JP3932270B2 - 曲がり角度および方位角度検出装置ならびに軸状物の曲がり角度および方位角度検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸状物の曲がり角度および方位角度を検出するための技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、地中等の視認不可能な場所に、軸状物を挿入等した場合、その一部または全部がどの程度曲がっているのか、およびその曲がっている方向がどうなっているのかを知ることができると非常に便利である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主たる課題は、軸状物の曲がり角度および方位角を検出するのに好適な検出装置および方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明の検出装置は、円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のZ軸とし、Z軸上の所定間隔の2点をそれぞれa位置およびb位置としたとき、
a位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のX軸歪ゲージおよび第2のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
a位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のY軸歪ゲージおよび第2のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のX軸歪ゲージおよび第4のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のY軸歪ゲージおよび第4のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
第1〜第4のX軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のX軸方向歪を計測し、
第1〜第4のY軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のY軸方向歪を計測し、
これらX軸方向歪およびY軸方向歪に基づき、a位置およびb位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がZ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ計測するように構成した、
ことを特徴とするものである。
【0005】
一方、本発明の検出方法は、円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のZ軸とし、Z軸上の所定間隔の2点をそれぞれa位置およびb位置としたとき、
a位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のX軸歪ゲージおよび第2のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
a位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のY軸歪ゲージおよび第2のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のX軸歪ゲージおよび第4のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のY軸歪ゲージおよび第4のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付けてなる検出体を用意し、
この検出体を測定対象の軸部材に同軸的に一体化し、
第1〜第4のX軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のX軸方向歪を計測し、
第1〜第4のY軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のY軸方向歪を計測し、
これらX軸方向歪およびY軸方向歪に基づき、a位置およびb位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がZ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ求める、ことを特徴とするものである。
【0006】
かくして、非常に簡素・安価な構成で、軸状物の曲がり角度および方位角を検出することができるようになる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳説する。
図1および図2は、本発明の検出装置例における検出体1の概要を示している。図中符号2は円柱状軸部材(内部が中実のもののみならず、管のような中空のものも含まれる)を示しており、この軸部材2の所定位置に歪ゲージ(抵抗体)11〜14、21〜24が取り付けられる。符号X,Y,Zは、互いに直交する三次元座標軸を示している。
【0008】
より詳細には、軸部材2の中心線をZ軸とし、Z軸上の所定間隔の2点をそれぞれa位置およびb位置としたとき、a位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のX軸歪ゲージ11および第2のX軸歪ゲージ12がそれぞれZ軸方向に沿って取り付けられ(すなわち歪ゲージの圧縮・引張り方向がZ軸方向と平行となるようにする。以下同じ。)、また、a位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のY軸歪ゲージ21および第2のY軸歪ゲージ22がそれぞれZ軸方向に沿って取り付けられる。
【0009】
一方、a位置に対して所定の間隔L(当然ではあるがL>0である)をもって設定されたb位置においては、b位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のX軸歪ゲージ13および第4のX軸歪ゲージ14がそれぞれZ軸方向に沿って取り付けられ、また、b位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のY軸歪ゲージ23および第4のY軸歪ゲージ24をそれぞれZ軸方向に沿って取り付ける。かくして、測定対象に取り付けられる検出体1が構成される。
【0010】
他方、図3にはX軸方向の歪を検出するための計測回路例30を、及び図4にはY軸方向の歪を検出するための計測回路例40をそれぞれ示した。これらの計測回路例30,40は、ホイートストンブリッジを利用する周知の形態のものである。すなわち、X軸歪ゲージおよびY軸歪ゲージのそれぞれにおいて、第1〜第4の歪ゲージ11〜14(21〜24)を直列環状に接続するとともに、第1および第2の歪ゲージ11,12(21,22)間と、第3および第4の歪ゲージ13,14(23,24)間に直流電圧を印加し、第1および第4の歪ゲージ11,14(21,24)間と、第2および第3の歪ゲージ12,13(22,23)間とから、a位置およびb位置間におけるX軸方向歪εXまたはY軸方向歪εYと対応する出力を得るというものである。
【0011】
