JP2006226696A - 張力測定装置及び張力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物の張力を正確かつ安定して測定することができる張力測定装置及び張力測定方法を提供する。
【解決手段】アーム部材１８、２０によりベルト３４に衝撃力が付与され、衝撃力が付与されたベルト３４の振動波形をマイク部４２により検出し、マイク部４２で検出した振動波形に基づいてベルト張力計４４によりベルト３４の張力を算出しているため、ベルト３４の材質・形状によらず、ベルト３４の張力を正確かつ安定して測定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に機械装置に張設されたベルト等の張力を測定する張力測定装置及び張力測定方法に関する。

図４に示すように、従来の張力測定装置１００は、基準板１０２と、基準板１０２の下面に装着された圧力センサ１０４と、圧力センサ１０４に電気的に接続される接触子１０６と、圧力センサ１０４を下面から覆うカバー１０８と、を備えている。この基準板１０２は、圧力センサ１０４及びカバー１０８を支持する支持部１１０と、支持部１１０の両端に設けられ下方に突出した基準部１１２、１１４と、を備えている（下記特許文献１参照）。

次に、上記従来の張力測定装置１００を用いた張力測定方法について説明する。
図４に示すように、１組のプーリ１１６、１１８とこれらプーリ１１６、１１８に掛け渡されたベルト１２０とからなるベルト装置１２２のベルト１２０に外周方向から接触子１０６を押し付け、基準部１１２、１１４がベルト１２０に当接したときに、スイッチをオン操作して圧力センサ１０４の出力信号を制御装置（図示省略）に取り込む。ここで、基準部１１２、１１４が接触子１０６よりも後退（後退量＝ｄ）しているので、図４に示すように、ベルト１２０が撓み量ｄだけ内側に変位したときに基準部１１２、１１４の双方がベルト１２０に当接する。したがって、基準部１１２、１１４の双方がベルト１２０に当接したときの圧力センサ１０４の出力信号（押圧力Ｆ）と、既知の寸法ｄと、基準部１１２、１１４間の距離Ｓとに基づき、Ｔ≒Ｆ×Ｓ÷４ｄの式により、ベルト１２０の張力を概算することができる（下記特許文献１参照）。
特開２００３−５７１３６号公報

ところで、上記従来の張力測定装置では、ベルトの張力を測定する際に、ベルトを押圧しているため、ベルトの表面状態により、ベルトと接触端子との間に作用する圧力が変化してしまう問題がある。また、上記式によりベルトの張力を算出することになるが、上記式はベルトの張力を概算する式でありベルトの張力を正確に算出することはできないものである。さらに、ベルトの形状や材質に応じて適当な補正を行うことが考えられるが、この補正値を決定するのは非常に困難である。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、被測定物の張力を正確かつ安定して測定することができる張力測定装置及び張力測定方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被測定物の張力を測定する張力測定装置であって、前記被測定物に衝撃力を付与する衝撃力付与手段と、前記衝撃力付与手段により衝撃力が付与された前記被測定物の振動波形に基づいて前記被測定物の張力を算出する張力算出手段と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、衝撃力付与手段により被測定物に衝撃力が付与される。衝撃力付与手段により衝撃力が付与された被測定物の振動波形に基づいて張力算出手段により被測定物の張力が算出される。このように、本発明によれば、衝撃力付与手段により衝撃力が与えられた被測定物の振動波形に基づいて被測定物の張力を算出しているため、被測定物の材質・形状によらず、被測定物の張力を正確かつ安定して測定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の張力測定装置において、前記衝撃力付与手段は、固定部材に回動可能に設けられ前記被測定物に衝突するアーム部材であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、衝撃力付与手段が固定部材に回動可能に設けられ被測定物に衝突するアーム部材であるため、アーム部材を回動させて被測定物に衝突させることにより、簡易な構成で被測定物に容易に衝撃力を付与することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の張力測定装置において、前記アーム部材は、重力の作用により回動し前記被測定物に衝突することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、アーム部材が重力の作用により回動し被測定物に衝突することにより、アーム部材を回動させるための部材（装置）を別途に設ける必要がない。これにより、張力測定装置の部品点数を削減でき、小型化を実現できるとともに、製造コストを大幅に低減させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の張力測定装置において、前記アーム部材の回動角度を規制する角度規制手段を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、角度規制手段を設けたことによりアーム部材の回動角度を規制することができる。これにより、被測定物に付与させる衝撃力の大きさを安定させることができ、被測定物の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の張力測定装置において、前記角度規制手段は変位可能に設けられ、前記角度規制手段の変位により前記アーム部材の規制角度を調整することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、角度規制手段の変位によりアーム部材の規制角度を調整することにより、被測定物の形状・材質などに応じて被測定物に付与する衝撃力の大きさを適宜変えることができる。これにより、被測定物の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の張力測定装置において、前記アーム部材は、複数設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、アーム部材が複数設けられているため、被測定物の異なる部位の張力を測定することができる。また、被測定物の形状・材質などに応じて被測定物の張力測定部位を適宜変えることができる。これにより、被測定物の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の張力測定装置において、前記被測定物は、プーリ間に掛け渡されたベルトであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、被測定物がプーリ間に掛け渡されたベルトであるため、ベルトの張力を正確かつ安定して測定することができる。

