(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023111100
(43)【公開日】2023-08-10
(54)【発明の名称】移動速度計測装置
(51)【国際特許分類】
G01P 3/42 20060101AFI20230803BHJP
G01P 3/44 20060101ALI20230803BHJP
G01P 15/18 20130101ALI20230803BHJP
【ＦＩ】
G01P3/42 D
G01P3/44 Z
G01P15/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022012753
(22)【出願日】2022-01-31
(71)【出願人】
【識別番号】000203634
【氏名又は名称】多摩川精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110423
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道治
(74)【代理人】
【識別番号】100111648
【弁理士】
【氏名又は名称】梶並 順
(74)【代理人】
【識別番号】100221729
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 圭介
(72)【発明者】
【氏名】片山 諒一
(57)【要約】
【課題】耐久性を低下させることなく高い精度でローラの回転から移動速度を計測する。
【解決手段】計測対象であるローラ（１１０）の回転部位に取り付けられ、直交する２軸の加速度を検出する加速度検出部（１２０）と、加速度検出部（１２０）の検出結果から移動速度を求める演算部（１４０）とを備え、加速度検出部（１２０）は、２軸にローラ（１１０）の半径方向と周方向とを割り当て、半径方向加速度と周方向加速度とを検出し、演算部（１４０）は、半径方向加速度及び周方向加速度からローラの回転角度を算出し、回転角度を微分して角速度を算出し、ローラ（１１０）の直径と角速度とからローラ（１１０）移動速度を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】計測対象であるローラ（１１０）の回転部位に取り付けられ、直交する２軸の加速度を検出する加速度検出部（１２０）と、加速度検出部（１２０）の検出結果から移動速度を求める演算部（１４０）とを備え、加速度検出部（１２０）は、２軸にローラ（１１０）の半径方向と周方向とを割り当て、半径方向加速度と周方向加速度とを検出し、演算部（１４０）は、半径方向加速度及び周方向加速度からローラの回転角度を算出し、回転角度を微分して角速度を算出し、ローラ（１１０）の直径と角速度とからローラ（１１０）移動速度を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測対象であるローラ（１１０）の回転部位に取り付けられ、直交する２軸の加速度を検出する加速度検出部（１２０）と、
前記加速度検出部（１２０）の検出結果から移動速度を求める演算部（１４０）とを備え、
前記加速度検出部（１２０）は、前記２軸に前記ローラ（１１０）の半径方向と周方向とを割り当て、半径方向加速度α１と周方向加速度α２とを検出し、
前記演算部（１４０）は、
前記半径方向加速度α１及び前記周方向加速度α２から前記ローラの回転角度θを算出し、
前記回転角度θを微分して角速度ωを算出し、
前記ローラ（１１０）の直径Ｄと前記角速度ωとから前記ローラ（１１０）の移動速度Ｖを算出する、
移動速度計測装置。
前記加速度検出部（１２０）の検出結果から移動速度を求める演算部（１４０）とを備え、
前記加速度検出部（１２０）は、前記２軸に前記ローラ（１１０）の半径方向と周方向とを割り当て、半径方向加速度α１と周方向加速度α２とを検出し、
前記演算部（１４０）は、
前記半径方向加速度α１及び前記周方向加速度α２から前記ローラの回転角度θを算出し、
前記回転角度θを微分して角速度ωを算出し、
前記ローラ（１１０）の直径Ｄと前記角速度ωとから前記ローラ（１１０）の移動速度Ｖを算出する、
移動速度計測装置。
【請求項2】
前記演算部（１４０）は、２つの引数を取るアークタンジェントであるａｔａｎ２を用いて、θ＝ａｔａｎ２（－α１，－α２）として前記回転角度θを算出する、
請求項１に記載の移動速度計測装置。
