WO2017115469A1 - 貫入体の摩耗検出装置および摩耗検出機能を備えた自動貫入試験機 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wear detecting device for a penetrating body used for a penetration test and an automatic penetration testing machine equipped with a wear detecting function.
- Non-Patent Document 1 A formula sounding test method is known.
- a sharply formed screw point provided at the tip of the rod penetrates 10 to 15 m into the soil, and the number of times the screw point is rotated to reach it every 25 cm, and the screw point as an observation item
- the operator senses and records the sound or feel of the penetration that is transmitted from the rod through the rod, and records it sequentially, and finally organizes the data of the number of rotations and observation items.
- This is a method for determining soil quality at a predetermined depth.
- the shape and dimensions of the screw point are standardized by the Japanese Industrial Standard (JISA 1221 Swedish Sounding Test Method).
- the screw point has a drill shape with one right twist toward the tip, and is set to a total length of 200 mm and a maximum diameter of 33 mm. Has been.
- the screw point As for the screw point to be used, it is not preferable to use a worn screw point.
- the above Japanese Industrial Standard stipulates that a screw with a maximum diameter of 3 mm should not be used.
- the present invention was created in view of the above problems, and an object thereof is to provide a wear detection device and an automatic penetration tester capable of detecting the wear condition of a penetrating body.
- the above-described problems include a rod and a penetrating rod composed of a penetrating body attached to the tip of the rod, a support column, a lifting platform that can be moved up and down along the column, and a chuck that holds the rod with the penetrating member down.
- Elevating means for elevating and lowering the elevating base and allowing the penetrating rod to penetrate into the ground as the elevating base descends, dimension measuring means for measuring the outer diameter of the penetrating body, and measurement values by the dimension measuring means and presetting This can be solved by an automatic penetration testing machine provided with a wear detection unit that compares the threshold values detected and detects the wear level of the penetration body.
- the wear detection unit determines that the wear of the penetrating body exceeds the allowable range, it is preferable to display the fact on the display unit.
- the wear detection unit be configured so that the penetrating test cannot be started by making it impossible to lower the elevator when the wear of the penetrating body is determined to exceed the allowable range.
- the dimension measuring means is provided on the support column so that the penetrating body located above the ground surface can be measured.
- the dimension measuring means is a displacement sensor.
- the chuck is configured to be rotatable by the rotating means, and the dimension measuring means is configured to measure the rotating penetration body.
- the wear detector detects the degree of wear of the penetrating body before starting the penetration test. It is possible to prevent the penetration test using the worn penetration body.
- FIG. 3 is a partially cutaway sectional view taken along line AA in FIG. 2. It is a principal part expanded partial notch sectional view which shows the structure of the chuck
- reference numeral 1 denotes an automatic penetration testing machine according to a first embodiment of the present invention, which has a lifting platform 3 that can be moved up and down along a column 2.
- the elevator 3 has a weight 3 a having a predetermined weight, a rotating motor 6 as an example of a rotating means, a chuck 5 that can be rotated by the driving of the rotating motor 6, and a chuck 5 that is held by the chuck 5 and integrated therewith.
- the rod 4a is provided with a penetrating rod 4 provided with a screw point 4b at the tip of the rod 4a, and an elevating motor 8 for elevating the elevating platform 3 as an example of elevating means.
- the lifting platform 3 has a sprocket 7 that rotates along a guide chain 2 a that is vertically arranged along the column 2, and the sprocket 7 rotates along the guide chain 2 a. It is configured to move up and down.
- the penetrating rod 4 can be loaded with a load of 1 KN based on the lifting platform 3 and the total weight loaded on the lifting platform 3.
- the post 2 is provided with an optical displacement sensor 9 as an example of a dimension measuring means.
- the built-in light emitting element 9a emits light to the outer peripheral surface of the screw point 4b, and the built-in light receiving element 9b receives the reflected light, whereby the screw point 4b. It is comprised so that the distance to may be measured. And based on this measured value, the outer diameter of the screw point 4b is calculated by the wear detection part 57 mentioned later for details.
- the dimension measuring means is not limited to the optical displacement sensor 9, and may be a displacement sensor such as a linear proximity sensor or an ultrasonic sensor, or an image sensor such as a CCD camera. .
- the penetrating rod 4 is mounted on the chuck 5 in a state where the lifting platform 8 is kept at the upper limit position (a point 1 m from the ground surface). After the mounting, the penetrating test is started when the elevator 8 is lowered and the tip of the screw point 4b comes into contact with the ground surface.
- the measurement by the optical displacement sensor 9 is performed when the penetrating rod 4 is mounted on the lifting platform 8 and is performed before the penetrating test is started.
- the optical displacement sensor 9 is built in the column 2, and as shown in FIG. 5, the height at which the maximum diameter of the screw point 4b appears and the height of the light emitting element 9a of the optical displacement sensor 9 are the same. Is attached. For this reason, the light emitting element 9a of the optical displacement sensor 9 emits light horizontally, and the incident light is emitted to the outer peripheral surface where the maximum diameter of the screw point 4b appears. The reflected light is received by the light receiving element 9b.
- the sprocket 7 is connected so as to rotate integrally with the transmission shaft 12 via a planetary gear mechanism 11.
- a drive gear 13 is attached to the tip of a drive shaft 8a capable of forward and reverse rotation of the elevating motor 8 so as to rotate integrally.
- an intermediate gear 14 and a transmission gear 15 are meshed with the drive gear 13 in order, and the drive of the lifting motor 8 is transmitted to the transmission shaft 12.
