JP2013029013A - Automatic penetration testing machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic penetration testing machine capable of accurately applying a test load to a penetration rod.SOLUTION: An inventive automatic penetration testing machine 1 includes: a lifting stage 3 capable of ascending and descending along an erected support; a penetration rod 4 which is held by a chuck 5 provided in the lifting stage 3 and penetrates the ground as the lifting stage 3 descends; a load sensor 39 which detects a load applied to the penetration rod 4; a lifting motor 8 which is used for the operation of ascending/descending of the lifting stage 3, and applies an ascending force according to a torque command value to the lifting stage 3 to apply a load equal to the value made by subtracting the ascending force from the total weight of the lifting stage 3 as a test load to the penetration rod 4; and a control unit 50 which performs feedback control of the torque command value outputted to the lifting motor 8 on the basis of the deviation between the detection value by the load sensor 39 and a target test load value. According to such an arrangement, a required test load can be applied to the penetration rod 4 stably and accurately, thus improving reliability of the penetration test.

Description

本発明は、貫入ロッドを地中へ貫入し、その貫入抵抗に基づいて地盤の硬軟を判定する自動貫入試験機に関する。   The present invention relates to an automatic penetration testing machine that penetrates a penetration rod into the ground and determines the hardness of the ground based on the penetration resistance.

従来から、貫入試験の一例としてスウェーデン式サウンディング試験を行う自動貫入試験機としては、特許文献1に示すものがある。   Conventionally, as an example of a penetrating test, an automatic penetrating tester that performs a Swedish sounding test is disclosed in Patent Document 1.

特許文献1に示す自動貫入試験機は、昇降台に設けたチャックに保持される貫入ロッドを有しており、昇降用モータの駆動により、昇降台が昇降するように構成されている。また、荷重オープンループ制御により、あらかじめ校正試験によって設定されたトルク指令値で昇降用モータを駆動し、昇降台に上昇力を加える。この構成により、(昇降台の総重量に基づく荷重)−(昇降用モータの上昇力)で決定される荷重が試験荷重として貫入ロッドに負荷される。   The automatic penetration testing machine shown in Patent Document 1 has a penetration rod held by a chuck provided on a lifting platform, and is configured such that the lifting platform is raised and lowered by driving a lifting motor. Further, by the load open loop control, the lifting motor is driven with a torque command value set in advance by a calibration test, and a rising force is applied to the lifting platform. With this configuration, a load determined by (load based on the total weight of the lifting platform) − (lifting force of the lifting motor) is loaded on the penetrating rod as a test load.

特開2004−92202号公報JP 2004-92202 A

しかしながら、上記の荷重オープンループ制御による自動貫入試験機は、構成部品の経年劣化等、システムにおける外乱を補償できないので、実際に貫入ロッドに負荷される荷重の精度補償については万全ではなかった。   However, the automatic penetration tester based on the above-described load open loop control cannot compensate for disturbances in the system, such as aging of components, and so on, so that the accuracy compensation of the load actually applied to the penetration rod is not perfect.

本発明の自動貫入試験機は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、立設された支柱に沿って昇降可能な昇降台と、前記昇降台に設けたチャックに保持され、昇降台の下降に伴って地中に貫入する貫入ロッドと、貫入ロッドにかかる荷重を検出する荷重センサと、昇降台を昇降操作するとともに、トルク指令値に応じた上昇力を昇降台に加えて昇降台の総重量から当該上昇力を減じた荷重を試験荷重として貫入ロッドに負荷する昇降用モータと、荷重検出センサによる検出値と目標の試験荷重値との偏差に基づいて昇降用モータへ出力するトルク指令値をフィードバック制御する制御ユニットとを備える。   The automatic penetration testing machine of the present invention has been created in view of the above problems, and is held by a lifting platform that can be lifted and lowered along a standing column and a chuck provided on the lifting platform, The penetrating rod that penetrates into the ground as it descends, the load sensor that detects the load applied to the penetrating rod, and the lifting platform are moved up and down, and the lifting force corresponding to the torque command value is applied to the lifting platform to A lift motor that loads the penetrating rod as a test load with a load obtained by subtracting the lifting force from the total weight, and a torque command that is output to the lift motor based on the deviation between the value detected by the load detection sensor and the target test load value And a control unit that feedback-controls the value.