請求項８に記載の発明は、被測定物の張力を測定する張力測定方法であって、衝撃力付与手段により前記被測定物に衝撃力を付与する衝撃力付与工程と、前記衝撃力付与手段により衝撃力が付与された前記被測定物の振動波形に基づいて張力算出手段により前記被測定物の張力を算出する張力算出工程と、を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、衝撃力付与工程において衝撃力付与手段により被測定物に衝撃力が付与される。張力算出工程において衝撃力付与手段により衝撃力が付与された被測定物の振動波形に基づいて張力算出手段により被測定物の張力が算出される。このように、本発明によれば、衝撃力付与手段により衝撃力が与えられた被測定物の振動波形に基づいて被測定物の張力を算出しているため、被測定物の材質・形状によらず、被測定物の張力を正確かつ安定して測定することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の張力測定方法において、前記衝撃力付与手段は固定部材に回動可能に設けられ前記被測定物に衝突するアーム部材であり、前記衝撃力付与工程では前記アーム部材が回動して前記被測定物に衝突することにより前記被測定物に衝撃力が付与されることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、衝撃力付与工程ではアーム部材が回動して被測定物に衝突することにより被測定物に衝撃力が付与される。これにより、簡易な構成で被測定物に容易に衝撃力を付与することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の張力測定方法において、前記衝撃力付与工程では前記アーム部材が重力の作用により回動し前記被測定物に衝突することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、衝撃力付与工程ではアーム部材が重力の作用により回動し被測定物に衝突することにより、アーム部材を回動させるための部材（装置）を別途に設ける必要がない。これにより、張力測定装置の部品点数を削減でき、小型化を実現できるとともに、製造コストを大幅に低減させることができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の張力測定方法において、前記アーム部材の回動角度を規制する角度規制手段を設け、前記角度規制手段により前記アーム部材の回動角度が規制されることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明によれば、角度規制手段によりアーム部材の回動角度が規制される。これにより、被測定物に付与させる衝撃力の大きさを安定させることができ、被測定物の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の張力測定方法において、前記角度規制手段は変位可能に設けられ、前記角度規制手段の変位により前記アーム部材の規制角度が調整されることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明によれば、角度規制手段の変位によりアーム部材の規制角度が調整される。これにより、被測定物の形状・材質などに応じて被測定物に付与する衝撃力の大きさを適宜変えることができ、被測定物の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の張力測定方法において、前記アーム部材は複数設けられ、前記衝撃力付与工程では複数の前記アーム部材のうち少なくとも一部のアーム部材により前記被測定物に衝撃力が付与されることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明によれば、衝撃力付与工程では複数のアーム部材のうち少なくとも一部のアーム部材により被測定物に衝撃力が付与されるため、異なるアーム部材を被測定物に衝突させることにより被測定物の異なる部位の張力を測定することができる。また、被測定物の形状・材質などに応じて被測定物の張力測定部位を適宜変えることができる。これにより、被測定物の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の張力測定方法において、前記被測定物はプーリ間に掛け渡されたベルトであり、前記衝撃力付与工程では前記ベルトに衝撃力が付与され、前記張力算出工程では前記ベルトの張力が算出されることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明によれば、衝撃力付与工程ではベルトに衝撃力が付与され、張力算出工程ではベルトの張力が算出されることにより、ベルトの張力を正確かつ安定して測定することができる。

