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技術 流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭の決定方法並びに装置

出願人 ズルツァー-エシャー・ヴィス・アクチェンゲゼルシャフト
発明者 フリッツ・シュネーベリ
出願日 1992年6月25日 (28年7ヶ月経過) 出願番号 1992-167925
公開日 1994年10月18日 (26年4ヶ月経過) 公開番号 1994-288756
状態 拒絶査定
技術分野 電気磁気的手段を用いた長さ、角度等の測定 測定手段を特定しない測長装置
主要キーワード 接近スイッチ 万能継手 リンク仕掛け 位置発信器 固定基礎 回転可能性 測定先端 羽根輪
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年10月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

目的

近付きが困難である部材の表面輪郭、例えば、水車のような流体機械羽根表面形状及び羽根のすべての側の表面形状を同時に、組立てられた状態において決定するための方法及び装置を得ること。

構成

少なくとも3個又はそれ以上の、自在継手7〜11によって、すべての方向に旋回自在に相互に連結されている、一定長さの腕2〜6から成り立っている枠が設けられており、自在継手7〜11の中の角度位置測定送信器13,14によって、隣接する腕の相互に垂直な回転軸A,Bの回りの角度位置が決定され、これらの測定値が探触ロッドの先端部20の座標の決定のための評価ユニット18の中において改善された測定精度で評価される。

概要

背景

公知の表面輪郭探触装置、例えば、DE−A−32 41074号及びDE−A−35 06 494号から公知である交差スライダは、羽根輪郭の決定のためではあるが、しかしながら、単に劣悪に適しているだけである。これらは、相互に垂直に滑動自在な、調節自在な長さを有している3個の腕を有しており、それらの腕においては、個々の腕の長さが、最外方の腕の探触先端部が羽根の上に載置するまで、長さが調節される。その場合、3個の腕の長さは、直接的に探触される表面の点の座標を与える。その場合、表面輪郭は、あるあらかじめ決められて走査パターンに従って生ずる。この場合、座標の決定は、長さの測定に基づき、そして、温度及び負荷に関係し、対応して不正確である。それ故、その上、強く曲げられ、そして、得られた表面が、ただ一つのセッティングにおいて探触することが無く、特に、同時に、前側及び後側の上、例えば、羽根輪郭の上を探触することが無い。

他方、GB−A−1 498 009号、EP−A−155 084号及びFR−A−2 634 279号から、多数の旋回リンクによって連結された腕を有する測定装置が公知である。回転角度及び旋回角度から、外方の腕の先端部の位置が、良好な精度を有して確かめられる。しかしながら、この場合にも、また、このような探触リンクによっては、まだ不十分なたわみ性のために、単に、比較的に簡単に変形された表面が探触されることが出来るだけであると言う欠点がある。強くねじられた且つ湾曲された表面、例えば、水車、特に、フランシス水車の、例えば、複雑に湾曲された羽根形状においては、その表面輪郭を、このような公知の装置によっては、しかしながら、簡単な方法で、ただ一回の測定過程で決定されることは出来ない。

特に、一つのセッティングにおいて、例えば、水車の羽根車のある一定の輪郭の前側及び後側を探触することは不可能である。その上、機械組立てられた状態における測定は不可能である。そのために、水車は、分解しなければならず、組立てられなければならず、このことは、精度不良及び測定誤差の結果となる。

概要

近付きが困難である部材の表面輪郭、例えば、水車のような流体機械の羽根の表面形状及び羽根のすべての側の表面形状を同時に、組立てられた状態において決定するための方法及び装置を得ること。

少なくとも3個又はそれ以上の、自在継手7〜11によって、すべての方向に旋回自在に相互に連結されている、一定長さの腕2〜6から成り立っている枠が設けられており、自在継手7〜11の中の角度位置測定送信器13,14によって、隣接する腕の相互に垂直な回転軸A,Bの回りの角度位置が決定され、これらの測定値が探触ロッドの先端部20の座標の決定のための評価ユニット18の中において改善された測定精度で評価される。

