JPH074910A - Apparatus and method for measuring displacement - Google Patents
Apparatus and method for measuring displacementInfo
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- JPH074910A JPH074910A JP17102193A JP17102193A JPH074910A JP H074910 A JPH074910 A JP H074910A JP 17102193 A JP17102193 A JP 17102193A JP 17102193 A JP17102193 A JP 17102193A JP H074910 A JPH074910 A JP H074910A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、変位測定装置および変
位測定方法に関し、たとえば製油所等において使用され
る石油工業用熱交換器のフランジの歪（フランジのガス
ケット当たり面の変位）を簡易かつ高精度に測定するこ
とができる上記装置および方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring apparatus and a displacement measuring method, and can easily and easily reduce the distortion of the flange (displacement of the gasket contact surface of the flange) of a heat exchanger for the petroleum industry used in refineries and the like. The present invention relates to the above-mentioned device and method capable of highly accurate measurement.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、特開昭６４−２８５１３号公報に開示されているよ
うな歪測定方法が知られている。この歪測定方法は、
（ａ）被測定対象物体であるフランジ１のガスケット当
たり面（以下、「フランジ面」と言う）に対向して、該
フランジ面の測定すべき領域の任意の位置のｘ，ｙ，ｚ
座標に関する位置を測定しうる歪測定器を設置し、
（ｂ）歪測定器により前記フランジ面の任意の３点の空
間座標を測定し、これら３点を通る基準平面（仮想平
面）を求め、（ｃ）前記測定器にて前記フランジ面の所
望位置の三次元座標を特定し、この点と上記基準平面と
の距離を演算することで前記フランジ面の変位（歪量）
を求めるものである。2. Description of the Related Art Conventionally, a strain measuring method as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-28513 is known. This strain measurement method is
(A) x, y, z at arbitrary positions in a region to be measured of the flange surface, which faces the gasket contact surface (hereinafter, referred to as “flange surface”) of the flange 1 which is the object to be measured.
Install a strain measuring device that can measure the position related to coordinates,
(B) The spatial coordinates of any three points on the flange surface are measured by a strain measuring device, a reference plane (virtual plane) passing through these three points is obtained, and (c) the desired position of the flange surface by the measuring device. Of the flange surface by calculating the distance between this point and the reference plane
Is to seek.
【０００３】この従来技術において使用される歪測定器
は、図６に示すように基本的に回転式のものが使用され
る。この回転式歪測定器は、フランジ１に取付けられた
固定枠８１と、該固定枠のほぼ中点を中心として回転運
動を行う回転枠８２を有し、該回転枠８２にフランジ面
ＳＦの三次元座標を測定する手段（探針８３）が設けら
れている。The strain measuring device used in this prior art is basically of a rotating type as shown in FIG. This rotary strain measuring instrument has a fixed frame 81 attached to the flange 1 and a rotary frame 82 that makes a rotary motion about a substantially midpoint of the fixed frame, and the rotary frame 82 has a flange surface SF . Means (probe 83) for measuring three-dimensional coordinates are provided.
【０００４】また、上記公報には、ガスケット１０の表
面の歪の測定方法が述べられている。この測定方法で
は、図７に示すように、ガスケット１０に取り付けられ
た固定枠９１と、該固定枠に対し直線運動（一次元的な
動作）を行う可動枠９２と、該可動枠９１に設けられた
ガスケット面ＳＧの三次元座標を測定する手段（探針９
３）とからなる歪測定器が用いられ、直線部分の歪が測
定される。Further, the above publication describes a method for measuring the strain on the surface of the gasket 10. In this measuring method, as shown in FIG. 7, a fixed frame 91 attached to the gasket 10, a movable frame 92 that performs a linear motion (one-dimensional operation) with respect to the fixed frame, and a movable frame 91 means for measuring the three-dimensional coordinates of the obtained gasket surface S G (probe 9
The strain measuring instrument consisting of 3) and 3) is used to measure the strain in the straight line portion.
【０００５】しかし、図６に示す歪測定においては、測
定手段８３の回転中心Ｏ′をフランジ１の中心軸に一致
させておく必要があるが、この中心を決定する作業が容
易ではない。また、前記測定手段８３には機械的な探針
が用いられるが、この探針の伸縮距離には制限があるた
め、全ての測定点において測定が可能となるように探針
８３の回転により形成される平面をフランジ面ＳＦと略
平行に調整する必要がある。However, in the strain measurement shown in FIG. 6, it is necessary to make the center of rotation O'of the measuring means 83 coincide with the central axis of the flange 1, but the work for determining this center is not easy. Further, although a mechanical probe is used as the measuring means 83, since the expansion and contraction distance of this probe is limited, it is formed by rotating the probe 83 so that measurement can be performed at all measurement points. it is necessary to adjust plane parallel flange surface S F substantially being.
【０００６】この場合、最大伸長距離が小さい仕様の探
針を仕様すれば、測定精度を高くできるが、その反面調
整作業には長時間がかかり作業能率を低下させ、逆に、
最大伸長距離が大きい仕様の探針を仕様すれば、調整作
業に要する時間は短縮されるが、測定精度が低くなると
いった問題がある。[0006] In this case, if a probe having a specification with a small maximum extension distance is specified, the measurement accuracy can be increased, but on the other hand, the adjustment work takes a long time, which lowers the work efficiency and, conversely,
If a probe with a specification that the maximum extension distance is large is specified, the time required for the adjustment work is shortened, but there is a problem that the measurement accuracy is reduced.
