円形フランジの歪量測定方法及び円形フランジの歪量測定装置
【課題】円形フランジに機器、部材等を取り付けることなく円形フランジの歪量を測定するための円形フランジの歪量測定方法及び円形フランジの歪量測定装置を提供する。
【解決手段】歪を測定しようとする円形フランジ１１の前方に配置されて、特定位置Ｐから軸心１７に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して円形フランジ１１の測定面１２に照射し、測定面１２からの反射レーザー光を受光して、特定位置Ｐから測定面１２までの距離を測定するレーザー測定機１３と、レーザー測定機１３を載せて所定方向にレーザー測定機１３の軸心１７を向ける位置決め手段１５と、レーザー測定機１３から取得した特定位置Ｐから測定面１２までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、距離データから測定面１２が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データから基準データを引いて、円形フランジ１１の歪量を算出する演算部１９とを有する。
【解決手段】歪を測定しようとする円形フランジ１１の前方に配置されて、特定位置Ｐから軸心１７に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して円形フランジ１１の測定面１２に照射し、測定面１２からの反射レーザー光を受光して、特定位置Ｐから測定面１２までの距離を測定するレーザー測定機１３と、レーザー測定機１３を載せて所定方向にレーザー測定機１３の軸心１７を向ける位置決め手段１５と、レーザー測定機１３から取得した特定位置Ｐから測定面１２までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、距離データから測定面１２が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データから基準データを引いて、円形フランジ１１の歪量を算出する演算部１９とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器、配管類等の円形フランジの歪量を測定する方法とその歪量を測定するための歪量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種プラントでは、高圧流体処理設備にある２つのフランジを接合してなる締結部からの流体の漏洩を回避することが、プラントの安全操業上の重要課題となっている。漏洩発生の要因の一つにフランジの歪が挙げられる。接合される２つのフランジの接合面が平坦でなく変形している場合で、その歪量（変形量）が所定の値を超えているときには、流体の漏洩が生じ得る。
そこで、流体の漏洩を回避するため、フランジに対して定期的な歪量の測定が行われ、その具体例が、例えば特許文献１、２に記載されている。
【０００３】
特許文献１、２は、構成に多少の違いがあるものの、共に、円形フランジに固定した取付台に、円周に沿って配置されたフランジ面の歪量を測定するためのセンサが固定された回転アームを回転可能に取り付ける装置が用いられている。
回転アームは、回転動作によりセンサがフランジ面に対して平行な平面上でフランジ面に沿って円を描くように移動するよう、取付台に取り付けられており、フランジの径の長さに合わせて回転アームの長さを調整することで、フランジ面の歪を計測可能な位置にセンサを配置することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１９８０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、取付台や、回転アーム等の円形フランジに取り付けられる部材は、大部分が金属から形成されているため重く、回転アームの回転軸の位置や回転アームのフランジ面に対する角度等を調整しつつ、回転アーム等が取り付けられた取付台を円形フランジへ固定する作業には、多大な労力が必要であった。
また、フランジ面の径が大きく、アームを長くする場合には、アームにたわみが発生してフランジ面の歪量の測定精度を所定値以上に保てないという問題があり、国際機関が定める歪許容値の０．３ｍｍ以下の精度を保てない場合があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、円形フランジに機器、部材等を取り付けることなく円形フランジの歪量を測定するための円形フランジの歪量測定方法及び円形フランジの歪量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】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る円形フランジの歪量測定方法は、特定位置から軸心（旋回軸）に対して一定角度θで旋回しながら発せられるレーザー光を、歪を測定しようとする円形フランジの測定面に照射して、その反射レーザー光を受光し、前記特定位置から前記円形フランジまでの距離にｃｏｓθを乗算した距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を測定する。
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る円形フランジの歪量測定装置は、歪を測定しようとする円形フランジの前方に配置されて、特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して前記円形フランジの測定面に照射し、該測定面からの反射レーザー光を受光して、前記特定位置から前記測定面までの距離を測定するレーザー測定機と、前記レーザー測定機を載せて所定方向に前記レーザー測定機の軸心を向ける位置決め手段と、前記レーザー測定機から取得した前記特定位置から前記測定面までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を算出する演算部とを有する。
【０００８】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー測定機は、前記レーザー光を出力する光波出力部及び前記反射レーザー光を受光する光波入力部を備えたレーザー光送受信ユニットと、前記レーザー光が通過する経路を前記軸心に対して一定角度で屈曲させ、かつ前記一定角度で屈曲した経路を旋回させるスキャニングユニットとを有するのが好ましい。
【０００９】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー光送受信ユニットには、前記スキャニングユニットを前記軸心を基準に回転させるサーボモータが設けられ、前記演算部は、該サーボモータからの出力値を基に前記スキャニングユニットの回転角度を検知するのが好ましい。
【００１０】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記θは０度を超え６０度以下の範囲にあって、前記レーザー測定機の軸心は前記円形フランジの軸心に合わせて又は該円形フランジの軸心に略一致させて配置されるのが好ましい。
【００１１】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記測定面の歪量の測定は、円周角３６０度に対して０度を超え０．３度以下のピッチで行われるのが好ましい。
【００１２】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記演算部は、前記測定面の複数箇所について算出された前記距離データを回帰分析して求めた正弦曲線を前記基準データとするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る円形フランジの歪量測定方法は、特定位置から軸心（旋回軸）に対して一定角度θで旋回しながら発せられるレーザー光を、円形フランジの測定面に照射して、その反射レーザー光を受光し、特定位置から円形フランジまでの距離にｃｏｓθを乗算した距離データを得て、距離データから測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データから基準データを引いて、円形フランジの歪量を測定するので、円形フランジから離れた位置から円形フランジの歪量を測定することができる。
これによって、レーザー光を発するレーザー発光部（センサ）を、円形フランジの測定面と平行な平面上で円形フランジに沿って円を描くように移動させるような従来の方法を用いる必要がなく、測定面のある平面に対してレーザー発光部を平行に移動させるために、フランジ面に取り付け固定される部位を有さない機器を使用することが可能である。
【００１４】
