JP2001082906A - 路面粗さ測定方法及び測定装置 - Google Patents

路面粗さ測定方法及び測定装置

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JP2001082906A
JP2001082906A JP26038099A JP26038099A JP2001082906A JP 2001082906 A JP2001082906 A JP 2001082906A JP 26038099 A JP26038099 A JP 26038099A JP 26038099 A JP26038099 A JP 26038099A JP 2001082906 A JP2001082906 A JP 2001082906A
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road surface
distance
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contact needle
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JP26038099A
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Yukio Tozawa
幸雄 兎沢
Naoyuki Katsura
直之 桂
Hiroshi Iizuka
洋 飯塚
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Yokohama Rubber Co Ltd
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Yokohama Rubber Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長が0.01〜1mm程度の凹凸や高さが
10mm程度の凹凸を有する路面について表面粗さを精
度良く測定する路面粗さ測定方法及び測定装置を提供す
る。 【解決手段】 半球状の先端部6aを有する接触針6を
基準位置から路面Sに接触するまで垂直方向に移動さ
せ、(i−1)番目の測定点で基準位置Aからの垂直移
動距離Di-1 を測定した後、基準位置Aに戻して横移動
距離ΔLに基づいて横方向に移動させ、i番目の測定点
で再び路面Sに接触するまでの垂直移動距離Di を測定
し、接触針6の垂直移動距離Di-1 ,Di 及び横移動距
離ΔLと、その先端部の曲率半径Rに基づいて、i番目
の測定点における基準位置Aから路面Sまでの距離Mi
を算出し、該距離Mi を路面粗さの指標とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、路面の表面粗さを
測定する方法及び装置に関し、さらに詳しくは、波長が
0.01〜1mm程度の凹凸や高さが10mm程度の凹
凸を含む路面について、その表面粗さを精度良く測定す
るようにした路面粗さ測定方法及び測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用道路等の路面の表面粗さは、タ
イヤ走行時の騒音や摩耗特性に大きな影響を与えること
が知られている。そのため、タイヤの騒音性能や摩耗特
性を路面粗さに対する相関性を考慮しながら研究するに
は、その路面粗さをミクロ的かつマクロ的に精度良く測
定することが要求される。
【0003】従来、路面粗さを測定する方法には、大別
して接触式のものと非接触式のものがある。接触式の路
面粗さ測定方法では、接触針を測定対象路面に押し付け
ながら表面に沿って移動させ、その接触針の変位又はそ
れに加わる荷重を機械的、光学的、或いは電気的に測定
することにより、表面の凹凸形状を検出している。一
方、非接触式の路面粗さ測定方法では、路面にレーザ光
線を照射しながら光源を表面に沿って移動させ、その反
射波を測定することにより、表面の凹凸形状を検出して
いる。
【0004】しかしながら、上述した接触式の路面粗さ
測定方法は、路面の凹凸の高さが小さい場合には有効で
あるが、例えば凹凸の高さが10mm程度まである路面
の表面粗さを測定する場合は、その接触針を表面に沿っ
て連続的に移動させることができないという問題があっ
た。一方、非接触式の路面粗さ測定方法は、凹凸の高さ
が大きい場合でも表面に沿って連続的に測定を行うこと
が可能であり、また1mm程度の大きな波長の凹凸を測
定する場合にはノイズが少ないものの、0.01mm程
度の小さな波長の凹凸では測定時のノイズが大きくな
り、路面粗さを精度良く測定することができないという
問題点があった。
【0005】これに対して、一般的な路面は波長が0.
