(57)【要約】【課題】  本発明は、計測対象面の局部変形や小さな凹凸を連続して高精度に効率よく計測する形状計測装置および形状計測方法を提案することを目的とする。【解決手段】  計測対象面（Ｂ）に沿わせる直線状のレール（２）と、同レール（２）に沿って移動可能に設けられ計測対象面（Ｂ）までの距離を測定する光学センサ（３）と、同光学センサ（３）の移動量を測定する変位計（４）と、同変位計（４）よりの移動量信号および前記光学センサ（３）よりの距離信号を連続的に記録するメモリー手段（５）とを具えた形状計測装置。【選択図】            図１
2005221294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象面に沿わせる直線状のレールと、同レールに沿って移動可能に設けられ計測対象面までの距離を測定する光学センサと、同光学センサの移動量を測定する変位計と、同変位計よりの移動量信号および前記光学センサよりの距離信号を連続的に記録するメモリー手段とを具えたことを特徴とする形状計測装置。
【請求項２】
計測対象面に当接する脚部を両端部に有するハンドグリップと、前記脚部間に設けられる直線状のレールと、同レールに沿って移動可能に設けられ、その移動量および計測対象面までの距離を測定する光学センサと、同光学センサよりの移動量信号および距離信号を連続的に記録するメモリー手段とを具えたことを特徴とする形状計測装置。
【請求項３】
計測対象面に直線状のレールを沿わせ、同レールに沿って距離測定機能を有す光学センサを移動させ、その移動量および前記計測対象面との距離を連続的に計測し、その計測値から前記計測対象面の形状を画像表示し、同画像上に表示されている正規面形状と比較することにより、前記計測対象面の形状変形を把握することを特徴とする形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物等の計測対象面を計測する形状計測装置および形状計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の設置時や経年変化時に、その形状が凹凸のない所定の直線であるか、所定の曲率を有す曲線であるかを計測する為の形状計測装置として、スケールや非接触式の距離計等、種々の形状計測装置が提案されている。
【０００３】
特に、相対的に摺動し、かつ、気密性が求められる構造物部材（装置）は、その摺動面の形状を定期的に点検し、保全する必要がある。そのような構造物例として、製鉄所などで発生する副生ガスを有効利用する為の貯蔵設備であるガスホルダがある。
【０００４】
ガスホルダは、図３に示すように、基柱Ａと円筒状の側坂Ｂからなる側壁構造とピストンＣと、屋根および底板（図示せず）とで構成されていて、ピストンＣは側板Ｂをガイドにして、ガスの流出入に応じて上下に摺動昇降することで、内部ガス圧の調整を行っており、ピストンＣの周囲には副生ガスをシールするためのシール機構Ｄが設けられている。
【０００５】
シール機構Ｄのシール性能を保つためには側板Ｂの内面曲率形状が基準範囲内に治まっていることが重要であり、定期的に側板Ｂの形状計測、特にガイドローラが当る部分の側板には、局部変形が多く発生しており、同部分の形状計測を行っていた。
【０００６】
従来、側板Ｂの形状を計測する場合には、図５に示すように、側板ＢにテンプレートＴを当てがい、側板Ｂとの隙間Ｓを、一定間隔おいて複数箇所、作業者がスケールや隙見ゲージにより計測し、同計測作業を繰り返すことで、周方向全長に渡り側板Ｂの形状計測を行っていた。
【０００７】
しかしながら、このテンプレートＴによる計測は、側板Ｂの局部変形を計測把握するには不十分であると共に、計測精度にもムラがあり、計測時間が長く掛かっていた。
【０００８】
関連する文献としては、レーザ光を直線基準位置として、測定物とのズレ量を算出することで測定対象物の形状を計測する技術に関する下記特許文献がある。
【特許文献１】特開２００３−２３２６１５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の不具合に鑑み、局部変形や小さな凹凸を連続して高精度に迅速に計測することができる形状計測装置および形状計測方法を提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段（１）〜（３）を提案するものである。
【００１１】
（１）計測対象面に沿わせる直線状のレールと、同レールに沿って移動可能に設けられ計測対象面までの距離を測定する光学センサと、同光学センサの移動量を測定する変位計と、同変位計よりの移動量信号および前記光学センサよりの距離信号を連続的に記録するメモリー手段とを具えたことを特徴とする形状計測装置。  
【００１２】
（２）計測対象面に当接する脚部を両端部に有するハンドグリップと、前記脚部間に設けられる直線状のレールと、同レールに沿って移動可能に設けられ、その移動量および計測対象面までの距離を測定する光学センサと、同光学センサよりの移動量信号および距離信号を連続的に記録するメモリー手段とを具えたことを特徴とする形状計測装置。
