JP4085616B2

JP4085616B2 - 内面形状計測方法及びその装置

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Publication number: JP4085616B2
Application number: JP2001335958A
Authority: JP
Inventors: 輝美小川; 北海鈴木; 義之橋本
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP2003139525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空な計測対象物の内部に計測手段を設けて計測対象物の内面形状を計測する内面形状計測方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の断面形状が円形状である円筒などの中空な計測対象物における内面の形状を計測するものとして、特開昭６３−５８１３０号公報や特開平７−４３１０３号公報に記載のものがある。
【０００３】
これら従来技術では、計測手段を計測対象物の軸芯位置に設置し、軸芯から中空内面までの距離を周方向に順次測定し、さらに計測手段を軸方向に順次移動させて軸芯から中空内面までの距離を周方向に計測することを繰り返して、計測距離情報を処理することで３次元化を図るとともに、計測距離の偏差から凹凸など内面の形状を測定できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、計測対象物の軸芯位置への計測手段の設置に当たっては、計測手段の中心位置から計測対象物の中空内面に向けて放射状に脚部など伸ばした固定治具があり、放射状に延びた各脚部の距離を等しくさせて計測手段の中心を軸芯位置に一致させている。計測は、計測手段の中心位置から計測対象物の中空内面に向けての距離を計測することで行うようになっている。
【０００５】
従って、計測手段、即ち、固定治具を計測対象物の軸方向に順次移動させつつ軸芯から中空内面までの距離を周方向に計測することを繰り返す場合、計測対象物が真直であれば、固定治具を軸方向に順次移動させた固定治具の中心位置の軌跡は真直であり問題はない。
【０００６】
しかしながら、計測対象物が曲がっているような場合には、計測手段における中心位置の軌跡は計測対象物の曲がりに沿って移動した形になる。
【０００７】
ところが、計測した軸芯から中空内面までの距離自体はスカラー量であるから、計測手段の中心位置の移動は把握できず、凹凸など内面の形状を相対的に計測できても、計測対象物の曲がりを含めた絶対的な内面形状の計測は困難であった。
【０００８】
それゆえ本発明の目的は計測対象物の内面形状を忠実に計測することができる内面形状計測方法及びその装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを有する計測手段を用いて計測する内面形状計測方法において、シャフトは計測対象物に保持されるとともに回動自在であり、このシャフトに基準点からの軸方向距離を計測可能な第１の計測ユニット（６Ｂ）と、シャフト中心からの距離を計測可能な第２の計測ユニット（６Ｃ）とを取り付け、シャフトを回動して、第１の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの中心位置ずれと、第２の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの面平行ずれとを同時に求め、これら求めたずれが予め定めた許容値以内になるようにシャフトの配置位置を変更した後にシャフトの撓みを解消し、このシャフトに軸方向移動可能に設けた第３の計測ユニットを用いて計測対象物の内面形状を計測することにある。
【００１０】
さらに上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を計測するものであって、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを備えた内面形状計測装置において、シャフトの両端部に、このシャフトを回動自在に支持する支持手段を設けるとともに、基準点からの軸方向距離を計測可能な第１の計測ユニット（６Ｂ）と、シャフト中心からの距離を計測可能な第２の計測ユニット（６Ｃ）とをシャフトに取り付け、シャフトを回動して同時に得られた第１の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの中心位置ずれおよび第２の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの面平行ずれを求める演算手段を有し、シャフトにこのシャフトのたわみを検出する手段を設けたことにある。