01〜1mm程度の凹凸や高さが10mm程度の凹凸を
含み、凹凸寸法の変動範囲が極めて広いため、このよう
な路面の表面粗さをミクロ的かつマクロ的に精度良く測
定可能な方法及び装置の開発が望まれていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、波長
が0.01〜1mm程度の凹凸や高さが10mm程度の
凹凸を有する路面について、その表面粗さを精度良く測
定することを可能にした路面粗さ測定方法及び測定装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の路面粗さ測定方法は、半球状の先端部を有す
る接触針を基準位置から路面に接触するまで垂直方向に
移動させ、前記基準位置からの垂直移動距離を測定した
後、前記基準位置に戻して横方向に移動させ、任意の測
定点で再び路面に接触するまでの垂直移動距離を測定
し、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その
先端部の曲率半径に基づいて、前記任意の測定点におけ
る基準位置から路面までの距離を算出し、該距離を路面
粗さの指標とすることを特徴とするものである。
【0008】このように接触針を路面の表面に沿って非
連続的に移動させ、任意の測定点毎に基準位置から路面
までの距離を求めることにより、レーザ光線を用いた非
接触式の路面粗さ測定方法とは異なって、波長が0.0
1〜1mm程度の凹凸を精度良く検出することができ、
しかも高さが10mm程度の凹凸が接触針の移動を阻害
することはなく、これら大きな凹凸も精度良く検出する
ことができる。
【0009】また、測定対象となる路面は軟質又は硬質
の種々の材料から構成されるが、上述のように接触針の
先端部を半球状にすることにより、接触針の垂直移動距
離を測定する際にその接触圧により接触針の先端部が路
面に埋没することを回避できるので、路面の構成材料に
拘らず良好な検出精度を確保することができる。なお、
接触針の先端部を半球状とした場合、基準位置から路面
までの距離は、接触針の垂直移動距離及び横移動距離
と、その先端部の曲率半径に基づいて算出することがで
きる。
【0010】一方、本発明の路面粗さ測定装置は、半球
状の先端部を有する接触針を基準位置と路面との間で垂
直方向に移動させる垂直移動手段と、前記接触針を横方
向に移動させる横移動手段と、これら垂直移動手段及び
横移動手段を交互に駆動させる制御手段と、前記接触針
の垂直移動距離及び横移動距離を記録する記録手段とを
備えたことを特徴とするものである。また、本発明の路
面粗さ測定装置においては、接触針の垂直移動距離及び
横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて、任意
の測定点における基準位置から路面までの距離を算出す
る演算手段を設けることが好ましい。
【0011】このように構成される路面粗さ測定装置に
よれば、路面に対する接触針の垂直移動距離と横移動距
離を交互に測定し、これら垂直移動距離及び横移動距離
と、予め設定された先端部の曲率半径に基づいて、任意
の測定点における基準位置から路面までの距離を簡単に
求めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成について添付
の図面を参照して詳細に説明する。
【0013】図1は本発明の実施形態からなる路面粗さ
測定装置を例示するものであり、図2はその部分拡大図
を示すものである。図1に示すように、左右一対の台座
1,1上には両者に跨がるプラットホーム2が配設され
ている。プラットホーム2はその長手方向に延長するガ
イド3と、該ガイド3に沿って軸支された送りネジ4と
を備えており、その送りネジ4が駆動モータ5により回
転駆動するようになっている。これらプラットホーム
2、ガイド3、送りネジ4、駆動モータ5が横移動手段
11を構成している。
【0014】横移動手段11のプラットホーム2にはガ
イド3を介して垂直移動手段12が配設されている。垂
直移動手段12は送りネジ4の回転に伴ってガイド3に
沿って移動するようになっている。この垂直移動手段1
2は接触針6を下方から突出させ、その接触針6を基準
位置と路面Sとの間で垂直方向に往復移動させるように
構成されている。また、接触針6の先端部6aは半球状
に成形されている。この先端部6aの曲率半径Rは0.
