(57)【要約】【課題】  簡単かつ正確に被測定面の位置を測定できる位置測定装置を提供する。【解決手段】  測定基準面１２ａに取り付け可能な架台１に取り付けられた旋回台２の旋回角度測定手段２ａと、首振りアーム３と、首振り角度測定手段３ａと、首振りアーム３から導出される可撓性の線状部材３ｂと、導出長さ測定手段３ｃと、旋回角度、首振り角度および導出長さの各測定手段の出力値を入力とする制御部と、被測定面５上の三点にそれぞれ導出された線状部材３ｂの距離データと角度データとに基づいて、被測定面５の位置を算出する位置算出手段５ａとを有する位置測定装置１０において、首振りアーム３の基部３ｄと、この基部３ｄを左右から支持する左右の軸支板６ａ、６ｂと、基部３ｄと左右の軸支板６ａ、６ｂとを各々接触させることによって電気的に導通した位置を旋回角度測定手段２ａによって計測して、首振りアーム３のセンター値を割り出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定基準面に取り付け可能な架台と、この架台に取り付けられた旋回台と、この旋回台の旋回角度測定手段と、前記旋回台に取り付けられた首振りアームと、この首振りアームの首振り角度測定手段と、前記首振りアームから導出される可撓性の線状部材と、この線状部材の導出長さ測定手段と、前記旋回角度測定手段、前記首振り角度測定手段および前記導出長さ測定手段の出力値を入力とする制御部と、この制御部に、前記被測定面上の三点にそれぞれ導出された前記線状部材の距離データと角度データとに基づいて、前記被測定面の位置を算出する位置算出手段とを有する位置測定装置において、
前記首振りアームの基部と、この基部を左右から支持する左右の軸支板と、
前記基部と前記左右の軸支板とを各々接触させることによって電気的に導通した位置を前記旋回角度測定手段によって計測して、前記首振りアームのセンター値を割り出すことを特徴とする位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定装置に関し、詳しくは、測定基準面から被測定面に延びる線状部材の角度と距離とを測定することにより、簡単かつ正確に被測定面の位置を測定できる位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製鉄所や船舶内に引き回されている配管は、フランジ同士をボルトで連結して継ぎ足されて行く。
ところで、配管の途中には、所定角度に屈曲された部分もあり、この部分の接続は、通常、両側の直線部分の配管がなされた後に行われている。
【０００３】
具体的には、角度計測器や巻尺を用いて、作業者が一方の配管のフランジから他方の配管のフランジまでの角度と距離とを粗測定し、これらの測定データに基づいて、工場において任意角度に湾曲した配管を仮止め状態で特別に製造し、それを現場に運び込んで修正した後、再び工場において本溶接を行ってから、再度現場に持ち込んで本来の据え付け作業を行っていた。
しかも、本溶接時に、若干の溶接誤差が生じる場合があり、これにより現場と工場との往復をさらに何回か強いられる場合もあった。
【０００４】
図８、図９は、従来例に係る任意角度に湾曲した配管の製造工程の説明図である。図８に示すように、フランジＡ、及びフランジＢをボルトで固定し、その間を鋼材で溶接して固定し、現場型取り管（金型管）を作製する。次に、図９の（ａ）に示すように、金型管を取り外し、陸揚げして管工場へ持ち込む。図９の（ｂ）に示すように、金型管にフランジを取り付け、補強材で溶接して固定し、金型管を取り外し、その間を計測して製作図面を作成する。図９の（ｃ）に示すように、手書き図面を作成し、加工寸法を算出する。図９の（ｄ）に示すように、図面寸法で管を組み立てて、溶接する。図９の（ｅ）に示すように、金型にフランジを取り付け、管を差し込んで溶接し、フランジを溶接した短管が完成する。
【０００５】
