JP4658175B2 - Load measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、構造物に加わる負荷を計測する装置に関するものであり、さらに詳しくは、簡便に計測し且つ解析し、あらゆる構造物の設計、運転、過負荷保護、保守点検に寄与する特性を有する負荷計測装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for measuring a load applied to a structure. More specifically, the present invention has a characteristic that contributes to design, operation, overload protection, and maintenance inspection of any structure by simply measuring and analyzing the structure. The present invention relates to a load measuring device.

従来、負荷計測装置は、その負荷の種類に応じて圧縮負荷計測装置、引張負荷計測装置、捩れ負荷（トルク）計測装置などがあり、必要に応じて構造物に組み込まれて用いられている。これらの負荷計測装置は、構造物の変形量をセンサによって検出することによって負荷を計測することができる。このセンサの代表的なものとしては、ひずみゲージ式と圧電式とがある。ひずみゲージ式は、構造物の計測部分にひずみゲージを貼り付けて、その部分のひずみを測定することにより構造物に加わる負荷を求める方法である（例えば、特許文献１参照）。一方、圧電式は、水晶、ロッシェル、チタン酸バリウムなどの物質に周りから応力を作用させると、ある定まった方向に誘導分極を起こす圧電効果と呼ばれる現象を利用した方法であって、圧電素子を構造物の一部に組み込んで構造物の変形によって生じる圧電効果による電圧を測定することにより構造物に加わる負荷を求めるものである（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−２９２７６号公報（第１３段落） 特開平８−１０１９４１号公報（第１２段落） Conventionally, load measuring devices include a compression load measuring device, a tensile load measuring device, a torsional load (torque) measuring device, and the like depending on the type of the load, and are used by being incorporated in a structure as necessary. These load measuring devices can measure the load by detecting the deformation amount of the structure with a sensor. Typical sensors include a strain gauge type and a piezoelectric type. The strain gauge method is a method of obtaining a load applied to a structure by attaching a strain gauge to a measurement part of the structure and measuring the strain of the part (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, the piezoelectric method uses a phenomenon called a piezoelectric effect that induces inductive polarization in a certain direction when stress is applied to a substance such as quartz, Rochelle, or barium titanate from the surroundings. A load applied to the structure is obtained by measuring a voltage due to a piezoelectric effect generated by deformation of the structure by being incorporated in a part of the structure (see, for example, Patent Document 2).
JP-A-8-29276 (13th paragraph) JP-A-8-101941 (12th paragraph)

前述したような従来の負荷計測装置においては、負荷計測装置の構成要素であるセンサ自身の負荷による変化を検出するため、センサを負荷が加わる経路中に組み込む必要がある。そのため負荷計測装置が組み込まれていない構造物において、構造物の使用中に負荷の計測が余儀なく必要とされた場合、構造物を改造して組み込まなくてはならないが、負荷計測装置の外形寸法や長さは負荷の大きさによって異なり、構造物の寸法上負荷計測装置を組み込むことが難しいという課題がある。   In the conventional load measuring apparatus as described above, in order to detect a change caused by the load of the sensor itself that is a component of the load measuring apparatus, it is necessary to incorporate the sensor into a path to which the load is applied. Therefore, in a structure that does not incorporate a load measuring device, if it is necessary to measure the load during use of the structure, the structure must be modified and incorporated. The length varies depending on the size of the load, and there is a problem that it is difficult to incorporate a load measuring device due to the size of the structure.

また、ひずみゲージ式によって構造物の変形を測定して負荷を求める場合、外部ノイズの影響によって計測値が狂いやすく、高精度で構造物の変形を測定することができないという課題がある。一方、圧電式は剛性に優れて線形性もよく、ヒステリシスも少なく感度、応答性に優れているが、電流のリークがあり、測定が長時間にわたる場合には電圧降下による損失が無視できないという課題がある。   Further, when the load is obtained by measuring the deformation of the structure using a strain gauge method, there is a problem that the measurement value is likely to be distorted due to the influence of external noise, and the deformation of the structure cannot be measured with high accuracy. On the other hand, the piezoelectric type has excellent rigidity, good linearity, low hysteresis, and excellent sensitivity and responsiveness. However, there is a current leakage, and the loss due to voltage drop cannot be ignored if the measurement takes a long time. There is.

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、既存の構造物に構造の変更なしに後付で組み込みが簡単にでき、外部ノイズの影響を受けにくく、電圧降下による損失が発生しない負荷計測装置を提供することである。   Therefore, the technical problem to be solved by the present invention, that is, the object of the present invention, can be easily retrofitted into an existing structure without changing the structure, is not easily affected by external noise, and has a voltage drop. It is providing the load measuring device which does not generate | occur | produce the loss by.

まず、本請求項１に係る発明は、構造物に固定された少なくとも１つのメディアと該メディアに記録された情報を読み取る少なくとも１つのレーザピックアップと該レーザピックアップの出力を記憶演算する演算回路とを有する負荷計測装置において、前記メディアがレーザピックアップで読み取り可能な凹凸形状のピットを定間隔で配列することからなる位置データを記録し、前記レーザピックアップが前記位置データの初期値と計測時における現在値とを読み取り、前記演算回路が前記現在値と初期値との差に所定の定数を乗ずることにより構造物の負荷を求めることにより、前記課題を解決したものである。   First, the invention according to claim 1 includes at least one medium fixed to a structure, at least one laser pickup for reading information recorded on the medium, and an arithmetic circuit for storing and calculating the output of the laser pickup. In the load measuring apparatus, the medium records position data consisting of arranging concavo-convex pits that can be read by a laser pickup at regular intervals, and the laser pickup records an initial value of the position data and a current value at the time of measurement. And the arithmetic circuit obtains the load of the structure by multiplying the difference between the current value and the initial value by a predetermined constant, thereby solving the above problem.

そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る負荷計測装置において、前記位置データが構造物の絶対位置情報であることにより、前記課題をさらに解決したものである。   The invention according to claim 2 further solves the problem in the load measuring device according to claim 1, wherein the position data is absolute position information of a structure.

また、本請求項３に係る発明は、請求項１に係る負荷計測装置において、前記ピットが構造物の変位方向に位相を９０°ずらして２列に配列されていることにより、前記課題をさらに解決したものである。   The invention according to claim 3 is the load measuring device according to claim 1, wherein the pits are arranged in two rows with a phase shifted by 90 ° in the displacement direction of the structure. It has been solved.

また、本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに係る負荷計測装置において、前記レーザピックアップが構造物上のメディアから所定の距離離れた位置に端部が固設された支持部材に前記メディアに対向するように固定されていることにより、前記課題をさらに解決したものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the load measuring apparatus according to any one of the first to third aspects, the end of the laser pickup is fixed at a predetermined distance from the medium on the structure. This problem is further solved by being fixed to the support member so as to face the medium.

また、本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに係る負荷計測装置において、前記レーザピックアップが構造物から独立した支持部材に固定されていることにより、前記課題をさらに解決したものである。   Further, the invention according to claim 5 is the load measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser pickup is fixed to a support member independent of the structure. It is a further solution.

本発明の負荷計測装置によれば、構造物に固定された少なくとも１つのメディアとメディアに記録された情報を読み取る少なくとも１つのレーザピックアップとレーザピックアップの出力を記憶演算する演算回路とを有していることによって、既存の構造物に簡単に取り付けられ、利便性に富み、高精度にあらゆる構造物の負荷を計測することを実現できる。加えて、以下のような特有の効果に対応した格別の効果を奏することができる。   According to the load measuring apparatus of the present invention, the load measuring apparatus has at least one medium fixed to the structure, at least one laser pickup for reading information recorded on the medium, and an arithmetic circuit for storing and calculating the output of the laser pickup. Therefore, it can be easily attached to an existing structure, is convenient, and can measure the load of any structure with high accuracy. In addition, special effects corresponding to the following unique effects can be achieved.

すなわち、本請求項１に係る負荷計測装置は、メディアがレーザピックアップで読み取り可能な凹凸形状のピットを定間隔で配列することからなる位置データを記録し、レーザピックアップが位置データの初期値と計測時における現在値とを読み取り、演算回路がレーザピックアップが読み取った位置データの現在値と初期値との差に所定の定数を乗ずることにより、構造物が負荷を受けてその大きさに比例して伸び、縮み、捩れが発生した際に、構造物に固定したメディアに記録されたデータの位置が変化するため、その変化をレーザピックアップで読み取ることにより、既存の構造物に構造の変更なしに後付で組み込みが簡単にでき、外部ノイズの影響を受けにくく、電圧降下による損失が発生しない構造物の負荷の計測が実現できる。   In other words, the load measuring apparatus according to the first aspect records position data formed by arranging concave and convex pits that can be read by the laser pickup at regular intervals, and the laser pickup measures the initial value of the position data. The current value at the time is read and the arithmetic circuit multiplies the difference between the current value of the position data read by the laser pickup and the initial value by a predetermined constant, so that the structure receives the load and is proportional to the size. When stretching, shrinking, or twisting occurs, the position of the data recorded on the medium fixed to the structure changes. By reading the change with a laser pickup, the existing structure can be changed without changing the structure. This makes it easy to install, and is less susceptible to external noise, and can measure the load on structures that do not cause loss due to voltage drop.

そして、本請求項２に係る負荷計測装置は、請求項１に係る負荷計測装置において、位置データが構造物の絶対位置情報であることにより、構造物の変化量及び変化の方向を絶対位置の変化として認識することができるので、メディアの数が１つであってもメディアに記録された絶対位置情報と構造物の基準点との変位を求めることによって負荷の大きさ及び方向の計測が実現できる。   The load measuring device according to claim 2 is the load measuring device according to claim 1, wherein the position data is the absolute position information of the structure, so that the amount of change and the direction of the change of the structure Since it can be recognized as a change, even if the number of media is one, measurement of the magnitude and direction of the load is realized by obtaining the displacement between the absolute position information recorded on the media and the reference point of the structure it can.

また、本請求項３に係る負荷計測装置は、請求項１に係る負荷計測装置において、ピットが構造物の変位方向に位相を９０°ずらして２列に配列されていることにより、位置データが絶対位置情報でない場合であっても、負荷の変化の方向が逆向きになると２列に配列されたピットの相対的な変化の仕方も逆になるため、すなわち、正方向の変位が生じた際に１列目のピットが０であり次に２列目のピットが０である場合、負方向の変位が生じた際には１列目のピットが０であるとすると次に２列目のピットが１となるため、負荷の大きさだけでなく負荷の方向の計測が実現できる。   The load measuring device according to claim 3 is the load measuring device according to claim 1, wherein the pits are arranged in two rows with a phase shifted by 90 ° in the displacement direction of the structure. Even if it is not absolute position information, if the direction of load change is reversed, the relative change of pits arranged in two rows will also be reversed, that is, when a positive displacement occurs. If the pit in the first row is 0 and the pit in the second row is 0, then if the pit in the first row is 0 when a negative displacement occurs, then the second row Since the pit is 1, not only the magnitude of the load but also the direction of the load can be measured.

