JP2014160022A

JP2014160022A - 移動物体間の距離測定装置

Info

Publication number: JP2014160022A
Application number: JP2013030996A
Authority: JP
Inventors: Hayae Kayano; 早衛萱野
Original assignee: Wadeco Co Ltd
Current assignee: Wadeco Co Ltd
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-09-04

Abstract

【課題】送信した検出波を、振動等による軸ズレが生じても確実に受信器に入射させて安定した距離測定を行う。
【解決手段】接近または離間する２つの移動体間で検出波の送受信を行い、移動体間の距離を測定する距離測定装置において、２つの移動体がそれぞれ、検出波の送受信を行う送受信手段と、コーナーリフレクターとを備えるとともに、一方の移動体の送受信手段と他方の移動体のコーナーリフレクターとを対向配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場内を移動する自走式のクレーンのような、接近または離間する２つの移動体間で、マイクロ波やミリ波等の検出波を送受信し合うことにより移動体間の距離を測定する装置に関する。

工場内を移動する自走式のクレーンでは、一方のクレーンと他方のクレーンとが衝突しないように、クレーン間でマイクロ波やミリ波（以下「検出波」）の送受信を行ってクレーン間の距離を測定し、所定の距離まで接近したときにクレーンの移動を停止させることが行われている。本出願人も先に、特許文献１において、２つのクレーンのそれぞれに、マイクロ波の送受信手段と反射手段とを、一方のクレーンの送受信手段と他方のクレーンの反射手段とが対向するように装着し、一方のクレーンの送受信手段からの送信マイクロ波を他方のクレーンの反射手段で反射し、その反射マイクロ波を一方のクレーンの送受信手段で受信することでクレーン間の距離を測定し、衝突を防止する方法を提案している。

特開平８−２４８１４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の衝突防止方法では、送受信手段のアンテナと反射手段とが、マイクロ波が伝搬する軸線に沿って正確に対向配置されていなければならない。反射手段は一枚の平板であるため、送信マイクロ波が反射手段に対して垂直に入射しないと、反射マイクロ波がアンテナ以外の方向に反射されてしまう。

装着時には、送受信手段のアンテナと反射手段とを正確に対向配置して軸合わせが行われるものの、クレーンは移動及び停止を頻繁に繰り返すため、それに伴う振動等により軸ズレを起こすようになり、場合によってはクレーンの運転を停止して軸合わせを行う必要がある。

そこで本発明は、反射手段を介して検出波の送受信を行う距離測定装置において、送信した検出波を、振動等による軸ズレが生じても確実に受信器に入射させて安定した距離測定を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、下記の距離測定装置を提供する。
（１）接近または離間する２つの移動体間で検出波の送受信を行い、移動体間の距離を測定する距離測定装置であって、
２つの移動体がそれぞれ、検出波の送受信を行う送受信手段と、コーナーリフレクターとを備えるとともに、一方の移動体の送受信手段と他方の移動体のコーナーリフレクターとを対向配置したことを特徴とする移動物体間の距離測定装置。
（２）送受信手段のアンテナが、パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイであることを特徴とする上記（１）記載の距離測定装置。
（３）パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイの素子側前面に、該アンテナから離間するのに伴って開口面積が徐々に拡大する金属筒を付設したことを特徴とする上記（２）記載の移動物体間の距離測定装置。
（４）パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイの素子側前面に、該アンテナから離間するのに伴って開口面積が徐々に縮小する縮径部と、前記縮径部に連続する直管部と、前記直管部に連続し、直管部から離間するのに伴って開口面積が徐々に拡大する拡径部とからなる金属筒を付設したことを特徴とする上記（２）記載の移動物体間の距離測定装置。
（５）検出波が直線波であり、かつ、一方の移動体で送受信される検出波の電界の向きと、他方の移動体で送受信される検出波の電界の向きとが、所定の角度で交差していることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の移動物体間の距離測定装置。
（６）検出波が回転波であり、かつ、両方の移動体が共に、同じ方向に電界が回転する回転波を送信するとともに、送信した回転波とは逆の方向に回転する回転波を受信することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の移動物体間の距離測定装置。

