JP5261117B2 - 測定対象物の重心位置計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、物流用コンテナなどの測定対象物の重心位置を計測するのに用いる測定対象物の重心位置計測装置に関する。

トラック、鉄道、船舶、航空機（貨物輸送機）などの安全運行のためには、これらに搭載する物流用コンテナ（以下、コンテナという）などの重量物の積載量および積載バランスを適切に管理することが必要である。このため、従来から、前記重量物はトラックなどの台車の中央部に載せられる。しかし、重量物自体の重心、例えば貨物を収納したコンテナの重心が、貨物のコンテナ内における設置位置や積荷状態に応じてアンバランスとなる場合がある。この場合には、トラック運行中の揺動時に車体が傾いたり、積荷の倒」壊や破損を招いたりする惧れがある。

このため、重量物を複数個の秤（はかり）で水平に支えることによって、重量物の水平面内での重心位置を求め、更にこの重量物を所定の角度に傾けて、つまり前記秤の使用位置を変えて高さ方向の重心位置を求めることが行われている。そして各重心位置の測定結果に従い、前記重量物を台車の適正位置に載せることで、トラックや船舶等の安全運行が図られている。

一方、放射線源と、この放射線源との間にコンテナの進入スペースを空けて配置されるディテクタと、このディテクタの出力に基づき演算を行う演算制御部とを備えて、この演算制御部により、前記コンテナの進入スペースにコンテナが侵入した状態での前記放射線源から前記ディテクタに到達した放射線の強度分布を求め、この放射線の強度分布に基づき、前記コンテナの密度分布および重心位置を特定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、コンテナの重心位置を人の手を大きく煩わせることなく、自動的、効率的に検出することができる。
特開２００７‐１９１１７３号公報

しかしながら、複数個の秤を用いて重量物を支えることにより重心を求める
従来の重心測定方法では、重量物を吊り上げるためのクレーンやジャッキの手作業による操作や作業の負担が大きく、また複数の秤から得られたデータを計算する作業が煩わしく、重心の測定作業および重量物の搬送作業の効率が共に良くないという不都合があった。
また、放射線を利用する従来の重心測定方法では、放射線発生装置やディテクタなど高額の設備が必要であり、また、得られた重心情報がコンテナ内の各積荷自体の重量を正しく反映したものではない場合があり、この場合には重心の測定値が必ずしも正確ではないという問題があった。

本発明は前記のような従来の問題点に着目してなされたものであり、作業者の労力の削減と作業の安全を確保しながら、簡単な構成にて略自動的にコンテナ等の測定対象物の重心位置を高精度に測定することができる測定対象物の重心位置計測装置を提供することを目的とする。

前記目的達成のために、本発明に係る測定対象物の重心位置計測装置は、床上に設置されるフレームと、該フレーム上の３箇所にシリンダを介して設置された各一のロードセルと、該ロードセルを介して前記シリンダにより支持されて、測定対象物を載置するための計測台と、前記シリンダを伸長させて前記ロードセルを計測台の下面に押し付けることにより、前記計測台を水平に維持した場合および傾斜した場合ごとに前記各ロードセルから得られる荷重データに基き、前記測定対象物の重量及び重心を演算する演算手段と、前記フレーム下面に取り付けられ、床面に接して転動する複数の支持ローラと、前記フレームの端部側面に取り付けられ、床面に対しフレームの前記端部を昇降可能に伸縮して、前記フレームとともに前記計測台を前記支持ローラを中心として水平方向および所定の傾斜角度に回動可能にするジャッキと、を備え、前記ロードセルはシリンダ内にあってこのシリンダの上端が計測台を直接支持し、計測が開始されるとシリンダ内から上方に押し出されて計測台を支持するように押し上げることを特徴とする。

この構成により、水平支持状態の計測台に測定対象物を載せ、ロードセルを用いて検出された測定対象物の荷重測定値（荷重データ）に基づいて、演算制御部が測定対象物の重心を通る鉛直線の位置を求める。一方、所定の傾斜支持状態で測定対象物の重心を通る鉛直線の位置を、計測台の傾斜角度と前記各ロードセルによる測定対象物の荷重検出値とに基づいて求め、前記傾斜前後において求めた各重心を通る鉛直線の交点をこの測定対象物の重心とする。この重心データは、計測台上に測定対象物を載せないで前記同様に求めた重心データで補正する。このようにして重心を求めるための３個のロードセル、シリンダ等を含む比較的割安な設備を用いて、略自動的に、つまり手作業を殆ど介することなく正確かつローコストに測定対象物の重心を測定することができる。

また、前記支持ローラを中心とする計測台の傾動により、この計測台専用の回動支点や装置を別途設置する必要がなく、重心位置計測装置全体の構成の簡素化とコストの軽減を図ることができる。

また、前記計測台の前記シリンダによる押し上げ動作時以外は、前記ロードセルが計測台の下面に干渉しない位置に退避しているため、計測台上にコンテナ等を載置する際に、無用の衝撃がロードセルに直接掛かることを回避でき、従って、ロードセルの破損を確実に防止することができる。

また、本発明に係る測定対象物の重心位置計測装置は、前記フレームと計測台との間の複数箇所に、これらのフレームおよび計測台のそれぞれに両端が軸支された弾性素材からなるロッドを持つ計測台支持具が介在されていることを特徴とする。
この構成により、各シリンダによる計測台の上昇時に、ロッドの支点である軸間の距離が増加し、ロッドにシリンダの伸長力に抵抗する力が生じるが、この力を、ロッド自体の弾性により吸収することによりできるだけ小さくすることができる。このため前記伸長力吸収のための伸縮機構などを別途設置する必要がなくなる。