- the transmission gear 15 is a hollow cylinder and has outer teeth on its outer peripheral surface.
- the one-way clutch 16 is press-fitted into the transmission gear 15 so as to rotate integrally with the transmission gear 15 and is rotatably supported by the transmission shaft 12.
- the lifting / lowering motor 8 is driven to rotate the sprocket 7 in the direction in which the lifting / lowering base 3 is going to rise by the action of the first one-way clutch 16 (for convenience, this driving is assumed to be forward rotation driving)
- the drive of the motor 8 is transmitted to the transmission shaft 12.
- a load determined by (load 1 KN based on the total weight of the lifting platform 3) ⁇ (lifting force according to the output torque of the lifting motor 8) is applied to the penetrating rod 4 as a test load.
- the elevating motor 8 is driven (for the sake of convenience, this driving is set as reverse driving)
- the one-way clutch 16 rotates idly. For this reason, it is possible to create a state where the drive of the lifting motor 8 is not transmitted to the transmission shaft 12, and the penetrating rod 4 can be loaded with 1 KN (maximum test load) based on the total weight of the lifting platform.
- a rotary encoder 17 is attached to the transmission shaft 12 and outputs a pulse signal accompanying the rotation of the sprocket 7. And the main control part 51 of the control unit 50 mentioned later details the said pulse signal, and calculates the penetration amount and penetration speed of the penetration rod 4 based on the raising / lowering amount and raising / lowering speed of the raising / lowering stand 3.
- FIG. 1 A rotary encoder 17 is attached to the transmission shaft 12 and outputs a pulse signal accompanying the rotation of the sprocket 7.
- the main control part 51 of the control unit 50 mentioned later details the said pulse signal, and calculates the penetration amount and penetration speed of the penetration rod 4 based on the raising / lowering amount and raising / lowering speed of the raising / lowering stand 3.
- the elevating motor 8 is an induction motor, and is driven and controlled by an inverter control unit 53 described later in detail.
- a main driving pulley 18 is attached to the rear end of the drive shaft 8a of the elevating motor 8 so as to be integrally rotatable.
- a driven pulley 19 is disposed at a position spaced from the main pulley 18 by a predetermined distance, and an endless belt 20 is wound around the pulleys 18 and 19.
- a rotary encoder 21 is attached to the driven pulley 19 as acceleration detecting means for the lifting motor 8, and is configured to detect a pulse signal associated with the rotation of the drive shaft 8 a of the lifting motor 8. .
- the pulse signal from the rotary encoder 21 is output to the inverter control unit 53 and the main control unit 51 of the lifting / lowering motor 8.
- the chuck 5 is inserted into a hollow chuck shaft 31 rotatably supported by bearings 45, 46, 47, and 48, and a machine key (not shown) is inserted into the chuck shaft 31.
- a flange-type sleeve 32 is constantly biased upward by a spring 33 and is configured to be movable while sliding on the outer peripheral surface of the chuck shaft 31. On the other hand, it is configured to rotate integrally with the chuck shaft 31 in the circumferential direction.
- the chuck shaft 31 is provided with a storage hole that can store the steel ball 34 at a position that divides the outer periphery into three equal parts.
- the steel ball 34 is fitted into an engagement groove 4 c formed on the outer peripheral surface of the rod 4 a of the penetrating rod 4 to hold the penetrating rod 4. Further, the inner diameter of the upper portion of the sleeve 32 is formed to be larger than the inner diameter of the chuck shaft 31, and when the sleeve 32 is manually pushed down against the bias of the spring 33, the steel ball 34 is engaged with the penetrating rod 4. Detach from the groove 4c.
- Rotating motor 6 is loaded on the elevator 3 as an example of rotating means.
- the rotation motor 6 is an induction motor, and is driven and controlled by an inverter control device (not shown) by attaching a rotary encoder 7 to the rear end of the drive shaft 6a.
- a main sprocket 36 is attached to the tip of the drive shaft 6 a of the rotation motor 6 via a one-way clutch 35.
- a driven sprocket 37 is attached to the lower end of the chuck shaft 31, and an endless chain 38 is wound around these sprockets 36, 37 to transmit the rotational drive of the motor 6 for rotation to the chuck shaft 31, thereby 4 rotates.
- the screw point 4b at the tip of the penetrating rod 4 has a drill shape in which one twist is applied to a total length of 200 mm as shown in Japanese Industrial Standard JISA1221. Therefore, the one-way clutch 35 is driven when the rotation motor 6 is driven in the direction in which the penetration rod 4 is screwed into the ground in accordance with the twist of the screw point 4b (hereinafter, this drive is referred to as forward rotation drive for convenience). Since the drive is transmitted to the main sprocket 35, the penetrating rod 4 rotates. On the other hand, when the rotation motor 6 is driven in the opposite direction (hereinafter referred to as “reverse drive” for convenience), the penetrating rod 4 does not rotate.
- This structure is the same as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-27331.
- a washer type load cell 39 is inserted into the chuck shaft 31 as an example of a load sensor.
- the thrust load acting on the penetrating rod 4 is transmitted to the pressure receiving portion 41 via the angular ball bearings 45 and 46 and the cylindrical roller bearing 47 that support the chuck shaft 31, and the support portion 42 applies to the pressure receiving plate 44 in response to this.
- the sensor body 40 is distorted.
- the strain applied to the penetrating rod 4 is detected by the strain washer load cell 39 detecting this strain.
- the control unit 50 of the automatic penetration testing machine 1 includes an inverter control unit 53 that drives and controls the elevating motor 8, an inverter control unit 54 that drives and controls the rotation motor 6, and these inverter control units.