【０００７】さらに、上記探針８３は回転枠８２を介し
て回転中心Ｏ′においてのみ支持されているため、測定
誤差を低く抑えるためには、回転中心Ｏ′における機構
の回転精度が高いものを採用しなければならない。この
ため、回転機構部分が大重量となり、これに付随して固
定枠８１も歪みが生じない頑丈なものを採用せざるを得
ず、装置全体が２００ｋｇにも達するといった問題があ
る。Furthermore, since the probe 83 is supported only at the center of rotation O'via the rotary frame 82, in order to keep the measurement error low, it is necessary to use a mechanism with high rotational accuracy at the center of rotation O '. Must be adopted. For this reason, the rotating mechanism portion becomes heavy, and accompanying this, the fixed frame 81 must be a sturdy one that does not cause distortion, and there is a problem that the entire device reaches 200 kg.
【０００８】また、図６、図７に示す歪測定装置を用い
た方法においては、作業は何れも手動で行われ、探針の
ゲージを作業員が目視により読み取り、探針と上記フラ
ンジ面やガスケット面との距離を測定しているため、そ
の測定に多大な時間を要するといった問題がある。しか
も、図６に示す歪測定装置を用いた方法では、フランジ
１の形状が円形であるものに限られ、四角形状、楕円形
状等のものには適用できないし、また図７に示す歪測定
装置を用いた方法では逆に、直線状のガスケット等にし
か適用できず、たとえば円形のものには適用できないと
いった問題がある。加えて、図６、図７の装置では、フ
ランジ面ＳＦに探針を押圧した際に、針が歪み測定誤差
が生じやすいといった問題もある。Further, in the method using the strain measuring device shown in FIGS. 6 and 7, all the work is performed manually, and the operator visually reads the gauge of the probe to check the probe and the flange surface. Since the distance to the gasket surface is measured, there is a problem that it takes a lot of time for the measurement. Moreover, the method using the strain measuring device shown in FIG. 6 is limited to the one in which the shape of the flange 1 is circular, and cannot be applied to a rectangular shape, an elliptical shape, or the like, and the strain measuring device shown in FIG. On the contrary, the method using (1) has a problem that it can be applied only to a linear gasket or the like and cannot be applied to, for example, a circular gasket. In addition, FIG. 6, the apparatus of FIG. 7, when pressing the probe on the flange surface S F, the needle there is a problem such distortion measurement error is likely to occur.
【０００９】本発明は、上記のような問題を解決するた
めに提案されたものであって、フランジ等の被測定対象
面の形状に限定されず、しかも被測定対象面の変位測
定、ないし歪測定等を簡易、迅速かつ高精度に行うこと
ができる変位測定装置および変位測定方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and is not limited to the shape of the surface to be measured such as a flange, and the displacement or strain of the surface to be measured can be measured. An object of the present invention is to provide a displacement measuring device and a displacement measuring method capable of performing measurement, etc. simply, quickly and with high accuracy.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の変位測定装置
は、（１）距離測定用のレーザ探針と、（２）該レーザ
探針を、フランジのガスケット当たり面等の被測定対象
面にほぼ平行な二次元平面上における相互に垂直な二方
向に摺動させうる摺動機構と、（３）前記レーザ探針を
前記被測定対象面の任意位置に移動させるべく上記摺動
機構を制御するコントローラと、（４）該前記レーザ探
針により該レーザ探針先端と前記被測定対象面上のレー
ザビーム照射点との距離を測定する光学測定系と、
（５）前記レーザ探針を前記二次元平面で移動させて少
なくとも三以上の点にて測定した前記レーザ探針先端と
前記被測定対象面のレーザビーム照射点との距離とか
ら、前記被測定対象面に平行であると想定される仮想平
面を特定するとともに、所定位置における前記仮想平面
と前記被測定対象面との距離を演算する手段と、からな
ることを特徴とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The displacement measuring apparatus of the present invention comprises (1) a laser probe for distance measurement and (2) the laser probe on a surface to be measured such as a gasket contact surface of a flange. A sliding mechanism capable of sliding in two directions perpendicular to each other on a substantially parallel two-dimensional plane; and (3) controlling the sliding mechanism to move the laser probe to an arbitrary position on the measured surface. And (4) an optical measurement system that measures the distance between the laser probe tip and the laser beam irradiation point on the surface to be measured by the laser probe.
(5) From the distance between the tip of the laser probe measured at at least three or more points by moving the laser probe in the two-dimensional plane and the laser beam irradiation point on the surface to be measured, the measured object And a means for calculating a distance between the virtual plane at a predetermined position and the surface to be measured while specifying a virtual plane assumed to be parallel to the target surface.
【００１１】また、本発明の変位測定方法は、（１）距
離測定用のレーザ探針を、被測定対象面の任意位置に移
動するステップ、（２）前記被測定対象面上の任意の少
なくとも三以上の点におけるレーザ探針先端とレーザビ
ーム照射点との距離、または前記被測定対象面上の任意
の少なくとも三以上の局部領域におけるレーザ探針先端
とレーザビーム照射点との平均距離を測定することで、
該被測定対象面に平行であると想定される仮想平面を構
成するステップ、（３）前記被測定対象面の任意位置に
おける前記二次元平面と該被測定対象面との距離を演算
するステップ、とを有してなることを特徴とする。In the displacement measuring method of the present invention, (1) a step of moving the laser probe for distance measurement to an arbitrary position on the surface to be measured, (2) at least any arbitrary position on the surface to be measured. Measures the distance between the laser probe tip and the laser beam irradiation point at three or more points, or the average distance between the laser probe tip and the laser beam irradiation point in any at least three or more local regions on the surface to be measured. by doing,
Configuring a virtual plane that is assumed to be parallel to the surface to be measured, (3) calculating a distance between the two-dimensional plane and the surface to be measured at an arbitrary position of the surface to be measured, It is characterized by having and.