【００１１】
本発明によれば、計測手段を計測対象物の軸方向に順次移動させても、計測手段の固定位置がシャフトに沿って移動し計測対象物の中心に倣って移動しないので、計測結果がスカラー量でも中心が定まっていることによって、計測対象物の内面形状を忠実に計測することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら本発明方法及びその装置について説明する。
【００１３】
図１は、本発明になる計測装置１により計測対象物である円筒状の段付きケーシング１００の内面を計測する状況を示している。
【００１４】
段付きケーシング１００は、最大内径約φ９００（ｍｍ），長さ約１８００（ｍｍ）の回転機械用ケーシングで、ケーシング１００の両端面にあるケーシング・スタッドボルト１０１，１０２を利用して計測装置１を設置している。
【００１５】
計測装置１はケーシング１００の両端面側に１２０度間隔で放射状に３本づつシャフト支持アーム２ａ、２ｂを備えており、シャフト支持アーム２ａ、２ｂの各一端のリング部をケーシング・スタッドボルト１０１，１０２に取付け、３本から成るシャフト支持アーム２ａ、２ｂの他端側はシャフト受けブロック３ａ、３ｂと連結してあり、シャフト４の両端部を支持する。シャフト支持アーム２ａ、２ｂは、図示していないが中程にターンバックルなどの長さを調節できる機構をもっている。
【００１６】
ケーシング１００の軸方向（図１の左右方向）において、シャフト４は中央で図１に図示した左右のピ−ス４ａ，４ｂに２分割し接続リング４ｃにより一体化したものであり、中央部において自重により生じる撓みを支持体５で矯正しつつ支持している。
【００１７】
シャフト４には、計測手段である計測ユニット６Ａ〜６Ｅを設けている。計測ユニット６Ａはシャフト支持アーム２ａとともにケーシング・ボルト１０１に固定してあり、計測ユニット６Ｂ〜６Ｅはシャフト４に移動可能に設けてある。
【００１８】
計測ユニット６Ａはシャフト４の軸方向の位置を計測するものであり、計測ユニット６Ｂ〜６Ｅはケーシング１００の内面や端面の周方向や軸方向の位置を計測するものである。シャフト４は図示していないハンドルの操作で周方向、即ち、時計方向あるいは反時計方向に回転できるようになっており、その回転量は図示を省略した可撓性ジョイントでシャフト４に接続させたロータリエンコーダ７で計測している。このシャフト４の回転中に軸方向で位置ずれを起こすことがあるが、その移動量は計測ユニット６Ａで計測して、計測位置とケーシング１００における周方向での内面計測結果や軸方向での計測結果に対応させて、後々の内面形状の演算処理において利用する。
【００１９】
図２により、計測ユニット６Ｄを代表として、計測ユニット６Ａ〜６Ｅの計測方法を説明する。
【００２０】
シャフト４の外周に支持ブロック６ａを移動可能に固定している。
【００２１】
即ち、支持ブロック６ａには半径方向に１条の切れ目を設けてあり、ネジ締めにより切れ目の間隔を狭めて支持ブロック６ａをシャフト４に緊縛固定する。
【００２２】
支持ブロック６ａはスライドレール６ｂを支持し、スライドレール６ｂは微動ステージ６ｃを保持している。微動ステージ６ｃは、図３に示すように、ケーシング１００における表面までの半径方向および軸方向の距離を計測する光学式距離センサ６ｄ，６ｅを微動可能に取付けている。但し、計測ユニット６Ａ，６Ｂは軸方向の距離センサ、計測ユニット６Ｃは半径方向の距離センサのみとしている。そして、前述したように、計測ユニット６Ａはケーシング１００に直接固定しており、スライドレールを有しない取付構成としている。計測ユニット６Ｂ，６Ｃでケーシング１００の右端部（図１のア部），計測ユニット６Ｄでケーシング１００の内面（図１のイ部），計測ユニット６Ｅでケーシング１００の左端部（図１のウ部）を計測する。各距離センサとして非接触式のものを用いることにより形状測定装置の組み込み作業を簡便になるようにしたが、接触式のものでも構わない。