また、前記制御ユニットは、フィードバック制御とフィードフォワード制御を併用して昇降用モータを駆動制御する構成であることが望ましい。   The control unit is preferably configured to drive and control the lifting motor by using both feedback control and feedforward control.

また、前記制御ユニットは、荷重センサの固有特性データに基づいて出力値を変換する固有特性補償手段を内蔵していることが望ましい。   Further, it is desirable that the control unit has built-in characteristic characteristic compensation means for converting an output value based on characteristic characteristic data of the load sensor.

また、前記制御ユニットは、昇降用モータの加速度に応じて昇降用モータへ出力するトルク指令値を減算する振動防止手段を内蔵していることが望ましい。   Further, it is desirable that the control unit includes a vibration preventing means for subtracting a torque command value output to the lifting motor in accordance with the acceleration of the lifting motor.

本発明の自動貫入試験機は、貫入ロッドに負荷された実荷重に基づいて昇降用モータへ出力するトルク指令値をフィードバック制御する構成により、貫入ロッドに負荷する荷重を高精度に制御するため、所望の試験荷重を貫入ロッドに負荷でき、貫入試験の信頼性向上に寄与する。   The automatic penetration testing machine of the present invention is configured to feedback control the torque command value output to the lifting motor based on the actual load loaded on the penetration rod, so as to control the load applied to the penetration rod with high accuracy. A desired test load can be applied to the penetration rod, which contributes to the improvement of the reliability of the penetration test.

本発明の自動貫入試験機の斜視図である。It is a perspective view of the automatic penetration testing machine of the present invention. 本発明の自動貫入試験機の側面図である。It is a side view of the automatic penetration testing machine of the present invention. 図2のA−A線拡大一部切欠断面図である。FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. 本発明の自動貫入試験機のチャックの構成を示す要部拡大一部切欠断面図である。It is a principal part expansion partial notch sectional view which shows the structure of the chuck | zipper of the automatic penetration tester of this invention. 本発明の自動貫入試験機の荷重センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the load sensor of the automatic penetration testing machine of this invention. 本発明の自動貫入試験機の制御ユニットによる昇降用モータの駆動システムブロック図である。It is a drive system block diagram of the raising / lowering motor by the control unit of the automatic penetration testing machine of this invention.

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、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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an automatic penetration testing machine, which has a lifting platform 3 that can be moved up and down along a column 2. The lifting platform 3 includes a weight 3a having a predetermined weight, a rotation motor 6, a chuck 5 that can be rotated by the rotation of the rotation motor 6, and a chuck 5 that is held by the chuck 5 and rotates integrally. An intrusion rod 4 having a screw point 4b and an elevating motor 8 for elevating the elevating platform 3 are loaded.

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。   As shown in FIG. 2, 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.

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。   As shown in FIG. 3, the sprocket 7 is connected so as to rotate integrally with the transmission shaft 12 via the 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. Further, 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.

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。   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. When 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. For this reason, a load determined by (load 1 KN based on the total weight of the elevator 3) − (ascending force according to the output torque of the elevator motor 8) is applied to the penetrating rod 4 as a test load.

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。   On the other hand, when 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.

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のメイン制御装置80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。   A rotary encoder 17 is attached to the transmission shaft 12 and outputs a pulse signal accompanying the rotation of the sprocket 7. Then, the main control device 80 of the control unit 50, which will be described in detail later, processes the pulse signal, and calculates the penetration amount and penetration speed of the penetration rod 4 based on the elevation amount and elevation speed of the lifting platform 3.

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装置60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のインバータ制御装置60およびメイン制御装置80へ出力される。   The elevating motor 8 is an induction motor, and is driven and controlled by an inverter control device 60 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 device 60 and the main control device 80 of the lifting motor 8.

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。   In addition, even if it is the structure provided with the drive control part according to this using an AC servomotor instead of an induction motor, an equivalent function is realizable.

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。   As shown in FIG. 4, 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. And a flange-type sleeve 32. The 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 engaging groove 4 c formed on the outer peripheral surface 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. In this state, when the chuck shaft 31 is rotated together with the sleeve 32 and the steel ball 34 is moved to a position where the engagement groove 4c of the penetration rod 4 is not formed, the penetration rod 4 and the chuck shaft are removed even if the hand is released from the sleeve 32. The engagement with 31 is released.