【００１２】[0012]
【作用】以下、本発明の作用を被測定対象面がフランジ
面である場合を例に説明する。本発明では、フランジや
該フランジが形成された熱交換器本体等に、枠体等を介
して、レーザ探針を移動させるための摺動機構が取り付
けられる。この摺動機構は、ｘ−ｙ摺動機構（レーザ探
針を相互に垂直な方向に移動する機構）により構成され
る。The operation of the present invention will be described below by taking the case where the surface to be measured is a flange surface as an example. In the present invention, a sliding mechanism for moving the laser probe is attached to the flange, the heat exchanger main body in which the flange is formed, or the like via a frame body or the like. This sliding mechanism is composed of an xy sliding mechanism (a mechanism for moving laser probe needles in mutually perpendicular directions).
【００１３】上記摺動機構はコントローラにより制御さ
れ、レーザ探針はフランジの形状等により特定される領
域に高い精度で移動することができる。レーザ探針が移
動しうる二次元平面は、必ずしもフランジ面に平行では
ある必要はなく、概ね平行であればよい。そして、上記
二次元平面とは別に、上記フランジ面と平行であると想
定される仮想平面を特定し、該仮想平面とフランジ面と
の距離を演算することで、フランジ面の変位（歪量）が
求められる。The sliding mechanism is controlled by the controller, and the laser probe can move with high accuracy to a region specified by the shape of the flange. The two-dimensional plane on which the laser probe can move does not necessarily have to be parallel to the flange surface, but may be approximately parallel. Then, apart from the two-dimensional plane, a virtual plane that is assumed to be parallel to the flange surface is specified, and the distance between the virtual plane and the flange surface is calculated, thereby displacing the flange surface (strain amount). Is required.
【００１４】本発明によるレーザ探針による測定では、
該探針と被測定対象との距離の変動（最大距離と最小距
離との差）が大きくても、測定精度が低下することはな
いので、高い測定精度を維持したまま効率のよい作業を
行うことができる。また、レーザ探針は、相互に垂直な
二方向（ｘ−ｙ座標の軸方向）に変位する摺動機構を使
用するものであることから、従来の回転式の場合に問題
となっていた、装置の設置の際に探針の回転中心を設定
する煩わしさは生じない。In the measurement by the laser probe according to the present invention,
Even if there is a large variation in the distance between the probe and the object to be measured (difference between the maximum distance and the minimum distance), the measurement accuracy does not decrease, so efficient work is performed while maintaining high measurement accuracy. be able to. Further, since the laser probe uses a sliding mechanism that is displaced in two directions perpendicular to each other (axial directions of xy coordinates), it has been a problem in the case of the conventional rotary type. There is no need to bother to set the center of rotation of the probe when installing the device.
【００１５】後述するように、本発明において円形のフ
ランジの歪を測定する場合、通常、フランジの中心を回
転中心にしてレーザ探針を円形に移動させるが、この場
合の回転中心は装置の設置の際に求めておく必要はな
く、装置設置が行われた後に、フランジ内縁の三点の座
標から容易に最適な回転中心が求められる。As will be described later, when measuring the strain of a circular flange in the present invention, the laser probe is normally moved in a circular shape with the center of the flange as the center of rotation. It is not necessary to obtain the optimum rotation center, and after the device is installed, the optimum center of rotation can be easily obtained from the coordinates of the three points on the inner edge of the flange.
【００１６】本発明では、レーザ探針を移動させるため
に、従来のようなフランジの中心軸を回転中心とする機
構（図６参照）を採用してはいないので、回転機構の軸
芯のブレ等による測定精度低下も生じないし、従来のよ
うに装置全体が大重量となることもない。したがって、
軽量な装置により精度の高い測定が可能になる。The present invention does not employ a conventional mechanism (see FIG. 6) in which the center axis of the flange is the center of rotation for moving the laser probe. There is no reduction in measurement accuracy due to factors such as the above, and the entire apparatus does not become heavy as in the conventional case. Therefore,
The lightweight device enables highly accurate measurement.
【００１７】レーザ探針の走査に際しては、走査領域を
特定する必要がある。この走査領域の特定は、たとえば
以下のように行われる。すなわち、レーザ探針をフラン
ジの内縁や外縁等に位置させ、上記二次元平面上の任意
位置を原点とするｘ−ｙ座標によりこの点を特定する。
この作業を、フランジ面の形状が特定できるような複数
点（たとえば、円形フランジの場合には少なくとも３
点）について行う。これにより、コントローラはフラン
ジの内縁や外縁の位置を知ることができるので、レーザ
探針による走査を自動制御により行うことができる。When scanning the laser probe, it is necessary to specify the scanning region. This scanning area is specified, for example, as follows. That is, the laser probe is positioned at the inner edge or outer edge of the flange, and this point is specified by the xy coordinates with the origin at the arbitrary position on the two-dimensional plane.
This work is performed at multiple points (for example, in the case of a circular flange, at least 3
Points). As a result, the controller can know the positions of the inner edge and the outer edge of the flange, so that the scanning by the laser probe can be automatically performed.
【００１８】上記のようにして求めた走査領域内におい
て、レーザ探針を移動させてレーザ探針先端とフランジ
面との距離を多数の点について測定し、該測定データを
メモリや磁気ディスク装置等の記憶装置に格納してお
く。Within the scanning area obtained as described above, the laser probe is moved to measure the distance between the tip of the laser probe and the flange surface at many points, and the measured data is stored in a memory, a magnetic disk device, or the like. Stored in the storage device.
【００１９】この走査に際しては、もちろんレーザ探針
の先端がフランジ面に接触して破壊されることがないよ
うに、レーザ探針と該フランジ面との距離を予め調整し
ておく必要がある。レーザ探針による測定は、非接触で
行われ、しかも測定が可能な最大離隔距離は大きい（た
とえば、数ｃｍ）ので、探針位置の調整は容易に行われ
る。In this scanning, of course, the distance between the laser probe and the flange surface must be adjusted in advance so that the tip of the laser probe does not come into contact with the flange surface and be destroyed. The measurement with the laser probe is performed in a non-contact manner, and since the maximum distance that can be measured is large (for example, several cm), the probe position can be easily adjusted.