【００２３】
図１に戻って、計測装置１のケーシング１００への設置について説明する。
【００２４】
計測装置１は、そのシャフト４の内部に図４に示すように、左端にレーザ投光器１ａ，レーザ光の焦点を絞るためのレンズまたはピンホールを有するスポット板１ｂ，中央にスポット板１ｃ，そして右端に受光器１ｄを備えている。レーザ光の種類としては、通常のＨｅ−Ｎｅレーザや半導体レーザを用いる。シャフト４の中央外部には、前述したように、撓みを矯正しつつ支持する支持体５がある。支持体５は、サーボモータなどの駆動装置５ａとシャフト４の支持部材５ｂを備えており、駆動装置５ａによりシャフト４の自重による撓みを矯正している。
【００２５】
図１に示すように、計測装置１をケーシング１００に設置する場合、シャフト４は撓みが無い真っ直ぐな状態とする。
【００２６】
そのような設置のために、予め、図4（ｂ）に示すように、シャフト４の両端と中央部の3点が水平になるように図示していない水準器で確認しつつ支持体５の駆動装置５ａでシャフト４の中央部上昇させて、水平が得られたところで駆動装置５ａの移動量を記憶しておく。あるいは、石材などの精密な水平面を持つ定盤の上にシャフト４を設置し、その状態での受光器１ｄでの受光位置情報を記憶しておく。また、この場合、受光器１ｄがＣＣＤ素子であれば、受光位置データを記憶しておく。
【００２７】
ケーシング１００に計測装置を設置する場合、図4（ａ）で示すケーシング１００に対する設置長さｅは様々であり、シャフト４を中央で支持しない時の撓み量ｗも変わる。スポット板１ｂ，１ｃ間の距離ｄは計測装置固有である。
【００２８】
そこで、ケーシング１００に計測装置１を設置した場合、受光器１ｄで受光位置偏差δを確認でき、設置長さｅは実測できる。
【００２９】
実際の撓み量ｗは、下式で与えられる。
【００３０】
δ≒（ｅ／ｄ）×ｗ …（１）
従って、設置後に撓み量ｗが零になるように、受光器１ｄで得た受光位置偏差δから駆動装置５ａの操作量を決めて撓みを矯正し、記憶させておいた受光器１ｄの位置データで矯正処理が正しいか確認し、シャフト４の設置を真直なものとする。
【００３１】
受光器１ｄとしては、ＣＣＤ素子のイメージセンサを用いているが、抵抗値検出法のＰＳＤ，光量最大点を探索する方法をとる光量センサあるいは入光ＯＮ範囲の中心を探索する方法を行う光電センサなどを採用してもよい。
【００３２】
投光器１ａ，スポット板１ｂ，１ｃ，受光器１ｄで形成される光線を上下あるいは左右に並べることで、シャフト４の直線性は一層向上する。
【００３３】
図5は、計測装置１の電気系統を示している。
【００３４】
図５で、５ｃは駆動装置５ａのドライバである。８は受光器１ｄや計測ユニット６Ａ〜６Ｅの各距離センサでの計測結果を入力するアナログ入力インタフェース、９はエンコーダ７の計測結果を入力するパラレル入力インタフェース、１０は中央コントローラ（演算手段）、１１はパルス発生器、１２は外部記憶装置、１３はモニタ、１４はプリンタである。
【００３５】
中央コントローラ１０は後述する計測ソフトプログラムなどを内蔵したＲＯＭや各インターフェース８，９からの入力などを一時格納するＲＡＭやＲＯＭの計測ソフトプログラムに基いて各種処理を進めるＣＰＵなどを備えたＭＰＵで構成されている。
【００３６】
駆動装置５ａの操作量は中央コントローラ１０で算出されてパルス量として出力され、パルス発生器１１はこれを受けてドライバ５ｃに必要パルスを出力して、駆動装置５ａはシャフト４を真直にする。モニタ１３は中央コントローラ１０での処理状況を表示し、作業者の便に供する。計測対象や計測条件などの情報や処理結果などは外部記憶装置１２に格納し、またプリンタ１４でハードコピーとして出力する。
【００３７】
図6は、モニタ１３に表示させた画面の一例である。
【００３８】
モニタ１３の画面には、計測場所と計測結果および計測結果をデータ処理して得られる図形を表示するが、以下、説明する計測の手順なども表示して、作業ミスを未然に防止するようにしている。
【００３９】
次に、ケーシング１００の内面形状計測について、図７、図８で説明する。
【００４０】
先ず、図７により計測装置１の設置について説明する。
【００４１】
図７のステップ（以下、Ｓと略記する）１で、図１におけるケーシング１００の右端面を基準面として、シャフト４の右端側を３本のシャフト支持アーム２ａとケーシング・スタッドボルト１０１でケーシング１００に仮固定する。