また、測定基準面に架台を取り付け、首振りアームから線状部材を引っ張って測定点まで一直線に導出させたときの旋回台の旋回角度と、首振りアームの首振り角度と、線状部材の導出長さとを測定し、得られた線状部材の距離データと角度データとに基づいて、測定点の位置を算出し、簡単かつ正確に被測定面の位置を測定できる位置測定装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７―２２９７０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような再三にわたる現場−工場間の往復を解消したり、被測定面の位置を測定できる位置測定装置が開示されているが、さらに、熟練の技を必要とすることなく、簡単に短時間に精度を向上させなければならないという課題があった。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、簡単かつ正確に被測定面の位置を測定できる位置測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明の位置測定装置は、測定基準面に取り付け可能な架台と、この架台に取り付けられた旋回台と、この旋回台の旋回角度測定手段と、前記旋回台に取り付けられた首振りアームと、この首振りアームの首振り角度測定手段と、前記首振りアームから導出される可撓性の線状部材と、この線状部材の導出長さ測定手段と、前記旋回角度測定手段、前記首振り角度測定手段および前記導出長さ測定手段の出力値を入力とする制御部と、この制御部に、前記被測定面上の三点にそれぞれ導出された前記線状部材の距離データと角度データとに基づいて、前記被測定面の位置を算出する位置算出手段とを有する位置測定装置において、
前記首振りアームの基部と、この基部を左右から支持する左右の軸支板と、
前記基部と前記左右の軸支板とを各々接触させることによって電気的に導通した位置を前記旋回角度測定手段によって計測して、前記首振りアームのセンター値を割り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、首振りアームの基部と、この基部を左右から支持する左右の軸支板と、基部と左右の軸支板とを各々接触させることによって電気的に導通した位置を旋回角度測定手段によって計測して、首振りアームのセンター値を割り出すことによって、熟練の技を必要とすることなく簡単かつ短時間に精度良くセンター値を割り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る位置測定装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る位置測定装置の概略図を示し、図１の（ａ）は斜視図、（ｂ）（ｃ）は（ａ）のＡ矢視方向から見たアームの基部とその基部を左右から支持する左右の軸支板との関係を示し、センター値を割り出す原理を説明する説明図である。
【００１２】
図１の（ａ）に示すように、位置測定装置１０は、測定基準面１２ａに取り付け可能な架台１と、この架台１に取り付けられた旋回台２と、この旋回台２の旋回角度測定手段２ａと、旋回台２に取り付けられた首振りアーム３と、この首振りアーム３の首振り角度測定手段３ａと、首振りアーム３から導出される可撓性の線状部材３ｂと、この線状部材３ｂの導出長さ測定手段３ｃと、旋回角度測定手段２ａ、首振り角度測定手段３ａおよび導出長さ測定手段３ｃの出力値を入力とする制御部４と、この制御部４に、被測定面５上の三点にそれぞれ導出された線状部材３ｂの距離データと角度データとに基づいて、被測定面（フランジ面）５の位置を算出する位置算出手段５ａとを備えている。
【００１３】
図１の（ｂ）に示すように、首振りアーム３の基部３ｄと、この基部３ｄを左右から支持する左右の軸支板６ａ、６ｂと、基部３ｄと左右の軸支板６ａ、６ｂとを各々接触させることによって電気的に導通した位置を旋回角度測定手段２ａによって計測して、首振りアーム３のセンター値を割り出す。
【００１４】