005〜0.05mmの範囲にすることが好ましく、例
えば0.01mmにすることができる。
【0015】上記路面粗さ測定装置においては、横移動
手段11の駆動モータ5を制御して垂直移動手段12を
ガイド3に沿って移動させると、図2に示すように接触
針6が路面Sに対して横方向(水平方向)Xに移動す
る。接触針6の横移動距離は0.005〜0.05mm
の範囲にすることが好ましく、例えば0.01mmにす
ることができる。また、垂直移動手段12を制御するこ
とにより、接触針6が垂直方向Yに移動する。接触針6
の垂直移動距離は3〜30mmの範囲にすることが好ま
しく、例えば10mmにすることができる。
【0016】図3は本実施形態からなる路面粗さ測定装
置のブロック構成図である。図3において、制御手段1
3 は横移動手段11と垂直移動手段12とが交互に駆
動すように制御を行う。また、横移動手段11に基づく
接触針6の横移動距離と垂直移動手段12に基づく接触
針6の垂直移動距離はそれぞれ記録手段14,15に記
憶される。演算手段16は記録手段14,15に記録さ
れた横移動距離及び垂直移動距離と、接触針6の先端部
6aの曲率半径Rに基づいて、任意の測定点における基
準位置から路面Sまでの距離を算出する。
【0017】例えば、測定開始からi番目の測定点につ
いて具体的に説明する。図4において、Aは基準位置、
ΔLは横移動距離、Di はi番目の測定点における垂直
移動距離、di はi番目の測定点における曲率半径Rの
中心位置Oから路面Sまでの垂直方向の距離である。但
し、横移動距離ΔLは全て測定点について一定にしても
良く、或いは測定点毎に異ならせても良い。横移動距離
ΔLを測定点毎に異ならせる場合には、i番目の測定点
における横移動距離ΔLi を用いれば良い。
【0018】上述のように接触針6の先端部6aを半球
状に成形した場合、i番目の測定点における基準位置A
から路面Sまでの距離Mi は下記(1)式で表される。
【0019】Mi =Di +di ・・・(1) ここで、図5に示すように、i番目の測定点における曲
率半径Rの中心位置Oと(i−1)番目の測定点におけ
る曲率半径Rの中心位置Oとを結ぶ線分をSiとし、該
線分Si の水平方向Xに対する傾斜角度をαi とし、i
番目の測定点において路面Sとの接点を通る法線の垂直
方向Yに対する傾斜角度をθi とし、i番目の測定点の
法線と(i−1)番目の測定点の法線とがなす交差角度
をδi とすると、θi =αi −δi /2,δi =θi-1
−θi であるから、傾斜角度θiは下記(2)式で表さ
れる。また、Cosθi =R/di であるから、距離d
iは下記(3)式で表される。
【0020】θi =2αi −θi-1 ・・・(2) di =R/Cosθi ・・・(3) ここで、傾斜角度αi は(4)式で表される。
【0021】 αi =tan-1〔(Di-1 −Di )/ΔL〕 ・・・(4) よって、(2)式と(4)式からθi が求まり、(3)
式からdi が求まり、(1)式からMi が求まる。但
し、起点となる測定点(i=1)では(2)式のθi-1
がθ0 となり、θ0 =0として計算を行えば良い。
【0022】従って、予め設定された曲率半径Rの他
に、(i−1)番目の測定点における垂直移動距離D
i-1 、i番目の測定点における垂直移動距離Di 、横移
動距離ΔLを測定することにより、上記の式からi番目
の測定点における基準位置Aから路面Sまでの距離Mi
を求めることができる。
【0023】次に、上述した路面粗さ測定装置を用いた
本発明の路面粗さ測定方法について説明する。本実施形
態では、上記路面粗さ測定装置を路面S上に設置した
後、半球状の先端部6aを有する接触針6を基準位置A
から路面Sに接触するまで垂直方向に移動させ、(i−
1)番目の測定点で基準位置Aからの垂直移動距離Di-
1 を測定する。
【0024】次いで、接触針6を基準位置Aに戻した
後、これを所定の横移動距離ΔLに基づいて横方向に移
動させ、次のi番目の測定点で再び路面Sに接触するま
での垂直移動距離Di を測定する。そして、接触針6の
垂直移動距離Di-1 ,Di 及び横移動距離ΔLと、先端
部6aの曲率半径Rに基づいて、上記(5)式からi番
目の測定点における基準位置Aから路面Sまでの距離M
i を算出する。
【0025】このように接触針6を路面Sの表面に沿っ
て非連続的に移動させ、路面Sの所望の領域を走査する
ことにより、路面Sの表面形状を検知することができ
る。この場合、レーザ光線を用いた非接触式の路面粗さ
測定方法とは異なって、波長が0.01〜1mm程度の
ミクロ的な凹凸を精度良く検出することが可能であり、
しかも高さが10mm程度のマクロ的な凹凸が接触針の
移動を阻害することはなく、これらマクロ的な凹凸も精
度良く検出することが可能である。
【0026】また、接触針6の先端部6aは半球状に成
形されているので、測定対象となる路面Sが軟質材料か
ら構成されていても、接触針6の垂直移動距離を測定す