本発明によれば、被測定物の張力を正確かつ安定して測定することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る張力測定装置について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、張力測定装置１０は、水平方向（図１中矢印Ｌ方向）に延びる固定部材１２を備えている。この固定部材１２の両端部近傍には、回転軸１４、１６が回動可能となるようにそれぞれ取り付けられている。この各回転軸１４、１６には、アーム部材１８、２０がそれぞれ取り付けられている。なお、各アーム部材１８、２０は、ロック部材２２、２４により各回転軸１４、１６に取付固定されている。また、各アーム部材１８、２０は、各回転軸１４、１６と共に回動可能となるように構成されている。

ここで、各アーム部材１８、２０は、直方体状のアーム部材本体１８Ａ、２０Ａと、各アーム部材本体１８Ａ、２０Ａの先端部に取り付けられ後述のベルト３４に衝突するヘッド部材１８Ｂ、２０Ｂと、で構成されている。各アーム部材１８は、ベルト３４の張力の非測定時には、重力の作用により、待機位置Ｇに位置している。

また、固定部材１２の両端部には、円弧状の長孔２６、２８がそれぞれ形成されている。この長孔２６、２８には、長孔２６、２８に沿って変位可能となるように位置決めピン３０、３２が取り付けられている。この位置決めピン３０、３２は、例えばボルト３０Ａ、３２Ａとナット３０Ｂ、３２Ｂで構成されており、両者の螺合により位置決めピン３０、３２を所定の位置で固定することができるようになっている。これにより、例えば、位置決めピン３０を第１固定位置Ｓ１で固定すると、アーム部材１８を第１固定位置Ｓ１まで回動させることができ、また、位置決めピン３０を第２固定位置Ｓ２で固定すると、アーム部材１８を第２固定位置Ｓ２まで回動させることができ、さらに、位置決めピン３０を第３固定位置Ｓ３で固定すると、アーム部材１８を第３固定位置Ｓ３まで回動させることができる。このように、アーム部材１８の回動角度を変化させることにより、ベルト３４に付与させる衝撃力の大きさを調整させることができる。
また、位置決めピン３０、３２を設けたことによりアーム部材１８、２０の回動角度を規制することができ、ベルト３４に付与させる衝撃力の大きさを安定させることができる。

また、図１及び図２に示すように、張力測定装置１０は、衝撃力が付与されたベルト３４の振動波形を検出するマイク部４２と、マイク部４２で検出されたベルト３４の振動波形に基づいてベルト３４の張力を算出するベルト張力計４４と、を備えている。このベルト張力計４４は、例えばＲＡＭで構成されベルト張力算出式や所定の処理を行うための制御プログラムなどを記憶する記憶部４４Ａと、ベルト３４の振動波形や所定の算出式に基づいてベルト３４の張力などを算出する演算部４４Ｂと、ノイズを除去するフィルター部４４Ｃと、入力波形の１サイクル毎の周期を測定する周期測定回路部４４Ｄと、シミュレーションで確立したデータ処理により基本波形を測定する信号処理回路部４４Ｅと、ベルト３４の張力やテンキーなどにより入力される数字などを表示する表示部４４Ｆと、電源キー、機能キー及びテンキーなどで構成される入力部４４Ｇと、を有している。
なお、ベルト３４の張力測定時には、マイク部４２がベルト３４の近傍に配置される。
また、記憶部４４Ａに記憶されるベルト張力算出式とは、例えば、張力値Ｔ（Ｎ）＝４×Ｍ×Ｗ×Ｄ^２×ｆ^２×１０^−９で表されるものである。ここで、Ｍ：ベルト３４の単位質量、Ｗ：ベルト３４の幅、Ｄ：測定スパン長さ、ｆ：ベルト３４の１次固有振動数となる。