本実施の形態においては、ワイヤ３ｂの先端がフランジ面５に固定された状態で位置測定装置１０の旋回台２を左右に振ることによって、基部３ｄが左軸支板６ａ、および右軸支板６ｂに接触して、電気的に導通が図られるため、接点Ａ、接点Ｂの位置データが得られる。通常、手で５回ほど振ることによって、多くのデータが蓄積されることにより、より精度を高めることができる。この場合、接点Ａが１５００パルスの値を示し、接点Ｂが１５１０パルスの値を示している。したがって、センター値は１５０５パルスとなり、正確にセンター値を割り出すことができる。これまでは、図１の（ｂ）に示すように、基部３ｄと左右の軸支板６ａ、６ｂとの間のクリアランスを目測して、センター値としていたが、熟練を要する可能性もあった。
【００１５】
図２は、位置測定装置１０を説明するための概略図であり、図２の（ａ）は、ブロックＡ、及びブロックＢ間のつなぎや機器をつなぐために製作されるパイプ７ａを備えた短管７を示し、図２の（ｂ）は、被測定面５上の三点に対する線状部材３ｂの距離と角度を測定する様子を示している。測定されたデータは、パソコンなどの測定データ保存手段８に格納される。
【００１６】
図３の（ａ）（ｂ）は、次の工程を説明する図である。図３の（ａ）に示すように、パソコンなどによって管加工データに変換し、加工データとする。ここで、加工データとして、（１）曲げ数の設定（直管〜２曲げ）、（２）曲げ位置の設定、（３）ベンダー又はエルボの選定、（４）フランジの抜きしろ設定、（５）パッキン代の設定などである。
図３の（ｂ）に示すように、製作仕様書が作成され、それに基づいて図面寸法で管を組み立てて、溶接される。
図４の（ａ）（ｂ）は、次の工程を説明する図である。図４の（ａ）に示すように、再現装置９で形状を復元し、管（パイプ）７ａにフランジ７ｂを差し込んで溶接する。
図４の（ｂ）に示すように、フランジ７ｂが差し込まれて、溶接されたパイプ７ａは、短管７として完成する。符号９ａは再現装置の本体であり、符号９ｂはデータ処理装置である。
【００１７】
＜実施例＞
ここで、位置測定装置１０の詳細な実施例を説明する。
図５は、位置測定装置１０の正面図、図６は同側面図、図７は同使用状態の全体正面図を示している。
先ず、図７に示すように、位置測定装置１０は、一方の配管１１のフランジ１２から、所定距離だけ離れた他方の配管１３のフランジ１４の中心位置と、空間上の平面位置とを測定するものである。
【００１８】
位置測定装置１０は、フランジ１２の測定基準面の一例であるフランジ面１２ａに、固定手段１５を介して着脱可能に取り付けられる架台１６を有している。
架台１６の一側部上には、背面側にケーシング１７が固着された垂直台１８が取り付けられており、垂直台１８に摺動可能に旋回台１９が取り付けられている。
旋回台１９には、先細り状で中空の首振りアーム２０が首振り可能に取り付けられており、首振りアーム２０の先端から線状部材の一例であるワイヤ２１が出し入れできるようになっている。
ワイヤ２１は、配管１３のフランジ面１４ａの位置を測定するのに使用され、ワイヤ２１の先端は、フランジ１４のボルト孔１４ｂに嵌着されたリングピン２２に掛止可能な小さなフック２３が固着されている。
なお、リングピン２２は、フランジ１４に抜け止めピン２４を介して抜け落ちないようになっている。
【００１９】
図５、６に示すように、取り付けケーシング３７の底板の中央部には、ワイヤ２１の導入口３８が形成されている。
旋回台１９の摺動距離は、ケーシング１７内において垂直台１８の元部に取り付けられたバネ式の巻き取りリール３９に巻回されたワイヤ４０の導出長さを、摺動距離測定手段の一例である第１のロータリーエンコーダ４１により測定することにより計られている。
従って、図５の図面上において、リールケース３９ａの開口部から下方に導出されたワイヤ４０は、架台１６に設けられた一対の小径な滑車４２を介して、上方に引き上げられて取り付けケーシング３７の底板に固着されている。
また、取り付けケーシング３７の一側面には、旋回台１９を所定位置に固定する固定レバー３７ａが取り付けられている。