また、本請求項４に係る負荷計測装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに係る負荷計測装置において、レーザピックアップが構造物上のメディアから所定の距離離れた位置に端部が固設された支持部材にメディアに対向するように固定されていることにより、構造物の基準点とメディアとの間の位置の変化を計測できるので、メディアの数が１つであっても負荷の計測が可能であるとともに、構造物に後付で簡単に負荷計測装置を装着することができる。   The load measuring device according to claim 4 is the load measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the end of the laser pickup is fixed at a position away from the medium on the structure by a predetermined distance. Since the support member is fixed so as to face the medium, the change in position between the reference point of the structure and the medium can be measured, so even if the number of media is one, the load can be reduced. In addition to being able to measure, it is possible to easily attach the load measuring device to the structure later.

また、本請求項５に係る負荷計測装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに係る負荷計測装置において、レーザピックアップが構造物から独立した支持部材に固定されていることにより、構造物が回転軸のようなものである場合であってもレーザピックアップを構造物とは独立して固定できるので、レーザピックアップの出力信号の伝送を有線で行うことができ、装置構成の簡略化が図られると共にノイズに強い計測が実現できる。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a load measuring apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the laser pickup is fixed to a support member independent of the structure. Since the laser pickup can be fixed independently of the structure even when the shaft is like a rotating shaft, the output signal of the laser pickup can be transmitted by wire, which simplifies the device configuration. In addition, measurement that is resistant to noise can be realized.

本発明の負荷計測装置は、構造物に固定された少なくとも１つのメディアとメディアに記録された情報を読み取る少なくとも１つのレーザピックアップとレーザピックアップの出力を記憶演算する演算回路とを有し、メディアがレーザピックアップで読み取り可能な凹凸形状のピットを定間隔で配列することからなる位置データを記録し、レーザピックアップが位置データの初期値と計測時における現在値とを読み取り、演算回路が現在値と初期値との差に所定の定数を乗ずることにより構造物の負荷を求めることにより、既存の構造物に構造の変更なしに後付で組み込みが簡単にでき、外部ノイズの影響を受けにくく、電圧降下による損失が発生しないものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。   A load measuring device according to the present invention includes at least one medium fixed to a structure, at least one laser pickup that reads information recorded on the medium, and an arithmetic circuit that stores and calculates an output of the laser pickup. The position data consists of arranging pits and depressions that can be read by the laser pickup at regular intervals, the laser pickup reads the initial value of the position data and the current value at the time of measurement, and the arithmetic circuit sets the current value and the initial value. By multiplying the difference from the value by a predetermined constant, the load of the structure can be obtained, so that it can be easily retrofitted into the existing structure without changing the structure, is less susceptible to external noise, and has a voltage drop. As long as there is no loss due to the above, any specific embodiment may be used.

例えば、本発明の負荷計測装置が負荷の計測を行う構造物は、建屋の支柱や梁などの静止体であっても、工作機械の主軸や車両の車軸のような回転体であっても構わない。   For example, the load measurement device according to the present invention may measure a load such as a stationary body such as a pillar or beam of a building, or a rotating body such as a spindle of a machine tool or an axle of a vehicle. Absent.

また、本発明の負荷計測装置のメディアの構造物への固定方法は、接着剤による接着であっても、バンドによる締結であっても構わない。   In addition, the method of fixing the load measuring device of the present invention to the structure of the medium may be adhesion by an adhesive or fastening by a band.

さらに、本発明の負荷計測装置のメディア数は、１つであっても２つ以上であっても構わない。   Furthermore, the number of media in the load measuring apparatus of the present invention may be one or two or more.

本発明の一実施態様である実施例１について、図１に基づいて説明する。ここで、図１は、実施例１の負荷計測装置１００を構造物Ｃ（回転軸）に装着し、構造物Ｃに掛かる捩れ量を計測する概要を示す斜視図である。   Example 1 which is one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a perspective view showing an outline of measuring the amount of twist applied to the structure C by mounting the load measuring device 100 of the first embodiment on the structure C (rotating shaft).

まず、負荷計測装置１００の構造について説明する。構造物Ｃの表面に、１つのメディア１１０が接着剤で接着される。このメディア１１０には、レーザピックアップ１３０で読み取り可能な凹凸状のピット１２０が定間隔で構造物Ｃの軸方向に配列されている。本実施例においては、８個のピットによって、一つの位置データを構成している。これらの位置データは、構造物Ｃの円周方向の絶対位置情報を表している。すなわち、構造物Ｃの円周方向に３６０個の位置データを配列した場合、１つの位置データが中心角１度の変位を表していることになる。なお、図１においては、ピット１２０の凹凸を０と１で表現している。   First, the structure of the load measuring apparatus 100 will be described. One medium 110 is adhered to the surface of the structure C with an adhesive. On this medium 110, uneven pits 120 that can be read by the laser pickup 130 are arranged in the axial direction of the structure C at regular intervals. In the present embodiment, one position data is constituted by eight pits. These position data represent absolute position information of the structure C in the circumferential direction. That is, when 360 pieces of position data are arranged in the circumferential direction of the structure C, one piece of position data represents a displacement with a central angle of 1 degree. In FIG. 1, the unevenness of the pit 120 is represented by 0 and 1.