前記昇降台3には回転用モータ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。   A rotating motor 6 is loaded on the elevator 3. 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. On the other hand, 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.

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A1221に示されるように、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。   Here, as shown in Japanese Industrial Standard A1221, the screw point 4b at the tip of the penetrating rod 4 has a drill shape in which one twist is applied to a length of 200 mm. Therefore, the one-way clutch 35 is operated 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 assumed to be forward rotation 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 shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-27331.

図5に示すように、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。このワッシャ型ロードセル39は、センサ本体40の下面に円周方向に対して等間隔に成形される受圧部41と、センサ本体40の上面に円周方向に対して等間隔に成形される支持部42と、センサ本体40に貼付けられる歪みゲージ43とから構成されている。この構成により、貫入ロッド4に実際にかかるスラスト荷重がチャック軸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。この歪みを歪みゲージ43が検出することにより、貫入ロッド4にかかる荷重を精度良く検出できる。   As shown in FIG. 5, a washer type load cell 39 is inserted into the chuck shaft 31 as an example of a load sensor. The washer-type load cell 39 includes a pressure receiving portion 41 formed on the lower surface of the sensor body 40 at equal intervals in the circumferential direction, and a support portion formed on the upper surface of the sensor body 40 at equal intervals in the circumferential direction. 42 and a strain gauge 43 attached to the sensor main body 40. With this configuration, the thrust load actually applied to 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 receives the pressure accordingly. The sensor body 40 becomes distorted with respect to the plate 44 as a fulcrum. When the strain gauge 43 detects this strain, the load applied to the penetrating rod 4 can be detected with high accuracy.

図6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装置60と、回転用モータ6を駆動制御するインバータ制御装置(図示せず)と、前記ワッシャ型ロードセル39の検出信号に基づいてインバータ制御装置60に対してフィードバック制御を実行する荷重制御装置70と、これらインバータ制御装置60および荷重制御装置70へ各種指令を送るメイン制御装置80と、各種パラメータ及び制御量データが格納されている記憶装置90と、I/0インターフェイス100とから構成されている。   As shown in FIG. 6, the control unit 50 of the automatic penetration testing machine 1 includes an inverter control device 60 that drives and controls the lifting motor 8, an inverter control device (not shown) that drives and controls the rotation motor 6, and A load control device 70 that performs feedback control on the inverter control device 60 based on the detection signal of the washer-type load cell 39; a main control device 80 that sends various commands to the inverter control device 60 and the load control device 70; The storage device 90 stores various parameters and control amount data, and the I / O interface 100.

前記インバータ制御装置60は、前記荷重制御装置70から入力されるトルク指令値で昇降用モータ8をトルク制御する。その構成は、三相交流電源(図示せず)をコンバータ回路61で直流に変換し、平滑用コンデンサ62で平滑化された直流電圧をインバータ回路63で交流電圧に変換することで、可変の電圧・周波数を昇降用モータ8へ与えるように構成されている。そして、電流検出器64およびロータリエンコーダ21の出力に基づいて演算回路65(MPU)が、モータ電流のフィードバック制御を実行することでベクトル制御方式による運転が可能となる。このように、昇降用モータ8にロータリエンコーダ21を組み合わせたベクトル制御方式により、インバータ制御装置60は、昇降用モータ8の回転数および出力トルクを制御することで、トルク制御および速度制御を実現する。なお、速度制御時は、前記メイン制御装置80から入力される速度指令値で昇降用モータ8を駆動制御する。また、このインバータ制御装置60は、速度制限及びトルク制限を設定できるものであり、これら設定値を超えない範囲で駆動制御を実行するように構成されている。   The inverter control device 60 performs torque control of the lifting motor 8 with a torque command value input from the load control device 70. The configuration is such that a three-phase AC power source (not shown) is converted to DC by a converter circuit 61, and a DC voltage smoothed by a smoothing capacitor 62 is converted to AC voltage by an inverter circuit 63, thereby changing a variable voltage. -It is comprised so that a frequency may be given to the motor 8 for raising / lowering. Then, the arithmetic circuit 65 (MPU) executes the motor current feedback control based on the outputs of the current detector 64 and the rotary encoder 21, thereby enabling operation by the vector control method. As described above, the inverter control device 60 controls torque and speed control by controlling the rotation speed and output torque of the lifting motor 8 by the vector control method in which the rotary encoder 21 is combined with the lifting motor 8. . During speed control, the elevating motor 8 is driven and controlled with a speed command value input from the main controller 80. The inverter control device 60 can set speed limits and torque limits, and is configured to execute drive control within a range not exceeding these set values.