【００１３】
（３）計測対象面に直線状のレールを沿わせ、同レールに沿って距離測定機能を有す光学センサを移動させ、その移動量および前記計測対象面との距離を連続的に計測し、その計測値から前記計測対象面の形状を画像表示し、同画像上に表示されている正規面形状と比較することにより、前記計測対象面の形状変形を把握することを特徴とする形状計測方法。
【００１４】
なお、距離を測定する上記（１）〜（３）の光学センサとしては、超音波式、静電容量式、電磁波式、光ファイバ式、レーザ反射式等の変位計がある。また、移動量を測定する上記変位計としては、スケール目盛を光センサで読み取る変位計等がある。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の形状計測装置に係る発明は、計測対象面に沿わせる直線状のレールと、同レールに沿って移動可能に設けられ計測対象面までの距離を測定する光学センサと、同光学センサの移動量を測定する変位計と、同変位計よりの移動量信号および前記光学センサよりの距離信号を連続的に記録するメモリー手段とを具えたものである。
【００１６】
計測を行う場合には、計測対象面にレールを当てがい、光学センサをレールに沿って移動させるだけで、計測が迅速かつ正確に行い得る。また、レール、光学センサ、変位計、メモリー手段とよりなる簡単な装置構成であり、可搬性に優れ、現場での実測が容易に行える。
【００１７】
請求項２に記載の形状計測装置は、計測対象面に当接する脚部を両端部に有するハンドグリップと、前記脚部間に設けられる直線状のレールと、同レールに沿って移動可能に設けられ、その移動量および計測対象面までの距離を測定する光学センサと、同光学センサよりの移動量信号および距離信号を連続的に記録するメモリー手段とを具えたものである。
【００１８】
計測を行う場合には、作業者がハンドグリップを保持して、計測対象面に、脚部を当接し、光学センサをレールに沿って移動させるだけで、計測が迅速かつ正確に行い得る。また、ハンドグリップ、レール、光学センサ、変位計、メモリー手段とよりなる簡単な装置構成であり、可搬性および操作性に優れ、現場での実測が容易に行える。
【００１９】
請求項３に記載の形状計測方法は、計測対象面に直線状のレールを沿わせ、同レールに沿って距離測定機能を有す光学センサを移動させ、その移動量および前記計測対象面との距離を連続的に計測し、その計測値から前記計測対象面の形状を画像表示し、同画像上に表示されている正規面形状と比較することにより、前記計測対象面の形状変形を把握するものであるので、計測対象面の変形状態が数値および図形で画像表示され、画面上にて一目して明確に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る形状計測装置および形状計測方法の実施の形態を、図１ないし図４を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本実施形態に係る形状計測装置１の正面図であり、この形状計測装置１は、計測対象面Ｂ（例えばガスホルダの側板）に沿わせる直線状のレール２と、レール２に沿って移動可能に設けられたレーザ距離計３（光学センサ）と、レーザ距離計３の移動量を測定する変位計４（ポテンションメータまたは光スケールセンサ）と、レーザ距離計３よりの距離信号および変位計４よりの移動量信号を連続的に記録するメモリー手段であるモバイルレコーダ５（またはノートパソコン）とを具えている。
【００２２】
また、レール２は断面が４辺形状の細長いアルミ製部材で形成され、その両端部には同一長さのアルミ製の脚部２ａを設けており、計測対象面Ｂに邪魔になる部材があった場合それを跨いで計測できるようにしている。
【００２３】
なお、計測対象面Ｂが円筒内面で邪魔な部材がない場合には、脚部に代えて、簡単な突起を設けておくか、あるいは脚部２ａを設けなくても良い。但し、計測対象面Ｂが、円筒外面や平面の場合には、脚部を設けて、計測対象面Ｂに沿わせるレール２の安定化を図る必要がある。また、脚部２ａは伸縮調整可能なものである。
【００２４】
上記レーザ距離計３は、レーザ光３ａを計測対象面Ｂに投射し、距離によって変化する反射光の角度をＣＣＤで検出する形式の距離計である。また、一対の脚部２ａ間には、２本のハンドグリップ２ｂと、変位計４の計測スケール４ａが設けられている。計測スケール４ａには、１ｍｍ毎に目盛が設けてあり、同目盛数を変位計４で光学的に読み取ることでレーザ距離計３の移動量を連続的に測定する。
【００２５】
なお、図１おいては便宜上、変位計４をレーザ距離計３に隣接して図示しているが、実際には変位計４は、レーザ距離計３の裏面側のレーザ光３ａ軸位置に、一体的に取り付けている。図１中、２ｄは脚部２ａに設けているゴム製の当り部を示す。
【００２６】
計測を行う場合には、計測対象面Ｂにレール２を当てがい、レーザ距離計３を移動させるだけで、計測が迅速に行い得る。また、レール２、レーザ距離計３、変位計４およびモバイルレコーダ５とよりなる装置構成であり、可搬性に優れ、現場での実測が容易に行える。
