JP2005106700A - 高温円筒体の内径測定方法及び同内径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 格別の耐熱構造を付与することなく、高温の円筒体の内径を計測することが可能な測定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 内径測定装置１０は、レーザや光線を発射し反射波が到達するまでの時間に基づいて距離を計測する非接触式距離計６５と、この非接触式距離計６５を自転回転させる回転手段３０と、前記非接触式距離計６５を高温円筒体の中心軸に沿って移動する軸方向移動手段５０と、これらの回転手段３０及び軸方向移動手段５０を一括して支える装置支持体２０とを備えることを特徴とする。
【効果】 内径測定装置を、非接触式距離計と回転手段と軸方向移動手段と装置支持体とで構成した。装置が簡単であり、装置の小型化、低コスト化が容易に達成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダのような高温円筒体の内径測定技術に関するものである。

エンジンのシリンダなどの円筒体において、この円筒体の内径精度は重要であって、接触式、非接触式を問わず各種の寸法測定装置が提案されてきた。ところで、エンジンのシリンダは高温で使用するため、高温状態での寸法測定が望まれる。

従来、高温状態での試料を測定する技術として、非接触型変位または歪計が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１５１５１５号公報（図１）

特許文献１の技術は、同文献の図１に示されるとおりに、試料Ｗに光透過性部材によって形成された筒体４を被せた上で、非接触型変位計１により試料Ｗの外面形状を測定するというものである。筒体４を被せたことで、試料Ｗから変位計１へ向かう熱線を遮断することができ、変位計１などを保護することができる。

しかし、筒体４を被せるため、特許文献１の技術では、円筒体の外径は測定可能であるが、円筒体の内径は測定できない。
特許文献１に代わる測定技術が必要となるが、測定装置に耐熱構造を付与した場合、耐熱構造の一環として水冷や空冷構造を採用すると、測定装置が大型化し、高価となる。

本発明は、格別の耐熱構造を付与することなく、高温の円筒体の内径を計測することが可能な測定技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、非接触式距離計の許容使用温度を超える温度の高温円筒体に、非接触式距離計を挿入して内周面までの距離を計測する内径測定方法において、
室温の非接触式距離計が高温円筒体からの伝熱で前記許容使用温度に達するまでの限界時間を調べる工程と、非接触式距離計を高温円筒体に挿入する工程と、この挿入からの累積時間をカウントする工程と、非接触式距離計を高速で自転回転させながら内周面までの距離を計測する工程と、前記累積時間が前記限界時間に達する前に非接触式距離計を高温円筒体から取出す工程とからなることを特徴とする高温円筒体の内径測定方法。

請求項２に係る発明は、距離を計測する工程では、非接触式距離計を回転させながら高温円筒体の中心軸に沿って移動することで、螺旋形状の計測軌跡を描かせることを特徴とする請求項１記載の高温円筒体の内径測定方法。

請求項３に係る発明は、非接触式距離計の許容使用温度を超える温度の高温円筒体に、非接触式距離計を挿入して内周面までの距離を計測する内径測定装置において、
この内径測定装置は、レーザや光線を発射し反射波が到達するまでの時間に基づいて距離を計測する非接触式距離計と、この非接触式距離計を自転回転させる回転手段と、前記非接触式距離計を高温円筒体の中心軸に沿って移動する軸方向移動手段と、これらの回転手段及び軸方向移動手段を一括して支える装置支持体とを備えることを特徴とする高温円筒体の内径測定装置。

請求項１に係る発明では、累積時間が前記限界時間に達する前に非接触式距離計を高温円筒体から取出す工程を含むため、非接触式距離計に対して耐熱構造を必要としない。この結果、小型で安価な非接触式距離計で、高温の円筒体の内径を測定することができる。

請求項２に係る発明では、非接触式距離計を回転させる。円筒体は高温であるが、円筒体の内部空間は、それより低温の空気が存在する。この空気の中で回転させることで、非接触式距離計は周囲の空気で満遍なく冷却することが可能となり、非接触式距離計の温度上昇を抑えることができる。

請求項３に係る発明では、内径測定装置を、非接触式距離計と回転手段と軸方向移動手段と装置支持体とで構成した。装置が簡単であり、装置の小型化、低コスト化が容易に達成できる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る高温円筒体の内径測定装置の正面図であるが、装置構成の理解を促すために、系統毎に表した図２〜図４を先に説明する。

図２は本発明に係る装置支持体の構成図であり、装置支持体２０は、高温円筒体Ｗの上縁に載せる複数本（例えば３本）の下部脚部２１・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）と、これらの下部脚部２１・・・の上部に縦ピン２２・・・を介して連結した上部脚部２３・・・と、これらの上部脚部２３・・・で支える下部ベース板２４と、この下部ベース板２４に柱材２５・・・を介して載せた上部ベース板２６とからなる。