前記荷重制御装置70は、前記メイン制御装置90から入力される荷重指令値が貫入ロッド4に付加されるよう、インバータ制御装置60へ入力するトルク指令値を決定するものであり、前記ワッシャ型ロードセル39の出力に基づいてフィードバック(FB)制御の一例としてPID制御を実行するPID制御回路71を内蔵している。このPID制御は、比例制御(Proportional Control)、積分制御(Integral Control)、微分制御(Derivative Control)を組み合わせたものである。   The load control device 70 determines a torque command value to be input to the inverter control device 60 so that the load command value input from the main control device 90 is added to the penetrating rod 4, and the washer load cell A PID control circuit 71 that executes PID control as an example of feedback (FB) control based on the output of 39 is incorporated. This PID control is a combination of proportional control, integral control, and derivative control.

Figure 2013029013
Figure 2013029013

そこで、上記数1に基づいてワッシャ型ロードセル39の出力値を目標値に近づけるために、トルク指令値の操作量y(t)が演算される。右辺の第1項は比例制御、第2項は積分制御、第3項は微分制御による操作量であり、これら操作量を加算して操作量y(t)が算出される。また、e(t)は出力値と目標値の偏差、Kpは比例制御の比例定数、Kiは積分制御の比例定数、Kdは微分制御の比例定数を示すものであり、これらKp、Ki、Kdはチューニングによって最も応答性に優れた値に設定されている。   Therefore, the manipulated variable y (t) of the torque command value is calculated in order to bring the output value of the washer-type load cell 39 close to the target value based on Equation 1 above. The first term on the right side is proportional control, the second term is the integral control, and the third term is the manipulated variable by differential control. The manipulated variable y (t) is calculated by adding these manipulated variables. Further, e (t) is a deviation between the output value and the target value, Kp is a proportional constant for proportional control, Ki is a proportional constant for integral control, Kd is a proportional constant for differential control, and Kp, Ki, Kd Is set to the value with the best response by tuning.

また、前記荷重制御装置70には、フィードバック制御と併用してフィードフォワード(FF)制御を実行するためのフィードフォワード補償回路72が内蔵されている。前記記憶装置90には試験荷重に対応するトルク指令値が記憶されており、当該フィードフォワード補償回路72は、前記メイン制御装置80から荷重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装置90から読み込んで、インバータ制御装置60へ初期値として与える。しかも、前記PID制御回路71による制御量データは、記憶装置90に荷重指令に対応する新たなトルク指令値として生成される。そして、この生成されたトルク指令値とPID制御回路71から出力される制御量データとが加算され、インバータ制御装置70へトルク指令値として出される。このように、フィードフォワード補償回路72は、外乱要因によるフィードバック制御の乱れを前もって抑えるように構成されている。   Further, the load control device 70 incorporates a feedforward compensation circuit 72 for executing feedforward (FF) control in combination with feedback control. A torque command value corresponding to a test load is stored in the storage device 90. When a load command is issued from the main control device 80, the feedforward compensation circuit 72 stores a torque command value corresponding thereto. It is read from the device 90 and given to the inverter control device 60 as an initial value. Moreover, the control amount data by the PID control circuit 71 is generated in the storage device 90 as a new torque command value corresponding to the load command. Then, the generated torque command value and the control amount data output from the PID control circuit 71 are added and output to the inverter control device 70 as a torque command value. As described above, the feedforward compensation circuit 72 is configured to suppress in advance disturbance of feedback control due to a disturbance factor.