目的

本発明は、従来技術の上記のような欠点を除去し、改善された精度を有して流体機械の羽根の表面輪郭の決定のための方法及び装置を得ることを、その解決すべき課題とするものであるが、この装置は、それが複雑に湾曲された、ねじれた表面に対しても適しており、同時に、羽根の外形の前側及び後側の輪郭の決定を許し、しかも、組立てられた状態において、機械を分解する必要無しに許すものである。

効果

実績

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請求項1

流体機械羽根車羽根(12)の表面輪郭を、表面の個々の点の探触枠による機械的な探触によって決定するための方法において、それぞれ2個の相互に垂直な軸(A,B)の回りに旋回可能性ないしは回転可能性を有している、駆動されることの無い自在継手(7,8,9,10)によって連結されている、一定長さの、少なくとも3個の腕(2,3,4,5,6)から成り立っており、この場合、最内方の腕(2)が固定された基部(1)において、同様に、2個の相互に垂直な軸(A,B)の回りに旋回可能ないしは回転可能に固着されている枠によって、表面が次ぎのように探触されること、すなわち、最外方の腕(6)の端部に設けられた探触先端部(20)が、表面の上に置かれるようにして探触されることと、自在継手(7,8,9,10)の角度位置が、その都度、両方向において測定され、測定された角度位置及び腕(2,3,4,5,6)のあらかじめ与えられている長さから、探触先端部(20)の空間的位置が計算されるようにすることとから成り立っていることを特徴とする流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭の決定方法

請求項2

探触先端部(20)が、表面の垂直線(N)の方向において羽根車の羽根(12)の上に置かれ、また、垂直線(N)の方向が、角度位置及び腕(2,3,4,5,6)の長さから計算される請求項1の流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭の決定方法。

請求項3

流体機械の羽根車の羽根(12)の表面輪郭を決定するための装置において、それぞれ、2個の相互に垂直な旋回軸ないしは回転軸(A,B)の回りに旋回可能性を有している、駆動されることの無い自在継手(7,8,9,10)によって連結されている、一定長さの、少なくとも3個の腕(2,3,4,5,6,)から成り立って枠が設けられており、その場合、自在継手(7,8,9,10)が、それぞれ、2個の相互に続いている腕の角度位置の測定のための角度測定値発信器(13,14)を両方向において有しており、最内方の腕(2)が固定された基台(1)に、同様に、自在継手(11)によって相互に垂直な方向において旋回自在ないしは回転自在に固着されており、その場合、最外方の腕(6)の端部に探触先端部(20)が設けられており、また、測定された角度位置及び腕(2,3,4,5,6)のあらかじめ与えられた長さから探触先端部(20)の空間的位置が計算される評価装置(18)が設けられていることを特徴とする流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭を決定するための装置。

請求項4

探触された表面(12)の上に探触先端部(20)を置く際における個々の自在継手(7,8,…11)の角度位置の蓄積のために、評価ユニット(18)を通っているスイッチ(19)が設けられている請求項3の流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭を決定するための装置。

請求項5

スイッチ(19)が手動により作動可能であるスイッチである請求項4の流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭を決定するための装置。

請求項6

スイッチ(19)が、接近スイッチ又は押しボタンスイッチである請求項5の流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭を決定するための装置。

請求項7

探触先端部(20)が、それが探触される表面(12)の上への載置の際に、表面(12)の垂直線(N)の方向を占めるようになっている請求項3〜6のいずれかの流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭を決定するための装置。