また、従来の歪量測定方法では、最初に測定面に複数の基準点（例えば測定面の特定箇所を０度位置、０度位置から時計回りに９０度ごとの位置を９０度位置、１８０度位置、２７０度位置として、０度位置、９０度位置、１８０度位置、２７０度位置の４箇所）を設け、その基準点が配置される仮想平面を基準にして測定面の円周角３６０度の各箇所についての歪量を測定していたが、これは基準点に歪が存在していないことを前提としていた。しかし、基準点の設けられた位置に歪が存在していたか否かは不明であり、この仮想平面を基準に測定した歪量は正確性を欠いていた。
これに対し、本発明に係る円形フランジの歪量測定方法は、特定位置から円形フランジまでの距離を得て、その距離値から歪量を計測するための基準となる完全平面を算出するので、測定面の３６０度の各箇所を相対的に比較して歪量を計測する基準となるのに最適な完全平面を求めることができ、正確な歪量の計測が可能である。
【００１５】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置は、特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して円形フランジの測定面に照射し、測定面からの反射レーザー光を受光して、特定位置から測定面までの距離を測定するレーザー測定機と、特定位置から測定面までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、距離データから測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データから基準データを引いて、円形フランジの歪量を算出する演算部とを有するので、円形フランジから離れた位置から円形フランジの歪量を測定することができる。
これによって、円形フランジの歪量測定装置は、レーザー測定機のレーザー光を発するレーザー発光部を、円形フランジの測定面と平行な平面上で円形フランジに沿って円を描くように移動させるような従来の装置の構成を備える必要がなく、フランジ面に取り付け固定される部位を備えなくてもよい。従って、フランジ面の歪量を算出する準備段階において、フランジ面への部材の取り付け作業を行うことを要せず、準備段階の作業の省力化を図ることができる。
【００１６】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、レーザー測定機が、一定角度で屈曲したレーザー光の経路を旋回させるスキャニングユニットを有する場合、レーザー光は、円周に配置されたフランジ面に沿って３６０度の移動を確実に行うことができる。
【００１７】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、レーザー光送受信ユニットに、スキャニングユニットを軸心を基準に回転させるサーボモータが設けられ、演算部が、サーボモータからの出力値を基にスキャニングユニットの回転角度を検知する場合、演算部が検知しているフランジ面の歪量の計測箇所と実際の計測箇所の差異が大きくなるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る円形フランジの歪量測定装置の側面図である。
【図２】同円形フランジの歪量測定装置のレーザー測定機の説明図である。
【図３】レーザー測定機によるフランジ面の歪量の計測を示す説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれフランジ面について算出された距離データＤの値を示すグラフ及びフランジ面の歪量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る円形フランジの歪量測定装置１０は、歪を測定しようとする円形フランジ１１のフランジ面１２（測定面）にレーザー光を照射し、フランジ面１２からの反射レーザー光を受光して、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離を測定し、その測定した距離データを基にフランジ面１２の歪量を算出する装置である。以下詳細に説明する。
【００２０】
図１に示すように、円形フランジの歪量測定装置１０は、円形フランジ１１の前方に配置され、フランジ面１２にレーザー光を照射し、フランジ面１２からの反射レーザー光を受光して、レーザー光の経路上にある特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離を測定するレーザー測定機１３を有している。
また、円形フランジの歪量測定装置１０には、レーザー測定機１３を載せてレーザー測定機１３の位置及び向きを調整する位置決め架台１５（位置決め手段の一例）と、レーザー測定機１３からシリアルデータとして取得したレーザー測定機１３の測定値をパラレル変換する信号処理ユニット１４が設けられている。
【００２１】
そして、信号処理ユニット１４には、レーザー測定機１３が測定した特定位置Ｐからフランジ面１２の距離値のデジタルデータを基にして、円形フランジ１１の歪量を算出する情報処理端末１９（演算部の一例）が信号接続されている。
情報処理端末１９は、例えば、ディスプレイを有するパーソナルコンピュータであり、フランジ面１２の歪量等のデータをディスプレイに表示することができる。
なお、フランジ面の歪計測では、一般的に精度の高い歪量の計測（例えば±０．０５ｍｍの精度の計測）が求められ、円形フランジの歪量測定装置１０は、本実施の形態において、±０．０５ｍｍの高い精度でフランジ面の歪量を計測できるように設計されている。
【００２２】
レーザー測定機１３の位置及び向きを調整する位置決め架台１５は、図１に示すように、複数の高さ調整部材２１によって支持される水平プレート２２と、水平プレート２２の上部に配置され、図示しない操作盤からの操作によって、水平プレート２２に対する向き及び位置が変えられる位置調整台２３を有している。
水平プレート２２は、ねじ状の高さ調整部材２１を回転することによって、高さ位置の変更がなされる。
位置調整台２３は、垂直軸を基準に回動可能で水平プレート２２に対する水平方向の向きを変えることができると共に、水平プレート２２に対する高さ調整ができる。位置調整台２３の高さ調整は、高さ調整部材２１による水平プレート２２の高さ調整よりも高い精度で行うことができる。従って、レーザー測定機１３の高さは、高さ調整部材２１で大まかな調整が行われ、位置調整台２３によって微調整が行われる。
【００２３】
位置調整台２３には、レーザー光送受信ユニット１６を水平軸を基準に回動可能に支持する支持部材２４が固定されている。支持部材２４に回動可能に支持されているレーザー光送受信ユニット１６は、水平軸を基準に回動し、所定の角度位置で固定することができる。
この構成によって、位置決め架台１５は、所定方向にレーザー測定機１３の軸心１７を向けることができる。
なお、本実施の形態では、位置決め架台１５によってレーザー測定機１３の位置及び向きを調整しているが、その他の位置決め手段を用いてレーザー測定機１３の位置及び向きを調整して、軸心１７の位置及び向きの変更を行ってもよい。
【００２４】
レーザー測定機１３は、図２に示すように、フランジ面１２の歪量を計測する際に作動されるサーボモータ２５を備えている。
サーボモータ２５は、レーザー光送受信ユニット１６に設けられ、情報処理端末１９から信号処理ユニット１４を介して出力される信号によって駆動し、動力伝達ベルト２６を介してスキャニングユニット１８に駆動力を与え、レーザー測定機１３の軸心１７を基準にスキャニングユニット１８を回転する。
情報処理端末１９は、信号処理ユニット１４を介してサーボモータ２５からのフィードバック信号を取得し、スキャニングユニット１８の回転角度を検知する。
【００２５】
レーザー光送受信ユニット１６には、レーザー光を出力する光波出力部２７と、反射レーザー光を受光する光波入力部２８が搭載されている。レーザー光送受信ユニット１６に内蔵されたプリズム２９及びハーフミラー３０は、光波出力部２７から出力されたレーザー光を反射して、レーザー光の進行方向を変え、レーザー光を所定の経路に沿って進行させる。レーザー光は、プリズム２９とハーフミラー３０によって進行方向が変えられた後、軸心１７に沿った方向で進み、レーザー光送受信ユニット１６からスキャニングユニット１８内に進入する。
【００２６】
スキャニングユニット１８には、スキャニングユニット１８内に進入したレーザー光を反射して、レーザー光の進行方向を変えるプリズム３１〜３４が搭載されている。レーザー光は、プリズム３１〜３４で進行方向が順次変えられた後に、スキャニングユニット１８の表面に配置されたパネル３５を透過して、スキャニングユニット１８の外部に出る。パネル３５は、レーザー光が透過可能なように透光素材によって形成されている。
なお、パネル３５はスキャニングユニット１８から脱着可能となっていてもよく、フランジ面１２の歪を測定する際には、スキャニングユニット１８から取り外しておくこともできる。
【００２７】