請求項１に記載の移動速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動速度計測装置に関し、特に、ローラの回転からローラの移動速度を計測する移動速度計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
各種のローラの回転に基づいて移動速度を計測する場合、計測対象のローラに小型の計測用車輪を押しつけ、計測用車輪の回転軸の回転をエンコーダにより計測する手法が存在している。
例えば、盛り土の締め固め施工に用いられる振動ローラを有する締固め機械の移動速度を計測する場合、振動ローラに押しつけた計測用車輪の回転軸の回転をエンコーダにより計測することができる。
例えば、盛り土の締め固め施工に用いられる振動ローラを有する締固め機械の移動速度を計測する場合、振動ローラに押しつけた計測用車輪の回転軸の回転をエンコーダにより計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－２７０４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
計測用車輪は、強い力で振動ローラに対して押しつけられ、振動ローラに対して常時接触を保つことで、誤差のない正確な計測をするように構成されている。一方、計測用車輪を振動ローラに押しつける力が弱いと、振動ローラと計測用車輪との接触が一時的に離れ、計測に誤差を生じることになる。従って、計測用車輪を振動ローラに押しつける力を強くすると、誤差のない計測をすることができる反面、計測用車輪の耐久性を低下させる問題が発生する。
【0005】
特許文献１に記載の振動ローラを有する締固め機械の場合、振動ローラに設けられた突起を近接センサにより検出し、振動ローラの回転から移動速度を検出することが提案されている。
この場合、振動ローラの振動に起因して、近接センサと振動ローラに設けられた突起との距離が変化することがある。近接センサの検出能力以上に突起が離れてしまうと、振動ローラの回転数を正確に検出できない問題が発生する。
この場合、振動ローラの振動に起因して、近接センサと振動ローラに設けられた突起との距離が変化することがある。近接センサの検出能力以上に突起が離れてしまうと、振動ローラの回転数を正確に検出できない問題が発生する。
【0006】
以上の説明では振動ローラを具体例にしているが、振動ローラ以外の他のローラの回転を検出する場合であっても、例えば、走行面の凹凸などにより同様の問題が発生することがある。
従って、ローラの回転の計測を、耐久性を低下させず、高い精度で実行できることが望まれている。
本発明は、耐久性を低下させることなく高い精度でローラの回転からローラの移動速度を計測することが可能な移動速度計測装置を提供することを目的とする。
従って、ローラの回転の計測を、耐久性を低下させず、高い精度で実行できることが望まれている。
本発明は、耐久性を低下させることなく高い精度でローラの回転からローラの移動速度を計測することが可能な移動速度計測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】
【0007】
（１）本発明に係る移動速度計測装置は、計測対象であるローラの回転部位に取り付けられ、直交する２軸の加速度を検出する加速度検出部と、加速度検出部の検出結果から移動速度を求める演算部とを備え、加速度検出部は、２軸にローラの半径方向と周方向とを割り当て、半径方向加速度と周方向加速度とを検出し、演算部は、半径方向加速度及び周方向加速度からローラの回転角度を算出し、回転角度を微分して角速度を算出し、ローラの直径と角速度とからローラの移動速度を算出する。
【0008】
（２）本発明に係る移動速度計測装置において、演算部は、２つの引数を取るアークタンジェントであるａｔａｎ２を用いて、θ＝ａｔａｎ２（－α１，－α２）として回転角度θを算出する。
【発明の効果】
【0009】
本発明の移動速度計測装置によれば、２軸の加速度検出部により検出したローラの半径方向加速度及び周方向加速度からローラの回転角度を算出することにより、耐久性を低下させることなく、高い精度でローラの回転から移動速度を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態１に係る移動速度計測装置の構成を示す構成図である。
【図2】実施の形態１に係る移動速度計測装置における加速度検出部の取り付け状態を示す説明図である。
【図3】実施の形態１に係る移動速度計測装置におけるローラと加速度検出部の回転状態を示す説明図である。