請求項8

基台(1)が機械の基礎又は羽根車に設けられている請求項3〜7のいずれかの流体機械の羽根車の羽根の表面輪郭を決定するための装置。

技術分野

0001

本発明は、流体機械羽根車羽根表面輪郭の、表面の個々の点の探触枠による機械的な探触によって決定するための方法並びにその実施のための装置に関するものである。

0002

流体機械、特に、水車又はポンブにおいては、ある一定の運転時間の後に、羽根の輪郭の形状を再測定し、輪郭の変化を確認し、その後、羽根を、最善の輪郭を回復するために後加工することが必要である。

背景技術

0003

公知の表面輪郭探触装置、例えば、DE−A−32 41074号及びDE−A−35 06 494号から公知である交差スライダは、羽根の輪郭の決定のためではあるが、しかしながら、単に劣悪に適しているだけである。これらは、相互に垂直に滑動自在な、調節自在な長さを有している3個の腕を有しており、それらの腕においては、個々の腕の長さが、最外方の腕の探触先端部が羽根の上に載置するまで、長さが調節される。その場合、3個の腕の長さは、直接的に探触される表面の点の座標を与える。その場合、表面輪郭は、あるあらかじめ決められて走査パターンに従って生ずる。この場合、座標の決定は、長さの測定に基づき、そして、温度及び負荷に関係し、対応して不正確である。それ故、その上、強く曲げられ、そして、得られた表面が、ただ一つのセッティングにおいて探触することが無く、特に、同時に、前側及び後側の上、例えば、羽根輪郭の上を探触することが無い。

0004

他方、GB−A−1 498 009号、EP−A−155 084号及びFR−A−2 634 279号から、多数の旋回リンクによって連結された腕を有する測定装置が公知である。回転角度及び旋回角度から、外方の腕の先端部の位置が、良好な精度を有して確かめられる。しかしながら、この場合にも、また、このような探触リンクによっては、まだ不十分なたわみ性のために、単に、比較的に簡単に変形された表面が探触されることが出来るだけであると言う欠点がある。強くねじられた且つ湾曲された表面、例えば、水車、特に、フランシス水車の、例えば、複雑に湾曲された羽根形状においては、その表面輪郭を、このような公知の装置によっては、しかしながら、簡単な方法で、ただ一回の測定過程で決定されることは出来ない。

0005

特に、一つのセッティングにおいて、例えば、水車の羽根車のある一定の輪郭の前側及び後側を探触することは不可能である。その上、機械の組立てられた状態における測定は不可能である。そのために、水車は、分解しなければならず、組立てられなければならず、このことは、精度不良及び測定誤差の結果となる。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、従来技術の上記のような欠点を除去し、改善された精度を有して流体機械の羽根の表面輪郭の決定のための方法及び装置を得ることを、その解決すべき課題とするものであるが、この装置は、それが複雑に湾曲された、ねじれた表面に対しても適しており、同時に、羽根の外形の前側及び後側の輪郭の決定を許し、しかも、組立てられた状態において、機械を分解する必要無しに許すものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明方法によると、この課題は、流体機械の羽根車の羽根(12)の表面輪郭を、表面の個々の点の探触枠による機械的な探触によって決定するための方法において、それぞれ2個の相互に垂直な軸(A,B)の回りに旋回可能性ないしは回転可能性を有している、駆動されることの無い自在継手(7,8,9,10)によって連結されている、一定長さの、少なくとも3個の腕(2,3,4,5,6)から成り立っており、この場合、最内方の腕(2)が固定された基部(1)において、同様に、2個の相互に垂直な軸(A,B)の回りに旋回可能ないしは回転可能に固着されている枠によって、表面が次ぎのように探触されること、すなわち、最外方の腕(6)の端部に設けられた探触先端部(20)が、表面の上に置かれるようにして探触されることと、自在継手(7,8,9,10)の角度位置が、その都度、両方向において測定され、測定された角度位置及び腕(2,3,4,5,6)のあらかじめ与えられている長さから、探触先端部(20)の空間的位置が計算されるようにすることとから成り立っていることを特徴とする方法によって解決される。(図1参照)