- Main control unit 51 for sending various commands to 53, 54, a storage unit 55 for storing various parameters, operation buttons for raising and lowering the elevator 3 and starting and testing, and input for inputting various parameters
- the input unit 56 having a key, a wear detection unit 57, and a display unit 58 are included.
- the inverter control unit 54 is configured to execute feedforward control in combination with feedback control.
- the torque command value corresponding to each test load is stored in the storage unit 55, and when a command is issued from the main control unit 51, the corresponding torque command value is stored from the storage unit 55. It is read and given to the inverter control unit 54 as an initial value.
- the raising / lowering motor 8 is driven by this torque command value.
- the inverter control unit 54 is configured to feedback-control the elevating motor 8 by feeding back the value of the load sensor 39 so that the actual load applied to the penetration rod becomes the target test load. .
- the wear detector 57 stores in advance the distance from the optical displacement sensor 9 to the center line of the screw point 4b, and from this distance to the outer peripheral surface of the screw point 4b measured by the optical displacement sensor 9. By reducing the distance, the radius of the screw point 4b, and thus the diameter, is calculated.
- the cross-sectional shape of the screw point 4b is not a circular shape but a square shape. Therefore, it cannot be said that the maximum diameter can be measured unless the incident light captures the edge portion of the outer peripheral surface of the screw point 4b. Therefore, by driving the rotation motor 6, the maximum diameter can be derived by measuring the entire circumference with the optical displacement sensor 9 while rotating the screw point 4b once.
- a threshold value is stored in the wear detection unit 57, and this threshold value determines whether or not the calculated maximum diameter of the screw point 4b satisfies the wear tolerance. As a result of the determination, when the maximum diameter of the screw point 4b to be measured is smaller than the allowable range, a display to that effect is displayed on the display unit 58 and a test stop signal is sent to the inverter control unit 53 through the main control unit 51. This prevents the elevator from being lowered and prevents the penetration test from being started.
- the penetration test is performed using the screw point 4b worn beyond the allowable range by detecting the wear condition of the screw point 4b by the wear detecting unit 57 before the penetration test is started. Can be prevented.
- the wear of the screw point 4b exceeds the allowable range, the fact can be displayed on the display unit 56 to prompt the operator to use the normal screw point 4b.
- the wear of the screw point 4b exceeds the allowable range, it is possible to prevent human fraud by preventing the elevating platform 3 from being lowered and starting the penetration test.
- the screw point 4b is rotated by the rotation of the chuck 5, and the rotating screw point 4b is measured by the optical displacement sensor 9 from the lateral direction. Thus, even if the cross section is not circular, the maximum diameter can be measured.
- Reference numeral 200 denotes an intrusion wear detection device, which includes a frame 201, an optical displacement sensor 202 as an example of a dimension measurement unit, and a wear detection unit 203.
- the optical displacement sensor 202 includes a light emitting unit 202a that irradiates the screw point 4b with laser light, and a light receiving unit 202b that is disposed opposite to the light emitting unit 202a and that receives the laser light emitted from the light emitting unit 202a. ing.
- the light emitting unit 202a and the light receiving unit 202b are arranged so that the screw point 4b is located between them, and are arranged at a height at which the laser beam can be irradiated at a position where the maximum diameter of the screw point 4b appears. Yes.
- a positioning plate 204 is attached to the upper surface of the frame 201 to prevent lateral displacement of the screw point 4b. This positioning plate 204 is configured to be divided into right and left parts, and is mounted so as to be sandwiched from both sides with a predetermined gap so as not to become resistance when the screw point 4b is rotated.
- the optical displacement sensors 202a and 202b use the fact that the irradiated laser beam is shielded by the outer peripheral surface of the screw point 4b and a portion is formed so that the laser beam does not enter the light receiving unit 202b. Is to measure. And it is comprised so that the outer diameter may be calculated by the abrasion detection part 203 based on the width
- the wear detection unit 203 stores a threshold value in advance, and is configured to determine whether or not the calculated outer diameter of the screw point 4b satisfies an allowable wear range. Further, the maximum diameter can be measured by measuring the outer diameter while rotating the screw point by a rotating means (not shown).
- Reference numeral 300 denotes an automatic penetration tester, which is equipped with the above-described penetration detection device 200 in place of the optical displacement sensor 9 of the automatic penetration tester 1 described above. Same as 1.
- a pivot arm 301 that can be pivoted horizontally with respect to the ground is attached to the column 2, and a wear detection device 200 is attached to the pivot arm 301. With this configuration, when detecting wear of the screw point 4b before the start of the penetration test, the wear detecting device 200 is disposed on the descending path of the screw point 4b.
- the wear detecting device 200 When the penetration test is subsequently started after the wear detection, the wear detecting device 200 is removed from the descending path of the screw point 4b by rotating the rotating arm 301 about the support column 2 as a fulcrum. For this reason, it becomes possible to perform a wear detection and a penetration test continuously.
- Reference numeral 400 denotes an intrusion wear detection device, which uses electrodes 401a, 401b, 402a, 402b, 403a, and 403b instead of the optical displacement sensor 202 of the intrusion wear detection device 200 described above.
- the pair of electrodes 401a and 401b measure a place where the maximum diameter of the screw point 4b appears, and are arranged so as to sandwich the place from both sides.
- the pair of electrodes 402a and 402b measure the outer diameter of the middle portion of the screw point, and are arranged so as to sandwich the portion from both sides.