ここで、張力が測定される被測定物について説明する。
図１に示すように、被測定物は、大径プーリ３６と小径プーリ３８とに掛け渡されたベルト３４である。大径プーリ３６と小径プーリ３８とはプーリハウジング４０に取り付けられており、ベルト３４の張力測定時にはこのプーリハウジング４０が固定部材１２に取り付けられる。本実施形態では、各アーム部材１８、２０の間にベルト３４が位置するように、プーリハウジング４０に固定部材１２が取り付けられる。

次に、本実施形態に係る張力測定装置１０を用いた張力測定方法を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

図１乃至図３に示すように、ステップ１０において、ベルト張力計４４を構成する入力部４４Ｇの機能キーを入力して、ベルト３４の周辺の騒音環境を定期的に測定し、マイク部４２の感度を調整させる（ゲイン調整工程）。これにより、ベルト３４の張力をより正確に算出することができる。

次に、ステップ２０において、ベルト３４に付与させる衝撃力に対応させて、位置決めピン３０を所定の固定位置に固定させる（第１準備工程）。次に、ステップ３０において、一方のアーム部材１８のアーム部材本体１８Ａが位置決めピン３０に接触するまで、一方のアーム部材１８を持ち上げるようにして回動させる（第２準備工程）。

次に、ステップ４０において、持ち上げたアーム部材１８から手を放し、アーム部材１８を回動させ、ヘッド部材１８Ｂをベルト３４に衝突させる（衝撃力付与工程）。このとき、アーム部材１８は、重力の作用により別途の装置などにより動力を与えることなく自然に回動し、ベルト３４に衝突する。

次に、ステップ５０において、ヘッド部材１８Ｂがベルト３４に衝突しベルト３４が振動すると、この振動波形（音波）が張力測定装置１０を構成するマイク部４２により検出される（音波検出工程（張力算出工程））。

次に、ステップ６０において、フィルター部４４Ｃにより自動的にノイズが除去される。（ノイズ除去工程）。これにより、ベルト３４の張力をより正確に算出することができる。

次に、ステップ７０において、周期測定回路部４４Ｄにより振動波形（入力波形）の１サイクル毎の周期が測定される（周期測定工程（張力算出工程））。

次に、ステップ８０において、信号処理回路部４４Ｅによりシミュレーションで確立したデータ処理により、条件毎に異なる振動波形パターンから基本波形が測定される（信号処理工程（張力算出工程））。

次に、ステップ９０において、信号処理工程で測定した基本波形から演算部４４Ｂにより周波数が算出される（周波数演算処理工程（張力算出工程））。

次に、ステップ１００において、入力部４４Ｇからベルト３４の単位質量（Ｍ）、ベルト３４の幅（Ｗ）、ベルト３４のスパン長さ（Ｄ）を入力することにより、ベルト３４の張力が演算部４４Ｂにより算出される（張力演算処理工程（張力算出工程））。
なお、算出されたベルト３４の張力は、表示部４４Ｆに表示される。

以上のように、アーム部材１８によりベルト３４に衝撃力が付与され、上記した各処理工程を経て、ベルト３４の張力が算出される。このため、ベルト３４の材質・形状によらず、ベルト３４の張力を正確かつ安定して測定することができる。特に、固定部材１２に回動可能に設けられたアーム部材１８を用いることにより、アーム部材１８を回動させてベルト３４に衝突させることでベルト３４に容易に衝撃力を付与することができる。また、アーム部材１８が重力の作用によりベルト３４に衝突することにより、アーム部材１８を回動させるための部材（装置）を別途に設ける必要がない。これにより、張力測定装置１０の部品点数を削減でき、小型化を実現できるとともに、製造コストを大幅に低減させることができる。

また、位置決めピン３０、３２を設けたことによりアーム部材１８の回動角度を規制することができる。これにより、ベルト３４に付与させる衝撃力の大きさを安定させることができ、ベルト３４の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