本発明によれば、反射手段にコーナーリフレクターを用いることにより、振動等による軸ズレが生じても、送信した検出波を確実に受信器に入射させることができ、２つの移動体間の距離を安定して測定することができる。また、パッチアンテナは安価であり、製造コスト面でも好ましい。

本発明の距離測定装置の基本構成を示す図である。コーナーリフレクターの一例を示す図である。金属筒を示す図である。金属筒の他の例を示す図である。検出波として直線波を用いた時の送受信を説明するための図である。図５の構成におけるパッチアンテナを示す図である。検出波として回転波を用いた時の送受信を説明するための図である。図７の構成におけるパッチアンテナを示す図である。回転波を生成するための構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明の距離測定装置は、２つの移動体間、例えば自走式のクレーン間の距離を測定するために使用される。図１に示すように、自走式のクレーンＡ、Ｂは、レール１０、１０上を矢印Ｘの方向に移動して、接近または離間を繰り返す。本発明では、クレーンＡにマイクロ波やミリ波等の検出波の送信及び受信を行う送受信手段１Ａと、反射手段としてコーナーリフレクター２Ａとを装着する。また、クレーンＢには、検出波の送信及び受信を行う送受信手段１Ｂと、反射手段としてコーナーリフレクター２Ｂとを装着する。そして、クレーンＡの送受信装置１ＡとクレーンＢのコーナーリフレクター２Ｂ、クレーンＢの送受信手段１ＢとクレーンＡのコーナーリフレクター２Ａとがそれぞれ対向配置される。それにより、クレーンＡの送受信手段１Ａから送信された検出波（送信波Ｏ_Ａ）は、クレーンＢのコーナーリフレクター２Ｂで反射され、反射された検出波（反射波Ｒ_Ａ）がクレーンＡの送受信手段１Ａで受信される。一方、クレーンＢの送受信手段１Ｂからの送信波Ｏ_Ｂは、クレーンＡのコーナーリフレクター２Ａで反射され、反射波Ｒ_ＢがクレーンＢの送受信手段１Ｂで受信される。

コーナーリフレクター２は、図２に示すように、３枚の直角二等辺三角形を互いに直角をなすように連結したものである。各直角二等辺三角形がそれぞれ反射面２ａ、２ｂ、２ｃとなり、コーナーリフレクター２に入射した送信波Ｏ_Ａ（Ｏ_Ｂ）は、３つの反射面２ａ、２ｂ、２ｃにより３回反射された後、送信波Ｏ_Ａ（Ｏ_Ｂ）が入射した方向と同じ方向に出射する。即ち、反射波Ｒ_Ａ（Ｒ_Ｂ）は絶えず送信波Ｏ_Ａ（Ｏ_Ｂ）と同じ方向に反射されるため、送受信手段１Ａのアンテナとコーナーリフレクター２Ｂ、あるいは送受信装置１Ｂのアンテナとコーナーリフレクター２Ａとが、振動等により軸ズレを起こしても、反射波が確実に受信される。

また、コーナーリフレクター２Ａ、２Ｂは、図示は省略するが、３枚の正方形を互いに直角をなすように連結したものでもよい。

送受信手段１Ａ、１Ｂのアンテナは、パラボラアンテナやホーンアンテナであってもよいが、安価で、小型化が可能なパッチアンテナを用いることが好ましい。また、パッチアンテナは、出力を高めたり、指向性を高めるために、複数のパッチアンテナを配列したパッチアンテナアレイを用いてもよい。

更には、指向性をより高めるために、図３に示すように、パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイ（図の例ではパッチアンテナアレイ）５の素子側の前面に、素子を包囲できる面積で開口し、アンテナから離間するのに伴って開口面積が徐々に拡大する金属筒８を付設してもよい。あるいは、図４に示すように、アンテナから離間するのに伴って開口面積が徐々に縮小する縮径部８ａと、縮径部８ａに連続する直管部８ｂと、直管部８ｂに連続し、直管部８ｂから離間するのに伴って開口面積が徐々に拡大する拡径部８ｃとからなる金属筒８を用いることもできる。縮径部８ａにより検出波の伝搬モードが基本モードだけとなり、サイドローブが少ない、より高い指向性が得られる。