プリズム３１〜３３が向きを固定されているのに対し、プリズム３４の向きは、情報処理端末１９から信号処理ユニット１４を介して送られる信号によって変更可能であり、パネル３５を透過したレーザー光の、軸心１７に対する角度は、０度以上６０度以下の範囲で変更される。プリズム３４は、レーザー光が通過する経路を軸心１７に対して屈曲させることができ、その屈曲角度を０度を超え６０度以下の角度で変更することが可能である。
【００２８】
レーザー光の経路上にある特定位置Ｐは、レーザー光がプリズム３４で反射される位置にあり、レーザー光送受信ユニット１６の軸心１７上に位置している。その特定位置Ｐのスキャニングユニット１８における位置は、プリズム３４の向き変更及びスキャニングユニット１８の回転がなされても不変であり、円形フランジ１１に対するレーザー光送受信ユニット１６の位置及び向きが変更されない限り、レーザー光は、円形フランジ１１に対して位置が変わらない特定位置Ｐから発せされることになる。
【００２９】
フランジ面１２の歪量の測定が行われる際、スキャニングユニット１８は、特定位置Ｐから発せられるレーザー光（以下、「照射レーザー光」ともいう）が軸心１７に対して非平行な状態で、サーボモータ２５の作動により軸心１７を基準に回転し、軸心１７に対して一定角度θで屈曲された特定位置Ｐから発せられるレーザー光の経路を旋回させる。
また、フランジ面１２の歪量が測定されるとき、レーザー測定機１３の軸心１７がフランジ面１２の軸心３６（図３参照）に合わせて、又は、フランジ面１２の軸心３６に略一致させて配置されるので、スキャニングユニット１８が３６０度回転されると、照射レーザー光が円周に配置されたフランジ面１２に沿って移動することになり、フランジ面１２の円周角３６０度に対してフランジ面１２の歪量を計測することが可能となる。
【００３０】
なお、スキャニングユニット１８の回転速度は、情報処理端末１９からの入力操作により、１〜６０ｒｐｍの範囲で変更可能であり、計測条件に合わせて回転速度を変えることができる。
また、パネル３５から照射されるレーザー光はフォーカス制御が可能であり、フランジ面１２とパネル３５の距離に応じて最適なフォーカス設定がなされる。
【００３１】
照射レーザー光は、フランジ面１２に当たって反射され、その反射レーザー光は、照射レーザー光と同一の経路を経てパネル３５を透過してスキャニングユニット１８内に帰ってくる。スキャニングユニット１８内に帰ってきた反射レーザー光は、プリズム３４、３３、３２、３１で順次進行方向を変えられた後、軸心１７上を進みレーザー光送受信ユニット１６内に進入し、ハーフミラー３０を透過して光波入力部２８に到達する。
光波入力部２８は、受光した反射レーザー光の位相を基にして特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離Ｌを計測する。
【００３２】
信号処理ユニット１４は、スキャニングユニット１８が３６０度の回転を行うにあたり、予め設定された角度Φの回転を行うごとに、光波入力部２８から距離Ｌの値をシリアルデータとして取得し、この値をパラレルデータに変換して情報処理端末１９に送る。情報処理端末１９は、信号処理ユニット１４からの取得した距離Ｌの値にｃｏｓθの値を乗算した距離データＤを算出する（Ｄ＝Ｌ・ｃｏｓθ）。
そして、情報処理端末１９は、距離データＤを基にして、フランジ面１２の歪量を計測する。
従って、レーザー測定機１３によるフランジ面１２の歪量の測定は、フランジ面１２の円周角３６０度に対して角度Φのピッチで行われることになる。
Φは、０度を超え０．３度以下の範囲の角度で、情報処理端末１９からの入力操作によって予め設定することができる。本実施の形態では、Φに０．１度が設定されており、スキャニングユニット１８が３６０度回転することにより、フランジ面１２上に設けられた３６００個の箇所に対してフランジ面１２の歪量が算出される。
【００３３】
フランジ面１２の歪量が計測される際、レーザー測定機１３の軸心１７はフランジ面１２の軸心３６に合わせて、又は、フランジ面１２の軸心３６に略一致させて配置されるが、このような配置は、例えば以下の手順により行うことができる。
まず、目視でレーザー測定機１３と円形フランジ１１の位置を確認しながら、位置決め架台１５に載せられたレーザー測定機１３を円形フランジ１１の正面に配置する。次に、照射レーザー光の軸心１７に対する角度を０度にして、照射レーザー光を軸心１７と一致させた状態で照射レーザー光が円形フランジ１１の中央領域に一致するようにレーザー測定機１３の位置決めをし、レーザー測定機１３の軸心１７とフランジ面１２の軸心３６のおおまかな位置合わせを行う。このレーザー測定機１３の位置決めは、位置決め架台１５を操作することによって行うことができる。
【００３４】
レーザー測定機１３の軸心１７とフランジ面１２の軸心３６のおおまかな位置合わせを行った後、照射レーザー光がフランジ面１２に当たるように照射レーザー光の軸心１７に対する角度を調整し、その角度を固定する。
そして、レーザー測定機１３の軸心１７を基準にスキャニングユニット１８を回転させ、照射レーザー光のフランジ面１２に当たる箇所が、フランジ面１２に沿って３６０度移動するか否かを視認する。照射レーザー光のフランジ面１２に当たる箇所が、フランジ面１２に沿って３６０度移動しない場合には、位置決め架台１５を操作して、レーザー測定機１３の位置及び向きを微調整し、照射レーザー光がフランジ面１２に沿って３６０度移動するようにする。
【００３５】
そして、照射レーザー光がフランジ面１２に沿って３６０度移動するように、フランジ面１２に対してレーザー測定機１３の位置及び向きが固定された状態のとき、レーザー測定機１３の軸心１７はフランジ面１２の軸心３６に合わせて、又は、フランジ面１２の軸心３６に略一致させて配置されていることになる。
【００３６】
ここで、レーザー測定機の軸心と円形フランジの軸心が一致している場合には、フランジ面がレーザー測定機の軸心に対して垂直な向きにあることになり、フランジ面が歪のない完全平面であると仮定すると、フランジ面上の異なる複数の角度位置に対して計測されるフランジ面と特定位置の距離は全て同じ値となる。
これに対し、図３に示すように、フランジ面がレーザー測定機の軸心に対して傾いている場合、フランジ面と特定位置の距離は、フランジ面の角度位置によって異なる値となる。
一方、フランジ面がレーザー測定機の軸心に対して厳密な意味において傾きを全く有さないようにレーザー測定機の位置決めを行うのは、技術的に極めて困難である。
【００３７】
従って、フランジ面の歪量を正確に測定するには、レーザー測定機の軸心に対するフランジ面の傾きを考慮することを要する。しかしながら、フランジ面の歪量の測定精度が低い場合には、レーザー測定機の軸心に対するフランジ面の傾きが多少あったとしても、その傾きは、フランジ面の歪量を計測するにあたって無視可能な要素となる。そのため、フランジ面の歪量の算出をする際に、レーザー測定機の軸心に対するフランジ面の傾きを無視するか否かは、円形フランジに対するレーザー測定機の位置決め精度と、フランジ面の歪量の計測に求められる精度の関係によって決められる。
【００３８】
本実施の形態では、±０．０５ｍｍの精度でフランジ面１２の歪量が計測されるため、レーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面１２の傾きを無視可能な精度で、円形フランジ１１に対するレーザー測定機１３の位置決めを行うのには、大掛かりな設備等が必要となり、費用面の観点等から現実的ではない。
従って、円形フランジの歪量測定装置１０では、レーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面の傾きを考慮した演算によって、フランジ面の歪量を計測している。
【００３９】
具体的には、情報処理端末１９が、距離データＤの値からフランジ面１２が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データＤから基準データを差し引いてフランジ面１２の歪量を測定するが、この基準データの算出の際に、レーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面１２の傾きを考慮した演算を行っている。
なお、実際に位置決め架台１５の操作によってレーザー測定機１３の位置決めを行ったところ、フランジ面１２に対するレーザー測定機１３の軸心１７の向き調整の精度は±１度程度であり、これはレーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面１２の傾きを無視可能な精度ではなかった。
【００４０】
以下に、本発明の一実施の形態に係る円形フランジの歪量測定方法において、フランジ面１２の歪量を算出する具体的な手順について記載する。
フランジ面１２の歪量を算出する前準備として、円形フランジの歪量測定装置１０は、台車等によって運ばれ、レーザー測定機１３が円形フランジ１１まで距離を有する位置で、フランジ面１２の正面位置となる場所に配置される。
