JP2004317171A - 路面上の水膜厚さの測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面上の水膜の厚さを高い精度で求める。
【解決手段】所定の経路を辿って、路面それ自体の表面高さを、非接触で測定する工程と、路面上に水膜が形成された後、上記経路と同一の経路を辿って、水膜の表面高さを、非接触で測定する工程と、これらの両工程の、それぞれの測定結果の高さの差の平均値を算出する工程とを組合わせてなる。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、路面上に存在する水膜の厚さの測定方法およびそれに用いる測定装置に関するものであり、とくには、水膜厚さを、非接触で高精度に測定する技術を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
路面上の水膜厚さを測定する従来技術としては、いわゆるＮＡＳＡゲージ、ＧＭ式水深計等を用いるものの他、特開平６−１０９５２１号公報に開示されているようなフロート式の水深計を用いるものがある。
【０００３】
ここで、ＮＡＳＡゲージは、三本の等長の支持脚を有する台座の下面側に、長さの異なる数水準のガラス管よりなる水管を突出させて設けてなるものであり、これによる水膜測定は、先端が水膜に触れた水管の他端の変色を検知して、支持脚の高さからその水管の長さを減算して水深を求めることにより行い、またＧＭ式水深計による水膜測定は、長さ同一の数本の電極に電圧を印加し、水に触れた電極に生じる電圧降下値を水深に換算するものである。
そしてフロート式水深計による水膜測定は、水面に浮いたフロートの高さを検出し、その高さから水深を換算するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるにこれらの従来技術はいずれも、水膜への接触をもってそれの厚みを測定するものであることから、そもそも、路面それ自体の凹凸プロファイルを水膜厚さの測定結果に全く反映させることができず、また、水の毛管現象、表面張力等の影響を受け易く、しかも、水膜厚さを点状もしくは面状に測定することから、水膜表面の微妙な凹凸を検出することが不可能であるという問題があった。
【０００５】
このように、水膜の測定精度の点での信頼性に乏しいこれらの従来技術をもってしては、最近の制動試験等で問題にされることの多い１ｍｍ未満の厚みの水膜を、十分な精度をもって測定することは不可能である。
【０００６】
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、路面上の水膜厚さを、それが１ｍｍ未満であっても十分高い精度で求めることができる測定方法および装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の、路面上の水膜厚さの測定方法は、所定の経路を辿って、路面それ自体の表面高さを、非接触で連続的にまたは、所定のピッチ毎に間欠的に測定する工程と、路面上に水膜が形成された後、上記経路と同一の経路を辿って、水膜の表面高さを、非接触で連続的にまたは、上記測定点と対応する位置で間欠的に測定する工程と、これらの両工程の、それぞれの測定結果の高さの差の平均値を算出する工程とを組合わせてなる。
【０００８】
この方法によれば、路面および水膜の、連続的もしくは間欠的な測定によって水膜の表面高さのみならず、路面それ自体の表面高さをも測定することにより、水膜および路面の凹凸プロファイルのそれぞれを水膜の厚さに十分に反映させることができる。またここでは、とくには水膜の表面高さを、非接触で連続的にまたは間欠的に測定することにより、水の毛管現象、表面張力等の影響を何ら受けることなしに、水膜表面の微妙な凹凸のプロファイルを正確に測定することができる。
【０００９】
従ってここでは、それぞれの測定結果の高さの差の平均値を算出して、それを水膜厚さとすることで、路面および水膜表面のそれぞれの凹凸プロファイルをも考慮した水膜厚さを、十分高い精度で求めることができ、これがため、１ｍｍ未満の薄い水膜に対する制動試験等の信頼性を大きく高めることができる。
【００１０】
なおここで、路面の表面高さおよび、水膜の表面高さのそれぞれを、相互に別個の専用のレーザ測定手段により測定した場合には、水膜厚さの測定精度をより一層高めることができる。