また、構造物Ｃ上のメディア１１０から所定の距離離れた位置に端部が固設された支持部材１４０にメディア１１０に対向するようにレーザピックアップ１３０が固定されている。支持部材１４０は、その端部と固定部材１５０によって構造物Ｃを挟持してボルト１６０によって構造物Ｃに締結されている。メディアの構造、ピットの形成方法、ピットの読み取り方法は、ＣＤやＤＶＤなどに用いられている公知の技術を用いることができる。   Further, the laser pickup 130 is fixed to a support member 140 having an end fixed at a position away from the medium 110 on the structure C so as to face the medium 110. The support member 140 is clamped to the structure C by a bolt 160 with the structure C sandwiched between the end portion and the fixing member 150. As the structure of the media, the pit formation method, and the pit reading method, known techniques used for CDs and DVDs can be used.

次に、負荷計測装置１００を用いて構造物Ｃに掛かる捩れ量を計測する手順について説明する。まず、計測対象となる構造物Ｃの大きさ、硬度や支持部材１４０の固定位置とメディア１１０との距離などからなるパラメータを操作端末から入力する。次に計測開始信号をトリガーとしてレーザピックアップ１３０でメディア１１０のピット１２０の配列からなる位置データを読み取り、これを初期値として記憶する。そして、構造物Ｃへ負荷が加わった後、再度、レーザピックアップ１３０でメディア１１０の位置データの現在値を読み取る。この時、負荷により、構造物Ｃは捩れて支持部材１４０の固定位置に対してレーザピックアップ１３０の読み取り位置に変位が生じている。この変位量を位置データの現在値と記憶されている初期値との差から求める。そして、この変位量に操作端末から入力されたパラメータにより決まる変換定数Ｋを乗ずることにより負荷量が算出される。算出された負荷量は操作端末のディスプレイに表示される。さらに、必要に応じて、所定のアプリケーションソフトウェアにより所望の解析、演算が施され多目的な資料として出力される。   Next, a procedure for measuring the amount of twist applied to the structure C using the load measuring device 100 will be described. First, parameters including the size and hardness of the structure C to be measured and the distance between the fixed position of the support member 140 and the medium 110 are input from the operation terminal. Next, using the measurement start signal as a trigger, the laser pickup 130 reads position data consisting of the arrangement of the pits 120 of the medium 110, and stores this as an initial value. Then, after a load is applied to the structure C, the current value of the position data of the medium 110 is read again by the laser pickup 130. At this time, the structure C is twisted by the load, and the reading position of the laser pickup 130 is displaced with respect to the fixing position of the support member 140. The amount of displacement is obtained from the difference between the current position data value and the stored initial value. Then, the load amount is calculated by multiplying the displacement amount by a conversion constant K determined by a parameter input from the operation terminal. The calculated load amount is displayed on the display of the operation terminal. Furthermore, if necessary, desired analysis and calculation are performed by predetermined application software and output as multipurpose data.

次に、本発明の別の実施態様である実施例２について、図２に基づいて説明する。ここで、図２は、実施例２の負荷計測装置２００を用いて構造物Ｃ（回転軸）に掛かる捩れ量を計測する概要を示す斜視図である。   Next, Example 2, which is another embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a perspective view showing an outline of measuring the torsion amount applied to the structure C (rotating shaft) using the load measuring apparatus 200 of the second embodiment.

まず、負荷計測装置２００の構造について説明する。構造物Ｃに、レーザピックアップ２３０で読み取り可能な凹凸状のピット２２０が定間隔で構造物Ｃの軸方向に配列された位置データ列が所定の距離を隔てて２個所に設けられたメディア２１０が構造物Ｃの表面に接着される。本実施例においては、８個のピットによって、一つの位置データを構成している。これらの位置データは、構造物Ｃの円周方向の絶対位置情報を表している。すなわち、構造物Ｃの円周方向に３６０個の位置データを配列した場合、１つの位置データが中心角１度の変位を表していることになる。   First, the structure of the load measuring device 200 will be described. A medium 210 in which position data strings in which concavo-convex pits 220 readable by the laser pickup 230 are arranged in the axial direction of the structure C at a predetermined interval are provided on the structure C at a predetermined distance. Bonded to the surface of the structure C. In the present embodiment, one position data is constituted by eight pits. These position data represent absolute position information of the structure C in the circumferential direction. That is, when 360 pieces of position data are arranged in the circumferential direction of the structure C, one piece of position data represents a displacement with a central angle of 1 degree.

また、構造物Ｃとは独立した支持部材２４０にメディア２１０の２個所の位置データ列Ａ、Ｂにそれぞれ対向するように２つのレーザピックアップ２３０が固定されている。   Further, two laser pickups 230 are fixed to a support member 240 independent of the structure C so as to face the two position data strings A and B of the medium 210, respectively.