- the pair of electrodes 403a and 403b measure the outer diameter of the tip of the screw point 4b, and are arranged so as to sandwich the tip from both sides.
- These electrodes 401a, 401b, 402a, 402b, 403a, and 403b are biased by a spring 404 toward the center line of the screw point 4b.
- the distance between the electrode 401a and the electrode 401b is set to be the same as the maximum diameter of the screw point 4b, and the screw point 4b to be inspected has a predetermined maximum diameter. Conducts by contacting the outer peripheral surface.
- the distance between the electrode 402a and the electrode 402b is set to be the same as the outer diameter of the intermediate point of the screw point 4b, and the intermediate point of the screw point 4b to be inspected has a predetermined outer diameter. Makes contact with the outer peripheral surface and becomes conductive. Further, the distance between the electrode 403a and the electrode 403b is set to be the same as the outer diameter of the tip of the screw point 4b, and the tip of the screw point 4b to be inspected has a predetermined outer diameter. Makes contact with the outer peripheral surface and becomes conductive. As described above, by measuring the outer diameter of the screw point 4b not only at the location where the maximum diameter appears, but also at three locations, the degree of wear of the screw point 4b can be detected with higher quality. Then, the wear detector 405 determines the presence / absence of conduction for each electrode.
- Reference numeral 500 denotes an automatic penetration tester, which is equipped with the above-described penetration detection device 400 in place of the wear detection device 200 of the automatic penetration tester 300 described above. It is the same.
- a pivot arm 301 that can be pivoted horizontally with respect to the ground is attached to the column 2, and a penetrating body wear detection device 400 is attached to the pivot arm 301.
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Abstract
貫入体の摩耗具合を検出可能な摩耗検出装置および自動貫入試験機を提供する。 ロッド(4a)とその先端に取り付けられる貫入体(4b)から成る貫入ロッド(4)と、支柱(2)と、支柱(2)に沿って昇降可能な昇降台(3)と、昇降台(3)に設けられ、貫入体(4b)を下方にしてロッド(4a)を保持するチャック(5)と、昇降台(3)を昇降操作し、昇降台(3)の下降に伴って貫入ロッドを地中に貫入させる昇降手段(8)と、貫入体(4b)の外径を測定する寸法測定手段(9)と、寸法測定手段(9)による測定値と予め設定された閾値を比較して貫入体(4b)の摩耗具合を検出する摩耗検出部(57)とを備える自動貫入試験機(1)による。この自動貫入試験機1によれば、試験開始前に、摩耗検出部(57)で貫入体(4b)の摩耗具合を検出することにより、許容範囲を超えて摩耗した貫入体(4b)を用いて貫入試験を行うことを防止できる。
Description
本発明は、貫入試験に用いられる貫入体の摩耗検出装置および摩耗検出機能を備えた自動貫入試験機に関する。
従来、地盤の硬軟や締まりの程度を知る手段として、その地盤の地層構成、即ち地表からある深さまでの土質の調査が行われている。このような土質の調査は一般にボーリング調査による標準貫入試験方法を用いて行われるが、その前段、または比較的深度の浅い部分の土質を判定する方法の一つに、非特許文献1に示すスウェーデン式サウンディング試験方法が知られている。この試験方法は、ロッド先端に設けられる先端鋭利に成形されたスクリューポイントを土中に10~15m貫入し、25cm毎に、そこに達するまでにスクリューポイントが回転した回数と、観察項目としてスクリューポイントからロッドを伝わって伝達される貫入時の音あるいは感触等とを作業者が感知し逐次記録し、最終的に回転回数および観察項目のデータの整理を行い、このデータを基に作業者が各所定深度における土質を判定する方法である。スクリューポイントは、その形状および寸法が日本工業規格(JISA1221スウェーデン式サウンディング試験方法)で規格化されており、先端に向かって一回の右ねじれを有するドリル状で、全長200mm、最大径33mmに設定されている。
