JPH06500635A - 湾曲軸線を決定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 湾曲軸線を決定するための方法および装置本発明は、請求の範囲第１項の導入部 分による方法、さらにこの方法を用いて実施しうる請求の範囲第４項の導入部分 による物体面の相対的な整列方法、並びにこの方法を実施するための二軸光電子 位置検出器を備えたスペーサに関するものである。

たとえばタービンを組立てる際、タービン案内車リムはこれに案内羽根を固定す る前にタービンの長手軸線もしくはロータ回転軸線に関し極めて正確に整列して 、その長手軸線、すなわち中心リム開口部を包囲する一般に円筒状の壁部の湾曲 軸線がこれと整列するようにせねばならない。基準軸線を示すタービン長手軸線 はタービンロータの円筒状ベアリング面により設定され、その湾曲軸線と合致す る。タービンのステータ内に存在する案内車リム用の前側当接面はタービン長手 軸線に対し垂直な平面に延在し、案内車リムはタービンステータへの組立てに際 し当接面に沿って半径方向へ湾曲軸線（Ｋｒｕｍｍｕｎｇｓｍ自ｊｅｌａｃｈｓ ｅ）の所望整列位置まで移動させることによりその中心開口部を基準軸線と一致 させ、次いでこの状態にてステータに固定せねばならない。調整するにはステー ター当接面に沿った半径方向の所定の移動を可能する補助手段が使用される。組 立てに際し、各案内車リムを先ず最初に到達すべき整列位置にできるだけ近い推 定位置となし、次いで寸法および方向にしたがい湾曲軸線が基準軸線から離間し た距離を決定し、次いで調整手段により測定結果に応じた補正を行ない、この過 程を必要に応じ距離がゼロになるまで或いは許容しうる最小値をもはや越えなく なるまで反復するよう行なわれる。

請求の範囲第１項の導入部分による方法は、錐面状に湾曲した凹状物体面の湾曲 軸線と小直径の光線（特にレーザー光線により設定される基準軸線との間隔を決 定することを可能にする。

この種の公知方法ｒＤＥ−Ｚ：ファインウェルクテクニーク・ラント・メステク ニーク、第８９年版、第６号（１９８１年９月）、第２６２頁Ｊにおいては、位 置検出器を物体面の湾曲軸線に対し実質的に平行な軸線を中心として回転させ、 これには物体面上に載置しうる測定に際し固定状態に保たれる三脚上に位置検出 器を回転自在に支持する。この位置検出器には回転軸線に対し半径方向に延びる 電子走査器を備えたアームを固定接続し、この走査器を位置検出器と共に回転さ せて、その先端を物体面に沿ってその湾曲方向に移動させる。走査器は、走査器 先端と三脚における回転ｍｓとの距離を示す電気信号を発生する。三脚は、走査 器および位置検出器の回転軸線が物体面の湾曲軸線（たとえばチューブの内面と しうる）に近づくよう寸法決定する。回転に際し持続的に把握される走査器信号 と位置検出器信号との差から、チューブ抑圧およびチューブ状態を推定すること ができる。三脚に対する位置検出器および電子走査器の回転自在な支持は、間隔 測定に関連してこれを誤らせる機械的許容度を規定する。その結果、三脚および そこに回転自在に支持された位置検出器と電子走査器とからなる公知方法を実施 するのに要する装置は構造的に無駄かつコスト高となる。さらに公知方法におい ては、位置検出器と電子走査器とを３６００の角度全体にわたり回転させてチュ ーブ状態を決定する。

タービン組立てに際し基準軸線は強い応力下にある鋼線などにより設定され、こ の鋼線はロータベアリングの支持面に嵌合された保持部の間に正確に湾曲軸線か ら一直線として張られる。緊張装置の作成は、そのロータベアリング面に正確に 適合する芯出し面および正確な鋼線用の中心案内装置のため相当な経費を必要と する。その結果、基準軸線を設定する緊張した弦はタービン長手軸線の慣用の所 定水平位置にて弛むまで傾斜し、この弛みは測定を許容しえない程度まで誤らせ る。測定に際し、緊張した弦が側部まて傾斜しないよう注意せねばならず、これ は強い応力下では比較的軽い圧力で達成も生じつる。