次に、負荷計測装置２００を用いて構造物Ｃに掛かる捩れ量を計測する手順について説明する。まず、計測対象となる構造物Ｃの大きさ、硬度やメディア２１０上の２個所の位置データ列Ａ、Ｂ間の距離などからなるパラメータを操作端末から入力する。次に計測開始信号をトリガーとして２つのレーザピックアップ２３０でメディア２１０の２個所の位置データ列Ａ、Ｂの位置データをそれぞれ読み取り、これを初期値Ａ及び初期値Ｂとして記憶する。そして、構造物Ｃへ負荷が加わった後、再度、２つのレーザピックアップ２３０でメディア２１０の２個所の位置データ列Ａ、Ｂの位置データのそれぞれの現在値Ａ及び現在値Ｂを読み取る。この時、負荷により、構造物Ｃは捩れて２つの位置データ列Ａ、Ｂの位置データにはそれぞれ変位が生じている。そこで、位置データ列Ａの変位量Ａを位置データの現在値Ａと記憶されている初期値Ａとの差から求める。また、位置データ列Ｂの変位量Ｂを位置データの現在値Ｂと記憶されている初期値Ｂとの差から求める。そして、変位量Ａと変位量Ｂの差に操作端末から入力されたパラメータにより決まる変換定数Ｋを乗ずることにより負荷量が算出される。算出された負荷量は操作端末のディスプレイに表示される。さらに、必要に応じて、所定のアプリケーションソフトウェアにより所望の解析、演算が施され多目的な資料として出力される。   Next, a procedure for measuring the amount of twist applied to the structure C using the load measuring device 200 will be described. First, parameters including the size and hardness of the structure C to be measured and the distance between the two position data strings A and B on the medium 210 are input from the operation terminal. Next, using the measurement start signal as a trigger, the two laser pickups 230 read the position data of the two position data strings A and B of the medium 210, and store them as the initial value A and the initial value B, respectively. Then, after a load is applied to the structure C, the current values A and B of the position data in the two position data strings A and B of the medium 210 are read again by the two laser pickups 230. At this time, the structure C is twisted by the load, and the position data of the two position data strings A and B are displaced. Therefore, the displacement amount A of the position data string A is obtained from the difference between the current value A of the position data and the stored initial value A. Further, the displacement amount B of the position data string B is obtained from the difference between the current value B of the position data and the stored initial value B. Then, the load amount is calculated by multiplying the difference between the displacement amount A and the displacement amount B by the conversion constant K determined by the parameter input from the operation terminal. The calculated load amount is displayed on the display of the operation terminal. Furthermore, if necessary, desired analysis and calculation are performed by predetermined application software and output as multipurpose data.

次に、本発明のさらに別の実施態様である実施例３について、図３に基づいて説明する。ここで、図３は、実施例３の負荷計測装置３００を用いて構造物Ｃ（回転軸）に掛かる圧縮負荷量及び引張負荷量を計測する概要を示す斜視図である。   Next, Example 3, which is still another embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 is a perspective view showing an outline of measuring the compressive load amount and the tensile load amount applied to the structure C (rotary shaft) using the load measuring device 300 of the third embodiment.

まず、負荷計測装置３００の構造について説明する。構造物Ｃの表面に、１つのメディア３１０が接着される。このメディア３１０には、レーザピックアップ３３０で読み取り可能な凹凸状のピット３２０が定間隔で構造物Ｃの円周方向に配列されている。本実施例においては、８個のピットによって、一つの位置データを構成している。これらの位置データは、構造物Ｃの軸方向の絶対位置情報を表している。すなわち、構造物Ｃの軸方向に１ｍｍ間隔で位置データを配列した場合、１つの位置データが軸方向の１ｍｍの変位を表していることになる。なお、図３においては、ピット３２０の凹凸を０と１で表現している。   First, the structure of the load measuring device 300 will be described. One medium 310 is bonded to the surface of the structure C. On the medium 310, uneven pits 320 that can be read by the laser pickup 330 are arranged in the circumferential direction of the structure C at regular intervals. In the present embodiment, one position data is constituted by eight pits. These position data represent the absolute position information of the structure C in the axial direction. That is, when position data is arranged at intervals of 1 mm in the axial direction of the structure C, one position data represents a displacement of 1 mm in the axial direction. In FIG. 3, the unevenness of the pit 320 is represented by 0 and 1.

また、構造物Ｃ上のメディア３１０から所定の距離離れた位置に端部が固設された支持部材３４０にメディア３１０に対向するようにレーザピックアップ３３０が固定されている。支持部材３４０は、その端部と固定部材３５０によって構造物Ｃを挟持してボルト３６０によって構造物Ｃに締結されている。   Further, the laser pickup 330 is fixed to a support member 340 whose end is fixed at a position away from the medium 310 on the structure C so as to face the medium 310. The support member 340 is clamped to the structure C by a bolt 360 with the structure C sandwiched between the end portion thereof and the fixing member 350.