【００１１】
ところで、それぞれの測定結果の高さの差の平均値は、路面それ自体の表面高さの実測値および、水膜の表面高さの実測値そのものに基づいて算出することができる他、路面の表面高さがそれの平均値を越える部分での高さの差だけに基づいて算出することもできる。
【００１２】
前者によれば、現実の水膜厚さの平均値をより忠実に求めることができる。この一方で、後者によれば、タイヤのトレッド表面が接触することのある路面上の平均水膜厚さを求めることができるので、タイヤの評価を行う上ではとくに有効である。これはすなわち、常にほぼ一定の面積をもって路面に接地することになるトレッド表面は、通常は、路面の、表面高さの平均値より低い部分には接地しないと考えられることによるものである。
【００１３】
この発明の、路面上の水膜厚さの測定装置は、路面の表面高さ計測用のレーザ測定手段、たとえばレーザ変位センサおよび、水膜の表面高さ計測用レーザ計測手段、たとえばレーザフォーカス変位計のそれぞれを、たとえば、相互の隣接姿勢で、ベースフレーム等に直接的もしくは間接的に配設するとともに、これらの両測定手段を所定の移動経路内で水平に往復変位、たとえば微動させる手動調整手段および、両測定手段を所定の移動経路内で、それの全長にわたって連続的にまたは間欠的に水平変位させるアクチュエータのそれぞれを設け、また、所定の移動経路方向に離隔し、その移動経路を隔てて位置して全体を支持する一対の支持脚を設けたものである。
【００１４】
この装置によれば、はじめに、アクチュエータの作用下で、たとえば三角測量方式のレーザ変位センサを、所定の移動経路内でその全長にわたって水平変位させながら、路面の表面高さを、非接触で連続的もしくは間欠的に測定し、次いで、路面上に水膜が形成された後、手動調整手段をもって、レーザフォーカス変位計を、それに隣接して位置するレーザ変位センサによる、路面の表面高さの計測開始始端と対応する位置まで変位させ、そこから、アクチュエータの作用により、レーザ変位センサと同様に、所定の移動経路内でその全長にわたって水平変位させながら、水膜の表面高さを、先の測定点と対応する位置で、非接触で連続的もしくは間欠的に測定するにより、路面および水膜のそれぞれの表面凹凸を高い精度をもって一続きに計測することができる。
【００１５】
このようにして路面の表面高さおよび、水膜の表面高さのそれぞれを測定した後は、それぞれの測定結果の高さの差の平均値を別途算出することにより、路面上の水膜の厚さを、路面および水膜表面の微妙な凹凸をも考慮に入れて、高い精度で求めることができる。
【００１６】
ところで、このような装置において、少なくとも、水膜の表面高さ計測用のレーザ測定手段のための高さ位置調整手段を設けたときは、水膜の厚さが相対的に厚い場合に、そのレーザ測定手段を上昇変位させることで、水膜の表面高さを常に高い精度で測定することができる。
【００１７】
なおこの一方で、高さレベルを揃えて取付けたそれぞれのレーザ測定手段の同時の昇降変位をもたらす高さ位置調整手段を設けて、両測定手段の同期した同量の昇降変位を可能とした場合には、昇降変位後の、両レーザ測定手段の相互のレベル調整を不要とすることができる。
【００１８】
なおここで、アクチュエータの中心軸線の周りに発生するモーメントを相殺するカウンターウェイトを、それぞれのレーザ測定手段を直接的もしくは間接的に配設した、手動調整手段上のベースフレームに取付けたときには、測定精度をより一層向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１は、この発明に係る測定装置の実施形態を示す略線斜視図であり、図中１は側面形状がほぼＬ字状をなすベースフレームを示し、２，３はそれぞれ、ベースフレーム１に、相互の隣接姿勢で、また高さレベルを揃えて間接的に取付けた、路面の表面高さ計測用のレーザ測定手段および、水膜の表面高さ計測用のレーザ測定手段を示す。
【００２０】
ここで、前者のレーザ測定手段２は、分割受光素子に入る光量差を検出する方法、受光素子に光位置検出素子（ＰＳＤ）を用いる三角測量法、投受光ファイバによる反射光量検出法々を採用した公知のレーザ変位センサとすることができ、また後者のレーザ測定手段３は、レーザフォーカス法を用いたレーザフォーカス変位計とすることができる。