【００２０】しかも、フランジ上にボルト孔等が存在し
た場合、従来の歪測定では探針がボルトに落ち込んでし
まう等の不都合があったが、本発明においてはレーザ探
針を使用しているので上記のような不都合は生じない。Moreover, when there is a bolt hole or the like on the flange, the conventional strain measurement has a disadvantage that the probe falls into the bolt, but in the present invention, the laser probe is used. The above inconvenience does not occur.
【００２１】[0021]
【実施例】本発明においては、たとえば、円形フランジ
の歪測定に際しては、フランジの周に沿った任意の局所
領域Ｑ１〜Ｑ３（たとえばフランジの内縁または外縁の
３つの領域）において３つの空間座標ｑ１（ｘ１，
ｙ１，ｚ１），ｑ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），ｑ
３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を測定し、該３点ｑ１，ｑ２，
ｑ３により構成される三角形の中点を特定するととも
に、フランジ面に平行であると想定される仮想平面を特
定することができる。In EXAMPLES present invention, for example, the time of strain measuring circular flange, three spaces in any local region Q 1 to Q 3 along the periphery of the flange (for example, three areas of the flange of the inner or outer edge) Coordinate q 1 (x 1 ,
y 1 , z 1 ), q 2 (x 2 , y 2 , z 2 ), q
3 (x 3 , y 3 , z 3 ) is measured, and the three points q 1 , q 2 ,
The midpoint of the triangle formed by q 3 can be specified, and the virtual plane that is assumed to be parallel to the flange surface can be specified.
【００２２】通常これらの中点および仮想平面は以下の
ようにして特定される。すなわち、領域Ｑ１について
は、ｑ１１（ｘ１１，ｙ１１，ｚ１１），ｑ１２（ｘ
１２，ｙ １２，ｚ１２），・・・，ｑ１Ｎ（ｘ１Ｎ，ｙ
１Ｎ，ｚ１Ｎ）について空間座標を測定し、これらの空
間座標の平均的座標、ｑ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を特定
する。ただし、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は以下のように表され
る。Usually these midpoints and virtual planes are
Is identified in this way. That is, area Q1about
Is q11(X11, Y11, Z11), Q12(X
12, Y 12, Z12), ..., q1N(X1N, Y
1N, Z1N) For spatial coordinates
Average coordinate of inter-coordinates, q1(X1, Y1, Z1) Is specified
To do. However, X1, Y1, Z1Is represented as
It
【００２３】[0023]
【数１】 [Equation 1]
【００２４】同様にして、領域Ｑ２，Ｑ３についても平
均的座標ｑ２，ｑ３を求め、中点を演算するとともに、
仮想平面を特定する。なお、この仮想平面は、Ａｘ＋Ｂ
ｙ＋Ｃｚ＋Ｄ＝０の形で表される。ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ
およびＤは定数である。Similarly, for the regions Q 2 and Q 3 , the average coordinates q 2 and q 3 are calculated, the midpoint is calculated, and
Identify a virtual plane. This virtual plane is Ax + B
It is expressed in the form of y + Cz + D = 0. Where A, B, C
And D are constants.
【００２５】上記〔数１〕において、Ｎが大きければ大
きいほど測定精度を上げることができるが、あまり大き
くとっても作業能率が低下する。高精度の測定を行う場
合には、通常Ｎ＝３〜４程度とされる。また、フランジ
の周に沿った任意の４つの領域の平均的座標を測定する
ことで、４点ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４により構成される
仮想平面、Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ＋Ｄ＝０を求めることもで
きる。In the above [Equation 1], the larger N is, the higher the measurement accuracy can be. However, if it is too large, the work efficiency decreases. When performing highly accurate measurement, N = 3 to 4 is usually set. It is also possible to obtain an imaginary plane composed of four points q 1 , q 2 , q 3 , and q 4 , Ax + By + Cz + D = 0, by measuring average coordinates of arbitrary four regions along the circumference of the flange. it can.
【００２６】４点ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４によっては平
面が構成されない場合には、たとえば、〔ｑ１，ｑ２，
ｑ３〕、〔ｑ２，ｑ３，ｑ４〕、〔ｑ３，ｑ４，
ｑ１〕、〔ｑ４，ｑ１，ｑ２〕により構成される平面、
Ａａｘ＋Ｂａｙ＋Ｃａｚ＋Ｄａ＝０、Ａｂｘ＋Ｂｂｙ＋
Ｃｂｚ＋Ｄｂ＝０、Ａｃｘ＋Ｂｃｙ＋Ｃｃｚ＋Ｄｃ＝
０、Ａｄｘ＋Ｂｄｙ＋Ｃｄｚ＋Ｄｄ＝０の各係数の平均
をとり、誤差の少ない方程式を、下記のようにして特定
することもできる。When a plane is not formed by the four points q 1 , q 2 , q 3 , and q 4 , for example, [q 1 , q 2 ,
q 3 ], [q 2 , q 3 , q 4 ], [q 3 , q 4 ,
q 1 ], a plane constituted by [q 4 , q 1 , q 2 ],
A a x + B a y + C a z + D a = 0, A b x + B b y +
C b z + D b = 0, A c x + B c y + C c z + D c =
It is also possible to take the average of the respective coefficients of 0, A d x + B d y + C d z + D d = 0, and specify the equation with a small error as follows.