次に、スキャニングユニット１８を軸心１７を基準に回転させたときに、照射レーザー光が、フランジ面１２に沿って３６０度移動するようにレーザー測定機１３の位置及び向きの調整とプリズム３４の角度調整を行うと共に、照射レーザー光のフォーカス制御を行う。
【００４１】
そして、フランジ面１２の垂直方向と軸心１７のなす角度がγ度以内になるようレーザー測定機１３の向きが調節される。このγの値は、円形フランジ１１の径の大きさや、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離等により定められ、本実施の形態ではγは０度より大きく３度以下の角度で、例えば２度である。
レーザー測定機１３の向き調節は、フランジ面１２とレーザー測定機１３の距離を算出することによって行われる。以下にその向き調整について詳細に説明する。
軸心１７を基準にスキャニングユニット１８を回転させることにより、フランジ面１２上の角度Φのピッチにある各測定箇所において、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離が測定される。このフランジ面１２と特定位置Ｐの距離を、フランジ面１２上の測定箇所の角度位置に対応させると図４（Ａ）のように略正弦曲線になる。これは、軸心１７がフランジ面１２に垂直な方向に対して傾いているためであり、仮に傾きがなければ、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離をフランジ面１２上の各測定箇所と対応させたものは略直線となる。略正弦曲線、略直線のように”略”と記載しているのは、フランジ面１２には歪があり、厳密な意味において正弦曲線や直線にはならないためである。
【００４２】
フランジ面１２上の測定位置においてフランジ面１２と特定位置Ｐの距離の最大値と最小値の差は、フランジ面１２の垂直方向と軸心１７のなす角度が大きくなるに従って大きくなる。
よって、情報処理端末１９のディスプレイで、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離の最大値と最小値を視認しながら、レーザー測定機１３の向きを調整することにより、フランジ面１２の垂直方向に対する軸心１７の角度がγ度以内にすることができる。
【００４３】
ここで、フランジ面１２の垂直方向に対する軸心１７の角度がγ度以内にされるのは、フランジ面１２の垂直方向に対する軸心１７の角度が大きく（例えば、１０度以上）、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離をフランジ面１２上の各測定箇所に対応させたものが、正弦曲線から遠ざかった曲線になるのを防ぐために行われる。これは、円形フランジの歪量測定装置１０が、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離をフランジ面１２上の各測定箇所に対応させたものが、略正弦曲線であることを前提にしてフランジ面１２の歪量を計測するためである。
【００４４】
そして、スキャニングユニット１８を軸心１７を基準に回転することにより、照射レーザー光がフランジ面１２に沿って３６０度移動し、かつ、フランジ面１２の垂直方向と軸心１７のなす角度がγ度以内になるようレーザー測定機１３の位置及び向きを調整することによって、フランジ面１２の歪量計測のための前準備が完了する。
前準備完了後、情報処理端末１９からフランジ面１２の歪量の算出を開始するための操作がなされると、スキャニングユニット１８は軸心１７を基準に３６０度回転する。このスキャニングユニット１８の回転により、特定位置Ｐから発せられるレーザー光は、軸心１７に対して一定角度θで旋回され（即ち、円錐面状にスキャンされ）フランジ面１２に照射される。
なお、フランジ面１２の歪量を計測する際、照射レーザー光の軸心１７に対する角度は０度を超え６０度以下の範囲の一定角度θで固定されている（０度＜θ≦６０度）。
また、フランジ面１２上の複数の測定箇所におけるレーザー測定機１３とフランジ面１２の距離の平均値をＨとして、図４（Ａ）に記載のＦはＦ＝Ｈ×ｃｏｓθの値である。
【００４５】
信号処理ユニット１４は、サーボモータ２５からの出力値を基にスキャニングユニット１８の回転角度を検知し、スキャニングユニット１８が０．１度回転するごとに、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離Ｌの値（例えば、図３に示すＬ１、Ｌ２）をレーザー測定機１３から取得し、この取得した値をパラレル変換して情報処理端末１９に出力する。
情報処理端末１９は信号処理ユニット１４から取得した複数のＬの値に対してｃｏｓθをそれぞれ乗算して複数の距離データＤを得る（例えば、Ｌ１及びＬ２からＤ１及びＤ２をそれぞれ得る）。なお、情報処理端末１９が得た各Ｄの値は、フランジ面１２の円周角３６０度に対して０．１度のピッチでフランジ面１２上に３６００個設けられた複数の計測箇所にそれぞれ対応している。
情報処理端末１９により算出された距離データＤを、フランジ面１２上の各計測箇所に対応させると、図４（Ａ）に示すように略正弦曲線を得ることができる。
【００４６】
情報処理端末１９は、３６００個の距離データＤを回帰分析して正弦曲線を求め、この正弦曲線を基準データとし、フランジ面１２上の各計測箇所について、距離データＤから基準データを差し引いて、フランジ面１２の歪量を算出する。
本実施の形態では、回帰分析の際に最小二乗法を用いている。
算出されたフランジ面１２の歪量は、図４（Ｂ）に示すように、前方（レーザー測定機１３が配置されている方向）に突出するように歪んだ部分がプラスの値で表され、後方に窪むように歪んだ部分がマイナスの値で表される。図４（Ｂ）に示されているフランジ面１２の１２０度位置〜１３０度位置で検出された窪んだ部分、及び１３５度位置付近の窪んだ部分はそれぞれ、フランジ面１２の歪量が計測されているのを確かめるためにフランジ面１２に付けた疵である。
【００４７】
情報処理端末１９は、信号処理ユニット１４から得た距離Ｌの値を基に算出したフランジ面１２の歪量を、情報処理端末１９のハードディスク等へ保存可能であり、また、情報処理端末１９のディスプレイには、フランジ面１２の歪量等を表示することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：円形フランジの歪量測定装置、１１：円形フランジ、１２：フランジ面、１３：レーザー測定機、１４：信号処理ユニット、１５：位置決め架台、１６：レーザー光送受信ユニット、１７：軸心、１８：スキャニングユニット、１９：情報処理端末、２１：高さ調整部材、２２：水平プレート、２３：位置調整台、２４：支持部材、２５：サーボモータ、２６：動力伝達ベルト、２７：光波出力部、２８：光波入力部、２９：プリズム、３０：ハーフミラー、３１〜３４：プリズム、３５：パネル、３６：軸心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器、配管類等の円形フランジの歪量を測定する方法とその歪量を測定するための歪量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種プラントでは、高圧流体処理設備にある２つのフランジを接合してなる締結部からの流体の漏洩を回避することが、プラントの安全操業上の重要課題となっている。漏洩発生の要因の一つにフランジの歪が挙げられる。接合される２つのフランジの接合面が平坦でなく変形している場合で、その歪量（変形量）が所定の値を超えているときには、流体の漏洩が生じ得る。
そこで、流体の漏洩を回避するため、フランジに対して定期的な歪量の測定が行われ、その具体例が、例えば特許文献１、２に記載されている。
【０００３】
特許文献１、２は、構成に多少の違いがあるものの、共に、円形フランジに固定した取付台に、円周に沿って配置されたフランジ面の歪量を測定するためのセンサが固定された回転アームを回転可能に取り付ける装置が用いられている。
回転アームは、回転動作によりセンサがフランジ面に対して平行な平面上でフランジ面に沿って円を描くように移動するよう、取付台に取り付けられており、フランジの径の長さに合わせて回転アームの長さを調整することで、フランジ面の歪を計測可能な位置にセンサを配置することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１９８０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、取付台や、回転アーム等の円形フランジに取り付けられる部材は、大部分が金属から形成されているため重く、回転アームの回転軸の位置や回転アームのフランジ面に対する角度等を調整しつつ、回転アーム等が取り付けられた取付台を円形フランジへ固定する作業には、多大な労力が必要であった。