また、前記ワッシャ型ロードセル39は、両面から挟み込まれるように挿入されているため、固有特性が生じてしまう。そこで、前記荷重制御装置70には、固有特性補償回路73が内蔵されており、ワッシャ型ロードセル39の固有特性に応じて設定された補正パラメータに基づき、入力値(検出値)を変換して出力するように構成されている。   Further, since the washer type load cell 39 is inserted so as to be sandwiched from both sides, unique characteristics occur. Therefore, the load control device 70 has a built-in characteristic characteristic compensation circuit 73, which converts an input value (detected value) based on a correction parameter set according to the characteristic characteristic of the washer load cell 39 and outputs the converted value. Is configured to do.

また、前記荷重制御装置70には、振動防止回路74が内蔵されている。この振動防止回路74では、ロータリエンコーダ21の出力から昇降用モータ8の加速度を算出し、この加速度に応じて前記PID制御回路71およびフィードフォワード補償回路72による制御量データを減算してインバータ制御装置60へトルク指令値として出力する。これにより、昇降用モータ8が滑らかに駆動し、振動を防止することができる。
The load control device 70 has a built-in vibration prevention circuit 74. The vibration prevention circuit 74 calculates the acceleration of the lifting motor 8 from the output of the rotary encoder 21, and subtracts the control amount data from the PID control circuit 71 and the feedforward compensation circuit 72 in accordance with the acceleration, thereby controlling the inverter control device. 60 is output as a torque command value. Thereby, the raising / lowering motor 8 can drive smoothly, and a vibration can be prevented.

前記メイン制御装置80は、荷重制御装置70あるいはインバータ制御装置60へ各種指令を発する他に、試験結果を算出するように構成されている。上記自動貫入試験機1でスウェーデン式サウンディング試験を実行した場合、自沈貫入試験では、貫入ロッド4に対して段階的に荷重を負荷する。そして、各荷重下における貫入ロッド4の貫入量が昇降台3に取り付けられたロータリエンコーダ17の出力値に基づいて算出される。なお、自沈貫入試験では、貫入ロッド4は回転させないので、回転用モータ6は駆動しない。一方、回転貫入試験では、昇降用モータ8を逆転駆動し、昇降台3の質量に基づく1KNの荷重を貫入ロッドに負荷した状態で回転用モータを駆動することにより、貫入ロッド4を回転貫入させる。そして、貫入ロッド4を25cm貫入させるのに要した回転数がロータリエンコーダ7の出力に基づいて算出される。そして、これら試験結果は、モニタ表示あるいはプリントアウトされることで作業者へ知らされる。   The main controller 80 is configured to calculate test results in addition to issuing various commands to the load controller 70 or the inverter controller 60. When the Swedish sounding test is executed by the automatic penetration testing machine 1, a load is applied to the penetration rod 4 in stages in the self-sinking penetration test. Then, the penetration amount of the penetration rod 4 under each load is calculated based on the output value of the rotary encoder 17 attached to the lifting platform 3. In the self-sinking penetration test, since the penetration rod 4 is not rotated, the rotation motor 6 is not driven. On the other hand, in the rotation penetration test, the elevating motor 8 is driven in the reverse direction, and the rotation motor is driven in a state where a load of 1 KN based on the mass of the elevating table 3 is applied to the penetration rod, thereby causing the penetration rod 4 to rotate and penetrate. . Then, the number of revolutions required for penetrating the penetrating rod 4 by 25 cm is calculated based on the output of the rotary encoder 7. These test results are informed to the operator by display on a monitor or printing out.

本発明の自動貫入試験機1によれば、前記昇降用モータ8に対して、前記インバータ制御装置60のベクトル制御方式によるトルク制御に加えて、前記荷重制御装置70によるワッシャ型ロードセル39の検出値に基づくフィードバック制御を行うことで、試験荷重を高速かつ高精度に制御することが可能となる。   According to the automatic penetration testing machine 1 of the present invention, the detected value of the washer-type load cell 39 by the load control device 70 in addition to the torque control by the vector control method of the inverter control device 60 for the lifting motor 8. By performing the feedback control based on the test load, it is possible to control the test load at high speed and with high accuracy.

上記自動貫入試験機1は、貫入ロッドに対して、荷重制御、貫入速度制御及び荷重検出を実現するための全機能を備えているので、スウェーデン式サウンディング試験に限らず他の貫入試験の自動化に寄与するベースマシンとして利用できる。   Since the automatic penetration testing machine 1 has all the functions for realizing load control, penetration speed control and load detection for the penetration rod, it is not limited to the Swedish sounding test but can be used for automation of other penetration tests. Can be used as a contributing base machine.