【００４２】
次にＳ２でシャフト４の左端側を３本のシャフト支持アーム２ｂとケーシング・スタッドボルト１０２でケーシング１００の他端（図１での左端）側に仮固定する。
【００４３】
シャフト４は周方向に回転可能になっているので、Ｓ３において、図示していないハンドルをゆっくり回してシャフト４を回転させる。
【００４４】
シャフト４の回転中、図２に示した計測ユニット６Ｂの距離センサでシャフト４の右端までの距離を計測し、計測データはロータリエンコーダ７による回転量計測結果と対応させて図５に示した中央コントローラ１０のＲＡＭに記憶しておく。また、計測ユニット６Ｃの距離センサでケーシング１００の右端内面までの距離計測も同時に行い、それらの計測データも中央コントローラ１０のＲＡＭに記憶させておく。
【００４５】
シャフト４の１回転が終了したところで、計測ユニット６Ｃで計測した結果のうち任意の３点の距離を用いて、図形処理を行う。即ち、３点はケーシング１００の内面の一円周上に位置するものとして外接円を仮想し、その中心位置を３点の重心位置から算出する。
【００４６】
仮想外接円の中心位置はシャフト４の中心位置をあらわしており、ケーシング１００の中心位置は設計上既知であるから、シャフト４の中心位置とケーシング１００の中心位置の差、即ち、ケーシング１００の右端側から両中心位置を見た時の中心位置ずれ量を算出する。
【００４７】
また、仮想外接円における法線ベクトルを仮想する。この法線ベクトルはシャフト４の中心軸を表わすもので、仮想外接円は法線ベクトルと垂直である。一方、ケーシング１００の設計上既知な中心軸がケーシング１００の右端面に垂直であるとして、仮想した法線ベクトルとケーシング１００の設計上既知な中心軸のずれ角からケーシング１００の右端面と仮想外接円の面の傾斜状況を面平行ずれ量として算出する。単純にいえば、ケーシング１００の設計上既知な中心軸に対しシャフト４の中心軸が交差しないようにシャフト４が設置されたかを表わす尺度として、面平行ずれ量を求めておく。
【００４８】
その後、Ｓ４で中心位置ずれ量が許容値内かどうか判断し、許容値外であれば、Ｓ５において作業者は手作業でシャフト支持アーム２ａにおけるターンバックル（図示省略）を適宜回転させて、シャフト４の中心がケーシング１００の中心に近づくように芯出しを行う。
【００４９】
ケーシング１００の中心に近づいた考えたところでＳ３に戻って、再度、シャフト４を回転させ計測をして、中心位置ずれ量と面平行ずれ量を算出する。
【００５０】
中心位置ずれ量が許容値内に入ったらＳ４からＳ６に進み、面平行ずれ量が許容値内に入っているか判断する。許容値外ということはシャフト４の中心軸がケーシング１００の設計上の中心軸と平行になっていないことであるので、Ｓ７において作業者は手作業でシャフト支持アーム２ｂにおけるターンバックル（図示省略）を適宜回転させて、シャフト４の中心軸がケーシング１００の中心軸と平行になるように芯出しを行う。一致したと考えたところでＳ３に戻って、再度、シャフト４を回転させ計測をして、中心位置ずれ量と面平行ずれ量を算出する。
【００５１】
右端側の中心位置ずれ量は許容値内に入っているからＳ４からＳ６に進み、面平行ずれ量が許容値内に入っているか再判断をする。
【００５２】
面平行ずれ量が許容値内に入ったら、シャフト支持アーム２ａ，２ｂとケーシング・ボルト１０１，１０２のそれぞれの仮固定を本固定に改め、ケーシング１００の両端で計測装置１を固定する。
【００５３】
その後、Ｓ８においてシャフト４の撓み量を検出する。
【００５４】
この処理は図４の受光器１ｄで受けるレーザ光の受光位置偏差δからシャフト４の撓み量ｗを前述の（１）式から得るものである。
【００５５】
撓み量ｗが許容値外であれば、Ｓ１０に進み、図５の中央コントローラ１０により駆動装置５ａによる操作量を算出し、シャフト４の中央を持ち上げて撓みを解消させる。撓み量ｗが許容値に入ったら、シャフト４が真直に設置されたことになる。
【００５６】
計測装置１の設置にあたり、ケーシング１００の内径の違いに対しては、計測ユニット６Ｂ〜６Ｅのスライドレール６ｂや微動ステージ６ｃで距離センサの位置合わせを行い、ケーシング１００の軸方向の違いに対しては、シャフト４への計測ユニット６Ｂ〜６Ｅの取付け位置の調整で対応する。
【００５７】
実際の作業では、計測装置１はケーシング１００の外で可能な範囲で事前に粗位置決めした後で、ケーシング１００の内部に組み込み、芯出し作業を行う。