【００２７】[0027]
【数２】 [Equation 2]
【００２８】空間座標系が特定され、またこの空間座標
系における仮想平面ＳＶが特定され、さらにこの空間座
標系におけるレーザ探針の座標、レーザ探針先端とフラ
ンジ面上のレーザビームの照射点との距離が特定されれ
ば、レーザ探針直下における仮想平面ＳＶとフランジ面
ＳＦとの距離が容易に算出できる。このようにして求め
たフランジ面等の被測定対象面上の各点の変位測定結果
から、周知の方法により該フランジ面の歪量が求められ
る。The spatial coordinate system is specified, the virtual plane S V in this spatial coordinate system is specified, and the coordinates of the laser probe in this spatial coordinate system and the irradiation point of the laser beam on the tip of the laser probe and the flange surface. If the distance between and is specified, the distance between the virtual plane S V and the flange surface S F immediately below the laser probe can be easily calculated. From the displacement measurement result of each point on the surface to be measured such as the flange surface thus obtained, the strain amount of the flange surface can be obtained by a known method.
【００２９】以下、より具体的に本発明の実施例を図面
を参照しつつ説明する。図１（Ａ），（Ｂ）において、
図示しない六角形の枠体が円形フランジ１に一体固定し
て組み付けられ、またこの枠体には摺動バー２１が、長
さ方向とは垂直な方向（同図ではｘ方向）に平行移動で
きるように取り付けられている。そして、この摺動バー
２１には、距離測定用のレーザ探針３を該摺動バー２１
の長さ方向（同図ではｙ方向）に移動させるための図示
しない摺動機構が設けられている。レーザ探針３は、摺
動バー２１の移動、および上記図示しない摺動機構の駆
動に伴って平面上を摺動できる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. In FIGS. 1 (A) and 1 (B),
A hexagonal frame body (not shown) is integrally fixed to the circular flange 1 and assembled, and the sliding bar 21 can be moved parallel to the frame body in a direction perpendicular to the length direction (x direction in the figure). Is installed as. The laser probe 3 for distance measurement is attached to the sliding bar 21.
Is provided with a sliding mechanism (not shown) for moving in the length direction (y direction in the figure). The laser probe 3 can slide on the flat surface as the sliding bar 21 moves and the sliding mechanism (not shown) is driven.
【００３０】図１（Ａ），（Ｂ）において座標系を特定
するために、上記レーザ探針３が移動する面をｘ−ｙ平
面としてある。また、便宜上、フランジ１のフランジ面
ＳＦ上の任意点を原点Ｏとしてある。なお、レーザ探針
３の座標を（ｘ，ｙ，０）で示してある。In order to specify the coordinate system in FIGS. 1A and 1B, the plane on which the laser probe 3 moves is defined as an xy plane. Also, for convenience, some arbitrary point on the flange surface S F of the flange 1 as the origin O. The coordinates of the laser probe 3 are indicated by (x, y, 0).
【００３１】図２（Ａ）は上記摺動機構の制御系を、同
図（Ｂ）にレーザ探針３および該レーザ光の光学測定系
を示してある。同図（Ａ）において、コントローラ４は
三次元空間の原点データおよびメモリ等に格納された走
査領域データを参照して、レーザ探針３をｘ方向に駆動
する駆動装置５１（摺動バー２１を駆動するモータ）、
およびｙ方向に駆動する駆動装置５２（前記摺動機構を
駆動するモータ）に制御信号を出力する。FIG. 2A shows the control system of the sliding mechanism, and FIG. 2B shows the laser probe 3 and the optical measuring system of the laser light. In FIG. 3A, the controller 4 refers to the origin data of the three-dimensional space and the scanning area data stored in the memory or the like, and drives the laser probe 3 in the x direction by driving the driving device 51 (the sliding bar 21 Motor to drive),
And a control signal is output to a drive device 52 (a motor that drives the sliding mechanism) that drives in the y direction.
【００３２】また、図２（Ｂ）において、レーザ探針３
は光源６１，投光レンズ６２，受光レンズ６３，光位置
検出素子６４を有している。レーザ光源６１からのビー
ムは、投光レンズ６２を通ってフランジ面ＳＦに照射さ
れ、ここで反射された光は受光レンズ６３を通って光位
置検出素子６４に到達する。そして、光位置検出素子６
４おける反射光の位置にからレーザ探針３とフランジ面
ＳＦとの距離が測定される。Further, in FIG. 2B, the laser probe 3
Has a light source 61, a light projecting lens 62, a light receiving lens 63, and a light position detecting element 64. Beam from the laser light source 61 is irradiated onto the flange surface S F passes through the light projecting lens 62, the light reflected here reaches the light position detecting element 64 through the light receiving lens 63. Then, the optical position detection element 6
The distance between the laser probe 3 and the flange surface S F is measured from the position of the 4 definitive reflected light.
【００３３】上記測定装置による測定に際しては、まず
フランジ面の複数か所（同図では、軸芯を中心にして９
０°間隔のか所Ｑ１〜Ｑ４）における平均位置座標を特
定する。この特定に際しては、たとえばＱ１について
は、該領域内のＮ点（ここでは、Ｎ＝３とする）につい
ての各空間座標、ｑ１１（ｘ１１，ｙ１１，ｚ１１），
ｑ１２（ｘ１２，ｙ１２，ｚ１２），ｑ１３（ｘ１３，
ｙ１３，ｚ１３）の中点ｑ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）が求
められる。ただし、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は以下の式で表さ
れる。In the measurement by the above-mentioned measuring device, first, at a plurality of points on the flange surface (in the figure, the center of the shaft is set to 9
The average position coordinates at points 0 1 to Q 4 ) at 0 ° intervals are specified. In this identification, for example, for Q 1 , each spatial coordinate for N points (here, N = 3) in the region, q 11 (x 11 , y 11 , z 11 ),
q 12 (x 12 , y 12 , z 12 ), q 13 (x 13 ,
The midpoint q 1 (X 1 , Y 1 , Z 1 ) of y 13 , z 13 ) is obtained. However, X 1 , Y 1 , and Z 1 are represented by the following formulas.