貫入試験の一例として地盤工学会基準(JGS1431)のポータブルコーン貫入試験は、静的にコーンを地中へ押し込むものであり、所定の貫入速度でコーンを貫入させながら所定深度毎に貫入抵抗を読み取るものである。そこで、前記貫入ロッド4のスクリューポイント4bに代えて当該コーンを取り付け、前記インバータ制御装置60のベクトル制御方式による制御モードをトルク制御モードから速度制御モードへ切り替えることで、所定の貫入速度でコーンを地中へ貫入することが可能となる。また、前記ロータリエンコーダ17でコーンの貫入深度を監視しながらワッシャ型ロードセル39の検出値を読み取ることで、所定深度毎の貫入抵抗を検出することが可能となる。したがって、上記自動貫入試験機1は、ポータブルコーン貫入試験の自動化を実現できる。   As an example of the penetration test, the Japan Geotechnical Society Standard (JGS1431) Portable Cone Penetration Test statically pushes the cone into the ground and reads the penetration resistance at every predetermined depth while penetrating the cone at a predetermined penetration speed. Is. Therefore, the cone is attached instead of the screw point 4b of the penetrating rod 4, and the cone control is performed at a predetermined penetrating speed by switching the control mode based on the vector control method of the inverter control device 60 from the torque control mode to the speed control mode. It becomes possible to penetrate into the ground. Further, by reading the detection value of the washer type load cell 39 while monitoring the penetration depth of the cone with the rotary encoder 17, it becomes possible to detect the penetration resistance at every predetermined depth. Therefore, the automatic penetration testing machine 1 can realize the automation of the portable cone penetration test.

1 自動貫入試験機
2 支柱
2a 案内チェーン
3 昇降台
3a 錘
4 貫入ロッド
4b スクリューポイント
4c 係合溝
5 チャック
6 回転用モータ
7 ロータリエンコーダ
6a 駆動軸
8 昇降用モータ
8a 駆動軸
11 遊星歯車機構
12 伝達軸
13 駆動歯車
14 中間歯車
15 伝達歯車
16 一方向クラッチ
17 ロータリエンコーダ
18 主動プーリ
19 従動プーリ
20 無端ベルト
21 ロータリエンコーダ
31 チャック軸
32 スリーブ
33 ばね
34 鋼球
35 一方向クラッチ
36 主動スプロケット
37 従動スプロケット
38 無端チェーン
39 ワッシャ型ロードセル
40 ロードセル本体
41 受圧部
42 支持部
43 歪みゲージ
44 受圧板
45,46 アンギュラ玉軸受
47,48 円筒ころ軸受
50 制御ユニット
60 インバータ制御装置
61 コンバータ回路
62 平滑用コンデンサ
63 インバータ回路
64 電流検出器
65 演算回路(MPU)
70 荷重制御装置
71 PID制御回路
72 フィードフォワード補償回路
73 固有特性補償回路
74 振動防止回路
80 メイン制御装置
90 記憶装置
100 I/0インターフェイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic penetration test machine 2 Support | pillar 2a Guide chain 3 Lifting base 3a Weight 4 Penetrating rod 4b Screw point 4c Engaging groove 5 Chuck 6 Motor for rotation 7 Rotary encoder 6a Drive shaft 8 Lifting motor 8a Drive shaft 11 Planetary gear mechanism 12 Transmission Shaft 13 Drive gear 14 Intermediate gear 15 Transmission gear 16 One-way clutch 17 Rotary encoder 18 Drive pulley 19 Drive pulley 20 Endless belt 21 Endless belt 21 Chuck shaft 32 Sleeve 33 Spring 34 Steel ball 35 One-way clutch 36 Drive sprocket 37 Drive sprocket 38 Endless chain 39 Washer type load cell 40 Load cell main body 41 Pressure receiving portion 42 Support portion 43 Strain gauge 44 Pressure receiving plate 45, 46 Angular ball bearings 47, 48 Cylindrical roller bearing 50 Control unit 60 Inverter control device 61 Over capacitor circuit 62 smoothing capacitor 63 inverter circuit 64 a current detector 65 arithmetic circuits (MPU)
70 Load control device 71 PID control circuit 72 Feed forward compensation circuit 73 Inherent characteristic compensation circuit 74 Vibration prevention circuit 80 Main control device 90 Storage device 100 I / 0 interface