また、フランジ面の径が大きく、アームを長くする場合には、アームにたわみが発生してフランジ面の歪量の測定精度を所定値以上に保てないという問題があり、国際機関が定める歪許容値の０．３ｍｍ以下の精度を保てない場合があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、円形フランジに機器、部材等を取り付けることなく円形フランジの歪量を測定するための円形フランジの歪量測定方法及び円形フランジの歪量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】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る円形フランジの歪量測定方法は、特定位置から軸心（旋回軸）に対して一定角度θで旋回しながら発せられるレーザー光を、歪を測定しようとする円形フランジの測定面に照射して、その反射レーザー光を受光し、前記特定位置から前記円形フランジまでの距離にｃｏｓθを乗算した距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を測定する。
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る円形フランジの歪量測定装置は、歪を測定しようとする円形フランジの前方に配置されて、特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して前記円形フランジの測定面に照射し、該測定面からの反射レーザー光を受光して、前記特定位置から前記測定面までの距離を測定するレーザー測定機と、前記レーザー測定機を載せて所定方向に前記レーザー測定機の軸心を向ける位置決め手段と、前記レーザー測定機から取得した前記特定位置から前記測定面までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を算出する演算部とを有する。
【０００８】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー測定機は、前記レーザー光を出力する光波出力部及び前記反射レーザー光を受光する光波入力部を備えたレーザー光送受信ユニットと、前記レーザー光が通過する経路を前記軸心に対して一定角度で屈曲させ、かつ前記一定角度で屈曲した経路を旋回させるスキャニングユニットとを有するのが好ましい。
【０００９】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー光送受信ユニットには、前記スキャニングユニットを前記軸心を基準に回転させるサーボモータが設けられ、前記演算部は、該サーボモータからの出力値を基に前記スキャニングユニットの回転角度を検知するのが好ましい。
【００１０】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記θは０度を超え６０度以下の範囲にあって、前記レーザー測定機の軸心は前記円形フランジの軸心に合わせて又は該円形フランジの軸心に略一致させて配置されるのが好ましい。
【００１１】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記測定面の歪量の測定は、円周角３６０度に対して０度を超え０．３度以下のピッチで行われるのが好ましい。
【００１２】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、前記演算部は、前記測定面の複数箇所について算出された前記距離データを回帰分析して求めた正弦曲線を前記基準データとするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る円形フランジの歪量測定方法は、特定位置から軸心（旋回軸）に対して一定角度θで旋回しながら発せられるレーザー光を、円形フランジの測定面に照射して、その反射レーザー光を受光し、特定位置から円形フランジまでの距離にｃｏｓθを乗算した距離データを得て、距離データから測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データから基準データを引いて、円形フランジの歪量を測定するので、円形フランジから離れた位置から円形フランジの歪量を測定することができる。
これによって、レーザー光を発するレーザー発光部（センサ）を、円形フランジの測定面と平行な平面上で円形フランジに沿って円を描くように移動させるような従来の方法を用いる必要がなく、測定面のある平面に対してレーザー発光部を平行に移動させるために、フランジ面に取り付け固定される部位を有さない機器を使用することが可能である。
【００１４】
また、従来の歪量測定方法では、最初に測定面に複数の基準点（例えば測定面の特定箇所を０度位置、０度位置から時計回りに９０度ごとの位置を９０度位置、１８０度位置、２７０度位置として、０度位置、９０度位置、１８０度位置、２７０度位置の４箇所）を設け、その基準点が配置される仮想平面を基準にして測定面の円周角３６０度の各箇所についての歪量を測定していたが、これは基準点に歪が存在していないことを前提としていた。しかし、基準点の設けられた位置に歪が存在していたか否かは不明であり、この仮想平面を基準に測定した歪量は正確性を欠いていた。
これに対し、本発明に係る円形フランジの歪量測定方法は、特定位置から円形フランジまでの距離を得て、その距離値から歪量を計測するための基準となる完全平面を算出するので、測定面の３６０度の各箇所を相対的に比較して歪量を計測する基準となるのに最適な完全平面を求めることができ、正確な歪量の計測が可能である。
【００１５】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置は、特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して円形フランジの測定面に照射し、測定面からの反射レーザー光を受光して、特定位置から測定面までの距離を測定するレーザー測定機と、特定位置から測定面までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、距離データから測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データから基準データを引いて、円形フランジの歪量を算出する演算部とを有するので、円形フランジから離れた位置から円形フランジの歪量を測定することができる。
これによって、円形フランジの歪量測定装置は、レーザー測定機のレーザー光を発するレーザー発光部を、円形フランジの測定面と平行な平面上で円形フランジに沿って円を描くように移動させるような従来の装置の構成を備える必要がなく、フランジ面に取り付け固定される部位を備えなくてもよい。従って、フランジ面の歪量を算出する準備段階において、フランジ面への部材の取り付け作業を行うことを要せず、準備段階の作業の省力化を図ることができる。
【００１６】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、レーザー測定機が、一定角度で屈曲したレーザー光の経路を旋回させるスキャニングユニットを有する場合、レーザー光は、円周に配置されたフランジ面に沿って３６０度の移動を確実に行うことができる。
【００１７】
本発明に係る円形フランジの歪量測定装置において、レーザー光送受信ユニットに、スキャニングユニットを軸心を基準に回転させるサーボモータが設けられ、演算部が、サーボモータからの出力値を基にスキャニングユニットの回転角度を検知する場合、演算部が検知しているフランジ面の歪量の計測箇所と実際の計測箇所の差異が大きくなるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る円形フランジの歪量測定装置の側面図である。
【図２】同円形フランジの歪量測定装置のレーザー測定機の説明図である。
【図３】レーザー測定機によるフランジ面の歪量の計測を示す説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれフランジ面について算出された距離データＤの値を示すグラフ及びフランジ面の歪量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る円形フランジの歪量測定装置１０は、歪を測定しようとする円形フランジ１１のフランジ面１２（測定面）にレーザー光を照射し、フランジ面１２からの反射レーザー光を受光して、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離を測定し、その測定した距離データを基にフランジ面１２の歪量を算出する装置である。以下詳細に説明する。
【００２０】
図１に示すように、円形フランジの歪量測定装置１０は、円形フランジ１１の前方に配置され、フランジ面１２にレーザー光を照射し、フランジ面１２からの反射レーザー光を受光して、レーザー光の経路上にある特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離を測定するレーザー測定機１３を有している。