【００２０】
取り付けケーシング３７の大きな開口部には、中心部にベアリング４３を介して管シャフト４４が回動可能に取り付けられた蓋板３７ｂが固着されており、管シャフト４４の外部露出された先端に旋回台１９が固着されている。
また、管シャフト４４には、旋回台１９を旋回させる大ギヤ４５が固着されており、また取り付けケーシング３７の底板には、旋回角度を測定する旋回角度測定手段の一例である第２のロータリーエンコーダ（旋回角度測定手段）４６が取り付けられている。
図６に示すように、大ギヤ４５には、取り付けケーシング３７の底板から突出するシャフト４７の一端部に固着された小ギヤ４８が噛合されており、シャフト４７の他端部に固着されたノブ４９を回転させることにより、小ギヤ４８、大ギヤ４５、管シャフト４４が回転することにより、旋回台１９が所定角度まで旋回する。
旋回台１９を所定角度位置に固定する場合には、取り付けケーシング３７に取り付けられた固定ノブ５０を回すことにより、短尺な固定シャフト５１が、旋回用のシャフト４７の外周面に圧接されて固定される。
【００２１】
旋回台１９の両端部上には、一対の軸支板５２が固着されており、両軸支板５２間に、首振りアーム２０が固着された回転軸５３が架けわたされている。
一方の軸支板５２の外面には、首振りアーム２０の首振り角度測定手段の一例である第３のロータリーエンコーダ（首振り角度測定手段）５４が取り付けられており、回転軸５３の回動角度を測定することにより、首振りアーム２０の首振り角度が検出できるようになっている。
【００２２】
また、他方の軸支板５２の外面には、一対の小径な滑車５５ａを内部に配置した肉厚な板部材５５が取り付けられている。
ワイヤ２１は、管シャフト４４の中空部、旋回台１９の中心部に配置されたワイヤ横引き用の小径な滑車５６、滑車５５ａ、回転軸５３の中心部に形成された図外の中空部を経て、首振りアーム２０内に導入される。
首振りアーム２０の他端部には、重りであるバランサ５７が固着されている。
【００２３】
図５に示すように、前記ワイヤ２１は、ケーシング１７の先端側に収納されたバネ式の巻き取りリール５８から導出されている。
巻き取りリール５８は、垂直台１８の先部に取り付けられたリールケース５９内に収納されており、ワイヤ２１の導出長さ測定手段の一例である第４のロータリーエンコーダ（導出長さ測定手段）６０により、ワイヤ２１の導出長さを測定できるようになっている。
図５の図面上において、リールケース５９の開口部から引き出されたワイヤ２１は、架台１６に取り付けられた小径な４個の滑車６１を介して、真下から管シャフト４４内に導入されることにより、前述の経路を経て、首振りアーム２０の先端から外方に導出される。
【００２４】
また、図５に示すように、位置測定装置１０には制御部６２を有している。
制御部６２は、第１〜４のロータリーエンコーダ４１、４６、５４、６０の出力値を入力とする制御部であり、他方の配管１３のフランジ面１４ａ上の任意の三点（具体的には、フランジ１４に嵌着された３個のリングピン２２）まで導出されたワイヤ２１の距離データと角度データとに基づいて、フランジ面１４ａの中心位置と、空間上の平面位置とを三点測量の原理に基づいて算出する位置算出手段が配備されている。
【００２５】
続いて、本発明の位置測定装置１０の使用方法を説明する。
図７に示すように、固定手段１５を介して、位置測定装置１０を一方の配管１１のフランジ面１２ａに固定し、次いで首振りアーム２０の先端からワイヤ２１を引き出し、先端のフック２３を他方の配管１３のフランジ１４のリングピン２２に掛止する。
ワイヤ２１の導出長さは、巻き取りリール５８からのワイヤ２１の導出長さを、第４のロータリーエンコーダ６０が検出することにより求められる。
【００２６】
この際、ワイヤ２１が首振りアーム２０の首振り中心から真っ直ぐに延びるように、ノブ４９を回して旋回台１９を所定方向に所定角度だけ旋回させる。
旋回台１９の旋回角度は、第２のロータリーエンコーダ４６により測定される。