Claims (4)

立設された支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
前記昇降台に設けたチャックに保持され、昇降台の下降に伴って地中に貫入する貫入ロッドと、
貫入ロッドにかかる荷重を検出する荷重センサと、
昇降台を昇降操作するとともに、トルク指令値に応じた上昇力を昇降台に加えて昇降台の総重量から当該上昇力を減じた荷重を試験荷重として貫入ロッドに負荷する昇降用モータと、
荷重検出センサによる検出値と目標の試験荷重値との偏差に基づいて昇降用モータへ出力するトルク指令値をフィードバック制御する制御ユニットと
を備えることを特徴とする自動貫入試験機。
A lifting platform that can be moved up and down along a standing column;
A penetrating rod that is held by a chuck provided on the lifting platform and penetrates into the ground as the lifting platform is lowered;
A load sensor for detecting the load applied to the penetrating rod;
A lifting motor that lifts and lowers the lifting platform and applies a lifting force according to the torque command value to the lifting platform and loads the penetration rod as a test load by subtracting the lifting force from the total weight of the lifting platform;
An automatic penetration testing machine comprising: a control unit that feedback-controls a torque command value output to a lifting motor based on a deviation between a value detected by a load detection sensor and a target test load value.
前記制御ユニットは、フィードバック制御とフィードフォワード制御を併用して昇降用モータを駆動制御する構成であることを特徴とする請求項1に記載の自動貫入試験機。   The automatic penetration testing machine according to claim 1, wherein the control unit is configured to drive and control the lifting motor by using both feedback control and feedforward control. 前記制御ユニットは、荷重センサの固有特性データに基づいて出力値を変換する固有特性補償手段を内蔵していることを特徴とする請求項1又は2に記載の自動貫入試験機。   The automatic penetration testing machine according to claim 1 or 2, wherein the control unit has a built-in unique characteristic compensation means for converting an output value based on the unique characteristic data of the load sensor. 前記制御ユニットは、昇降用モータの加速度に応じて昇降用モータへ出力するトルク指令値を減算する振動防止手段を内蔵していることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の自動貫入試験機。   The automatic control unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit includes vibration preventing means for subtracting a torque command value output to the lifting motor in accordance with acceleration of the lifting motor. Penetration testing machine.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529790A (en) * 2013-10-17 2014-01-22 浙江工业大学 Lifting stage control device and control method
JP2014185751A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Jatco Ltd Control device and control method of continuously variable transmission

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4770030A (en) * 1987-10-09 1988-09-13 Smith James C Soil penetration and sampling system
JPH099531A (en) * 1995-06-19 1997-01-10 Sanyo Denki Co Ltd Shaft structure
JPH1038781A (en) * 1996-07-17 1998-02-13 Y B M:Kk Sweden type sounding mobile testing machine and testing machine
JP2004278113A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Nitto Seiko Co Ltd Automatic penetration testing machine
JP2008184060A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Nsk Ltd Electric power steering device
JP2009201250A (en) * 2008-02-21 2009-09-03 Toyota Motor Corp Controller of electric motor
JP2011106571A (en) * 2009-11-17 2011-06-02 Toshiba Corp Vibration damping control system and electric equipment

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4770030A (en) * 1987-10-09 1988-09-13 Smith James C Soil penetration and sampling system
JPH099531A (en) * 1995-06-19 1997-01-10 Sanyo Denki Co Ltd Shaft structure
JPH1038781A (en) * 1996-07-17 1998-02-13 Y B M:Kk Sweden type sounding mobile testing machine and testing machine
JP2004278113A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Nitto Seiko Co Ltd Automatic penetration testing machine
JP2008184060A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Nsk Ltd Electric power steering device
JP2009201250A (en) * 2008-02-21 2009-09-03 Toyota Motor Corp Controller of electric motor
JP2011106571A (en) * 2009-11-17 2011-06-02 Toshiba Corp Vibration damping control system and electric equipment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014185751A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Jatco Ltd Control device and control method of continuously variable transmission
CN103529790A (en) * 2013-10-17 2014-01-22 浙江工业大学 Lifting stage control device and control method

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