る際にその接触圧により接触針6の先端部6aが路面S
に埋没することを回避して良好な検出精度を確保するこ
とができる。
【0027】上述した本実施形態の路面粗さ測定装置
は、距離Mi を算出するための演算手段16を備えてい
るが、この演算手段16は必ずしも必要ではなく、記録
手段14,15に記録された垂直移動距離及び横移動距
離のデータと、先端部6aの曲率半径Rとを用いて、路
面粗さ測定装置とは別体の演算手段により計算を行って
も良い。
【0028】本発明において、垂直移動手段、水平移動
手段、制御手段、記憶手段、演算手段の構成は上記実施
形態に限定されるものではなく、必要とされる機能を備
える限りにおいて任意の実施形態にすることができる。
【0029】また、本発明において測定対象となる路面
は、道路等の路面自体は勿論のこと、路面の一部を切り
出した試験片や路面の表面形状をシリコンゴム等に転写
した転写物を用いても良い。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明の路面粗さ測
定方法によれば、半球状の先端部を有する接触針を基準
位置から路面に接触するまで垂直方向に移動させ、基準
位置からの垂直移動距離を測定した後、基準位置に戻し
て横方向に移動させ、任意の測定点で再び路面に接触す
るまでの垂直移動距離を測定し、前記接触針の垂直移動
距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づい
て、任意の測定点における基準位置から路面までの距離
を算出し、該距離を路面粗さの指標とすることにより、
波長が0.01〜1mm程度の凹凸や高さが10mm程
度の凹凸を有する路面であっても、その表面粗さを精度
良く測定することができる。
【0031】また、本発明の路面粗さ測定装置は、半球
状の先端部を有する接触針を基準位置と路面との間で垂
直方向に移動させる垂直移動手段と、接触針を横方向に
移動させる横移動手段と、これら垂直移動手段及び横移
動手段を交互に駆動させる制御手段と、接触針の垂直移
動距離及び横移動距離を記録する記録手段とを備えてい
るので、上記路面粗さ測定方法を実施し、任意の測定点
における基準位置から路面までの距離を簡単に求めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態からなる路面粗さ測定装置を
示す側面図である。
【図2】図1の部分拡大図である。
【図3】図1の路面粗さ測定装置のブロック構成図であ
る。
【図4】本発明の実施形態からなる路面粗さ測定方法を
示す説明図である。
【図5】図4の要部拡大図である。
【符号の説明】
6 接触針 6a 先端部 11 横移動手段 12 垂直移動手段 13 制御手段 14,15 記録手段 16 演算手段 S 路面 R 曲率半径 A 基準位置 ΔL 横移動距離 Di 垂直移動距離 Mi 基準位置から路面までの距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯塚 洋 神奈川県平塚市追分2番1号 横浜ゴム株 式会社平塚製造所内 Fターム(参考) 2F062 AA02 AA66 BC10 CC30 EE01 EE62 GG46 HH05 HH13 2F069 AA57 AA60 BB24 DD19 GG01 GG06 GG52 GG62 HH02 JJ06 LL02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半球状の先端部を有する接触針を基準位
    置から路面に接触するまで垂直方向に移動させ、前記基
    準位置からの垂直移動距離を測定した後、前記基準位置
    に戻して横方向に移動させ、任意の測定点で再び路面に
    接触するまでの垂直移動距離を測定し、前記接触針の垂
    直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に
    基づいて、前記任意の測定点における基準位置から路面
    までの距離を算出し、該距離を路面粗さの指標とする路
    面粗さ測定方法。
  2. 【請求項2】 半球状の先端部を有する接触針を基準位
    置と路面との間で垂直方向に移動させる垂直移動手段
    と、前記接触針を横方向に移動させる横移動手段と、こ
    れら垂直移動手段及び横移動手段を交互に駆動させる制
    御手段と、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離を
    記録する記録手段とを備えた路面粗さ測定装置。
  3. 【請求項3】 前記接触針の垂直移動距離及び横移動距
    離と、その先端部の曲率半径に基づいて、任意の測定点
    における基準位置から路面までの距離を算出する演算手
    段を備えた請求項2に記載の路面粗さ測定装置。
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