【００３４】[0034]
【数３】 [Equation 3]
【００３５】同様にして、Ｑ２〜Ｑ４についても、各３
点についての空間座標の平均値が求められ、ｑ
２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），ｑ３（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３），
ｑ４（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）が演算される。これらの点ｑ
１，ｑ２，ｑ３，ｑ４は、フランジ面に平行であると想
定される表面上に存在する。したがって、ｑ１〜ｑ４に
より、フランジ１の中心Ｏ′が求められる（理論的に
は、Ｏ′はｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４のうち３点から求め
ることができる）とともに、以下の方程式で表される平
面が特定される。Similarly, for Q 2 to Q 4 , 3 for each.
The average value of the spatial coordinates for the points is calculated, and q
2 (X 2 , Y 2 , Z 2 ), q 3 (X 3 , Y 3 , Z 3 ),
q 4 (X 4 , Y 4 , Z 4 ) is calculated. These points q
1 , q 2 , q 3 and q 4 exist on the surface that is assumed to be parallel to the flange surface. Therefore, the center O ′ of the flange 1 is obtained from q 1 to q 4 (theoretically, O ′ can be obtained from three points among q 1 , q 2 , q 3 , and q 4 ), and The plane represented by the following equation is identified.
【００３６】[0036]
【数４】 [Equation 4]
【００３７】この場合には、ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４に
より作られる４つの三角形（〔ｑ１，ｑ２，ｑ３〕、
〔ｑ２，ｑ３，ｑ４〕、〔ｑ３，ｑ４，ｑ１〕、
〔ｑ４，ｑ１，ｑ２〕で作られる三角形）は同一平面上
に存在することになる。[0037] In this case, q 1, q 2, q 3, 4 triangles produced by the q 4 ([q 1, q 2, q 3],
[Q 2 , q 3 , q 4 ], [q 3 , q 4 , q 1 ],
The triangles formed by [q 4 , q 1 , q 2 ] are on the same plane.
【００３８】ところで、フランジ面の歪に偏りがある場
合には、これらの４つの三角形が同一平面上にないこと
も多い。このような場合には、上記４つの三角形により
構成される下記の４つの平面の方程式をまず求める。By the way, when the strain on the flange surface is uneven, these four triangles are often not on the same plane. In such a case, the equations of the following four planes composed of the above four triangles are first obtained.
【００３９】[0039]
【数５】 [Equation 5]
【００４０】そして、上記の４つの平面の方程式から、
次の平面の方程式を導き出すことができる。From the equations of the above four planes,
The following plane equation can be derived.
【００４１】[0041]
【数６】 [Equation 6]
【００４２】なお、これら４つの三角形が同一平面にな
いことと、４つの三角形のうち２つが同一平面にないこ
ととは等価であるので、上記仮想平面の方程式は、該４
つの三角形のうちの２つ（相向かい合う三角形）を用い
て構成することもできるが、本実施例では、〔数６〕式
による仮想平面を用いている。Since it is equivalent that these four triangles are not on the same plane and that two of the four triangles are not on the same plane, the equation of the virtual plane is
It is also possible to use two of the three triangles (triangles facing each other), but in the present embodiment, a virtual plane according to the formula [6] is used.
【００４３】〔数６〕式の仮想平面を測定すると共に、
図３に示すように、局所領域Ｑ１〜Ｑ４におけるフラン
ジ１の内縁，外縁の一方または双方（同図では、内縁を
ｒ１〜ｒ４，外縁をｒ５〜ｒ８で示す）についてのｘ−
ｙ座標を求める。ここでは、内縁ｒ１〜ｒ４、外縁ｒ５
〜ｒ８を求める場合を説明する。このｒ１〜ｒ８のｘ−
ｙ座標を求めることによりレーザ探針３の走査領域を計
算により容易に求めるとができる。なお、理論的には、
内縁または外縁の３つの座標が特定されれば、フランジ
の幅は実測等により知ることができるので、レーザ探針
３の走査領域を求めることができる。この走査領域につ
いての演算結果は、図２（Ａ）において説明した走査領
域データとしてメモリ等に格納される。なお、図４に内
縁ｒ１，外縁ｒ５の座標を測定する場合の探針３の様子
を図示してある。While measuring the virtual plane of the equation (6),
As shown in FIG. 3, one or both of the inner edge and the outer edge of the flange 1 in the local regions Q 1 to Q 4 (in the figure, the inner edge is indicated by r 1 to r 4 and the outer edge are indicated by r 5 to r 8 ) x-
Find the y coordinate. Here, the inner edges r 1 to r 4 and the outer edge r 5
The case of obtaining r 8 will be described. X− of this r 1 to r 8
By obtaining the y coordinate, the scanning area of the laser probe 3 can be easily obtained by calculation. In theory,
If the three coordinates of the inner edge or the outer edge are specified, the width of the flange can be known by actual measurement or the like, so that the scanning area of the laser probe 3 can be obtained. The calculation result of this scanning area is stored in the memory or the like as the scanning area data described in FIG. Note that FIG. 4 illustrates the state of the probe 3 when measuring the coordinates of the inner edge r 1 and the outer edge r 5 .
【００４４】図５（Ａ）は、上記のようにして求めた、
仮想平面ＳＶと、フランジ面ＳＦ上の点ＰＮとの距離を
求める方法を示している。同図において、実測されるの
は、レーザ探針３の先端（ｘＮ，ｙＮ，０）からレーザ
ビームの照射点ＰＮ（ｘＮ，ｙＮ，ｚＮ）までの距離Ｄ
である。また、レーザ探針３の空間座標（ｘＮ，ｙＮ，
０）と、仮想平面ＳＶとからレーザ探針３の先端と仮想
平面ＳＶとの距離ｄ０は容易に求められる。FIG. 5 (A) is obtained as described above,
A method for obtaining the distance between the virtual plane S V and the point P N on the flange surface S F is shown. In the figure, what is actually measured is the distance D from the tip (x N , y N , 0) of the laser probe 3 to the irradiation point P N (x N , y N , z N ) of the laser beam.