各案内車リムの測定および調節は、湾曲方向に離間して前後位置する点のための 通常の機械的定規により案内リム開口部の壁部に対し緊張弦までのその距離を決 定するよう行なわれ、その測定結果から基準軸線に対する（すなわち緊張弦に対 する）湾曲軸線の状態を推定し、その後に調整手段によりステータに対する案内 車リムの対応の位置補正を行ない、この過程を測定点に関し緊張弦に到る相互に 同じ間隔が得られるまで反復！−１最終的に案内リムをステークに固定する。こ の過程は極めて長時間を要し、既に上記したように極めて慎重に実施せねばなら なかった。

ＤＥ−Ｚ・ファインゲレーテテクニーク、第３２巻（１，９８３年）、第５号、 第２０９頁および第２１０頁によれば、レーザー光線に基づく整列測定システム において位置検出器を実質的な平面に堅固に支持すると共に支持体と一緒に平面 に沿って移動させ、位置検出器を平面の不均一・性に追随させることも知られて いる。

本発明の課題は、請求の範囲第１項の上位概念にしたがう方法において特に機械 的構成に関し簡単な手段で極めて好適かつ迅速に実施ｊ７うろと共に、位置検出 器をその測定面に関し全角廖の比較的小さい部材についてのみ回転させる場合に も極めて正確な結果を与える方法を提供することにある。

上記課題は請求の範囲第１項に記載の特徴により解決される。請求の範囲第２項 および第３項は、請求の範囲第１項による方法の好適実施態様に関する。

請求の範囲第１項の方法において位置検出器を回転に際しスペーサに固定すると 共にこれを物体面に沿って安定に案内移動させることにより、測定結果を誤らせ つるような機械的許容範囲か決して測定に入り込まない。さらに、湾曲軸線が基 準軸線から離間する間隔を精密に測定するには全角度の１部にわたってのみ測定 視野を回転させれば充分である。このような測定視野の部分的回転のみを達成す るためのスペーサが明らかに物体面の部分領域にわたってのみ外周方向に移動す るという事実は、この方法の実施を多くの場合極めて容易化させる。

さらに本発明の課題は請求の範囲第４項の導入部分による前後配置された複数の 物体面の整列方法を提供し、この方法は請求の範囲第１項による方法を用いて実 施しうると共に物体面の整列状態を従来よりも迅速にかつ少ない最適作業経費に て実施可能にする。

本発明のこの課題は、請求の範囲第４項の特徴により解決される。

請求の範囲第４項による方法は、初めから空間固定された基準線に対する整列状 態が達成されるという事実に基づかず、寧ろ物体面の湾曲軸線が主として最後の 整列軸線が初期設定の基準軸線に対し所定の位置を有した場合にも整列するとい う知見に基づき、したがって個々の物体に対するその所定の補正変動値に関し整 列軸線もしくは対応データを整列状態が対応物体の最小可能な全変動と共に（し たがって従来より迅速かつ好適に）得られるよう考慮することができる。

さらに本発明の課題は、本発明による方法を実施するのに適し、た走査装置であ る。これは請求の範囲第５項に示され、請求の範囲第６〜１３項は請求の範囲第 ５項による装置の好適実施態様に関するものである。

本発明の方法は、円筒状の中心開口部を備えた案内車リムの測定だけでなく、一 般に錐面状に湾曲した面（たとえば円筒状もしくは部分円筒状の面）または無限 遠に位置する数値ゼロの対頂角を持った円錐もしくは部分円錐の面と、基準軸線 との間隔を決定するにも適している。

円周（湾曲方向に前後位置する錐面における点に落ちる）は公知のように３個の 点により平面座標系で明らかに規定されるので、円周の半径が知られていない場 合にも、本発明の方法では原理的に位置検出器の位置信号を相対的な角度間隔を 有する３個の角度位置においてのみ把握すれば充分であり、さらにこの角度位置 についてのみ空間におけるその位置を決定して基準軸線からの湾曲軸線の間隔を 大きさおよび方向につき計算することができる。その際、算術的な最適化法を用 いて行なうことができる。３個より多い点を測定することにより、精度をさらに 向上させることもできる。さらに、外周方向における錐面の連続走行も可能であ る。

測定を行なう円周の半径が既知であれば、原理的に信号把握を位置検出器の２つ の角度位置につきその一方の既知空間位置決めで行なえば充分である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施例により一層詳細に説明する。