日本工業規格 JISA1221 スウェーデン式サウンディング試験方法
使用するスクリューポイントについては、摩耗したものを用いることは好ましくなく、例えば、上記日本工業規格は、最大径が 3mm 以上摩耗したものを使用してはならないと規定している。しかしながら、作業者が摩耗量を確認することは難しく、またスクリューポイント自体が比較的高価なこともあって、実際の現場では、摩耗が進んだスクリューポイントを用いて試験が行われることも少なくなく、貫入試験の信頼性が損なわれる問題があった。
本発明は、上記問題に鑑みて創成されたものであり、貫入体の摩耗具合を検出可能な摩耗検出装置および自動貫入試験機を提供することを目的とする。
上記課題は、ロッドとその先端に取り付けられる貫入体から成る貫入ロッドと、支柱と、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、昇降台に設けられ、貫入体を下方にしてロッドを保持するチャックと、昇降台を昇降操作し、昇降台の下降に伴って貫入ロッドを地中に貫入させる昇降手段と、貫入体の外径を測定する寸法測定手段と、寸法測定手段による測定値と予め設定された閾値を比較して貫入体の摩耗具合を検出する摩耗検出部とを備える自動貫入試験機によって解決できる。
また、摩耗検出部で貫入体の摩耗が許容範囲を超えていると判定された場合に、その旨を表示部に表示するように構成することが好ましい。
また、摩耗検出部で貫入体の摩耗が許容範囲を超えていると判定された場合に、昇降台の下降を不可能にして貫入試験を開始できないように構成することが好ましい。
また、寸法測定手段が、地表より上空に位置する貫入体を測定可能に、支柱に設けられていることが好ましい。
また、寸法測定手段が、変位センサであることが好ましい。
また、チャックが回転手段によって回転自在に構成され、寸法測定手段が回転中の貫入体を測定するように構成されていることが好ましい。
本発明の貫入体の摩耗検出装置および摩耗検出機能を備えた自動貫入試験機によれば、貫入試験開始前に、摩耗検出部で貫入体の摩耗具合を検出することにより、許容範囲を超えて摩耗した貫入体を用いて貫入試験を行うことを防止できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1において、1は本発明の第1実施形態に係る自動貫入試験機であり、支柱2に沿って昇降可能な昇降台3を有している。この昇降台3には、所定重量の錘3aと、回転手段の一例として回転用モータ6と、この回転用モータ6の駆動を受けて回転可能なチャック5と、このチャック5に保持されて一体に回転し、ロッド4aの先端にスクリューポイント4bを備える貫入ロッド4と、昇降手段の一例として、昇降台3を昇降操作させるための昇降用モータ8とが載荷されている。
図2に示すように、前記昇降台3は、支柱2に沿って垂直に配された案内チェーン2aに沿って回転するスプロケット7を有し、このスプロケット7が案内チェーン2aに沿って回転することで昇降するように構成されている。この昇降台3および昇降台3に載荷された総重量により、前記貫入ロッド4には1KNの荷重が負荷できるように構成されている。
前記支柱2には、寸法測定手段の一例として光学式変位センサ9が設けられている。図5に示すように、この光学式変位センサ9は、内蔵の発光素子9aがスクリューポイント4bの外周面に光を照射し、内蔵の受光素子9bが反射光を受光することにより、スクリューポイント4bまでの距離を測定するように構成されている。そして、この測定値に基づいて、スクリューポイント4bの外径が詳細を後述する摩耗検出部57によって算出される。なお、寸法測定手段は、光学式変位センサ9に限定されるものではなく、リニア近接センサ、超音波センサ等の変位センサであってもよいし、CCDカメラのような画像センサであってもよい。
貫入ロッド4は、図2に示すように、昇降台8を上限位置(地表から1mの地点)に待機させた状態でチャック5に装着される。装着後、昇降台8を下降させてスクリューポイント4bの先端が地表に当接した時点で貫入試験が開始される。光学式変位センサ9による測定は、貫入ロッド4を昇降台8に装着したときに行われるものであり、貫入試験開始前に行われるものである。光学式変位センサ9は、支柱2に内蔵されており、図5に示すように、スクリューポイント4bの最大径が現れる高さと、光学式変位センサ9の発光素子9aの高さとが同一となる位置に取り付けられている。このため、光学式変位センサ9の発光素子9aは水平に光を照射し、当該入射光がスクリューポイント4bの最大径が現れる外周面に照射される。そして、この反射光を受光素子9bが受光する。
図3に示すように、前記スプロケット7は、遊星歯車機構11を介して伝達軸12と一体に回転するように連結されている。また、前記昇降用モータ8の正逆転可能な駆動軸8aの先端には駆動歯車13が一体に回転するように取付けられている。さらに、この駆動歯車13には、中間歯車14および伝達歯車15が順に噛合しており、当該昇降用モータ8の駆動を伝達軸12に伝達するように構成されている。
また、前記伝達歯車15は、中空の円柱を成し、その外周面に外歯を備える構成である。そして、この伝達歯車15の内部には、一方向クラッチ16が当該伝達歯車15と一体に回転するよう圧入されるとともに、伝達軸12に回転自在に支持されている。この第1の一方向クラッチ16の作用により、昇降台3が上昇しようとする方向にスプロケット7を回転させるよう昇降用モータ8が駆動(便宜上、この駆動を正転駆動とする)したとき、昇降用モータ8の駆動が伝達軸12へ伝達される。このため、(昇降台3の総重量に基づく荷重1KN)-(昇降用モータ8の出力トルクに応じた上昇力)で決定される荷重が試験荷重として貫入ロッド4に負荷される。一方、これとは逆に昇降用モータ8が駆動(便宜上、この駆動を逆転駆動とする)すると、一方向クラッチ16は空転する。このため、昇降用モータ8の駆動が伝達軸12に伝達されない状態を創出でき、貫入ロッド4には昇降台の総重量に基づく1KN(最大試験荷重)を負荷することができる。