Is. In addition, the spatial coordinates of the laser probe 3 (x N , y N ,
0), the distance d 0 of the distal end and the virtual plane S V of the laser probe 3 and a virtual plane S V is readily determined.
【００４５】変位距離はレーザ探針３の仮想平面ＳＶに
向けた垂線の延長距離Ｄ０である（同図では、該延長点
をＰＮで示す）。ｄ０＋Ｄ０の値は、測定距離Ｄ、レー
ザ探針３の空間座標（ｘＮ，ｙＮ，０）、および仮想平
面ＳＶの平面の方程式（ＳＶ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０）とに
より求めることができるので、Ｄ０も容易に演算により
求めることができる。この測定を、上記走査領域におけ
る各所定点において行うことにより、フランジ面ＳＦ上
の任意点における歪量を求めることができる。The displacement distance is the extension distance D 0 of the perpendicular line of the laser probe 3 toward the virtual plane S V (in the figure, the extension point is indicated by P N ). The value of d 0 + D 0 is the measurement distance D, the spatial coordinates (x N , y N , 0) of the laser probe 3, and the plane equation (S V (x, y, z) = 0 of the virtual plane S V. ) And, it is easy to calculate D 0 . The measurement, by performing in each place a fixed point in the scanning region, it is possible to determine the amount of distortion at any point on the flange surface S F.
【００４６】ｘ−ｙ平面と仮想平面ＳＶとが傾きをもっ
ている場合には、図５（Ｂ）に示すように、レーザ探針
３の照射方向を仮想平面ＳＶに垂直（同図（Ｂ）では、
ｚ軸方向として示す）に調整することで、仮想平面ＳＶ
とフランジ面ＳＦとの距離を測定することができる。When the xy plane and the virtual plane S V have an inclination, as shown in FIG. 5B, the irradiation direction of the laser probe 3 is perpendicular to the virtual plane S V (see FIG. ) Then,
(shown as the z-axis direction), the virtual plane S V
And the flange surface S F can be measured.
【００４７】なお、レーザ探針３がフランジ１の内縁や
外縁から外れた場合や、ボルト穴を測定した場合には、
測定不能になるため該データは測定点から除外される。When the laser probe 3 is dislocated from the inner edge or outer edge of the flange 1 or when the bolt hole is measured,
The data is excluded from the measurement points because measurement becomes impossible.
【００４８】上記実施例では円形のフランジのフランジ
面変位を測定する場合について説明したが、楕円形、四
角形等のフランジ面のフランジ面変位を測定することは
もちろん、同様の方法により任意形状のガスケットの表
面の変位についても、本発明が適用される。In the above embodiment, the case of measuring the flange surface displacement of a circular flange has been described. However, it is of course possible to measure the flange surface displacement of an elliptical, square, etc. flange surface, as well as a gasket of any shape by the same method. The present invention is also applied to the displacement of the surface of.
【００４９】[0049]
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので以下
の効果を奏することができる。 （１）相互に垂直な二方向に変位する摺動機構によりレ
ーザ探針を移動させるので、従来の回転式歪測定装置に
おいて生じていた回転機構の中心の調整が不要となる。
また、回転機構を用いないことから軸芯のブレ等による
測定精度低下も生じないし、装置全体が軽量（６０ｋｇ
程度）となる。さらに、被測定対象面に探針を押圧する
必要はないので、針の機械的な曲がり等による誤差は生
じない。Since the present invention is constructed as described above, the following effects can be obtained. (1) Since the laser probe is moved by the sliding mechanism that is displaced in two directions perpendicular to each other, it is not necessary to adjust the center of the rotating mechanism that occurs in the conventional rotary strain measuring device.
In addition, since no rotation mechanism is used, there is no reduction in measurement accuracy due to shake of the shaft core, etc., and the entire device is lightweight (60 kg
Degree). Further, since it is not necessary to press the probe against the surface to be measured, there is no error due to mechanical bending of the needle.
【００５０】（２）探針としてレーザ探針を使用し、光
学測定系による自動測定を行い、測定データをメモリや
磁気ディスク装置等の記憶装置に格納しておき、一括し
て処理できるので、作業能率が向上する。また、自動読
み取り方式を採用することもでき、測定ミスの発生を防
止することができる。(2) Since a laser probe is used as the probe, automatic measurement is performed by an optical measuring system, and the measured data can be stored in a storage device such as a memory or a magnetic disk device and processed in a batch. Work efficiency is improved. Also, an automatic reading method can be adopted, and the occurrence of measurement errors can be prevented.
【００５１】（３）被測定対象面の形状に制限されるこ
となく、簡易かつ高精度の測定を行うことができる。(3) Simple and highly accurate measurement can be performed without being limited by the shape of the surface to be measured.
【００５２】（４）被測定対象面にボルト孔等の本来の
測定の障害になる部分が存在する場合であっても、探針
の損傷等が生ずることなく測定を続行できる。(4) Even if there is a portion such as a bolt hole that hinders the original measurement on the surface to be measured, the measurement can be continued without damaging the probe.
【００５３】（５）機械的探針を用いた従来のものとは
異なり、連続的に走査して位置データを抽出することが
できる。そして、これをコンピュータにリアルタイムで
取り込み、大量の位置データを一括処理できるので、緻
密な測定を高速に行うことが可能となる。また、三次元
グラフィック処理をリアルタイムで行うこともできる。(5) Unlike the conventional one using the mechanical probe, the position data can be extracted by continuously scanning. Then, since this can be loaded into a computer in real time and a large amount of position data can be collectively processed, precise measurement can be performed at high speed. Also, three-dimensional graphic processing can be performed in real time.
【図１】本発明の一実施例を説明するための図であり、
（Ａ）は測定の様子をフランジ上面から見た図、（Ｂ）
は同じく側面から見た図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention,
(A) is a view of the measurement from the top of the flange, (B)
Is also a side view.