更に、検出波として、電界の向きが一方向を向く直線波を用いるとともに、クレーンＡからの送信波Ｏ_Ａと、クレーンＢからの送信波Ｏ_Ｂとで、電界の向きがある角度で交差させることで、誤検出を防止することができる。電界の向きの交差角度は、９０°が最も効果的である。

即ち、図５に示すように、クレーンＡの送受信手段１Ａから、Ｗ_Ａで示すように電界の向きが、送信波Ｏ_Ａの伝搬軸と直交する断面において右側に４５°傾斜した送信波Ｏ_Ａを送信するとともに、クレーンＢの送受信手段１Ｂから、Ｗ_Ｂで示すように電界の向きが送信波_Ｂの伝搬軸と直交する断面において左側に４５°傾斜した送信波Ｏ_Ｂを送信する。このような構成では、クレーンＡの送受信手段１Ａには、クレーンＢのコーナーリフレクター２Ｂで反射されて送信波Ｏ_Ａと同じ電界（Ｗ_Ａ）の反射波Ｒ_Ａが入射し、受信される。また、クレーンＢの送受信手段１Ｂには、クレーンＡのコーナーリフレクター２Ａで反射されて送信波Ｏ_Ｂと同じ電界（Ｗ_Ｂ）の反射波Ｒ_Ｂが入射し、受信される。ここで、クレーンＢの送受信手段１Ｂからの送信波Ｏ_Ｂが、クレーンＡの送受信手段１Ａに直接入射したとすると、この直接入射波Ｏ_Ｂ´は、その電界Ｗ_Ｂ´が送信波Ｏ_Ｂと同じ左側に４５°傾斜したものとなる。しかし、クレーンＡの送受信手段１Ａは、電界が送信波Ｏ_Ａと同じ右側に４５°傾斜した反射波Ｒ_Ａしか受信しないため、クレーンＢからの直接入射波Ｏ_Ｂ´を受信することはない。

このように電界の向きが互いに９０°ずれた状態で送受信を行うには、図６に示すように、送受信手段１Ａのパッチアンテナ５Ａにおいては、素子１０を、誘電体基板１１の面上の中心線Ｘに対し、素子１０の面上の中心線Ｙが右側に４５°傾斜するように形成する。また、送受信手段１Ｂのパッチアンテナ５Ｂにおいては、素子１０を、誘電体基板１１の中心線Ｘに対し、素子１０の中心線Ｙが左側に４５°傾斜するように形成する。

尚、図示の例では素子１０の平面形状が矩形であるが、素子１０はその他の形状であってもよく、例えば円形の場合は、素子１０の各中心線Ｙに相当する位置に切欠を形成すればよい。

また、誤検出を防止するために、検出波として、電界が一方向に回転した回転波を用いることもできる。回転波は、反射の際に電界が反転するため、図２に示したように、コーナーリフレクター２Ａ、２Ｂで３回反射されると、反射波Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂの電界の回転方向は、入射波Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの電界の回転方向と逆になる。従って、図７に示すように、クレーンＡの送受信手段１Ａから、送信波Ｏ_ＡとしてＷ_Ｏで示す右旋回の回転波を送信すると、クレーンＢのコーナーリフレクター２Ｂで反射されて、反射波Ｒ_ＡはＷ_Ｒで示す左旋回の回転波となって送受信手段１Ａに入射し、受信される。クレーンＢにおいても同様に、Ｗ_Ｏで示す右旋回の送信波Ｏ_Ｂが送信され、Ｗ_Ｒで示す左旋回の反射波Ｒ_Ｂが受信される。ここで、クレーンＢの送受信手段１Ｂからの送信波Ｏ_Ｂが、クレーンＡの送受信手段１Ａに直接入射しても、この直接入射波Ｏ_Ｂ´はＷ_Ｏ´で示す右旋回の回転波であり、クレーンＡの送受信手段１Ａでは左旋回の回転波しか受信しないため、クレーンＢからの直接入射波Ｏ_Ｂ´を受信することはない。