【００５８】
次に、内面形状の計測について説明する。
【００５９】
シャフト４は図７で説明したように許容値を基準としてケーシング１００に真直に設置されているので、作業者は図示を省略しているハンドルでシャフト４を回転させて、各計測ユニット６Ｂ〜６Ｅの距離センサで半径方向や軸方向の距離を計測する。なお、シャフト４の設置における許容値は、後述するように設置作業の容易さなどの観点において設定されたものであるが、各計測ユニット６Ｂ〜６Ｅの計測結果は程々の正確さを持ったものとなっている。
【００６０】
ケーシング１００における内面の隅々まで計測を行う場合は、シャフト４に対する軸方向での計測ユニット６Ｂ〜６Ｅの設置位置を少しづつ移動させ、あるいは各計測ユニット６Ｂ〜６Ｅにおけるスライドレール６ｂや微動ステージ６ｃを操作して距離センサの位置を三次元で移動させて、所要の計測を行う。
【００６１】
シャフト４の１回転により各計測ユニット６Ｂ〜６Ｅの距離センサで半径方向や軸方向の距離を計測する。
【００６２】
距離センサ６ｄ（図３参照）による半径方向における１回転分の計測結果で、ケーシング１００の円筒面の凹凸を表わすことができる。距離センサ６ｅ（図３参照）による軸方向の計測を行う場合は、スライドレール６ｂや微動ステージ６ｃを利用して距離センサ６ｅの半径方向での位置を少しずつ変化させて変化させるたびにシャフト４を１回転させると、その計測結果でフランジ面の凹凸を表わすことができる。
【００６３】
このように計測結果を利用して、ケーシング１００の内面形状を図形化することなどで求めることができる。
【００６４】
距離センサの位置を軸方向にずらしてもシャフト４は真直であるために、計測データはケーシング１００の曲りなどに左右されない絶対値で入手できる。従って、計測データからケーシング１００の曲り具合を求めることができる。ケーシング１００が設計図通り作成されていても、所定位置に据え付けられた状態では変歪していることもあり、ケーシング１００内にロータなどを組込もうとすると上手く入らない場合がある。このような場合には据え付け具合を直す必要が出てくる。本計測方法によれば、計測データからケーシング１００の曲り具合を求め、ケーシング１００の変歪の程度を割り出すことができるので、据え付け具合の調整は容易である。
【００６５】
次に、図８により計測データを補正し、一層高精度な計測結果を得ることについて説明する。
【００６６】
図７のＳ４やＳ６における許容値は計測装置１をケーシング１００に設置する際の作業の容易さなどの観点から任意に決めるものであって、距離センサを含む計測ユニット６Ａから６Ｅの計測精度の観点で決めたものではない。つまり、設置に精密さを求めていると計測作業に移れないので、計測データの補正はある程度の精度が得られる状態で計測装置１を設置して計測し、必要に応じて計測データの高精度化を図るという考え方に基づいている。
【００６７】
さて、図８のＳ１１で図１に示す計測ユニット６Ｂ〜６Ｅを用いて、ケーシング１００の右端（ア部），中央（イ部），左端（ウ部）について全周で半径方向（周方向）および軸方向（面方向）の距離を計測（スキャニング）し、計測結果（データ）を図５の中央コントローラ１０のＲＡＭに格納する。
【００６８】
図５の中央コントローラ１０は、計測データを用いて、図９に示すように、ア部とウ部の各３点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５、Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５を通る各外接円を得てそれらの補正前の中心位置Ａ０，Ｃ０として直線Ｌ１を得る。
【００６９】
特に、ケーシング１００の右端側を基準面としているので、計測ユニット６Ｃで得た計測データを利用し、更に任意の３点（例えば、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６）の組などを多数作り、それら各組の外接円と中心位置を座標上に求める。そして各中心位置の平均位置Ｇ（Ａ１）を得る。
【００７０】
平均位置Ｇ（Ａ１）は、単純算術平均や重み付け平均などにより求める。スキャニングで６０点の計測データを得てあれば、２０組の中心位置を得ることができ、その平均を取って平均位置Ｇ（Ａ１）とする。
【００７１】
次にＳ１２で、この平均位置Ｇ（Ａ１）と補正前の中心位置Ａ０から誤差ΔＸ，ΔＹを求める。