このレーザフォーカス変位計としては、たとえば（株）キーエンス製のレーザフォーカス変位計（型式 ＬＴ−８１１０）を用いることができ、この変位計は以下の原理に基づいて対象物までの距離を測定することができる。
【００２１】
図２に示すように、光源から出たレーザ光は、ハーフミラー、対物レンズを経て対象物上で小さなスポットとなる一方、そのレーザ光は対象物で反射されて再びハーフミラーまで戻り、そこで直角に反射され、ピンホールの位置で一点に集光されて受光素子に到達することになるも、対象物の位置が変化すると、そこで反射した光はピンホールの位置で集光されず、ほとんどの光がピンホールを通過できなくなるので、受光素子にはわずかな光しか到達せず、その光は受光信号としては感知されないことになる。
そこでこの変位計では、対物レンズを音叉によって機械的に動かして、レンズがどの位置にある時に光がピンホールを通過するかを検出することで、対象物までの距離を測定する。
【００２２】
図に示すところでは、このようなレーザ測定手段２，３を、それら両者の一体的な昇降変位をもたらす高さ位置調整手段４を介してベースフレーム１に取付ける。ここでこの高さ調整手段４は、たとえば、垂直支持プレート５に支持されて上下方向に延在する、上端にハンドルを設けた垂直雄ねじ部材６と、両測定手段２，３を、レベルを揃えて、相互の隣接下で直接的に取付けられて、雄ねじ部材６に螺合する、図示しない雌ねじ部材を一体的に配設された取付けフレーム７とで構成することができる。
【００２３】
またここでは、両測定手段２，３を間接的に取付けたベースフレームそれ自体を、水平支持プレート８に支持されて、図にＸで示す所定の移動経路の方向に水平に延在する、少なくとも一端にハンドルを有する水平雄ねじ部材９と螺合する、図示しない雌ねじ部材に一体的に取り付けることにより、それらの測定手段２，３を所定の移動経路内で、一体的に水平に往復変位させる手動調整手段１０を構成する。
【００２４】
そしてさらには、水平支持プレート８を支持して、その支持プレート８、ひいては、それぞれのレーザ測定手段２，３を所定の移動経路内で、それの全長にわたって連続的にまたは間欠的に水平変位させるアクチュエータ１１を設け、直接的にはこのアクチュエータ１１を、移動経路方向Ｘに離隔して支持する一対の支持脚１２を設ける。
なおここで、アクチュエータ１１としては、ロッドレスシリンダその他の各種シリンダを用いることができる他、ねじ駆動機構、歯車駆動機構等を用いることもできる。
【００２５】
以上のように構成してなる装置を用いた水膜の厚さ測定に当っては、はじめに、アクチュエータ１１の延在方向を、所定の移動経路方向Ｘに一致させて支持脚１２をセットし、次いで、そのアクチュエータ１１の作用下で、たとえば、レーザ測定手段２を一定速度で移動させながら、路面の表面高さを、移動経路の全体にわたって間欠的に測定する。
【００２６】
図３は、（株）キーエンス製のＣＣＤレーザ変位センサ（型式ＬＫ−０８０）を用いて、表面高さを０．６ｍｍ間隔で、６０ｍｍの長さにわたって計測した場合の路面プロファイルを示す。
【００２７】
そして、路面上に水膜が形成された後は、アクチュエータ１１によって予め元位置に復帰させたそれぞれの測定手段２，３にあって、水膜の表面高さ計測用のレーザ測定手段３を、手動調整手段１０により、測定手段２による計測開始始端と対応する位置まで水平変位させ、また、水膜の厚さが暑く、測定手段３による計測可能域を外れる場合には、そのレーザ測定手段３を、上述したところと併せて、高さ位置調整手段４をもって、高さの変更量のカウント下で、計測が可能となる高さまで上昇変位させる。
その後は、アクチュエータ１１により、レーザ測定手段３を、上述の場合と同一速度で定速移動させながら、水膜の表面高さを、移動経路の全体にわたり、たとえば、路面の測定個所に対応させて間欠的に測定する。
【００２８】
図４は、路面上の三種類の水膜表面高さを、前述したレーザフォーカス変位計を用いて計測したときの水膜表面プロファイルを示す。
路面および水膜のそれぞれについてのこのような測定を終えた後は、たとえば、両測定結果を図５に示すように重ね合わせて、それぞれの測定結果の、高さの差の平均値を算出して水膜厚さとする。
【００２９】