また、円形フランジの歪量測定装置１０には、レーザー測定機１３を載せてレーザー測定機１３の位置及び向きを調整する位置決め架台１５（位置決め手段の一例）と、レーザー測定機１３からシリアルデータとして取得したレーザー測定機１３の測定値をパラレル変換する信号処理ユニット１４が設けられている。
【００２１】
そして、信号処理ユニット１４には、レーザー測定機１３が測定した特定位置Ｐからフランジ面１２の距離値のデジタルデータを基にして、円形フランジ１１の歪量を算出する情報処理端末１９（演算部の一例）が信号接続されている。
情報処理端末１９は、例えば、ディスプレイを有するパーソナルコンピュータであり、フランジ面１２の歪量等のデータをディスプレイに表示することができる。
なお、フランジ面の歪計測では、一般的に精度の高い歪量の計測（例えば±０．０５ｍｍの精度の計測）が求められ、円形フランジの歪量測定装置１０は、本実施の形態において、±０．０５ｍｍの高い精度でフランジ面の歪量を計測できるように設計されている。
【００２２】
レーザー測定機１３の位置及び向きを調整する位置決め架台１５は、図１に示すように、複数の高さ調整部材２１によって支持される水平プレート２２と、水平プレート２２の上部に配置され、図示しない操作盤からの操作によって、水平プレート２２に対する向き及び位置が変えられる位置調整台２３を有している。
水平プレート２２は、ねじ状の高さ調整部材２１を回転することによって、高さ位置の変更がなされる。
位置調整台２３は、垂直軸を基準に回動可能で水平プレート２２に対する水平方向の向きを変えることができると共に、水平プレート２２に対する高さ調整ができる。位置調整台２３の高さ調整は、高さ調整部材２１による水平プレート２２の高さ調整よりも高い精度で行うことができる。従って、レーザー測定機１３の高さは、高さ調整部材２１で大まかな調整が行われ、位置調整台２３によって微調整が行われる。
【００２３】
位置調整台２３には、レーザー光送受信ユニット１６を水平軸を基準に回動可能に支持する支持部材２４が固定されている。支持部材２４に回動可能に支持されているレーザー光送受信ユニット１６は、水平軸を基準に回動し、所定の角度位置で固定することができる。
この構成によって、位置決め架台１５は、所定方向にレーザー測定機１３の軸心１７を向けることができる。
なお、本実施の形態では、位置決め架台１５によってレーザー測定機１３の位置及び向きを調整しているが、その他の位置決め手段を用いてレーザー測定機１３の位置及び向きを調整して、軸心１７の位置及び向きの変更を行ってもよい。
【００２４】
レーザー測定機１３は、図２に示すように、フランジ面１２の歪量を計測する際に作動されるサーボモータ２５を備えている。
サーボモータ２５は、レーザー光送受信ユニット１６に設けられ、情報処理端末１９から信号処理ユニット１４を介して出力される信号によって駆動し、動力伝達ベルト２６を介してスキャニングユニット１８に駆動力を与え、レーザー測定機１３の軸心１７を基準にスキャニングユニット１８を回転する。
情報処理端末１９は、信号処理ユニット１４を介してサーボモータ２５からのフィードバック信号を取得し、スキャニングユニット１８の回転角度を検知する。
【００２５】
レーザー光送受信ユニット１６には、レーザー光を出力する光波出力部２７と、反射レーザー光を受光する光波入力部２８が搭載されている。レーザー光送受信ユニット１６に内蔵されたプリズム２９及びハーフミラー３０は、光波出力部２７から出力されたレーザー光を反射して、レーザー光の進行方向を変え、レーザー光を所定の経路に沿って進行させる。レーザー光は、プリズム２９とハーフミラー３０によって進行方向が変えられた後、軸心１７に沿った方向で進み、レーザー光送受信ユニット１６からスキャニングユニット１８内に進入する。
【００２６】
スキャニングユニット１８には、スキャニングユニット１８内に進入したレーザー光を反射して、レーザー光の進行方向を変えるプリズム３１〜３４が搭載されている。レーザー光は、プリズム３１〜３４で進行方向が順次変えられた後に、スキャニングユニット１８の表面に配置されたパネル３５を透過して、スキャニングユニット１８の外部に出る。パネル３５は、レーザー光が透過可能なように透光素材によって形成されている。
なお、パネル３５はスキャニングユニット１８から脱着可能となっていてもよく、フランジ面１２の歪を測定する際には、スキャニングユニット１８から取り外しておくこともできる。
【００２７】
プリズム３１〜３３が向きを固定されているのに対し、プリズム３４の向きは、情報処理端末１９から信号処理ユニット１４を介して送られる信号によって変更可能であり、パネル３５を透過したレーザー光の、軸心１７に対する角度は、０度以上６０度以下の範囲で変更される。プリズム３４は、レーザー光が通過する経路を軸心１７に対して屈曲させることができ、その屈曲角度を０度を超え６０度以下の角度で変更することが可能である。
【００２８】
レーザー光の経路上にある特定位置Ｐは、レーザー光がプリズム３４で反射される位置にあり、レーザー光送受信ユニット１６の軸心１７上に位置している。その特定位置Ｐのスキャニングユニット１８における位置は、プリズム３４の向き変更及びスキャニングユニット１８の回転がなされても不変であり、円形フランジ１１に対するレーザー光送受信ユニット１６の位置及び向きが変更されない限り、レーザー光は、円形フランジ１１に対して位置が変わらない特定位置Ｐから発せされることになる。
【００２９】
フランジ面１２の歪量の測定が行われる際、スキャニングユニット１８は、特定位置Ｐから発せられるレーザー光（以下、「照射レーザー光」ともいう）が軸心１７に対して非平行な状態で、サーボモータ２５の作動により軸心１７を基準に回転し、軸心１７に対して一定角度θで屈曲された特定位置Ｐから発せられるレーザー光の経路を旋回させる。
また、フランジ面１２の歪量が測定されるとき、レーザー測定機１３の軸心１７がフランジ面１２の軸心３６（図３参照）に合わせて、又は、フランジ面１２の軸心３６に略一致させて配置されるので、スキャニングユニット１８が３６０度回転されると、照射レーザー光が円周に配置されたフランジ面１２に沿って移動することになり、フランジ面１２の円周角３６０度に対してフランジ面１２の歪量を計測することが可能となる。
【００３０】
なお、スキャニングユニット１８の回転速度は、情報処理端末１９からの入力操作により、１〜６０ｒｐｍの範囲で変更可能であり、計測条件に合わせて回転速度を変えることができる。
また、パネル３５から照射されるレーザー光はフォーカス制御が可能であり、フランジ面１２とパネル３５の距離に応じて最適なフォーカス設定がなされる。
【００３１】
照射レーザー光は、フランジ面１２に当たって反射され、その反射レーザー光は、照射レーザー光と同一の経路を経てパネル３５を透過してスキャニングユニット１８内に帰ってくる。スキャニングユニット１８内に帰ってきた反射レーザー光は、プリズム３４、３３、３２、３１で順次進行方向を変えられた後、軸心１７上を進みレーザー光送受信ユニット１６内に進入し、ハーフミラー３０を透過して光波入力部２８に到達する。
光波入力部２８は、受光した反射レーザー光の位相を基にして特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離Ｌを計測する。
【００３２】
信号処理ユニット１４は、スキャニングユニット１８が３６０度の回転を行うにあたり、予め設定された角度Φの回転を行うごとに、光波入力部２８から距離Ｌの値をシリアルデータとして取得し、この値をパラレルデータに変換して情報処理端末１９に送る。情報処理端末１９は、信号処理ユニット１４からの取得した距離Ｌの値にｃｏｓθの値を乗算した距離データＤを算出する（Ｄ＝Ｌ・ｃｏｓθ）。
そして、情報処理端末１９は、距離データＤを基にして、フランジ面１２の歪量を計測する。
従って、レーザー測定機１３によるフランジ面１２の歪量の測定は、フランジ面１２の円周角３６０度に対して角度Φのピッチで行われることになる。
Φは、０度を超え０．３度以下の範囲の角度で、情報処理端末１９からの入力操作によって予め設定することができる。本実施の形態では、Φに０．１度が設定されており、スキャニングユニット１８が３６０度回転することにより、フランジ面１２上に設けられた３６００個の箇所に対してフランジ面１２の歪量が算出される。
【００３３】
フランジ面１２の歪量が計測される際、レーザー測定機１３の軸心１７はフランジ面１２の軸心３６に合わせて、又は、フランジ面１２の軸心３６に略一致させて配置されるが、このような配置は、例えば以下の手順により行うことができる。