【図4】実施の形態１に係る移動速度計測装置においてローラの回転に伴う半径方向加速度及び周方向加速度の変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の移動速度計測装置の実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。
【0012】
【0013】
【0014】
［移動速度計測装置１００の構成］
移動速度計測装置１００は、主に、加速度検出部１２０、受信部１３０、演算部１４０、記憶部１４５、制御部１５０、起振部１６０を備えている。移動速度計測装置１００は、振動ローラを有する締固め機械等の車両に設けられている。
移動速度計測装置１００は、主に、加速度検出部１２０、受信部１３０、演算部１４０、記憶部１４５、制御部１５０、起振部１６０を備えている。移動速度計測装置１００は、振動ローラを有する締固め機械等の車両に設けられている。
【0015】
加速度検出部１２０は、加速度センサ１２１及び送信部１２２を備えている。加速度センサ１２１は、直交する２軸の加速度を検出することが可能である。具体的には、加速度センサ１２１は、ローラ１１０の半径方向の加速度と、ローラ１１０の周方向の加速度とを検出する。ここで、ローラ１１０の軸心に沿う方向を軸方向とし、ローラ１１０の半径に沿う方向を半径方向とし、ローラ１１０の回転方向に沿う方向を周方向とする。送信部１２２は、加速度センサ１２１の検出結果を、ローラ１１０の近傍に設置された受信部１３０に向けて送信する。
【0016】
受信部１３０は、ローラ１１０を有する車両のいずれかの部位において、加速度検出部１２０の送信部１２２から送信された加速度センサ１２１の検出結果を受信し、ローラ１１０の半径方向の加速度と周方向の加速度とを抽出する。
送信部１２２と受信部１３０とは、各種の無線通信あるいは光通信により通信可能に構成されている。なお、送信部１２２と受信部１３０との接続は無線通信あるいは光通信等に限られず、スリップリング等を用いて有線により接続することも可能である。
送信部１２２と受信部１３０とは、各種の無線通信あるいは光通信により通信可能に構成されている。なお、送信部１２２と受信部１３０との接続は無線通信あるいは光通信等に限られず、スリップリング等を用いて有線により接続することも可能である。
【0017】
演算部１４０は、ローラ１１０の半径方向加速度及び周方向加速度から、ローラ１１０の回転角度θを算出する。記憶部１４５は、ローラ１１０の直径Ｄ等の各種パラメータを記憶している。演算部１４０は、回転角度θを微分して角速度ω＝ｄθ／ｄｔを算出し、記憶部１４５に記憶したローラの直径Ｄと、微分により算出した角速度ωとから、Ｖ＝（Ｄπω）／３６０としてローラ１１０の移動速度Ｖを算出する。
【0018】
制御部１５０は、算出されたローラ１１０の移動速度に応じた振幅の振動を発生するための起振制御信号を起振部１６０に与える。
起振部１６０は、制御部１５０からの起振制御信号に基づいて、鉛直方向の振動を生成し、生成した振動をローラ１１０に与える。
起振部１６０は、制御部１５０からの起振制御信号に基づいて、鉛直方向の振動を生成し、生成した振動をローラ１１０に与える。
【0019】
計測対象のローラ１１０は、図２に示すように、回転軸１１１、ホイール部１１２、外輪部１１３を備えている。
回転軸１１１は、図示しないベアリング等を介して、回転自在に車両等に支持されている。ホイール部１１２は、回転軸１１１を中心とするように外輪部１１３を保持している。外輪部１１３は、振動ローラとして振動を路面に与えることが可能なように、滑らかな面を保ちつつ堅固に構成されている。
回転軸１１１は、図示しないベアリング等を介して、回転自在に車両等に支持されている。ホイール部１１２は、回転軸１１１を中心とするように外輪部１１３を保持している。外輪部１１３は、振動ローラとして振動を路面に与えることが可能なように、滑らかな面を保ちつつ堅固に構成されている。
【0020】
ローラ１１０が自走式の締固め機械に設けられた振動ローラである場合、ローラ１１０には図示しない車両のエンジンからの回転力と、起振部１６０からの鉛直方向の振動とが、回転軸１１１を通して与えられる。
ローラ１１０が手押し式の締固め機械に設けられた振動ローラである場合、手押し部からの進行方向の押圧力と、起振部１６０からの鉛直方向の振動とが、回転軸１１１に与えられる。
ローラ１１０が手押し式の締固め機械に設けられた振動ローラである場合、手押し部からの進行方向の押圧力と、起振部１６０からの鉛直方向の振動とが、回転軸１１１に与えられる。
【0021】