【００７２】
計測装置１は真直に設置されているから、続くＳ１３では上記の誤差ΔＸ，ΔＹを利用して、既に求めてあるア部の中心位置をＧ（Ａ１）に補正し、さらにＳ１４でウ部の中心位置Ｃ０についても誤差ΔＸ，ΔＹ分だけ平行移動をさせた位置補正を行い、補正後の中心位置Ｃ１を得る。そして補正後の中心位置間を結ぶ線Ｌ２を描く。
【００７３】
中心位置Ｂ０は、やはり誤差ΔＸ，ΔＹ分だけ平行移動した位置Ｂ１となる。
【００７４】
直線Ｌ２は右端ア部での複数の計測データの平均から中心位置Ｇ（Ａ１）を正確に求めたことに基づいており、計測装置１の中心軸はこの直線Ｌ２に位置しているとしている。即ち、計測装置１はケーシング１００の右端側を基準に設置しているとはいうものの、ケーシング１００は真円ではないので、凹凸をもつ内面の円周上の任意の３点の多数の組の外接円における中心位置の平均位置を中心位置とする真円を想定して、ここに計測装置１の軸中心が位置しているとするものである。従って、ケーシング１００の右端側から計測装置１を見た場合に、その中心軸の位置がケーシング１００の設計上の中心軸の位置に一致していると見なすことができる。
【００７５】
次に、Ｓ１５で図１の計測ユニット６Ｂによる計測データを用いて、計測装置１におけるシャフト４の軸中心がケーシング１００の右端基準面について垂直に設置されているか、即ち、シャフト４の傾きΔθの算出を行う。
【００７６】
このシャフト４の傾きΔθの算出を図１０で説明する。
【００７７】
図１０において、図９の説明で求めた中心軸位置補正後の直線Ｌ２を傾き補正前の中心位置間を結ぶ線Ｌ３として表示している。
【００７８】
ここでも図１０に示すように、任意の３点（例えば、ｐ１，ｐ３，ｐ５）を通る外接円の平面Ｄの他にｐ２，ｐ４，ｐ６など多数の３点の組の外接円の平面を設定し、各平面に対する法線ベクトルをそれぞれ求める。そして、各法線ベクトルの平均ベクトルを得て、これを補正後の中心位置を結ぶ線Ｌ４とし、両者の誤差Δθを得る。これもケーシング１００における右端ア部が幾何学的に平面でなくわずかな凹凸をもっていたり、傾斜面になっていたりすることを前提としている。
【００７９】
従って、複数の３点の組を通る平面に対する法線ベクトルの平均値を求めることで、計測装置１を設置したケーシング１００右端面が平面であることを想定し、この平面に計測装置１の中心軸が垂直に設置されているものとする。
【００８０】
この傾き誤差Δθを基に、Ｓ１６で基準面側の位置ずれを再補正する。この場合、中心位置の変動はわずかで、大抵一致している（Ａ１＝Ａ２）。そして、Ｓ１７でケーシング１００の左端ウ部（他端側）の中心位置Ｃ１を再補正して位置Ｃ２とする。中央位置Ｂ１は位置Ｂ２とする。
【００８１】
そして、最後にＳ１８で、各計測ユニット６Ｂ〜６Ｅが直線Ｌ４に位置するとしてＳ１１で得た計測データを補正する。
【００８２】
即ち、図９にあっては、補正後の中心位置Ｇ（Ａ１），Ｂ１，Ｃ１から計測点Ｐ１〜Ｐ６，Ｑ１〜Ｑ５，Ｒ１〜Ｒ５までの距離などでケーシング１００の内面の形状としたり、図１０にあっては更なる補正後の中心位置Ａ１（Ａ２），Ｂ２，Ｃ２から計測点ｐ１〜ｐ６，ｑ１〜ｑ５，ｒ１〜ｒ５までの距離などでケーシング１００の内面の形状を正確に求めることができる。
【００８３】
なお図６のモニタ画面は、図9の状態を表示した例である。
【００８４】
計測装置１による計測スキャニングにおいて計測装置１をシャフト４に沿って移動させ、ケーシング１００の内面までの距離を計測していくが、シャフト４は真直に設置されていて計測装置１の中心位置移動の軌跡も真直であるので、ケーシング１００が曲がっていても、その実質的な変形量を高精度をもって求めることができる。
【００８５】
また、本実施形態においては半径方向の距離センサと軸方向の距離センサがあるので、図1に示すように段差や傾斜があっても計測が可能である。ケーシングなど計測対象物を据え付けた状態で内面形状を計測して、曲がっていれば据え付け具合を調整してロータなどを組み込み易くすることができる。
【００８６】