前記伝達軸12には、ロータリエンコーダ17が取付けられており、スプロケット7の回転に伴うパルス信号を出力する。そして、詳細を後述する制御ユニット50のメイン制御部51が当該パルス信号を処理し、昇降台3の昇降量、昇降速度に基づき貫入ロッド4の貫入量、貫入速度を演算する。
前記昇降用モータ8は、インダクションモータであり、詳細を後述するインバータ制御部53によって駆動制御される。この昇降用モータ8の駆動軸8aの後端には、主動プーリ18が一体に回転可能に取付けられている。この主動プーリ18から所定の間隔をおいた位置には従動プーリ19が配置されており、これらプーリ18,19には無端ベルト20が巻き掛けられている。そして、従動プーリ19には、昇降用モータ8の加速度検出手段として、ロータリエンコーダ21が取付けられており、昇降用モータ8の駆動軸8aの回転に伴うパルス信号を検出するように構成されている。このロータリエンコーダ21によるパルス信号は、昇降用モータ8のインバータ制御部53およびメイン制御部51へ出力される。なお、インダクションモータに代えてACサーボモータを用いてこれに準じた駆動制御部を備える構成であっても同等の機能を実現することができる。
図4に示すように、前記チャック5は、軸受45,46,47,48によって回転自在に支持された中空のチャック軸31と、このチャック軸31にマシンキー(図示せず)を介して挿入されるフランジ型のスリーブ32とから構成されている。このスリーブ32は、ばね33によって上方へ常時付勢されており、チャック軸31の外周面を摺動しながら移動可能に構成されている。一方、円周方向へはチャック軸31と一体に回転するように構成されている。また、チャック軸31にはその外周を3等分する位置に鋼球34を収納可能な収納孔が穿設されている。この鋼球34が貫入ロッド4のロッド4aの外周面に形成された係合溝4cと嵌合し、貫入ロッド4を保持する。さらに、スリーブ32の上部の内径はチャック軸31の内径より大径に形成されており、スリーブ32をばね33の付勢に逆らって手動で押下げると、鋼球34が貫入ロッド4の係合溝4cから外れる。この状態でスリーブ32とともにチャック軸31を回転し、鋼球34を貫入ロッド4の係合溝4cが形成されていない位置まで移動させると、スリーブ32から手を離しても貫入ロッド4とチャック軸31との係合が解かれた状態となる。
前記昇降台3には、回転手段の一例として、回転用モータ6が載荷されている。回転用モータ6は、インダクションモータであり、駆動軸6aの後端にロータリエンコーダ7を取り付けることで、インバータ制御装置(図示せず)によって駆動制御される。この回転用モータ6の駆動軸6aの先端には、一方向クラッチ35を介して主動スプロケット36が取付けられている。一方、チャック軸31の下端には従動スプロケット37が取付けられており、これらスプロケット36,37に無端チェーン38を巻き掛けて回転用モータ6の回転駆動をチャック軸31へ伝達することで、貫入ロッド4が回転する。
ここで、前記貫入ロッド4先端のスクリューポイント4bは、日本工業規格JISA1221に示されるように、全長さ200mmに対して1回の捻りが加えられたドリル形状を成すものである。したがって、前記一方向クラッチ35は、スクリューポイント4bの捻りに合わせて貫入ロッド4を地中にねじ込む方向に回転用モータ6が駆動(以下、便宜上、この駆動を正転駆動とする)したときにはその駆動は主動スプロケット35へ伝達されるので、貫入ロッド4は回転する。一方、これとは逆方向に回転用モータ6が駆動(以下、便宜上、この駆動を逆転駆動とする)したときには空転するので、貫入ロッド4は回転しない。なお、この構造については、特開2005-2731号公報に示されているものと同じである。
前記チャック軸31には荷重センサの一例としてワッシャ型ロードセル39が挿入されている。貫入ロッド4に作用するスラスト荷重は、チャック軸31を支持するアンギュラ玉軸受45,46および円筒ころ軸受47を介して受圧部41へ伝達され、これに応じて支持部42が受圧板44に対して支点となりセンサ本体40に歪みが生じる。この歪みを歪みワッシャ型ロードセル39が検出することにより、貫入ロッド4にかかる荷重を検出する。
図2に示すように、自動貫入試験機1の制御ユニット50は、昇降用モータ8を駆動制御するインバータ制御部53と、回転用モータ6を駆動制御するインバータ制御部54と、これらインバータ制御部53,54へ各種指令を送るメイン制御部51と、各種パラメータが格納されている記憶部55と、昇降台3の昇降、下降および試験開始等の操作ボタン、並びに各種パラメータを入力するための入力キーを有する入力部56と、摩耗検出部57と、表示部58とから構成されている。
前記インバータ制御部54は、フィードバック制御と併用してフィードフォワード制御を実行するように構成されている。フィードフォワード制御では、前記記憶部55には各試験荷重に対応するトルク指令値が記憶されており、前記メイン制御部51から指令が発せられると、これに対応するトルク指令値を記憶部55から読み込んで、インバータ制御部54へ初期値として与える。このトルク指令値で昇降用モータ8が駆動する。また、インバータ制御部54は、前記荷重センサ39の値をフィードバックすることにより、貫入ロッドに負荷される実荷重が目標の試験荷重になるよう昇降用モータ8をフィードバック制御するように構成されている。
前記摩耗検出部57は、光学式変位センサ9からスクリューポイント4bの中心線までの距離を予め記憶されてあり、この距離から、前記光学式変位センサ9によって測定されたスクリューポイント4bの外周面までの距離を減ずることにより、スクリューポイント4bの半径、ひいては直径を算出するように構成されている。しかしながら、スクリューポイント4bの横断面形状は円形状ではなく、四角形状である。このため、入射光がスクリューポイント4bの外周面のエッジ部分を捉えていなければ、最大径を測定できているとはいえない。そこで、前記回転用モータ6を駆動させることにより、スクリューポイント4bを1回転させながら、光学式変位センサ9により全周を測定することにより最大径を導き出すことができる。また、摩耗検出部57には閾値が記憶されており、この閾値は、算出されたスクリューポイント4bの最大径が、摩耗の許容範囲を満たすかどうかを決定するものある。判定の結果、測定対象であるスクリューポイント4bの最大径が許容範囲よりも小さい場合には、表示部58にその旨の表示をするとともに、メイン制御部51を通じてインバータ制御部53に試験中止信号を発することにより昇降台を下降させないようにし、貫入試験が開始されないようになっている。