加速度検出部１２０は、取り付け部１２５を介してローラ１１０の外輪部１１３の内側面に取り付けられている。外輪部１１３が鉄等を含む磁性体である場合、取り付け部は磁石により構成される。また、取り付け部１２５は、接着剤、外輪部１１３の内側に設けられたホルダ等であってもよい。
加速度検出部１２０は、ローラ１１０の半径方向を第１検出軸Ａ１として半径方向加速度α１を検出し、ローラ１１０の周方向を第２検出軸Ａ２として周方向加速度α２を検出する。
加速度検出部１２０は、ローラ１１０の半径方向を第１検出軸Ａ１として半径方向加速度α１を検出し、ローラ１１０の周方向を第２検出軸Ａ２として周方向加速度α２を検出する。
【0022】
［ローラの回転と加速度検出の関係］
ローラ１１０の回転に伴う加速度検出部１２０の加速度検出の様子を図３により説明する。図３は、実施の形態１に係る移動速度計測装置１００におけるローラ１１０と加速度検出部１２０の回転状態を示す説明図である。
ローラ１１０の回転に伴う加速度検出部１２０の加速度検出の様子を図３により説明する。図３は、実施の形態１に係る移動速度計測装置１００におけるローラ１１０と加速度検出部１２０の回転状態を示す説明図である。
【0023】
図３の（ａ）～（ｅ）は、反時計回りに回転するローラ１１０の９０°毎の回転に伴う加速度検出部１２０の向き及び状態を示している。なお、ローラ１１０は、ほぼ一定の回転角度θで回転していると仮定する。
【0024】
図３の（ａ）において、加速度検出部１２０は、半径方向の第１検出軸Ａ１で、半径方向加速度α１として重力加速度１Ｇを検出する。加速度検出部１２０は、周方向の第２検出軸Ａ２で、周方向加速度α２＝０を検出する。
【0025】
図３の（ｂ）において、加速度検出部１２０は、半径方向の第１検出軸Ａ１で、半径方向加速度α１＝０を検出する。加速度検出部１２０は、周方向の第２検出軸Ａ２で、重力加速度１Ｇを検出する。
【0026】
図３の（ｃ）において、加速度検出部１２０は、半径方向の第１検出軸Ａ１で、半径方向加速度α１として重力加速度－１Ｇを検出する。加速度検出部１２０は、周方向の第２検出軸Ａ２で、周方向加速度α２＝０を検出する。
【0027】
図３の（ｄ）において、加速度検出部１２０は、半径方向の第１検出軸Ａ１で、半径方向加速度α１＝０を検出する。加速度検出部１２０は、周方向の第２検出軸Ａ２で、重力加速度－１Ｇを検出する。
【0028】
図３の（ｅ）において、加速度検出部１２０は、半径方向の第１検出軸Ａ１で、半径方向加速度α１として重力加速度１Ｇを検出する。加速度検出部１２０は、周方向の第２検出軸Ａ２で、周方向加速度α２＝０を検出する。
【0029】
［検出した加速度と回転角度との関係］
加速度検出部１２０により検出される半径方向加速度α１と周方向加速度α２＝０とローラ１１０の回転の関係をグラフに示すと図４のようになる。図４は、実施の形態１に係る移動速度計測装置１００においてローラ１１０の回転に伴う半径方向加速度α１及び周方向加速度α２の変化を示す説明図である。
加速度検出部１２０により検出される半径方向加速度α１と周方向加速度α２＝０とローラ１１０の回転の関係をグラフに示すと図４のようになる。図４は、実施の形態１に係る移動速度計測装置１００においてローラ１１０の回転に伴う半径方向加速度α１及び周方向加速度α２の変化を示す説明図である。
【0030】
図３では、９０°毎の（ａ）～（ｅ）の状態のみを示したが、半径方向加速度α１及び周方向加速度α２を回転角度θ毎に細かく検出すると、図４のような波形を得ることができる。図４において、半径方向加速度α１はｃｏｓθの波形を示しており、周方向加速度α２はｓｉｎθの波形を示している。
【0031】
なお、起振部１６０からローラ１１０に加わる鉛直方向の振動により、図４の波形に細かな凹凸を生じることがある。このような細かな凹凸は、ローパスフィルタ等により波形整形することで除去される。従って、演算部１４０は、半径方向加速度α１と周方向加速度α２との比により、ローラ１１０の回転角度θを算出することができる。
すなわち、演算部１４０は、半径方向加速度α１と周方向加速度α２との２つの引数を取るアークタンジェントであるａｔａｎ２を用いて、θ＝ａｔａｎ２（－α１，－α２）として回転角度θを算出することができる。
すなわち、演算部１４０は、半径方向加速度α１と周方向加速度α２との２つの引数を取るアークタンジェントであるａｔａｎ２を用いて、θ＝ａｔａｎ２（－α１，－α２）として回転角度θを算出することができる。
【0032】