図面はそれぞれ次の通りである： 第１図は、案内車リムとロータベアリングとを備えたターヒンステータの軸方向 長手断面図であり、スペーサと位置検出器とを備えた走査装置、および本発明の 方法により距離測定するため基準軸線としてレーザー光線を案内車リムの測定に 際し発する光線発生器と走査装置から測定データを記憶したコンピュータとを示 し、第２図は本発明の方法を実施すべく第１図によるタービンを正確に組立てる 際に使用した走査装置を光線の方向を考慮して正面図で左側に、およびこれに対 し垂直な側面図で右側に示す。

第１図はタービンステーサ１の軸方向長手断面図であり、案内車リム２および両 側のタービンロータベアリング５を案内車リム２における中心開口部３の円筒状 壁部３ａの湾曲軸線とタービンロータベアリング５における円筒状支持面５ａの 湾曲軸線とが互いに整列するよう調整する。第１図にて右側に見られるロータベ アリング５には光線発生器６を装着し、この光線発生器はシャープに集束した小 さい発散率の光線Ｌ（好ましくはレーザー光線）を案内車リム２の開口壁部３ａ により囲撓された測定空間を介し最終的な正確に指向させるべきロータ回転軸線 ４に対しほぼ平行かつこれの近くで送出する。第１図にて左側に第２の案内車リ ム２を示したように、測定のための基準軸線を設定する光線りは円筒状物体面３ ａに関する個々の測定に際し走査装置７に衝突し、この走査装置は前記案内車リ ム２の壁部３ａに対し以下詳細に説明するように支持され、これに沿って移動す ることができる。走査袋ｒｆｊ１７は、そこに光線衝突点の位置を示すｉ！電気 信号発生すると共に、これをコンピュータＣに送信し、これら信号および少なく とも１個のこの種の信号につき別途に電気信号（角度信号）として測定された入 力角度信号（これは走査袋ｒ１１７がその発生に際（、受信する）から上記案内 車リム２の開口壁部３ａの湾曲軸線と基準線４との間隔をプログラミング制御し ながら計算する。コンピュータＣは距離信号を必要に応じ走査装置７の他の電気 信号と共に受信する。

第２図によれば走査装置７には二軸測定視野１０を有する光電子位置検出器１１ を設け、この検出器は固定スペーサ１２に対し調整自在に端部から既知の間隔で これに固定されて光線りが測定視野１０に当るようにする。

上記端部には中心案内リム開口部３の壁部３ａに対し安定に案内しうるよう支持 する手段１３を設け、この手段１３および他の手段１４により壁部３ａに関し位 置検出器Ｊ１の測定視野１０がこの壁部３ａの湾曲軸線に対し整列するような位 置に保持する。この手段１３は図示したように面３ａの外周方向に離間してここ に支持しうる平行な所定長さにわたりその軸線方向に延びる摺動面１３ａを有し 、さらに手段１４は他の摺動面１．４　ａを備えてこれを物体もしくは案内リム ２の前面に安定に支持すると共にそこから案内する。何故なら、実施例の場合こ れら前面は物体面３ａの湾曲方向に対し平行に延びるからである。この後者の摺 動面をマグネチックとすることもでき、これにより物体２における前側案内面に 対し吸引させ、物体２が強磁性材料よりなる場合にはこれと自動的に接触し続け るようにする。

走査装置７にはさらに角度測定器１５（この場合は分銅の形態）を設け、この測 定器は垂線に対する測定視野１０の瞬間的な角度位置（すなわち空間座標系に対 するその角度位置）を測定して、対応の電気信号を同様にコンピュータＣに送信 する。

さらにペーサ１２は変化自在な長さとすることもできる。この場合、位置検出器 １１はスペーサ１２に対し固定することができる。

測定データは好ましくは無線で走査装置７からコンピュータＣまで送信され、こ の目的で走査装置７には発信器を装着すると共にコンピュータＣには受信器を装 着する（図示せず）。

案内車リム２の測定の過程にて或いは多くの案内車リムの測定に際し発生した距 離信号および他のデータは好ましくは走査装置７にて記憶装置（図示せず）に緩 衝記憶され、測定の終了後に総合して送信される。