【００２７】
図２は、形状計測装置の計測部とアンプ部との回路構成図を示し、レーザ距離計３よりの距離信号はアンプ６からＰＣカード５ｂまたはノートパソコン５ａ（メモリー手段）に連続的に記録され、スケールセンサ４ａ（変位計）よりの移動量信号（スライド位置信号）はコントローラー７、アンプ６を経て、ＰＣカード５ｂまたはノートパソコン５ａに連続的に記録される。バッテリー８は、レーザ距離計３、スケールセンサ４ａ、アンプ６およびコントローラー７に結線されている。
【実施例２】
【００２８】
図３は、ガスホルダの側板Ｂ内面を現場にて計測する場合の斜視図であり、図３の形状計測装置１０は、側板Ｂに当接する脚部１４を両端部に有するハンドグリップ１５と、一対の脚部１４間に設けられる直線状のセンサーレール１２と、センサーレール１２に沿ってスライド移動可能に設けられ、その移動量および側板Ｂまでの距離を測定する光学センサ１１と、光学センサ１１よりの移動量信号および距離信号を連続的に記録するデータ処理部１３とで構成されている。
【００２９】
なお、光学センサ１１は、光センサ式移動量測定センサとレーザ式距離測定センサとを備えている。センサーレール１２は、図１のレール２と計測スケール４ａとを兼ねるものである。データ処理部１３は、ノートパソコン、アンプおよびバッテリーより構成されている。脚部１４は、側板Ｂに対し直交姿勢（水平）を保てるように二股状に形成している。また、図３中、１１ａは、光学センサ１１より投射された距離測定用レーザ光、１６はピストンＣ上に設置した作業台を示す。
【００３０】
形状計測装置１０により側板Ｂを測定する場合には次の手順にて行う。（１）データ処理部１３のノートパソコンを起動し、側板Ｂの正規形状データ（内径寸法ｏｒ外径寸法ｏｒ直線）を入力する。（２）側板Ｂに直交するように形状計測装置１０を作業者が支持する。（３）光学センサ１１をセンサーレール１２の左端に設置し、計測スタートをＯＮする。（４）センサーレール１２左端より光学センサ１１を手動にてセンサーレール１２右端まで移動させる（移動速度、約２５ｃｍ／秒程度）。（５）側板Ｂの周方向に順次移動し、上記（２）〜（４）を繰り返す。
【００３１】
図４は、図３の形状計測装置１０によって、既設のガスホルダを計測した場合の、計測結果を表すモニター画像である。図４中、縦軸は光学センサ１１により計測した側板内面までの実距離（単位ｍｍ）、横軸は計測範囲（単位ｍｍ）を示す。
【００３２】
なお、上記ガスホルダのシール機構Ｄは油圧式のものであったので、側板内面に油膜が形成されており、正確さを増すために、油膜のある状態と、ない状態のものを計測した。
【００３３】
図４において、Ｘは側板に油膜がある場合での形状計測値を結んだライン、Ｙは側板の油膜を取り除いた場合での形状計測値を結んだライン、Ｚは半径２９．９ｍである円筒状の側板の正規形状のラインを示す。
【００３４】
計測の結果、基柱部分の側板には、ピストン案内ローラ走行による局部変形が、最大で２ｍｍ、発生していることが判明した。また、本形状計測装置１０では、レーザ式の光学センサ１１を用いていることもあり、油膜有無の場合での計測数値差は、０．５ｍｍ以内に収まっていることも判明した。
【００３５】
上述の計測結果からも明らかなように、本形状計測装置および形状計測方法によれば、計測対象面の局部変形や小さな凹凸を連続して高精度に迅速に計測することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、光学センサ１１よりの移動量および距離信号は信号ケーブルによりデータ処理部１３に送っているが、同信号を無線方式によりデータ処理部１３に送っても良い。
【００３７】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく必要に応じ、適宜設計変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る形状計測装置の第１実施例を示した平面図である。
【図２】本発明に係る形状計測装置の回路構成図である。
【図３】本発明に係る形状計測装置の第２実施例および形状計測方法を説明する斜視図である。
【図４】本発明に係る形状計測装置および形状計測方法による実際の計測結果を示す画像画面図である。
【図５】従来の形状計測方法を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１０  形状計測装置
２  レール
３  レーザ距離計（光学センサ）
４  変位計
５  モバイルレコーダ（メモリー手段）
５ａ  ノートパソコン（メモリー手段）
１１  光学センサ
Ｂ  計測対象面
【図１】
2005221294.tif 000003
【図２】
2005221294.tif 000004
【図３】
2005221294.tif 000005
【図４】
2005221294.tif 000006
【図５】
2005221294.tif 000007