従来技術として説明した計測用車輪をローラに押しつける場合と比較して、実施の形態１では加速度検出部１２０をローラ１１０に固定しており、機械的可動部を用いる必要がないため、耐久性を低下させず、高い精度でローラ１１０の回転を計測することができる。
特許文献１に開示されたローラの突起を近接センサで検出する場合と比較して、実施の形態１ではローラ１１０に固定された加速度検出部１２０により加速度を計測するため、対象との距離の変化に影響されることがないため、耐久性を低下させず、高い精度でローラ１１０の回転を計測することができる。
特許文献１に開示されたローラの突起を近接センサで検出する場合と比較して、実施の形態１ではローラ１１０に固定された加速度検出部１２０により加速度を計測するため、対象との距離の変化に影響されることがないため、耐久性を低下させず、高い精度でローラ１１０の回転を計測することができる。
【0033】
［その他の実施の形態］
実施の形態１において移動速度計測装置１００が振動ローラを有する締固め機械に適用された場合を具体例として説明しているが、移動速度計測装置１００により振動ローラ以外の他のローラの回転を検出することも可能である。
例えば、締固め機械以外の各種の建設機械の移動速度を計測する用途、管路内の距離を計測するローラ距離計などの用途に、実施の形態１の移動速度計測装置１００を適用することができる。
実施の形態１において移動速度計測装置１００が振動ローラを有する締固め機械に適用された場合を具体例として説明しているが、移動速度計測装置１００により振動ローラ以外の他のローラの回転を検出することも可能である。
例えば、締固め機械以外の各種の建設機械の移動速度を計測する用途、管路内の距離を計測するローラ距離計などの用途に、実施の形態１の移動速度計測装置１００を適用することができる。
【0034】
［実施の形態により得られる効果］
以上説明したように、本発明の実施の形態１の移動速度計測装置１００によると、以下のような効果を得ることができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態１の移動速度計測装置１００によると、以下のような効果を得ることができる。
【0035】
実施の形態１の移動速度計測装置１００は、計測対象であるローラ１１０の回転部位に取り付けられて直交する２軸の加速度を検出する加速度検出部１２０と、加速度検出部１２０の検出結果から移動速度Ｖを求める演算部１４０とを備え、加速度検出部１２０は、２軸にローラの半径方向と周方向とを割り当て、半径方向加速度α１と周方向加速度α２とを検出し、演算部１４０は、半径方向加速度α１及び周方向加速度α２からローラ１１０の回転角度θを算出し、回転角度θを微分して角速度ωを算出し、ローラ１１０の直径Ｄと角速度ωとからＶ＝（Ｄπω）／３６０としてローラ１１０の移動速度Ｖを算出する。
【0036】
この移動速度計測装置１００によれば、直交する２軸の加速度を検出する加速度検出部１２０により検出したローラの半径方向加速度α１及び周方向加速度α２からローラの回転角度θを算出することにより、機械的可動部や距離に影響される近接センサ等を用いる必要がなく、耐久性を低下させることなく、高い精度でローラの回転から移動速度Ｖを計測することが可能になる。
【0037】
実施の形態１の移動速度計測装置１００において、演算部１４０は、半径方向加速度をα１、周方向加速度をα２、回転角度をθとした場合、２つの引数を取るアークタンジェントであるａｔａｎ２を用いて、θ＝ａｔａｎ２（－α１，－α２）として回転角度θを算出することにより、高い精度で回転角度θを求めることができ、高い精度でローラの回転から移動速度Ｖを迅速に計測することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明の移動速度計測装置１００は、振動ローラを有する締固め機械等の各種建設機械の移動速度の計測、管路内の距離を計測するローラ距離計などで、機械的可動部や近接センサ等を用いる必要がなく、耐久性を低下させることなく、高い精度でローラの回転から移動速度Ｖを計測するものであり、高信頼性を要求される用途に適している。
【符号の説明】
【0039】
１００ 移動速度計測装置、１１０ ローラ、１１１ 回転軸、１１２ ホイール部、１１３ 外輪部、１２０ 加速度検出部、１２１ 加速度センサ、１２２ 送信部、１２５ 取り付け部、１３０ 受信部、１４０ 演算部、１４５ 記憶部、１５０ 制御部、１６０ 起振部、Ａ１ 半径方向の第１検出軸、Ａ２ 周方向の第２検出軸。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