位置検出器１１は、測定視野ｌＯに対する光線衝突点の位置に対応する電気位置 信号をコンピュータＣに送信する。スペーサ１２の支持端部が壁部３ａの湾曲方 向にこれと接触しながら移動すると、測定視野１０はスペーサ１２の支持の変動 に際１．壁部３ａの湾曲軸線を中心として強制的に回転し、光線衝突点はこれの 周囲に測定面１０に対し円もしくは円弧を描く。少なくとも３個の異なる測定視 野１０の角度位置にて位置検出器１】から発生した位置信号がこれら位置信号の １つに関する角度信号と共に把握されてコンピュータＣに入力されると、これは 基準軸線もしくは光線りと湾曲軸線との距離を計算しうるよう充分なデータを得 る。何故なら、円はそこに位置する３個の点により明確に決定されるからである 。

これら点の１個につきさらに測定視野の角度位置がその把握に際し知られていれ ば、距離の立体的方向も知ることができる。原理的に、湾曲軸線と基準軸線との 距離の明確な大きさおよび方向の計算につき、測定視野の既知の空間角度位置と 組合せれば３個の測定点にて充分である。測定点（全ゆる状況にて個々の測定点 ）が多いほど、計算結果（すなわち距離決定）も正確となる。好ましくは計算に 際し、算術的な最適化法を関連させる。第２図による走査装置７を第１図におけ る光線発生器６から発生した光線りと組合せれば、距離決定の上記本発明による 方法は明らかに錐面状もしくは円筒状に湾曲した面３ａのそれぞれにつき並びに ベアリング面５ａにつき迅速、精密かつ難な〈実施することができ、これには各 面の比較的小さい角度領域にのみ測定値記録器を僅かな点に対し原理的に走行さ せればよい。

これら間隔が大きさおよび方向にしたがい１回決定された後、必要に応じこの間 隔を除去するのに必要な補正手段を行なうこともできる。この場合、好ましくは 基準軸線を予め整列軸線として設定せずに補正データの計算を整列軸線に合わせ 、全ての整列すべき物体面につきできるだけ小さい全体的変動にて到達しうるよ う行なわれる。勿論、この整列軸線は基準軸線の近くに位置する。

何故なら、本発明の方法によれば測定前の物体面は構成上腹に充分整列しており 、さらに推測される補正はミリもしくはそれ以下の程度となるからである。

測定すべき凹状物体面３　ａ　ｓ　５　ａは正確な錐面の形状またはその部分か ら若干外れてもよい。本発明の方法は、対応のフンピユータプログラムによりこ の種の変動をコンピュータと走査袋ａ７とにより決定することをも可能にする。