首振りアーム２０はフリーに軸着されているので、ワイヤ２１の引き出し方向に自ずと首振りする。
旋回台１９の旋回角度が定まったら、固定ノブ５０を回して固定する。
首振りアーム２０の傾斜角度（ワイヤ２１の傾斜角度）は、第３のロータリーエンコーダ５４により測定される。
【００２７】
旋回台１９の摺動距離は、第１のロータリーエンコーダ４１が検出した巻き取りリール３９からのワイヤ４０の導出長さとして求められる。
こうして、得られたワイヤ２１の距離データや角度データは、首振りアームの首振り中心位置を原点Ｏ、測定点をＰ（ｘ、ｙ、ｚ）、ｒを原点Ｏと点Ｐとを結ぶ直線（線状部材）、θをＺ軸と直線ｒとの角度、φをＸ−Ｙ平面上における原点Ｏ−測定点Ｐを結ぶ直線とＸ軸との角度であるとした場合、測定点Ｐの位置は、次の極座標の式に代入することにより求められる。
ｘ＝ｒｓｉｎθ・ｃｏｓφ                  ・・・・・・・・・（１）
ｙ＝ｒｓｉｎθ・ｓｉｎφ                  ・・・・・・・・・（２）
ｚ＝ｒｃｏｓθ                           ・・・・・・・・・（３）
このように、制御部６２の位置算出手段の数式（１）〜（３）に代入されて、フランジ面１４ａの第１の測定点Ｐ１が求められる。
なお、この際、旋回台１９の移動距離分がワイヤ２１の導出長さに加算される。
同様にして、ワイヤ２１のフック２３を他の２個のリングピン２２に各々掛止し、フランジ面１４ａの他の二点である第２、３の測定点Ｐ２、Ｐ３を求める。
これらの第１〜３の測定点Ｐ１〜Ｐ３を含む面位置が、フランジ面１４ａの面位置である。
【００２８】
次いで、これらのＰ１〜Ｐ３の位置データに基づき、制御部６２の位置算出手段では、フランジ面１４ａの中心位置を求める演算が行われる。
すなわち、各点Ｐ１〜Ｐ３を結ぶ三本の直線Ｐ１−Ｐ２、Ｐ２−Ｐ３、Ｐ３−Ｐ１の中間点から三本の垂線Ａ〜Ｃを延ばし、これらの垂線Ａ〜Ｃの交点を、フランジ面１４ａの中心位置とする。
【００２９】
位置測定装置１０にあっては、測定基準面１２に架台を取り付け、首振りアームから線状部材を引っ張って測定点まで導出させると共に、旋回台を旋回させると、首振りアームが首を振って、線状部材の導出方向に首振りアームの先端方向が向く。
【００３０】
このときの旋回台の旋回角度を旋回角度測定手段により測定し、首振りアームの首振り角度を首振り角度測定手段により測定し、線状部材の導出長さを導出長さ測定手段により測定し、得られた線状部材の距離データと角度データとに基づいて、測定点の位置を算出する。
【００３１】
特に、位置測定装置１０は、首振りアームから被測定面上の三点にそれぞれ線状部材を導出させ、得られた各三つの線状部材の距離データと角度データとに基づき、位置演算手段により例えば三点測量の原理に当てはめて被測定面の位置を算出する。
【００３２】
また、位置測定装置１０は、固定手段により、一方の配管のフランジ面に架台を取り付け、首振りアームから他方の配管のフランジ面の三点にそれぞれ線状部材を導出させて、得られた三つの距離データと角度データとに基づいて、位置演算手段により他方のフランジの中心位置および空間上の平面位置を算出する。
【００３３】
すなわち、まず前記数式（１）〜（３）により他方の配管のフランジ面における三つの点ａ〜ｃの位置を求め、これらの三点を含む平面が他方の配管のフランジ面になる。
また、各点ａ〜ｃを結ぶ三本の直線ａ−ｂ、ｂ−ｃ、ｃ−ａの中間点から直角に三本の垂線ｄ〜ｆを延ばし、これらの垂線ｄ〜ｆが交差する点が、他方のフランジ面の中心位置になる。
それから、求められたフランジ面１４ａの面位置データと、中心位置データとに基づき、例えば設計者がモニター画面を見ながら、一方の配管１１と他方の配管１３とを接続する正確な湾曲部分の設計ができるので、再三にわたる現場−工場間の往復が不要になり、工場において仮止めされた配管を造ることなく、直ちに正確な寸法の本溶接された配管が製造できて、配管施工の工期を短縮できたり、配管の施工コストを低減できる。