下部ベース板２４に上部脚部２３・・・は固定されているが、上部脚部材２３・・・に対して下部脚部材２１・・・は縦ピン２２・・・を中心に旋回可能であるため、下部脚部材２１・・・の位置は変更することができる。この結果、各種のサイズの高温円筒体Ｗに装置支持体２０を載置することができる。

図３は本発明に係る回転手段の構成図であり、回転手段３０は、上部ベース板２６に取り付けた回転用モータ３１と、この回転用モータ３１で回す駆動プーリ３２と、この駆動プーリ３２に巻き掛けたベルト３３と、このベルト３３で回す従動プーリ３４と、この従動プーリ３４で回すと共に下部ベース板２４に回転自在に取り付けた支軸３５と、この支軸３５の下端に固定した上部回転板３６と、この上部回転板３６の回転中心からｄの位置から垂下した長いレール３７と、このレール３７の下端に固定した下部回転板３８と、この下部回転板３８にベアリング３９を介して連結した非回転板４１と、この非回転板４１から放射状に突出させた複数個の接触子（例えば３個）４２・・・とからなる。

詳しくは説明しないが、接触子４２は図面左右方向にはスプリングの作用で弾発されており、円筒体Ｗのサイズ変更に対応させることができる。非回転板４１は複数の接触子４２が円筒体Ｗの内周面に接触しているため、静止状態にある。この様な非回転板４１に支持された状態で下部回転板３８は回転する。

回転用モータ３１の回転作用で、支軸３５及び上部回転板３６が回転すると、レール３７が半径ｄの円を描きながら旋回する。下部回転３８及び非回転板４１の支持作用により、レール３７が振れる心配はない。

図４は本発明に係る軸方向移動手段の構成図であり、軸方向移動手段５０は、上部ベース板２６に取り付けた移動用モータ５１と、この移動用モータ５１で回す第１プーリ５２と、この第１プーリ５２に巻き掛けたベルト５３と、このベルト５３で回す第２プーリ５４と、この第２プーリ５４で回すと共に下部ベース板２４に回転自在に取り付けた支軸５５と、この支軸５５の下部に取り付けた第３プーリ５６と、この第３プーリ５６に巻き掛けたベルト５７と、このベルト５７で回す第４プーリ５８と、この第４プーリ５８で回すとともに垂下させたスクリュー５９と、このスクリュー５９で昇降させるとともに前記レール３７に沿わせたスライダ６１とからなる。なお、上部回転板３６から延ばしたブラケット６２に軸受部材６３を固定し、この軸受部材６３にスクリュー５９の上端を支持させる。

そして、スライダ６１に、レーザや光線を発射し反射波が到達するまでの時間に基づいて距離を計測する非接触式距離計６５を固定する。

移動用モータ５１の回転作用で、スクリュー５９を回すとスライダ６１がレール３７に沿って上昇又は下降する。

図１に戻って、内径測定装置１０は、レーザや光線を発射し反射波が到達するまでの時間に基づいて距離を計測する非接触式距離計６５と、この非接触式距離計６５を自転回転させる回転手段３０と、前記非接触式距離計６５を高温円筒体の中心軸に沿って移動する軸方向移動手段５０と、これらの回転手段３０及び軸方向移動手段５０を一括して支える装置支持体２０とを備えることを特徴とする。

なお、７０は制動手段であり、構造は詳しく述べないが、一種の抵抗手段であり、回転用モータ３１及び移動用モータ５１を停止したときに、レール３７などの回転物を速やかに停止させる手段である。

また、回転用モータ３１及び移動用モータ５１を回転／停止制御を実施し、非接触式距離計６５から距離信号を受け取る制御部８０を備えると共に、この制御部８０に測定に費やした時間を監視する測定時間監視手段８１を備えることが望ましい。この測定時間監視手段８１はタイマーが好適であり、非接触式距離計の温度が、後述する図７での許容使用温度に到達する前に測定が終了することを確認させる。

以上の構成からなる高温円筒体の内径測定装置の作用を次に述べる。
図５は本発明に係る高温円筒体の内径測定装置の作用説明図である。
（ａ）において、高温円筒体Ｗにレール３７、下部回転板３８、非回転板４１を挿入し、接触子４２を内周面に接触させると共に、下部脚部２１・・・を高温円筒体Ｗの上端にセットする。

（ｂ）にて、スクリュー５９を回して非接触式距離計６５を最下位位置へ移動する。
（ｃ）にて、レール３７を旋回させるとともにスクリュー５９を回す。これで、非接触式距離計６５を自転回転させながら上昇させる。この自転回転、上昇のときに非接触式距離計６５により、高温円筒体Ｗの内周面までの距離を測定する。

図６は本発明に係る測定軌跡を示すイメージ図であり、非接触式距離計６５を自転回転させながら上昇させることで、スパイラル状の測定軌跡を描かせることができる。従って、上昇完了時点で距離測定が完了する。