測定に際しては、検出体1を測定対象に一体化する。測定対象が管体を連結するようなユニット組立式のものである場合には、ユニット相互間に検出体1を連結介在させることができる。また、測定対象が管体である場合には、管体内に(必要に応じてスペーサを用いて管体内に同軸的に)配置固定することができる。一方、計測回路30,40は、検出体1とともに測定対象に取り付けることもできるが、測定対象から離れた位置に設置することもできる。
【0012】
計測回路30,40からの出力信号は、例えばコンピュータ等に入力され、下記式に従って曲がり角度θおよび方位角度φが算出される。
θ = (εX2+εY2)1/2 ・・・(1)
φ = tan-1(εY/εX) ・・・(2)
εX:a位置およびb位置間におけるX軸方向歪
εY:a位置およびb位置間におけるY軸方向歪
【0013】
かくして、X軸方向歪εXおよびY軸方向歪εYに基づき、a位置およびb位置間における軸部材2がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度θ(すなわち、軸部材2が曲がっていない状態として定められる基準状態に対する角度)、およびその曲がっている方向がZ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角φをそれぞれ求めることができる。なお、図2中に曲がっている方向および軸部材の一部を仮想的に二点鎖線で示している。
【0014】
そして、以上の説明からも明らかなように、本発明に係る検出装置は、非常に簡素・安価な構成であるにもかかわらず、測定対象の曲がり角度θおよび方位角φを検出するという非常に高度な計測が可能となるものである。また、本発明において測定対象に取り付けられる検出体1は、細長形状を有しているので、例えば、地中等の視認不可能な場所に、掘削軸や管体を挿入等する場合に、その内部に又はその一部として容易に取り付けることができるという利点もある。
【0015】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、非常に簡素・安価な構成で、測定対象の曲がり角度および方位角を検出するという高度な計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る検出体を示すXZ平面図である。
【図2】本発明に係る検出体を示すXY平面図である。
【図3】X軸方向歪の計測回路例を示す回路図である。
【図4】Y軸方向歪の計測回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
1…検出体、2…軸部材、11〜14…X軸歪ゲージ、21〜24…Y軸歪ゲージ。
Claims (2)
- 円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のZ軸とし、Z軸上の所定間隔の2点をそれぞれa位置およびb位置としたとき、
a位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のX軸歪ゲージおよび第2のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
a位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のY軸歪ゲージおよび第2のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のX軸歪ゲージおよび第4のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のY軸歪ゲージおよび第4のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
第1〜第4のX軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のX軸方向歪を計測し、
第1〜第4のY軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のY軸方向歪を計測し、
これらX軸方向歪およびY軸方向歪に基づき、a位置およびb位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がZ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ計測するように構成した、
ことを特徴とする、曲がり角度および方位角度検出装置。 - 円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸のZ軸とし、Z軸上の所定間隔の2点をそれぞれa位置およびb位置としたとき、
a位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のX軸歪ゲージおよび第2のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
a位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第1のY軸歪ゲージおよび第2のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つX軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のX軸歪ゲージおよび第4のX軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付け、
b位置を通り且つY軸と平行をなす線が通る外周面上の2箇所の位置に、第3のY軸歪ゲージおよび第4のY軸歪ゲージをそれぞれZ軸方向に沿って取り付けてなる検出体を用意し、
この検出体を測定対象の軸部材に同軸的に一体化し、
第1〜第4のX軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のX軸方向歪を計測し、
第1〜第4のY軸歪ゲージにより、a位置およびb位置間における軸部材のY軸方向歪を計測し、
これらX軸方向歪およびY軸方向歪に基づき、a位置およびb位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がZ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ求める、
ことを特徴とする、軸状物の曲がり角度および方位角度検出方法。
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JP2002185666A JP3932270B2 (ja) | 2002-06-26 | 2002-06-26 | 曲がり角度および方位角度検出装置ならびに軸状物の曲がり角度および方位角度検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004028801A JP2004028801A (ja) | 2004-01-29 |
JP2004028801A5 JP2004028801A5 (ja) | 2005-09-15 |
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- 2002-06-26 JP JP2002185666A patent/JP3932270B2/ja not_active Expired - Lifetime
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