次に、負荷計測装置３００を用いて構造物Ｃに掛かる圧縮負荷量及び引張負荷量を計測する手順について説明する。まず、計測対象となる構造物Ｃの大きさ、硬度や支持部材３４０の固定位置とメディア３１０との距離などからなるパラメータを操作端末から入力する。次に計測開始信号をトリガーとしてレーザピックアップ３３０でメディア３１０のピット３２０の配列からなる位置データを読み取り、これを初期値として記憶する。そして、構造物Ｃへ負荷が加わった後、再度、レーザピックアップ３３０でメディア３１０の位置データの現在値を読み取る。この時、負荷により、構造物Ｃは圧縮されて又は引っ張られて支持部材３４０の固定位置に対してレーザピックアップ３３０の読み取り位置に変位が生じている。この変位量を位置データの現在値と記憶されている初期値との差から求める。そして、この変位量に操作端末から入力されたパラメータにより決まる変換定数Ｋを乗ずることにより負荷量が算出される。算出された負荷量は操作端末のディスプレイに表示される。さらに、必要に応じて、所定のアプリケーションソフトウェアにより所望の解析、演算が施され多目的な資料として出力される。   Next, a procedure for measuring the compressive load amount and the tensile load amount applied to the structure C using the load measuring device 300 will be described. First, parameters including the size and hardness of the structure C to be measured and the distance between the fixed position of the support member 340 and the medium 310 are input from the operation terminal. Next, using the measurement start signal as a trigger, the laser pickup 330 reads position data consisting of the arrangement of the pits 320 of the medium 310, and stores this as an initial value. Then, after a load is applied to the structure C, the current value of the position data of the medium 310 is read again by the laser pickup 330. At this time, the structure C is compressed or pulled by the load, and the reading position of the laser pickup 330 is displaced with respect to the fixing position of the support member 340. The amount of displacement is obtained from the difference between the current position data value and the stored initial value. Then, the load amount is calculated by multiplying the displacement amount by a conversion constant K determined by a parameter input from the operation terminal. The calculated load amount is displayed on the display of the operation terminal. Furthermore, if necessary, desired analysis and calculation are performed by predetermined application software and output as multipurpose data.

次に、本発明のさらに別の実施態様である実施例４について、図４（ａ）及び図４（ｂ）に基づいて説明する。実施例４は、メディア４１０上のピット４２０の配列が実施例１乃至実施例３のものと相違しているのみで、負荷計測装置の基本的構成は変わらないのでメディア４１０についてのみ説明する。   Next, Example 4, which is still another embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). In the fourth embodiment, only the arrangement of the pits 420 on the medium 410 is different from that of the first to third embodiments, and the basic configuration of the load measuring device does not change, so only the medium 410 will be described.

まず、図４（ａ）に示したメディア４１０には、両端にレーザピックアップで読み取り可能な凹凸状のピット４２０が定間隔で配列されている。このメディア４１０を実施例２と同様に構造物（回転軸）の表面にピット４２０の列が円周方向となるように接着する。そして、２つのレーザピックアップでピット４２０の情報を読み取る。無負荷のとき２つのレーザピックアップは同じ情報を出力している。そして、負荷が加わると、構造物が捩れて２つのピット４２０の列の間に変位が生じる。その変位量から負荷量を算出することができる。この方法によれば、メディア４１０に記録する情報は、絶対位置情報である必要がなく１つのピット４２０を定間隔に配列するだけで良いためメディア４１０の製作コストを削減できるとともに情報の読み取りも簡単であるという利点があるが、変位量を２つのピット４２０の列の相対的なずれとして読み取っているため負荷の向きについては検出できないという欠点がある。   First, in the medium 410 shown in FIG. 4A, concave and convex pits 420 that can be read by a laser pickup are arranged at regular intervals on both ends. Similar to the second embodiment, the medium 410 is adhered to the surface of the structure (rotating shaft) so that the rows of pits 420 are in the circumferential direction. And the information of the pit 420 is read with two laser pickups. When there is no load, the two laser pickups output the same information. When a load is applied, the structure is twisted and a displacement occurs between the rows of the two pits 420. The load amount can be calculated from the displacement amount. According to this method, the information to be recorded on the medium 410 does not need to be absolute position information, and it is only necessary to arrange one pit 420 at regular intervals, so that the production cost of the medium 410 can be reduced and the information can be easily read. However, since the displacement amount is read as a relative displacement between the two pits 420, there is a drawback that the direction of the load cannot be detected.

一方、図４（ｂ）に示したメディア４１０には、両端にレーザピックアップで読み取り可能な凹凸状のピット４２０が位相を９０°ずらして２列に配列されている。このメディア４１０を実施例２と同様に構造物（回転軸）の表面にピット４２０の列が円周方向となるように接着する。そして、２つのレーザピックアップでピット４２０の情報を読み取る。無負荷のとき２つのレーザピックアップは同じ情報を出力している。そして、負荷が加わると、構造物が捩れて２つのピット４２０の列の間に変位が生じる。その変位量から負荷量を算出することができる。この方法によれば、負荷の変化の方向が逆向きになると２列に配列されたピット４２２、４２４の相対的な変化の仕方も逆になるため、すなわち、正方向の変位が生じた際にＡ列のピット４２２が０であり次にＢ列のピットが０である場合、負方向の変位が生じた際にはＡ列のピットが０であるとすると次にＢ列のピットが１となるため、負荷の大きさだけでなく負荷の方向の計測も可能になる。   On the other hand, in the medium 410 shown in FIG. 4B, uneven pits 420 that can be read by a laser pickup are arranged in two rows at both ends with a phase shifted by 90 °. Similar to the second embodiment, the medium 410 is adhered to the surface of the structure (rotating shaft) so that the rows of pits 420 are in the circumferential direction. And the information of the pit 420 is read with two laser pickups. When there is no load, the two laser pickups output the same information. When a load is applied, the structure is twisted and a displacement occurs between the rows of the two pits 420. The load amount can be calculated from the displacement amount. According to this method, when the direction of load change is reversed, the relative change of the pits 422 and 424 arranged in two rows is also reversed, that is, when a positive displacement occurs. If the pit 422 in the A row is 0 and then the pit in the B row is 0, if the pit in the A row is 0 when a negative displacement occurs, then the pit in the B row is 1 Therefore, not only the magnitude of the load but also the direction of the load can be measured.

