物
   の内径加工面に係合する係合部材と，該係合部材を付勢
   して被測定物の内径加工面に当該係合部材を係合させる
   付勢部材とを有することを特徴とする請求項１又は２記
   載の軸心位置測定装置。
4. 【請求項４】 前記固定部が，当該固定部に立脚して設
   けられて，少なくとも前記受光部を支持すると共に，当
   該受光部の重さによる撓み量が所定範囲に収るように剛
   性が設定された脚部を有することを特徴とする請求項１
   乃至３いずれか１項記載の軸心位置測定装置。