ここで、この高さの差の平均値の算出は、実測値そのものに基づいて、たとえば、図５に示す、路面のプロファイルと水膜プロファイルとに挟まれる部分の全面積を求めて、それを測定長さで除することによって行うことができる他、図６に示すように、路面の表面高さそれ自体の平均値ＭＰＤを求め、路面の表面高さが、この路面高さの平均値ＭＰＤを越える部分における高さの差だけに基づいて算出することもでき、この場合は、たとえば、図７に梨子地模様を施して示すように、平均値ＭＰＤを越える路面表面部分と水膜表面との間に挟まれる部分のそれぞれの面積の総和を、それぞれの梨子地模様部分の測定長さの総和をもって除することによって、高さの差の平均値としての水膜厚さ、いいかえれば水膜厚さの平均値を求めることができる。
ここでこの後者の水膜厚さは、先にも述べたように、タイヤのトレッド表面の、路面への接地レベルより上方に存在する水膜の厚さと比較的うまく対応することから、タイヤの性能等のより適正なる評価が可能となる。
【００３０】
ところで、上述したそれぞれの高さの差の平均値は、両プロファイルの高さの差を、測定長さ方向の所定のピッチ、たとえば０．１ｍｍ毎に求めて、それらの高さの差の総和を、ピッチ数によって除することで算出することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上に述べたところから明らかなように、この発明によれば、路面の表面高さおよび、水膜の表面高さのそれぞれを非接触で連続的にまたは間欠的に測定することで、それらの両表面の凹凸プロファイルを、水の毛管現象、表面張力等の影響を何ら受けることなく、十分正確に求めることができ、この結果として、水膜厚さの測定精度を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る装置の実施形態を示す略線斜視図である。
【図２】レーザフォーカス変位計の作動原理を示す説明図である。
【図３】路面の表面高さの測定結果としての路面プロファイルを示す図である。
【図４】水膜の、三種類の表面高さの測定結果としての水膜プロファイルを示す図である。
【図５】両プロファイルの合成図である。
【図６】図５に示すところに、基準となる路面高さ平均値を書き込んだ図である。
【図７】高さの差の平均値の算出態様を例示する説明図である。
【符号の説明】
１ ベースフレーム
２ 路面計測用のレーザ測定手段
３ 水膜計測用のレーザ測定手段
４ 高さ調整手段
５ 支持プレート
６ 垂直雄ねじ部材
７ 取付フレーム
８ 水平支持プレート
９ 水平雄ねじ部材
１０ 手動調整手段
１１ アクチュエータ
１２ 支持脚

Claims (8)

1. 所定の経路を辿って、路面それ自体の表面高さを、非接触で連続的にまたは間欠的に測定する工程と、路面上に水膜が形成された後、上記経路と同一の経路を辿って、水膜の表面高さを、非接触で連続的にまたは間欠的に測定する工程と、これらの両工程の、それぞれの測定結果の高さの差の平均値を算出する工程とを組合わせてなる路面上の水膜厚さの測定方法。
2. 路面の表面高さおよび、水膜の表面高さを、相互に別個のレーザ測定手段により測定する請求項１に記載の路面上の水膜厚さの測定方法。
3. 高さの差の平均値を、実測値そのものに基づいて算出する請求項１もしくは２に記載の路面上の水膜厚さの測定方法。
4. 高さの差の平均値を、路面の表面高さがそれの平均値を越える部分での高さの差だけに基づいて算出する請求項１もしくは２に記載の路面上の水膜厚さの測定方法。
5. 路面の表面高さ計測用のレーザ測定手段および、水膜の表面高さ計測用のレーザ測定手段のそれぞれを設けるとともに、これらの両測定手段を所定の移動経路内で水平に往復変位させる手動調整手段および、両測定手段を所定の移動経路内で、連続的にまたは間欠的に水平変位させるアクチュエータのそれぞれを設け、所定の移動経路方向に離隔してこれらの全体を支持する一対の支持脚を設けてなる、路面上の水膜厚さの測定装置。
6. 少なくとも、水膜の表面高さ計測用のレーザ測定手段の、高さ位置調整手段を設けてなる請求項５に記載の路面上の水膜厚さの測定装置。
7. 高さレベルを揃えて取付けたそれぞれのレーザ測定手段の同時の昇降変位をもたらす高さ位置調整手段を設けてなる請求項５もしくは６に記載の路面上の水膜厚さの測定装置。
8. アクチュエータの中心軸線の周りに発生するモーメントを相殺するカウンターウェイトを、手動調整手段上のベースフレームに取付けてなる請求項５〜７のいずれかに記載の路面上の水膜厚さの測定装置。

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