【００３４】
以上、本発明を図面に基づいて説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発明に含まれる。
例えば、実施例では、配管のフランジ面の位置を測定するものを示したが、これに限定しなくても、離れた場所にあるその他どのようなものの位置でも測定できる。
【００３５】
また、実施例では、旋回台の旋回角度測定手段、首振りアームの首振り角度測定手段、線状部材の導出長さ測定手段としてロータリーエンコーダを示したが、これに限定しなくても、それぞれその他の測定手段であってもよい。
また、実施例では、首振りアームから導出される線状部材として、ワイヤを示したが、これに限定しなくても、例えば紐などの可撓性の線状物であればどのような部材を採用してもよい。
【００３６】
さらに、実施例では、被測定面の位置を算出する位置算出手段として、三点測量の原理に沿って他方のフランジの中心位置および空間上の平面位置を算出するものを示したが、これに限定しなくても、例えば空間上における任意の測定点の位置だけを算出するものであってもよい。
さらにまた、実施例では、測定基準面となる一方の配管のフランジ面に着脱可能に取り付けられる固定手段は、実施例のものに限定されなくても、その他どのような構造のものであってもよい。
また、実施例では、旋回台を摺動可能なものとしたが、これに限定しなくても、固定式の旋回台であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置測定装置の概略図を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視方向から見たアームの基部とその基部を左右から支持する左右の軸支板との関係を示し、センター値を割り出す原理を説明する説明図である
【図２】位置測定装置を説明するための概略図であり、（ａ）は、ブロックＡ、ブロックＢ間のつなぎや機器をつなぐために製作されるパイプを示し、（ｂ）は、被測定面上の三点に対する線状部材の距離と角度を測定する様子を示している。
【図３】（ａ）（ｂ）は、次の工程を説明する図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、次の工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施例に係る位置測定装置の正面図である。
【図６】同側面図である。
【図７】同使用状態の全体正面図である。
【図８】従来例に係る工程説明図である。
【図９】従来例に係る工程説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    架台
２    旋回台
２ａ  旋回角度測定手段
３    首振りアーム
３ａ  首振り角度測定手段
３ｂ  線状部材（ワイヤ）
３ｃ  導出長さ測定手段
３ｄ  アーム基部
４    制御部
５    被測定面（フランジ面）
５ａ  位置算出手段
６    軸支板
６ａ  左軸支板
６ｂ  右軸支板
７    短管（パイプ）
７ａ  パイプ
７ｂ  フランジ
８    測定データ保存手段
９    再現装置
９ａ  再現装置本体
９ｂ  データ処理装置
１０  位置測定装置
１１  配管
１１′  口径が異なる配管
１２  フランジ
１２′  フランジ
１２ａ  フランジ面（測定基準面）
１２ｂ  ボルト孔
１２ｂ′  ボルト孔
１３  他方の配管
１４  フランジ
１４ａ  フランジ面
１４ｂ  ボルト孔
１５  固定手段
１５ａ  ボルトナット構造
１６  架台
１７  ケーシング
【図１】
2009258018.tif 000003
【図２】
2009258018.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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