上記自動貫入試験機1によれば、貫入試験開始前に、摩耗検出部57でスクリューポイント4bの摩耗具合を検出することにより、許容範囲を超えて摩耗したスクリューポイント4bを用いて貫入試験を行うことを防止できる。また、スクリューポイント4bの摩耗が許容範囲を超えている場合に、その旨を表示部56に表示することで、正常なスクリューポイント4bを用いるよう作業者に促すことができる。さらに、スクリューポイント4bの摩耗が許容範囲を超えている場合に、昇降台3の下降を不可能にして貫入試験を開始できないようにすることで、人為的な不正を防止することができる。その上、スクリューポイントの最大径を測定する場合、チャック5の回転によりスクリューポイント4bを回転させて回転中のスクリューポイント4bを横方向から光学式変位センサ9で測定することにより、スクリューポイント4bのように横断面が円形状でないものであっても、最大径を測定することが可能となる。
続いて、本発明の第2実施形態に係る貫入体の摩耗検出装置について説明する。200は、貫入体の摩耗検出装置であり、フレーム201と、寸法測定手段の一例として光学式変位センサ202と、摩耗検出部203とを備えている。光学式変位センサ202は、スクリューポイント4bにレーザ光を照射する発光部202aと、発光部202aに対向して配置され、発光部202aから照射されたレーザ光を受光する受光部202bとを有している。発光部202aと受光部202bとは、これらの間にスクリューポイント4bが位置するように配置されており、かつスクリューポイント4bの最大径が現れる箇所にレーザ光を照射可能な高さに配置されている。また、フレーム201の上面には、スクリューポイント4bの横ずれを防止するための位置決め板204が取り付けられている。この位置決め板204は、左右に分割可能に構成されており、スクリューポイント4bを回転させた際に抵抗とならないよう所定の隙間をおいて両側から挟み込むように装着してある。光学式変位センサ202a,202bは、照射されたレーザ光がスクリューポイント4bの外周面によって遮光されて受光部202bにレーザ光が入射しないよう部分が生じることを利用して、スクリューポイント4bの外径を測定するものである。そして、受光部202bにおけるレーザ光の非入射部分の幅に基づいて外径を摩耗検出部203で演算するように構成されている。摩耗検出部203は、予め閾値を記憶しており、算出されたスクリューポイント4bの外径が摩耗の許容範囲を満たすかどうかを判定するように構成されている。さらに、スクリューポイントを回転手段(図示せず)によって回転させながら外径を測定することによって、最大径を測定することができる。
続いて、本発明の第3実施形態に係る自動貫入試験機について説明する。300は、自動貫入試験機であり、前述した自動貫入試験機1の光学式変位センサ9に代えて上記貫入体の摩耗検出装置200を搭載したものであり、その他の構成については自動貫入試験機1と同様である。支柱2には、地面に対して水平に回動可能な回動アーム301が取り付けられており、この回動アーム301に摩耗検出装置200が取り付けられている。この構成により、貫入試験開始前にスクリューポイント4bの摩耗を検出する際には、スクリューポイント4bの下降経路上に摩耗検出装置200を配置する。摩耗検出後、続いて貫入試験を開始する際には、回動アーム301を、支柱2を支点に回動させることにより、摩耗検出装置200をスクリューポイント4bの下降経路上から外す。このため、摩耗検出と貫入試験を連続的に行うことが可能になる。
続いて、本発明の第4実施形態に係る摩耗検出装置について説明する。400は、貫入体の摩耗検出装置であり、前述した貫入体の摩耗検出装置200の光学式変位センサ202に代えて電極401a,401b,402a,402b,403a,403bを用いたものである。一対の電極401a,401bは、スクリューポイント4bの最大径が現れる箇所を測定するものであり、当該箇所を両側から挟み込むように配置されている。また、一対の電極402a,402bは、スクリューポイントの中間箇所の外径を測定するものであり、当該箇所を両側から挟み込むように配置されている。さらに、一対の電極403a,403bは、スクリューポイント4bの先端部の外径を測定するものであり、当該先端部を両側から挟み込むように配置されている。これら電極401a,401b,402a,402b,403a,403bは、スクリューポイント4bの中心線に向かってばね404によって付勢されている。付勢された状態において、電極401aと電極401bとは、これらの距離がスクリューポイント4bの最大径と同一に設定されており、検査対象であるスクリューポイント4bが所定の最大径を有する場合には外周面に接触し導通する。また、電極402aと電極402bとは、これらの距離がスクリューポイント4bの中間箇所の外径と同一に設定されており、検査対象であるスクリューポイント4bの中間箇所が所定の外径を有する場合には外周面に接触し導通する。さらに、電極403aと電極403bとは、これらの距離がスクリューポイント4bの先端部の外径と同一に設定されており、検査対象であるスクリューポイント4bの先端部が所定の外径を有する場合には外周面に接触し導通する。このように、スクリューポイント4bの外径を最大径が現れる箇所だけでなく、3箇所測定することで、より高品質にスクリューポイント4bの摩耗具合を検出することができる。そして、摩耗検出部405で各電極毎に導通の有無を判定する。
最後に、本発明の第5実施形態に係る自動貫入試験機について説明する。500は、自動貫入試験機であり、前述した自動貫入試験機300の摩耗検出装置200に代えて上記貫入体の摩耗検出装置400を搭載したものであり、その他の構成については自動貫入試験機300と同様である。支柱2には、地面に対して水平に回動可能な回動アーム301が取り付けられており、この回動アーム301に貫入体の摩耗検出装置400が取り付けられている。この構成により、貫入試験開始前にスクリューポイント4bの摩耗を検出する際には、スクリューポイント4bの下降経路上に貫入体の摩耗検出装置400を配置する。摩耗有無判定の結果、測定対象であるスクリューポイント4bの外径に1箇所でも摩耗有りと判定された場合には、表示部58にその旨の表示をするとともに、メイン制御部51を通じてインバータ制御部53に試験中止信号を発することにより昇降台を下降させないようにし、貫入試験が開始されないようになっている。一方、3箇所とも摩耗無しと判定された場合には、続いて貫入試験に移行する。このとき、回動アーム301を、支柱2を支点に回動させることにより、摩耗検出装置400をスクリューポイント4bの下降経路上から外す。このため、摩耗検出と貫入試験を連続的に行うことが可能になる。