この場合、異なる角度位置にて位置検出器から発生した少なくとも３個でなく少 なくとも５個の電気信号を把握してコンピュータＣに入力せねばならない。この 場合、必要に応じ角度測定器により２個以上の信号につきその発生に際し与えら れた測定視野１０の空間角度位置を決定すると共に、コンピュータＣに伝達せね ばならない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自由測定空間に指向して錐面状に湾曲した凹状の物体面（３ａ、５ａ）の湾 曲軸線とこれに対し実質的に平行に延びる基準軸線との大きさおよび方向に応じ て存する間隔を決定するための、特にタービン案内車リム（２）における中心開 口部（３）の長手軸線および／またはタービンロータベアリング（５）の軸受面 （５ａ）の長手軸線と基準軸線との間隔を決定し、必要に応じ正確な錐面からの 凹状物体面の偏りを決定するに際し、 （ａ）規定しうる空間位置を有すると共にその方向に対し少なくともほぼ平行に 延びる基準軸線もしくは補助軸線を測定空間内に小直径の光線（Ｌ）、特にレー ザー光線で描き、 （ｂ）測定視野（１０）を有する二軸光電子位置検出器（１１）を物体面（３ａ 、５ａ）に対し安定に支持されたスペーサ（１２）により測定位置となし、その 測定視野（１０）を凹状物体面（３ａ、５ａ）の湾曲軸線に対し実質的に垂直な 測定平面に延在させると共に光線（Ｌ）を測定視野（１０）に当て、（ｃ）測定 位置における位置検出器（１１）を物体面（３ａ、５ａ）の湾曲軸線に対し実質 的に平行な軸線を中心として回転させる間隔の決定方法において、（ｄ）位置検 出器（１１）をスペーサに固定すると共に、これを物体面（３ａ、５ａ）に支持 された端部と共にその湾曲方向に移動させて、位置検出器（１１）をその測定視 野（１０）と共に凹状物体面（３ａ、５ａ）の湾曲軸線を中心として強制的に回 転させ、 （ｅ）互いに離間位置する測定視野（１０）の少なくとも３つの異なる回転位置 にて、位置検出器（１１）から放出された測定視野（１０）に対する光線衝突点 の対応位置を特性化する電気位置信号を把握し、（ｆ）位置信号を把握される測 定視野（１０）の回転位置の少なくとも１つにつき、および対応の位置信号にっ き測定視野（１０）の角度位置を空間座標系にて決定し、 （ｇ）位置検出器および測定視野の回転に際し光線衝突点が実質的に凹状物体面 （３ａ、５ａ）の湾曲軸線に対し同心の円周を描くという原理に基づき位置信号 および空間座標系で決定された角度位置から（並びに必要に応じ基準軸線と対比 した補助軸線の既知の位置から）基準軸線と湾曲軸線との間隔を空間座標系に関 するその寸法およびその方向にしたがって計算する ことを特徴とする間隔の決定方法。 ２．間隔の計算を電気計算機（Ｃ）によって行なうことを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の方法。 ３．位置信号を緩衝記憶することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に 記載の方法。 ４．間隔をもって前後配置されると共に自由測定空間を指向した錐面状の湾曲し た複数の凹状物体面（３ａ、５ａ）、特にタービンロータのベアリング面（５ａ ）およびタービンの案内車リム（２）における中心開口部（３）の壁部（３ａ） をその湾曲軸線が請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法を用いて整列す るよう配置するに際し、各面（３ａ、５ａ）につき全面（３ａ、５ａ）に共通で ある基準軸線（Ｌ）からの湾曲軸線の間隔を大きさおよび方向にしたがって決定 し、決定された間隔から全面（３ａ、５ａ）に共通の整列軸線の空間位置を計算 し、これに個々の面（３ａ、５ａ）を全面（３ａ、５ａ）の最小の全変動にて湾 曲軸線で調整し、各面（３ａ、５ａ）につき空間における対応物体（２）が移動 せねばならない程度および方向を計算して表示し、その湾曲軸線を整列軸線に整 列するよう調整すると共に物体（２）を計算データに対応して調整することを特 徴とする複数の物体面の整列方法。 ５．円錐状に湾曲した凹状物体面（３ａ、５ａ）に対し安定支持するための手段 （１３）を有する固定スペーサ（１２）と、これに装着された二軸測定視野（１ ０）を有する光電子位置検出器とを備えて、小直径の光線（Ｌ）を受光すると共 に測定視野（１０）に対する光線衝突点の位置を特性化する電気位置信号を発生 する走査装置（７）において、位置検出器（１１）をスペーサ（１２）に固定し たことを特徴とする走査装置。 ６．位置検出器（１１）がスペーサ（１２）に沿って移動自在であることを特徴 とする請求の範囲第５項に記載に走査装置。 ７．スペーサ（１２）の長さが可変であることを特徴とする請求の範囲第５項ま たは第６項に記載に走査装置。 ８．スペーサ（１２）と位置検出器（１１）とからなるユニットに、位置検出器 （１１）の測定視野（１０）の角度位置を空間座標系で決定するための角度測定 器（１５）を設けたことを特徴とする請求の範囲第５〜７項のいずれかに記載の 走査装置。 ９．実際のまたは記憶された位置信号を固定受信器に無線遠隔伝送する装置を特 徴とする請求の範囲第５〜８項のいずれかに記載の走査装置。 １０．プログラム制御された電子制御装置を特徴とする請求の範囲第５〜９項の いずれかに記載の走査装置。 １１．スペーサ（１２）と光電子位置検出器（１１）とが少なくとも測定視野（ １０）の領域にて透明であると共に、光線（Ｌ）に方向にはその背後に光線（Ｌ ）の位置を監視するための装置を固定配置したことを特徴とする請求の範囲第５ 〜１０項のいずれかに記載の走査装置。 １２．物体面（３ａ、５ａ）の湾曲方向にこれに沿って移動する際に強制案内す ると共に、固定された位置検出器（１１）の測定視野（１０）が物体面の湾曲軸 線に対し垂直となるようスペーサ（１２）を強制的に整列させる装置を特徴とす る請求の範囲第５〜１１項のいずれかに記載の走査装置。 １３．スペーサ（１２）に少なくとも１個の吸引磁石（案内面１４ａ）を設け、 この磁石はスペーサ（１２）を物体面（３ａ、５ａ）に沿った移動に際しこれを 有する物体（２）に対し当接保持することを特徴とする請求の範囲第５〜１２項 のいずれかに記載の走査装置。