次に、本発明のさらに別の実施態様である実施例５について、図５に基づいて説明する。図５は、本発明の負荷計測装置５００を用いて建屋などの構造物１において支柱２及び梁３に加わる工作機械４の機械重量及び振動による負荷、地震などの自然災害による負荷などを計測する態様を示している。   Next, Example 5 which is still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 uses the load measuring device 500 of the present invention to measure the load due to the machine weight and vibration of the machine tool 4 applied to the column 2 and the beam 3 in the structure 1 such as a building, the load due to a natural disaster such as an earthquake, and the like. An embodiment is shown.

構造物１の支柱２や梁３の少なくとも１箇所以上に、負荷計測装置５００を設置する。測定箇所に負荷計測装置５００のメディア５１０を固着し、そのメディア５１０に記憶された位置データをレーザピックアップ５３０で読み取れるように支持部材５４０を設置する。そして、その測定箇所に加わる変位量を計測してその値から負荷の大きさを計算し、モニターへの出力などを行う。   A load measuring device 500 is installed in at least one of the columns 2 and beams 3 of the structure 1. The medium 510 of the load measuring device 500 is fixed to the measurement location, and the support member 540 is installed so that the position data stored in the medium 510 can be read by the laser pickup 530. Then, the amount of displacement applied to the measurement location is measured, the magnitude of the load is calculated from the value, and output to the monitor is performed.

次に、本発明のさらに別の実施態様である実施例６について、図６に基づいて説明する。図６は、本発明の負荷計測装置６００、７００を用いて機械の部品に作用する負荷を計測する態様を示している。   Next, Example 6, which is still another embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a mode in which loads acting on machine parts are measured using the load measuring devices 600 and 700 of the present invention.

多くの機械は、図６に示すように、原動機５を動力とし、減速機６、８と軸継手７、９を介して組立装置１０などを運転している。この時、それぞれの部品に作用する負荷（トルク）は異なるため負荷を把握すべき部品に負荷計測装置６００、７００を設置する。設置方法は、計測対象物が回転しているために負荷計測装置６００のようにレーザピックアップ６３０を支持部材６４０で計測対象物に固定し回転させながら計測する方法と、負荷計測装置７００のようにレーザピックアップ７３０を計測対象物とは独立した支持部材７４０に固定して計測する方法とがある。   As shown in FIG. 6, many machines are driven by a prime mover 5 and operate an assembly device 10 and the like via speed reducers 6 and 8 and shaft couplings 7 and 9. At this time, the load (torque) acting on each component is different, so the load measuring devices 600 and 700 are installed on the component whose load is to be grasped. Since the measurement object is rotating, the installation method is such that the laser pickup 630 is fixed to the measurement object by the support member 640 and rotated as in the load measurement apparatus 600, and the load measurement apparatus 700 is in rotation. There is a method in which the laser pickup 730 is fixed to a support member 740 that is independent of the measurement object and is measured.

負荷計測装置６００の場合、実施例１で説明したように、位置データを記憶したメディア６１０は１つ、レーザピックアップ６３０も１つで負荷の検出は可能である。一方、負荷計測装置７００の場合、実施例２で説明したように、位置データを記憶したメディア７１０を２つ以上又は位置データが離れた位置に２箇所以上記録されたメディアを１つ以上計測対象物に固定し、レーザピックアップ７３０も位置データの数量分だけ計測対象物と分離して据え付けることで負荷の計測が可能である。   In the case of the load measuring device 600, as described in the first embodiment, it is possible to detect the load with one medium 610 storing the position data and one laser pickup 630. On the other hand, in the case of the load measuring device 700, as described in the second embodiment, two or more media 710 storing position data or one or more media recorded at two or more locations at positions where the position data are separated are to be measured. It is possible to measure the load by fixing the laser pickup 730 to the object and separating it from the object to be measured by the quantity of position data.

次に、本発明のさらに別の実施態様である実施例７について、図７に基づいて説明する。図７は、本発明の負荷計測装置８００を用いて昇降装置１１を昇降軸１３に加わる負荷を計測する態様を示している。   Next, Example 7 which is still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an aspect in which the load applied to the lifting shaft 13 by the lifting device 11 is measured using the load measuring device 800 of the present invention.

昇降装置１１は、ジャッキ１２を用いてベース１４や荷物１５を上下させる。この時、荷物１５などの負荷はジャッキ１２の昇降軸１３に加わることから、負荷計測装置８００の位置データを記録したメディア８１０を昇降軸１３に固着し、レーザピックアップ８３０をメディア８１０の位置データを読み取ることができるように支持部材８４０で昇降軸１３に固設することにより、昇降軸１３に加わる負荷の大きさにより発生する昇降軸１３の変位量から各々の昇降軸１３の負荷を算出する。特に、荷物１５の置かれた位置によってこのような昇降装置１１の昇降軸１３に発生する負荷はそれぞれ異なることを計測することが可能になる。   The lifting device 11 moves the base 14 and the luggage 15 up and down using the jack 12. At this time, since the load such as the load 15 is applied to the lifting shaft 13 of the jack 12, the medium 810 in which the position data of the load measuring device 800 is recorded is fixed to the lifting shaft 13, and the laser pickup 830 is used to store the position data of the medium 810. By fixing the lift shaft 13 with the support member 840 so that it can be read, the load of each lift shaft 13 is calculated from the amount of displacement of the lift shaft 13 generated by the magnitude of the load applied to the lift shaft 13. In particular, it is possible to measure that the load generated on the lifting shaft 13 of the lifting device 11 differs depending on the position where the luggage 15 is placed.