0008

また、本発明装置によると、その課題は、流体機械の羽根車の羽根(12)の表面輪郭を決定するための装置において、それぞれ、2個の相互に垂直な旋回軸ないしは回転軸(A,B)の回りに旋回可能性を有している、駆動されることの無い自在継手(7,8,9,10)によって連結されている、一定長さの、少なくとも3個の腕(2,3,4,5,6,)から成り立って枠が設けられており、その場合、自在継手(7,8,9,10)が、それぞれ、2個の相互に続いている腕の角度位置の測定のための角度測定値発信器(13,14)を両方向において有しており、最内方の腕(2)が固定された基台(1)に、同様に、自在継手(11)によって相互に垂直な方向において旋回自在ないしは回転自在に固着されており、その場合、最外方の腕(6)の端部に探触先端部(20)が設けられており、また、測定された角度位置及び腕(2,3,4,5)のあらかじめ与えられた長さから探触先端部(20)の空間的位置が計算される評価装置(18)が設けられていることを特徴とする装置により解決される。(図1参照)

0009

探触枠は、少なくとも3個、又は、それ以上の相互に連続している、自在継手によって連結された腕から成り立っているので、6個、又は、それ以上の自由の使用に供される角度パラメータによって、複雑な表面の探触が、充分な柔軟性を有して可能であり、しかも、個々の腕の長さの調節の可能性無しに可能であり、これにより、後側の上の隠された測定点も、また、苦労無しに、分解無しに、あるいは、機械の再組み立て無しに達成されることが出来る。多くの場合に、そのために3個の腕が充分であるが、しかしながら、複雑な場合においては、4個、又は、それ以上の、へびのような運動の可能性を許す腕も、また、設けられることが出来る。

0010

本発明の一つの有利な形態においては、最外部のリンクの探触先端部は、それが表面の垂線の方向において、探触されるべき表面の上に載置するように形成される。この場合、この表面の垂線の方向は、同様に、リンクの角度位置から確かめられ、従って、計算の中に入れられることが出来る。

0011

以下、本発明を、図示された本発明の実施のための装置の実施例を示す添付図面に基づいて、詳細に説明をする。図1に示された装置は、固定点、特に、機械の基礎1に取り付けられたリンク仕掛け、又は、枠から成り立っているが、この枠は、多くの腕2,3,4,5及び6から成り立っており、これらの腕は、自在継手7,8,9及び10によって相互に、それらが、枠の中において、2個の相互に垂直な回転軸A,Bの回りに旋回自在、又は、回転自在であるようにしながら、相互に自由に動くことが出来るように連結されている。その場合、個々の腕2,3,4,… は、不変な、あらかじめ与えられた長さを有している。

0012

内方の腕2は、基礎1、例えば、機械の基礎、又は、羽根車に同様に、すべての方向に動くことが出来る自在継手11に取り付けられている。外方の腕6は、探触子として形成されており、その探触先端部20は、その輪郭が決定されるべきである、探触されるべき表面12の上に、測定点において順順に載置される。

0013

2個の隣接する腕の間の継手の一つの例が、図2に示されている。この継手は、自在継手の形状に実施されており、この自在継手は、腕2及び3の相互に無関係の回転軸A及びBの回りの旋回可能性を許している。両方の腕2及び3の相互に両方の旋回方向におけるそれぞれの位置が、角度位置発信器13及び14によって確定可能となっている。これらの角度位置発信器は、月並みな、当業者には公知の種類に実施されることが出来、そして、導線15及び16を介して、その都度、角度位置信号を腕2の中を伝達する。自在継手7,8,…11の個々の角度位置信号は、固定点1から導線17を介して評価ユニット18に導き、このユニット18は、自在継手7,8,…11の角度位置信号並びに腕2,3,…6のあらかじめ与えられた長さから。探触先端部20の位置を計算する。そのために必要な簡単な幾何学的な計算算法は、当業者には公知である。このようにして個々に決定される表面12の上の探触された測定点の座標は、評価ユニット18の中に蓄積され、探触された表面12の輪郭に関する全体の情報のために、組み合わされる。