また、位置決めピン３０、３２の固定位置を変位可能に構成することによりアーム部材１８の規制角度を調整することができ、ベルト３４の形状・材質などに応じてベルト３４に付与する衝撃力の大きさを適宜変えることができる。これにより、ベルト３４の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

また、アーム部材１８、２０が複数設けられているため、ベルト３４の異なる部位の張力を測定することができる。また、ベルト３４の形状・材質などに応じてベルト３４の張力測定部位を適宜変えることができる。これにより、ベルト３４の張力の測定精度を大幅に高めることができる。

なお、本実施形態では、被測定物としてベルト３４を例に挙げて説明したが、ベルト３４に限られることはなく、例えば、ケーブル、紐、繊維などの張力を測定する場合においても本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る張力測定装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る張力測定装置を構成する張力算出手段のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る張力測定装置による処理を示したフローチャートである。 従来の張力測定装置の概略構成図である。

符号の説明

１０ 張力測定装置
１２ 固定部材
１８ アーム部材（衝撃力付与手段）
２０ アーム部材（衝撃力付与手段）
３０ 位置決めピン（角度規制手段）
３２ 位置決めピン（角度規制手段）
３４ ベルト（被測定物）
３６ 大径プーリ（プーリ）
３８ 小径プーリ（プーリ）
４２ マイク部（張力算出手段）
４４ ベルト張力計（張力算出手段）

Claims (14)

1. 被測定物の張力を測定する張力測定装置であって、
   前記被測定物に衝撃力を付与する衝撃力付与手段と、
   前記衝撃力付与手段により衝撃力が付与された前記被測定物の振動波形に基づいて前記被測定物の張力を算出する張力算出手段と、
   を有することを特徴とする張力測定装置。
2. 前記衝撃力付与手段は、固定部材に回動可能に設けられ前記被測定物に衝突するアーム部材であることを特徴とする請求項１に記載の張力測定装置。
3. 前記アーム部材は、重力の作用により回動し前記被測定物に衝突することを特徴とする請求項２に記載の張力測定装置。
4. 前記アーム部材の回動角度を規制する角度規制手段を設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の張力測定装置。
5. 前記角度規制手段は変位可能に設けられ、
   前記角度規制手段の変位により前記アーム部材の規制角度を調整することを特徴とする請求項４に記載の張力測定装置。
6. 前記アーム部材は、複数設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の張力測定装置。
7. 前記被測定物は、プーリ間に掛け渡されたベルトであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の張力測定装置。
8. 被測定物の張力を測定する張力測定方法であって、
   衝撃力付与手段により前記被測定物に衝撃力を付与する衝撃力付与工程と、
   前記衝撃力付与手段により衝撃力が付与された前記被測定物の振動波形に基づいて張力算出手段により前記被測定物の張力を算出する張力算出工程と、
   を有することを特徴とする張力測定方法。
9. 前記衝撃力付与手段は固定部材に回動可能に設けられ前記被測定物に衝突するアーム部材であり、
   前記衝撃力付与工程では前記アーム部材が回動して前記被測定物に衝突することにより前記被測定物に衝撃力が付与されることを特徴とする請求項８に記載の張力測定方法。
10. 前記衝撃力付与工程では前記アーム部材が重力の作用により回動し前記被測定物に衝突することを特徴とする請求項９に記載の張力測定方法。
11. 前記アーム部材の回動角度を規制する角度規制手段を設け、
    前記角度規制手段により前記アーム部材の回動角度が規制されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の張力測定方法。
12. 前記角度規制手段は変位可能に設けられ、
    前記角度規制手段の変位により前記アーム部材の規制角度が調整されることを特徴とする請求項１１に記載の張力測定方法。
13. 前記アーム部材は複数設けられ、
    前記衝撃力付与工程では複数の前記アーム部材のうち少なくとも一部のアーム部材により前記被測定物に衝撃力が付与されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の張力測定方法。
14. 前記被測定物はプーリ間に掛け渡されたベルトであり、
    前記衝撃力付与工程では前記ベルトに衝撃力が付与され、
    前記張力算出工程では前記ベルトの張力が算出されることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の張力測定方法。
    

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