このような回転波による送受信を行うには、送受信手段１Ａのパッチアンテナ５Ａ及び送受信手段１Ｂのパッチアンテナ５Ｂにおいて、それぞれ、送信側と受信側とで２つのパッチアンテナを用いる。そして、図８に示すように、送信側のパッチアンテナ６の素子１５を、誘電体基板の中心線Ｘに対し、右側の角部１５ａと、角部１５ａの対角線上にある角部１５ｂとを切除した形状とする。これにより、パッチアンテナ６からは右旋回の検出波が送信される。また、受信側のパッチアンテナ７の素子１６を、誘電体基板の中心線Ｘに対し、左側の角部１６ａと、角部１６ａの対角線上にある角部１６ｂとを切除した形状とする。これにより、パッチアンテナ７に入射する種々の検出波の中で、左旋回の検出波のみが受信される。

また、図９に示すように、図４に示した金属筒８の直管部８ｂに円偏波用の突起２０を付設してもよい。但し、送信側のパッチアンテナ６を、同図（Ａ）に示すように、誘電体基板１０の中心線Ｘと素子１０の中心線Ｙとが一致するように形成する。このパッチアンテナ６からは電界が上下方向を向く直線波（電界の向き「↑」）が送信される。また、受信側のパッチアンテナ７では、同図（Ｂ）に示すように、電界の向きが水平方向を向く直線波（電界の向き「→」）を受信するようにする。それとともに、同図（Ｃ）に示すように、直管部８ｂの内壁に、素子１０の中心線Ｙと一致する軸線Ｚに対して右側に４５°傾斜した位置に突起２０を付設した金属筒８を、金属筒８の縮径部８ａの開口がパッチアンテナ６、７の両素子１０、１０を包囲するように配置する。これにより、送信側のパッチアンテナ６から電界が上下方向を向く直線波が送信され、金属筒８の直管部８ｂを通過するときに右旋回の回転波に偏波される。そして、コーナーリフレクターで反射されて左旋回の回転波となって金属筒８に入射し、左旋回の回転波は金属筒８の直管部８ｂを通過するときに電界の向きが水平方向を向く直線波に偏波され、受信側のパッチアンテナ７で受信される。

尚、上記構成によれば、誤検出の防止に加えて、送受信手段１Ａ（１Ｂ）とコーナーリフレクター２Ａ（２Ｂ）とを接近させてクレーンＡ（Ｂ）上の設置することができ、例えばレール幅が狭いクレーン設備に好適となる。

Ａ，Ｂクレーン
１Ａ、１Ｂ送受信手段
２Ａ、２Ｂコーナーリフレクター
２ａ、２ｂ、２ｃ反射面
５、５Ａ、５Ｂパッチアンテナ（パッチアンテナアレイ）
６送信側パッチアンテナ
７受信側パッチアンテナ
８金属筒
１０、１５、１６素子
１１誘電体基板

Claims

接近または離間する２つの移動体間で検出波の送受信を行い、移動体間の距離を測定する距離測定装置であって、
２つの移動体がそれぞれ、検出波の送受信を行う送受信手段と、コーナーリフレクターとを備えるとともに、一方の移動体の送受信手段と他方の移動体のコーナーリフレクターとを対向配置したことを特徴とする移動物体間の距離測定装置。
送受信手段のアンテナが、パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイであることを特徴とする請求項１記載の移動物体間の距離測定装置。
パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイの素子側前面に、該アンテナから離間するのに伴って開口面積が徐々に拡大する金属筒を付設したことを特徴とする請求項２記載の移動物体間の距離測定装置。
パッチアンテナまたはパッチアンテナアレイの素子側前面に、該アンテナから離間するのに伴って開口面積が徐々に縮小する縮径部と、前記縮径部に連続する直管部と、前記直管部に連続し、直管部から離間するのに伴って開口面積が徐々に拡大する拡径部とからなる金属筒を付設したことを特徴とする請求項２記載の移動物体間の距離測定装置。
検出波が直線波であり、かつ、一方の移動体で送受信される検出波の電界の向きと、他方の移動体で送受信される検出波の電界の向きとが、所定の角度で交差していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の移動物体間の距離測定装置。
検出波が回転波であり、かつ、両方の移動体が共に、同じ方向に電界が回転する回転波を送信するとともに、送信した回転波とは逆の方向に回転する回転波を受信することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の移動物体間の距離測定装置。