図９，図１０ではケーシング１００の右端を基準面として計測装置１を正確に設置したことを仮想しているが、ケーシング１００の内部における軸方向の所望の位置について正確に計測したい場合は、その位置に計測ユニットの１組を配置し、他の１組は右端あるいは左端に位置する計測ユニットを利用して、図８に示した計測手順を実行すれば、計測装置１をケーシング１００の右端を基準面として計測装置１を大雑把に設置してあっても、その所望の位置において計測装置１を正確に設置したと仮想して、正確に内面形状を得ることができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、計測対象物の内面形状を忠実に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態になる計測装置により段付きケーシングの内面を計測する状況を示す図である。
【図２】図１に示した本発明計測装置の概略斜視図である。
【図３】図１に示した本発明計測装置における計測器で段付きケーシングの表面までの距離を計測する状況を示す図である。
【図４】図１に示した本発明計測装置を段付きケーシングに設置する準備処理を説明するための図である。
【図５】図１に示した本発明計測装置の電気系統図である。
【図６】図４に示した本発明計測装置におけるモニタの画面の一例を示す図である。
【図７】図１に示した本発明計測装置を段付きケーシングに設置する手順を示す図である。
【図８】図１に示した本発明計測装置で段付きケーシングの内面形状を計測する手順を示す図である。
【図９】図１に示した本発明計測装置による計測データの補正方法について説明するための図である。
【図１０】図１に示した本発明計測装置による計測データの補正方法について説明するための図である。
【符号の説明】
１…計測装置
１ａ…レーザ投光器
１ｂ，１ｃ…スポット板
１ｄ…受光器
２ａ、２ｂ…シャフト支持アーム
３ａ、３ｂ…シャフト受けブロック
４…シャフト
５…支持体
６Ａ〜６Ｅ…計測ユニット
６ａ…支持ブロック
６ｂ…スライドレール
６ｃ…微動ステージ
６ｄ，６ｅ…光学式距離センサ
７…ロータリエンコーダ
８…アナログ入力インタフェース
９…パラレル入力インタフェース
１０…中央コントローラ
１１…パルス発生器
１２…外部記憶装置
１３…モニタ
１４…プリンタ
１５…変位計ユニット
１００…ケーシング
１０１，１０２…ケーシング・スタッドボルト

Claims

内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを有する計測手段を用いて計測する内面形状計測方法において、
前記シャフトは計測対象物に保持されるとともに回動自在であり、このシャフトに基準点からの軸方向距離を計測可能な第１の計測ユニット（６Ｂ）と、シャフト中心からの距離を計測可能な第２の計測ユニット（６Ｃ）とを取り付け、前記シャフトを回動して、第１の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの中心位置ずれと、第２の計測ユニットの計測値に基づいてシャフトの面平行ずれとを同時に求め、これら求めたずれが予め定めた許容値以内になるように前記シャフトの配置位置を変更した後に前記シャフトの撓みを解消し、このシャフトに軸方向移動可能に設けた第３の計測ユニットを用いて計測対象物の内面形状を計測することを特徴とする内面形状計測方法。
前記シャフトは中空に形成されており、この中空部にレーザ計測装置を有し、レーザ計測装置が測定したシャフトの曲がりに応じて前記シャフトの中間部に設けた駆動装置を駆動してシャフトの撓みを解消することを特徴とする請求項１に記載の内面形状計測方法。
内面に段付きの円筒部を有し、両端面が開放された中空の計測対象物を計測するものであって、計測対象物の内部を貫通して配置したシャフトを備えた内面形状計測装置において、
前記シャフトの両端部に、このシャフトを回動自在に支持する支持手段を設けるとともに、基準点からの軸方向距離を計測可能な第１の計測ユニット（６Ｂ）と、シャフト中心からの距離を計測可能な第２の計測ユニット（６Ｃ）とをシャフトに取り付け、前記シャフトを回動して同時に得られた第１の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの中心位置ずれ、および第２の計測ユニットの計測値に基づくシャフトの面平行ずれを求める演算手段を有し、前記シャフトにこのシャフトのたわみを検出する手段を設けたことを特徴とする内面形状計測装置。
前記シャフトは中空に形成されており、この中空部にレーザ計測装置を有し、レーザ計測装置が測定したシャフトの撓みを補正可能な駆動装置を前記シャフトの中間部に配置したことを特徴とする請求項３に記載の内面形状計測装置。