まず、目視でレーザー測定機１３と円形フランジ１１の位置を確認しながら、位置決め架台１５に載せられたレーザー測定機１３を円形フランジ１１の正面に配置する。次に、照射レーザー光の軸心１７に対する角度を０度にして、照射レーザー光を軸心１７と一致させた状態で照射レーザー光が円形フランジ１１の中央領域に一致するようにレーザー測定機１３の位置決めをし、レーザー測定機１３の軸心１７とフランジ面１２の軸心３６のおおまかな位置合わせを行う。このレーザー測定機１３の位置決めは、位置決め架台１５を操作することによって行うことができる。
【００３４】
レーザー測定機１３の軸心１７とフランジ面１２の軸心３６のおおまかな位置合わせを行った後、照射レーザー光がフランジ面１２に当たるように照射レーザー光の軸心１７に対する角度を調整し、その角度を固定する。
そして、レーザー測定機１３の軸心１７を基準にスキャニングユニット１８を回転させ、照射レーザー光のフランジ面１２に当たる箇所が、フランジ面１２に沿って３６０度移動するか否かを視認する。照射レーザー光のフランジ面１２に当たる箇所が、フランジ面１２に沿って３６０度移動しない場合には、位置決め架台１５を操作して、レーザー測定機１３の位置及び向きを微調整し、照射レーザー光がフランジ面１２に沿って３６０度移動するようにする。
【００３５】
そして、照射レーザー光がフランジ面１２に沿って３６０度移動するように、フランジ面１２に対してレーザー測定機１３の位置及び向きが固定された状態のとき、レーザー測定機１３の軸心１７はフランジ面１２の軸心３６に合わせて、又は、フランジ面１２の軸心３６に略一致させて配置されていることになる。
【００３６】
ここで、レーザー測定機の軸心と円形フランジの軸心が一致している場合には、フランジ面がレーザー測定機の軸心に対して垂直な向きにあることになり、フランジ面が歪のない完全平面であると仮定すると、フランジ面上の異なる複数の角度位置に対して計測されるフランジ面と特定位置の距離は全て同じ値となる。
これに対し、図３に示すように、フランジ面がレーザー測定機の軸心に対して傾いている場合、フランジ面と特定位置の距離は、フランジ面の角度位置によって異なる値となる。
一方、フランジ面がレーザー測定機の軸心に対して厳密な意味において傾きを全く有さないようにレーザー測定機の位置決めを行うのは、技術的に極めて困難である。
【００３７】
従って、フランジ面の歪量を正確に測定するには、レーザー測定機の軸心に対するフランジ面の傾きを考慮することを要する。しかしながら、フランジ面の歪量の測定精度が低い場合には、レーザー測定機の軸心に対するフランジ面の傾きが多少あったとしても、その傾きは、フランジ面の歪量を計測するにあたって無視可能な要素となる。そのため、フランジ面の歪量の算出をする際に、レーザー測定機の軸心に対するフランジ面の傾きを無視するか否かは、円形フランジに対するレーザー測定機の位置決め精度と、フランジ面の歪量の計測に求められる精度の関係によって決められる。
【００３８】
本実施の形態では、±０．０５ｍｍの精度でフランジ面１２の歪量が計測されるため、レーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面１２の傾きを無視可能な精度で、円形フランジ１１に対するレーザー測定機１３の位置決めを行うのには、大掛かりな設備等が必要となり、費用面の観点等から現実的ではない。
従って、円形フランジの歪量測定装置１０では、レーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面の傾きを考慮した演算によって、フランジ面の歪量を計測している。
【００３９】
具体的には、情報処理端末１９が、距離データＤの値からフランジ面１２が完全平面と仮定した基準データを算出し、距離データＤから基準データを差し引いてフランジ面１２の歪量を測定するが、この基準データの算出の際に、レーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面１２の傾きを考慮した演算を行っている。
なお、実際に位置決め架台１５の操作によってレーザー測定機１３の位置決めを行ったところ、フランジ面１２に対するレーザー測定機１３の軸心１７の向き調整の精度は±１度程度であり、これはレーザー測定機１３の軸心１７に対するフランジ面１２の傾きを無視可能な精度ではなかった。
【００４０】
以下に、本発明の一実施の形態に係る円形フランジの歪量測定方法において、フランジ面１２の歪量を算出する具体的な手順について記載する。
フランジ面１２の歪量を算出する前準備として、円形フランジの歪量測定装置１０は、台車等によって運ばれ、レーザー測定機１３が円形フランジ１１まで距離を有する位置で、フランジ面１２の正面位置となる場所に配置される。
次に、スキャニングユニット１８を軸心１７を基準に回転させたときに、照射レーザー光が、フランジ面１２に沿って３６０度移動するようにレーザー測定機１３の位置及び向きの調整とプリズム３４の角度調整を行うと共に、照射レーザー光のフォーカス制御を行う。
【００４１】
そして、フランジ面１２の垂直方向と軸心１７のなす角度がγ度以内になるようレーザー測定機１３の向きが調節される。このγの値は、円形フランジ１１の径の大きさや、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離等により定められ、本実施の形態ではγは０度より大きく３度以下の角度で、例えば２度である。
レーザー測定機１３の向き調節は、フランジ面１２とレーザー測定機１３の距離を算出することによって行われる。以下にその向き調整について詳細に説明する。
軸心１７を基準にスキャニングユニット１８を回転させることにより、フランジ面１２上の角度Φのピッチにある各測定箇所において、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離が測定される。このフランジ面１２と特定位置Ｐの距離を、フランジ面１２上の測定箇所の角度位置に対応させると図４（Ａ）のように略正弦曲線になる。これは、軸心１７がフランジ面１２に垂直な方向に対して傾いているためであり、仮に傾きがなければ、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離をフランジ面１２上の各測定箇所と対応させたものは略直線となる。略正弦曲線、略直線のように”略”と記載しているのは、フランジ面１２には歪があり、厳密な意味において正弦曲線や直線にはならないためである。
【００４２】
フランジ面１２上の測定位置においてフランジ面１２と特定位置Ｐの距離の最大値と最小値の差は、フランジ面１２の垂直方向と軸心１７のなす角度が大きくなるに従って大きくなる。
よって、情報処理端末１９のディスプレイで、フランジ面１２と特定位置Ｐの距離の最大値と最小値を視認しながら、レーザー測定機１３の向きを調整することにより、フランジ面１２の垂直方向に対する軸心１７の角度がγ度以内にすることができる。
【００４３】
ここで、フランジ面１２の垂直方向に対する軸心１７の角度がγ度以内にされるのは、フランジ面１２の垂直方向に対する軸心１７の角度が大きく（例えば、１０度以上）、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離をフランジ面１２上の各測定箇所に対応させたものが、正弦曲線から遠ざかった曲線になるのを防ぐために行われる。これは、円形フランジの歪量測定装置１０が、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離をフランジ面１２上の各測定箇所に対応させたものが、略正弦曲線であることを前提にしてフランジ面１２の歪量を計測するためである。
【００４４】
そして、スキャニングユニット１８を軸心１７を基準に回転することにより、照射レーザー光がフランジ面１２に沿って３６０度移動し、かつ、フランジ面１２の垂直方向と軸心１７のなす角度がγ度以内になるようレーザー測定機１３の位置及び向きを調整することによって、フランジ面１２の歪量計測のための前準備が完了する。
前準備完了後、情報処理端末１９からフランジ面１２の歪量の算出を開始するための操作がなされると、スキャニングユニット１８は軸心１７を基準に３６０度回転する。このスキャニングユニット１８の回転により、特定位置Ｐから発せられるレーザー光は、軸心１７に対して一定角度θで旋回され（即ち、円錐面状にスキャンされ）フランジ面１２に照射される。
なお、フランジ面１２の歪量を計測する際、照射レーザー光の軸心１７に対する角度は０度を超え６０度以下の範囲の一定角度θで固定されている（０度＜θ≦６０度）。
また、フランジ面１２上の複数の測定箇所におけるレーザー測定機１３とフランジ面１２の距離の平均値をＨとして、図４（Ａ）に記載のＦはＦ＝Ｈ×ｃｏｓθの値である。
【００４５】
信号処理ユニット１４は、サーボモータ２５からの出力値を基にスキャニングユニット１８の回転角度を検知し、スキャニングユニット１８が０．１度回転するごとに、特定位置Ｐからフランジ面１２までの距離Ｌの値（例えば、図３に示すＬ１、Ｌ２）をレーザー測定機１３から取得し、この取得した値をパラレル変換して情報処理端末１９に出力する。