以上のように、本発明の負荷計測装置は、既存の構造物に簡単に取り付けられ、利便性に富み、高精度にあらゆる構造物の負荷を計測することを実現できる。   As described above, the load measuring device of the present invention can be easily attached to an existing structure, is convenient, and can realize the load measurement of any structure with high accuracy.

実施例１の負荷計測装置により構造物の捩れ量を計測する概要を示す斜視図。The perspective view which shows the outline | summary which measures the amount of torsion of a structure with the load measuring device of Example 1. FIG. 実施例２の負荷計測装置により構造物の捩れ量を計測する概要を示す斜視図。The perspective view which shows the outline | summary which measures the amount of torsion of a structure with the load measuring device of Example 2. FIG. 実施例３の負荷計測装置により構造物の圧縮負荷量及び引張負荷量を計測する概要を示す斜視図。The perspective view which shows the outline | summary which measures the compression load amount and tensile load amount of a structure with the load measuring device of Example 3. FIG. 実施例４の負荷計測装置のメディアの平面図。FIG. 6 is a plan view of a medium of a load measuring device according to a fourth embodiment. 実施例５の負荷計測装置により構造物の負荷を計測する概要を示す斜視図。The perspective view which shows the outline | summary which measures the load of a structure with the load measuring device of Example 5. FIG. 実施例６の負荷計測装置により構造物の負荷を計測する概要を示す斜視図。The perspective view which shows the outline | summary which measures the load of a structure with the load measuring device of Example 6. FIG. 実施例７の負荷計測装置により構造物の負荷を計測する概要を示す斜視図。The perspective view which shows the outline | summary which measures the load of a structure with the load measuring device of Example 7. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ ・・・ 構造物
２ ・・・ 支柱
３ ・・・ 梁
４ ・・・ 工作機械
５ ・・・ 原動機
６、８ ・・・ 減速機
７、９ ・・・ 軸継手
１０ ・・・ 組立装置
１１ ・・・ 昇降装置
１２ ・・・ ジャッキ
１３ ・・・ 昇降軸
１４ ・・・ ベース
１５ ・・・ 荷物
１００、２００、３００、５００、６００、７００、８００ ・・・ 負荷計測装置
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０ ・・・ メディア
１２０、２２０、３２０、４２０ ・・・ ピット
１３０、２３０、３３０、５３０、６３０、７３０、８３０ ・・・ レーザピックアップ
１４０、２４０、３４０、５４０、６４０、７４０、８４０ ・・・ 支持部材
１５０、３５０ ・・・ 固定部材
１６０、３６０ ・・・ ボルト
Ｃ ・・・ 構造物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Structure 2 ... Post 3 ... Beam 4 ... Machine tool 5 ... Primary motor 6,8 ... Decelerator 7,9 ... Shaft coupling 10 ... Assembly apparatus 11・ ・ ・ Lifting device 12 ・ ・ ・ Jack 13 ・ ・ ・ Lifting shaft 14 ・ ・ ・ Base 15 ・ ・ ・ Luggage 100, 200, 300, 500, 600, 700, 800 ・ ・ ・ Load measuring device 110, 210, 310 , 410, 510, 610, 710, 810... 120, 220, 320, 420... Pit 130, 230, 330, 530, 630, 730, 830... Laser pickups 140, 240, 340, 540 , 640, 740, 840 ... support members 150, 350 ... fixing members 160, 360 ... bolts C ... structures

Claims (5)

構造物に固定された少なくとも１つのメディアと該メディアに記録された情報を読み取る少なくとも１つのレーザピックアップと該レーザピックアップの出力を記憶演算する演算回路とを有する負荷計測装置において、
前記メディアがレーザピックアップで読み取り可能な凹凸形状のピットを定間隔で配列することからなる位置データを記録し、
前記レーザピックアップが前記位置データの初期値と計測時における現在値とを読み取り、
前記演算回路が前記現在値と初期値との差に所定の定数を乗ずることにより構造物の負荷を求めることを特徴とする負荷計測装置。 In a load measuring device having at least one medium fixed to a structure, at least one laser pickup for reading information recorded on the medium, and an arithmetic circuit for storing and calculating an output of the laser pickup,
Recording the position data consisting of arranging the pits of concave and convex shapes that can be read with a laser pickup at regular intervals,
The laser pickup reads the initial value of the position data and the current value at the time of measurement,
A load measuring apparatus, wherein the arithmetic circuit obtains a load of a structure by multiplying a difference between the current value and an initial value by a predetermined constant. 前記位置データが構造物の絶対位置情報であることを特徴とする請求項１に記載の負荷計測装置。   The load measuring apparatus according to claim 1, wherein the position data is absolute position information of a structure. 前記ピットが構造物の変位方向に位相を９０°ずらして２列に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷計測装置。   The load measuring apparatus according to claim 1, wherein the pits are arranged in two rows with a phase shifted by 90 ° in a displacement direction of the structure. 前記レーザピックアップが構造物上のメディアから所定の距離離れた位置に端部が固設された支持部材に前記メディアに対向するように固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の負荷計測装置。   4. The laser pickup is fixed to a support member having an end fixed at a position away from the medium on the structure so as to face the medium. The load measuring device according to any one of the above. 前記レーザピックアップが構造物から独立した支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の負荷計測装置。   The load measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser pickup is fixed to a support member independent of a structure.
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