【図２】図１の変位測定装置の部分説明図であり、
（Ａ）は摺動機構のコントローラを示す図であり、
（Ｂ）はレーザ探針および光学測定系を簡略して示す図
である。FIG. 2 is a partial explanatory view of the displacement measuring device of FIG.
(A) is a diagram showing a controller of a sliding mechanism,
FIG. 3B is a diagram schematically showing a laser probe and an optical measurement system.
【図３】本発明において仮想平面を特定する方法の一例
を示すためのフランジ上面から見た図である。FIG. 3 is a view seen from the upper surface of the flange for showing an example of a method of specifying a virtual plane in the present invention.
【図４】本発明における走査領域を特定するための方法
の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for specifying a scanning area according to the present invention.
【図５】本発明におけるフランジ面の変位の測定原理を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a principle of measuring the displacement of the flange surface in the present invention.
【図６】従来の回転式の歪測定装置の概略を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing an outline of a conventional rotary strain measuring device.
【図７】従来の一方向摺動式の歪測定装置の概略を示す
ための図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of a conventional one-way sliding strain measuring device.
１ フランジ ２１ 摺動バー ３ レーザ探針 ４ コントローラ ５１，５２ 駆動装置 ６１ 光源 ６２ 投光レンズ ６３ 受光レンズ ６４ 光位置検出素子 ＳＦ フランジ面 ＳＶ 仮想平面1 Flange 21 Sliding Bar 3 Laser Probe 4 Controller 51, 52 Driving Device 61 Light Source 62 Light Emitting Lens 63 Light Receiving Lens 64 Optical Position Detector S F Flange Surface S V Virtual Plane
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西畑 征二郎 大阪府堺市桃山台３−９−25 (72)発明者 竹内 洋雅 大阪府堺市浜寺元町１丁56番地208号 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Seijiro Nishihata 3-9-25 Momoyamadai, Sakai City, Osaka Prefecture (72) Hiromasa Takeuchi, No. 208, Hamachi, Motomachi 208, Sakai City, Sakai City, Osaka Prefecture
Claims (2)
上において、相互に垂直な二方向に移動させうる摺動機
構と、 前記レーザ探針を前記被測定対象面の任意位置に移動さ
せるべく上記摺動機構を制御するコントローラと、 該前記レーザ探針により該レーザ探針先端と前記被測定
対象面のレーザビーム照射点との距離を測定する光学測
定系と、 前記レーザ探針を前記二次元平面で移動させて少なくと
も三以上の点にて測定した、前記レーザ探針先端と前記
被測定対象面上のレーザビーム照射点との距離とから、
前記被測定対象面に平行であると想定される仮想平面を
特定するとともに、所定位置における前記仮想平面と前
記被測定対象面との距離を演算する手段と、からなるこ
とを特徴とする変位測定装置。1. A laser probe for distance measurement, and a sliding mechanism capable of moving the laser probe in two directions perpendicular to each other on a two-dimensional plane substantially parallel to the surface to be measured. A controller that controls the sliding mechanism to move the laser probe to an arbitrary position on the surface to be measured; and a tip of the laser probe and a laser beam irradiation point on the surface to be measured by the laser probe. An optical measurement system for measuring a distance, the laser probe is moved in the two-dimensional plane and measured at at least three or more points, the laser probe tip and the laser beam irradiation point on the surface to be measured. From the distance of
Displacement measurement characterized by comprising: a means for specifying a virtual plane assumed to be parallel to the surface to be measured and calculating a distance between the virtual plane at a predetermined position and the surface to be measured. apparatus.
面の任意位置に移動するステップ、 前記被測定対象面上の任意の少なくとも三以上の点にお
けるレーザ探針先端とレーザビーム照射点との距離、ま
たは前記被測定対象面上の任意の少なくとも三以上の局
部領域におけるレーザ探針先端とレーザビーム照射点と
の平均距離を測定することで、該被測定対象面に平行で
あると想定される仮想平面を構成するステップ、 前記被測定対象面の任意位置における前記二次元平面と
該被測定対象面との距離を演算するステップ、とを有し
てなることを特徴とする変位測定方法。2. A step of moving a laser probe for distance measurement to an arbitrary position on a surface to be measured, a laser probe tip and a laser beam irradiation point at arbitrary three or more points on the surface to be measured. And, or by measuring an average distance between the laser probe tip and the laser beam irradiation point in any at least three or more local regions on the surface to be measured, it is parallel to the surface to be measured. Displacement measurement comprising: a step of forming an assumed virtual plane; a step of calculating a distance between the two-dimensional plane and the measurement target surface at an arbitrary position of the measurement target surface. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17102193A JP3423980B2 (en) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Displacement measuring device and displacement measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17102193A JP3423980B2 (en) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Displacement measuring device and displacement measuring method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074910A true JPH074910A (en) | 1995-01-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3423980B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012063267A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Sankyu Inc | Circular flange distortion amount measurement method and circular flange distortion amount measurement apparatus |
| JP2017116081A (en) * | 2015-12-26 | 2017-06-29 | 日本バルカー工業株式会社 | Manufacturing method for fluorine resin jacket gasket |
| JP2017227459A (en) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 山九株式会社 | Measurement jig and measuring method of flange distortion using portable non-contact three-dimensional coordinate measuring apparatus |
-
1993
- 1993-06-16 JP JP17102193A patent/JP3423980B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012063267A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Sankyu Inc | Circular flange distortion amount measurement method and circular flange distortion amount measurement apparatus |
| JP2017116081A (en) * | 2015-12-26 | 2017-06-29 | 日本バルカー工業株式会社 | Manufacturing method for fluorine resin jacket gasket |
| JP2017227459A (en) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 山九株式会社 | Measurement jig and measuring method of flange distortion using portable non-contact three-dimensional coordinate measuring apparatus |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3423980B2 (en) | 2003-07-07 |
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