次に、非接触式距離計６５を自転回転ことの意味、及び室温の非接触式距離計が高温円筒体からの伝熱で前記許容使用温度に達するまでの限界時間を調べる工程とを説明する。
図７は測定中における非接触式距離計の温度上昇を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は温度を示す。
横軸の挿入開始時点では、非接触式距離計の温度は室温（２５℃前後）に一致する。図５（ａ）→（ｂ）の過程を経て、挿入が完了すると非接触式距離計は高温円筒体の熱を受けて温度が上昇する。非接触式距離計を高速で自転回転させながら距離を計測すると（図５（ｃ）参照）、非接触式距離計は高温円筒体の熱を受けて温度が増々上昇する。

想像線で示した比較例では、非接触式距離計を低速で移動させた例を示し、測定終了前に許容使用温度（非接触式距離計の使用上限温度）を超える。
一方、実線で示した実施例では、測定終了時点では、非接触距離計の温度は許容使用温度に達していないことを示す。

円筒体は高温であるが、円筒体の内部空間は、それより低温の空気が存在する。この空気の中で回転させることで、非接触式距離計は周囲の空気で満遍なく冷却することが可能となり、非接触式距離計の温度上昇を抑えることができると考えられる。

また、本発明を実施するに当たって予め非接触式距離計の温度上昇と時間の関係を調べることが重要となる。そして、非接触式距離計は、一般に内蔵する電子部品が最も熱に弱いため、許容使用温度が規定される。

そこで、使用を予定する非接触式距離計を高温雰囲気に投入して、時間と温度上昇とを計測して図７と同様のグラフを描かせる。すると、許容使用温度を考慮して測定可能な時間が決まる。この測定可能な時間が定まれば、この時間が経過する前に高温円筒体から非接触式距離計を引き上げることで、非接触式距離計を傷めることなく、何度でも使用することができると言える。

従って、本発明の一つは、室温の非接触式距離計が高温円筒体からの伝熱で前記許容使用温度に達するまでの限界時間を調べる工程と、非接触式距離計を高温円筒体に挿入する工程と、この挿入からの累積時間をカウントする工程と、非接触式距離計を高速で自転回転させながら内周面までの距離を計測する工程と、前記累積時間が前記限界時間に達する前に非接触式距離計を高温円筒体から取出す工程とからなることを特徴とする高温円筒体の内径測定方法である。

累積時間が前記限界時間に達する前に非接触式距離計を高温円筒体から取出す工程を含むため、非接触式距離計に対して耐熱構造を必要としない。この結果、小型で安価な非接触式距離計で、高温の円筒体の内径を測定することができる。

尚、本発明の距離測定技術は、エンジンのシリンダの内径測定の他、類似する高温円筒体の内径測定であれば、円筒体の種類、用途は限定しない。

本発明は、エンジンのシリンダの内径を高温状態で測定する技術に好適である。

本発明に係る高温円筒体の内径測定装置の正面図である。 本発明に係る装置支持体の構成図である。 本発明に係る回転手段の構成図である。 本発明に係る軸方向移動手段の構成図である。 本発明に係る高温円筒体の内径測定装置の作用説明図である。 本発明に係る測定軌跡を示すイメージ図である。 測定中における非接触式距離計の温度上昇を示すグラフである。

符号の説明

１０…高温円筒体の内径測定装置、２０…装置支持体、３０…回転手段、５０…軸方向移動手段、６５…非接触式距離計、Ｗ…高温円筒体。

Claims (3)

1. 非接触式距離計の許容使用温度を超える温度の高温円筒体に、非接触式距離計を挿入して内周面までの距離を計測する内径測定方法において、
   室温の非接触式距離計が高温円筒体からの伝熱で前記許容使用温度に達するまでの限界時間を調べる工程と、非接触式距離計を高温円筒体に挿入する工程と、この挿入からの累積時間をカウントする工程と、非接触式距離計を高速で自転回転させながら内周面までの距離を計測する工程と、前記累積時間が前記限界時間に達する前に非接触式距離計を高温円筒体から取出す工程とからなることを特徴とする高温円筒体の内径測定方法。
2. 前記距離を計測する工程では、非接触式距離計を回転させながら高温円筒体の中心軸に沿って移動することで、螺旋形状の計測軌跡を描かせることを特徴とする請求項１記載の高温円筒体の内径測定方法。
3. 非接触式距離計の許容使用温度を超える温度の高温円筒体に、非接触式距離計を挿入して内周面までの距離を計測する内径測定装置において、
   この内径測定装置は、レーザや光線を発射し反射波が到達するまでの時間に基づいて距離を計測する非接触式距離計と、この非接触式距離計を自転回転させる回転手段と、前記非接触式距離計を高温円筒体の中心軸に沿って移動する軸方向移動手段と、これらの回転手段及び軸方向移動手段を一括して支える装置支持体とを備えることを特徴とする高温円筒体の内径測定装置。
   

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