情報処理端末１９は信号処理ユニット１４から取得した複数のＬの値に対してｃｏｓθをそれぞれ乗算して複数の距離データＤを得る（例えば、Ｌ１及びＬ２からＤ１及びＤ２をそれぞれ得る）。なお、情報処理端末１９が得た各Ｄの値は、フランジ面１２の円周角３６０度に対して０．１度のピッチでフランジ面１２上に３６００個設けられた複数の計測箇所にそれぞれ対応している。
情報処理端末１９により算出された距離データＤを、フランジ面１２上の各計測箇所に対応させると、図４（Ａ）に示すように略正弦曲線を得ることができる。
【００４６】
情報処理端末１９は、３６００個の距離データＤを回帰分析して正弦曲線を求め、この正弦曲線を基準データとし、フランジ面１２上の各計測箇所について、距離データＤから基準データを差し引いて、フランジ面１２の歪量を算出する。
本実施の形態では、回帰分析の際に最小二乗法を用いている。
算出されたフランジ面１２の歪量は、図４（Ｂ）に示すように、前方（レーザー測定機１３が配置されている方向）に突出するように歪んだ部分がプラスの値で表され、後方に窪むように歪んだ部分がマイナスの値で表される。図４（Ｂ）に示されているフランジ面１２の１２０度位置〜１３０度位置で検出された窪んだ部分、及び１３５度位置付近の窪んだ部分はそれぞれ、フランジ面１２の歪量が計測されているのを確かめるためにフランジ面１２に付けた疵である。
【００４７】
情報処理端末１９は、信号処理ユニット１４から得た距離Ｌの値を基に算出したフランジ面１２の歪量を、情報処理端末１９のハードディスク等へ保存可能であり、また、情報処理端末１９のディスプレイには、フランジ面１２の歪量等を表示することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：円形フランジの歪量測定装置、１１：円形フランジ、１２：フランジ面、１３：レーザー測定機、１４：信号処理ユニット、１５：位置決め架台、１６：レーザー光送受信ユニット、１７：軸心、１８：スキャニングユニット、１９：情報処理端末、２１：高さ調整部材、２２：水平プレート、２３：位置調整台、２４：支持部材、２５：サーボモータ、２６：動力伝達ベルト、２７：光波出力部、２８：光波入力部、２９：プリズム、３０：ハーフミラー、３１〜３４：プリズム、３５：パネル、３６：軸心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回しながら発せられるレーザー光を、歪を測定しようとする円形フランジの測定面に照射して、その反射レーザー光を受光し、前記特定位置から前記円形フランジまでの距離にｃｏｓθを乗算した距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を測定することを特徴とする円形フランジの歪量測定方法。
【請求項２】
歪を測定しようとする円形フランジの前方に配置されて、特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して前記円形フランジの測定面に照射し、該測定面からの反射レーザー光を受光して、前記特定位置から前記測定面までの距離を測定するレーザー測定機と、前記レーザー測定機を載せて所定方向に前記レーザー測定機の軸心を向ける位置決め手段と、前記レーザー測定機から取得した前記特定位置から前記測定面までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を算出する演算部とを有することを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー測定機は、前記レーザー光を出力する光波出力部及び前記反射レーザー光を受光する光波入力部を備えたレーザー光送受信ユニットと、前記レーザー光が通過する経路を前記軸心に対して一定角度で屈曲させ、かつ前記一定角度で屈曲した経路を旋回させるスキャニングユニットとを有することを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー光送受信ユニットには、前記スキャニングユニットを前記軸心を基準に回転させるサーボモータが設けられ、前記演算部は、該サーボモータからの出力値を基に前記スキャニングユニットの回転角度を検知することを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記θは０度を超え６０度以下の範囲にあって、前記レーザー測定機の軸心は前記円形フランジの軸心に合わせて又は該円形フランジの軸心に略一致させて配置されることを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記測定面の歪量の測定は、円周角３６０度に対して０度を超え０．３度以下のピッチで行われることを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記演算部は、前記測定面の複数箇所について算出された前記距離データを回帰分析して求めた正弦曲線を前記基準データとすることを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項１】
特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回しながら発せられるレーザー光を、歪を測定しようとする円形フランジの測定面に照射して、その反射レーザー光を受光し、前記特定位置から前記円形フランジまでの距離にｃｏｓθを乗算した距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を測定することを特徴とする円形フランジの歪量測定方法。
【請求項２】
歪を測定しようとする円形フランジの前方に配置されて、特定位置から軸心に対して一定角度θで旋回し円錐面状にスキャンするレーザー光を発して前記円形フランジの測定面に照射し、該測定面からの反射レーザー光を受光して、前記特定位置から前記測定面までの距離を測定するレーザー測定機と、前記レーザー測定機を載せて所定方向に前記レーザー測定機の軸心を向ける位置決め手段と、前記レーザー測定機から取得した前記特定位置から前記測定面までの距離の値にｃｏｓθを乗算し距離データを得て、該距離データから前記測定面が完全平面と仮定した基準データを算出し、前記距離データから前記基準データを引いて、前記円形フランジの歪量を算出する演算部とを有することを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー測定機は、前記レーザー光を出力する光波出力部及び前記反射レーザー光を受光する光波入力部を備えたレーザー光送受信ユニットと、前記レーザー光が通過する経路を前記軸心に対して一定角度で屈曲させ、かつ前記一定角度で屈曲した経路を旋回させるスキャニングユニットとを有することを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記レーザー光送受信ユニットには、前記スキャニングユニットを前記軸心を基準に回転させるサーボモータが設けられ、前記演算部は、該サーボモータからの出力値を基に前記スキャニングユニットの回転角度を検知することを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記θは０度を超え６０度以下の範囲にあって、前記レーザー測定機の軸心は前記円形フランジの軸心に合わせて又は該円形フランジの軸心に略一致させて配置されることを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記測定面の歪量の測定は、円周角３６０度に対して０度を超え０．３度以下のピッチで行われることを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１記載の円形フランジの歪量測定装置において、前記演算部は、前記測定面の複数箇所について算出された前記距離データを回帰分析して求めた正弦曲線を前記基準データとすることを特徴とする円形フランジの歪量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−６３２６７（Ｐ２０１２−６３２６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８２６４（Ｐ２０１０−２０８２６４）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００１７８０１１）山九株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００１７８０１１）山九株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
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