0014

特に、この処理された測定値から、この全体の輪郭が、例えば、水車の理想的な羽根形状の三次元表面モデルの形状のある与えられた目標輪郭から反れているか否か、及び再加工が必要であるか否かが確認される。この場合、探触ロッドのへびのような運動可能性のために、覆われた表面部分及び内表面も、また、好都合に近付き可能である。探触装置は、ほとんど、すべての考えられる表面が、水車を基礎から取り外され、分解されなければならないこと無しに到達され、探触されることが出来るように、たわみ可能に形成されている。

0015

探触の際に得られることができる情報は、外方の探触ロッド6の測定先端部が、常に、それが垂直方向Nにおいて探触されるべり表面12の上に載るように形成されることによって、一層拡大されることが出来る。

0016

探触先端部20が表面12の上に載るや否や、表面12の探触は、好適には、手動で行われ、この場合、各探触の際の角度位置が、位置信号の手動による発信によって、評価ユニット18の中に蓄積される。このような、多数の任意に選択可能である測定点における手動による探触は、何らの駆動要素及び制御要素をも必要とすることが無く、従って、装置が特別に軽く、簡単に実施されることが出来、変形による測定誤差が回避されるようにすると言う利点を与える。

0017

しかしながら、自動的な発信も、また、可能であり、この場合、探触先端部20ないしは自在継手10は、追加して、接近スイッチ又は押しボタンスイッチ19を有しており、このスイッチ19は、探触先端部20が探触されるべき表面12の上に載るや否や、角度位置値の蓄積を行う。

0018

自在継手7,8,…11は、真の万能継手としての代わりに、また、他の形状に形成されることも出来、例えば、すべての方向において旋回可能性を有している球継手として形成されることも出来、従って、2個の、任意の相互に垂直な回転軸の場合にも、また、この場合、角度位置測定器が、角度位置値を、その都度、2個の相互に垂直な方向において把握するようにする。

0019

探触ロッドは、例えば、モータなどのような障害となる重量を何ら有しておらず、それ故、より大きな長さの際にも、また、実際上、何ら測定結果に妨害を与える変形を有すること無く、また、単に、正確に測定可能である角度位置だけが処理されるので、得られた座標値は、非常に正確である。任意に多くの表面の点が、後側及び内側をも含めて、表面の任意の部分の上において探触され、その測定値が、単に、ただ一つの測定過程において処理されることが出来るので、装置の柔軟性及び利用可能性並びに測定精度は、著しく改善される。

0020

本発明装置は、他の手段が断念され、又は、大きな困難と結び付けられている場合にも有利に使用される。例えば、水車の羽根の表面輪郭の決定のために、同時に、すべての側の上を、しかも、水力発電所の機械の組立てられた状態において測定するために、有利にに使用される。

発明の効果

0021

本発明は、上記のような構成及び作用を有しているので、従来技術のものにおける前記のような欠点を除去し、改善された精度を有して流体機械の羽根の表面輪郭の決定のための方法及び装置を提供することが出来るものであり、特に、本発明装置は、複雑に湾曲された、ねじれた表面に対しても適しており、同時に、羽根の外形の前側及び後側の輪郭の決定を許し、しかも、組立てられた状態において、機械を分解する必要無しに許すと言う優れた効果を発揮するものである。

図面の簡単な説明

0022

図1本発明による表面輪郭の決定のための装置の1実施艇を示す略斜視図である。
図22個の探触腕の間の自在継手を示す部分断面図である。

--

0023

固定基礎
2〜6 腕
7〜11自在継手
12 探触表面
13,14角度測定値発信器
18評価ユニット
19 スイッチ
20 探触先端部

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