なお、本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
1 自動貫入試験機
2 支柱
3 昇降台
4 貫入ロッド
4a ロッド
4b スクリューポイント
5 チャック
6 回転用モータ
8 昇降用モータ
9 光学式変位センサ
9a 発光素子
9b 受光素子
50 制御ユニット
51 メイン制御部
53,54 インバータ制御部
55 記憶部
56 入力部
57 摩耗検出部
58 表示部
200 貫入体の摩耗検出装置
201 フレーム
202 光学式変位センサ
202a 発光部
202b 受光部
203 摩耗検出部
2 支柱
3 昇降台
4 貫入ロッド
4a ロッド
4b スクリューポイント
5 チャック
6 回転用モータ
8 昇降用モータ
9 光学式変位センサ
9a 発光素子
9b 受光素子
50 制御ユニット
51 メイン制御部
53,54 インバータ制御部
55 記憶部
56 入力部
57 摩耗検出部
58 表示部
200 貫入体の摩耗検出装置
201 フレーム
202 光学式変位センサ
202a 発光部
202b 受光部
203 摩耗検出部
Claims (16)
- 貫入体の外径を測定する寸法測定手段と、
寸法測定手段による測定値と予め設定された閾値とを比較して貫入体の摩耗具合を検出する摩耗検出部と、
を備えることを特徴とする貫入体の摩耗検出装置。 - 寸法測定手段が、変位センサであることを特徴とする請求項1に記載の貫入体の摩耗検出装置。
- 貫入体が回転手段によって回転可能に支持され、寸法測定手段が回転中の貫入体を測定するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に貫入体の摩耗検出装置。
- 貫入体の外周面と接触可能に配置された一対の電極と、
一対の電極間の導通の有無に基づいて貫入体の摩耗の有無を検出する摩耗検出部と、
を備えることを特徴とする貫入体の摩耗検出装置。 - 貫入体が回転手段によって回転可能に支持され、一対の電極が回転中の貫入体の導通を検出するように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の貫入体の摩耗検出装置。
- ロッドとその先端に取り付けられる貫入体から成る貫入ロッドと、
支柱と、
支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
昇降台に設けられ、貫入体を下方にしてロッドを保持するチャックと、
昇降台を昇降操作し、昇降台の下降に伴って貫入ロッドを地中に貫入させる昇降手段と、
貫入体の外径を測定する寸法測定手段と、
寸法測定手段による測定値と予め設定された閾値を比較して貫入体の摩耗具合を検出する摩耗検出部と、
を備えることを特徴とする自動貫入試験機。 - 摩耗検出部で貫入体の摩耗が許容範囲を超えていると判定された場合に、その旨を表示部に表示するように構成したことを特徴とする請求項6に記載の自動貫入試験機。
- 摩耗検出部で貫入体の摩耗が許容範囲を超えていると判定された場合に、昇降台の下降を不可能にして貫入試験を開始できないように構成したことを特徴とする請求項6又は7に自動貫入試験機。
- 支柱に回動アームを回動可能に設け、この回動アームに寸法測定手段が取り付けられていることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の自動貫入試験機。
- 寸法測定手段が、変位センサであることを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の自動貫入試験機。
- チャックが回転手段によって回転自在に構成され、寸法測定手段が回転中の貫入体を測定するように構成されていることを特徴とする請求項6ないし10のいずれかに記載の自動貫入試験機。
- ロッドとその先端に取り付けられる貫入体から成る貫入ロッドと、
支柱と、
支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
昇降台に設けられ、貫入体を下方にしてロッドを保持するチャックと、
昇降台を昇降操作し、昇降台の下降に伴って貫入ロッドを地中に貫入させる昇降手段と、
貫入体の外周面と接触可能に配置された一対の電極と、
一対の電極間の導通の有無に基づいて貫入体の摩耗の有無を検出する摩耗検出部と、
を備えることを特徴とする自動貫入試験機。 - 摩耗検出部で貫入体が摩耗していると判定された場合に、その旨を表示部に表示するように構成したことを特徴とする請求項12に記載の自動貫入試験機。
- 摩耗検出部で貫入体が摩耗していると判定された場合に、昇降台の下降を不可能にして貫入試験を開始できないように構成したことを特徴とする請求項12又は13に自動貫入試験機。
- 支柱に回動アームを回動可能に設け、この回動アームに電極が取り付けられていることを特徴とする請求項12ないし14のいずれかに記載の自動貫入試験機。
- チャックが回転手段によって回転自在に構成され、一対の電極が回転中の貫入体の導通を検出するように構成されていることを特徴とする請求項12ないし15のいずれかに記載の自動貫入試験機。
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JP2015256567 | 2015-12-28 | ||
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PCT/JP2016/052774 WO2017115469A1 (ja) | 2015-12-28 | 2016-01-29 | 貫入体の摩耗検出装置および摩耗検出機能を備えた自動貫入試験機 |
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- 2016-01-29 WO PCT/JP2016/052774 patent/WO2017115469A1/ja active Application Filing
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