また、本発明に係る測定対象物の重心位置計測装置は、前記ロードセルの可動
計測子と計測台との間には、前記ロードセルの外箱に軸支された横方向荷重防止部材が介在されていることを特徴とする。
この構成により、計測台を傾けた際に、計測台の横方向荷重がロードセルの可動計測子に直接作用するのを防止でき、偏荷重に基づく可動計測子の故障や誤動作を未然に回避することができる。

また、本発明に係る測定対象物の重心位置計測装置は、前記計測台上に載置された測定対象物を正面方向および側面方向から撮影する２台のカメラを備え、前記演算手段が前記カメラで撮影した測定対象物の画像上に前記計測された重心位置を表示装置に表示させることを特徴とする。
この構成により、測定対象物上のどの位置に重心があるかを、測定者が表示装置上で確認することができ、測定対象物の搬送、運搬を安全かつ適切に実施することができる。

本発明によれば、作業者の労力の削減と作業の安全を確保しながら、簡単な構成にて略自動的にコンテナ等の測定対象物の重心を測定することができる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図面は、本発明の実施形態による測定対象物の重心位置計測装置を示し、図１は、本発明の実施の形態による測定対象物の重心位置計測装置を示す正面図、図２は、図１における測定対象物の重心位置計測装置を示す平面図、図３は、本発明の実施の形態による測定対象物の重心位置計測装置を示す左側面図、図４は、図１における計測台を傾斜させた状態を示す正面図、図５は、図１における計測台支持具を示す拡大正面図、図６は、図１における計測台支持具の動作状態を示す正面図、図７は、図５における計測支持具の詳細を示す正面図。図８は、図１におけるロードセルの横方向荷重防止構造を示す正面図、図９は、荷重測定値に基づき測定対象物の重心を演算する演算制御装置のブロック接続図を示す。

本実施の形態による測定対象物の重心位置計測装置は、フレーム１と、ロードセル２と、計測台３と、ジャッキ４とを備えて構成される。フレーム１は、図２に示すように、平行配置された長めの２本の鋼材１ａ、1ｂと、これらの鋼材１ａ、１ｂに直交するように平行配列され、これらの鋼材１ａ、１ｂの端部に互いに連結された２本の鋼材１ｃ、１ｄとから構成される。鋼材１ｃ、１ｄの両端部の下面には、各一ケの支持ローラ５が取り付けられている。このため、フレーム１は図１および図２に示すように、床面Ｇ上を支持ローラ５の回転によって任意の位置に移動できる。

鋼材１ｃ上の中央部上面および鋼材１ｄ上の両端部上面には、各一ケのシリンダ（本実施の形態では油圧シリンダ）６が設置され、これらのシリンダ６上には前記ロードセル２が設置されている。従って、３個のロードセル２は鋼材１ｃ上にある１つを頂点にして、鋼材１ｄ上に形成される二等辺三角形の２つの角部に２つがそれぞれ設置される。なお、各ロードセル２はシリンダ６内の上部にあるが、通常は、シリンダ６の上端が計測台３を直接支持しており、荷重計測が開始されるとシリンダ６内からロードセル２の可動計測子２ｆが上方に押し出され、計測台３を支持するように押し上げることとなる。これにより、計測台３上にコンテナ８等を載置する際に、無用の衝撃が直接ロードセル２に掛かることを回避でき、従って、ロードセル２の破損を確実に防止できる。計測台３上には計測台３を傾斜させた際、コンテナが移動しないようにストッパーを設けてもよい。

フレーム１上には、これを所定間隙をおいて覆う前記計測台３が、複数個の計測台支持具７を介して支持されている。この計測台３は、コンテナ８等の測定対象物を載置可能な広さを持ち、このコンテナ８等をクレーンを用いて上げ降ろし可能な所定の強度を持つ。この計測台３の一部は３個の前記ロードセル２の上方に臨み、シリンダ６の伸長時には、各ロードセル２を介して計測台３が水平状態を保ったまま上方へ押し上げ可能になっている。

計測台支持具７は、図７に示すように、フレーム１と計測台３のそれぞれに取り付けられたブラケット９、１０に対し、ロッド１１の両端に取り付けられたクレビス１２、１３を、軸１４、１５によって回動自在に軸支した構成を持つ。この計測台支持具７は、図２に示すように、鋼材１ａ、１ｂ上面の各両端に１個ずつと鋼材１ｃ、１ｄ側面の各両端部に１個ずつとの、あわせて８個が設けられている。

前記ジャッキ４は、フレーム１を構成する２本の鋼材１ａ、１ｂ右端の側部に取り付けられている。これらのジャッキ４は鋼材１ａ、１ｂに固定されシリンダ部４ａとこのシリンダ部４ａ内に出入するロッド部４ｂとからなり、ロッド部４ｂの下端には、床面Ｇに設置される足部材１６がピン１７によって軸支されている。従って、このジャッキ４の伸長動作によってフレーム１は計測台３を載せた状態で、図４に示すように前記フレーム１左端側の支持ローラ５を中心に傾動駆動可能になっている。また、装置の左側方向および正面方向には重心位置記録カメラ１８、１９が配置されている。

図８は、前記ロードセル２の横方向荷重防止構造例を示す。これはロードセル２の外箱（外カバー）にブラケット２ａを取り付け、このブラケット２ａに水平プレート２ｂの基部をピン軸２ｇにより軸支したものからなる。この水平プレート２ｂの先端上面に設けた突起２ｃの円弧面２ｄを、計測台３下面の突起部３ａの下面に接触可能とし、一方、先端下部に設けた突起２ｅをロードセル２の可動計測子２ｆに接触可能とした。

この構成では、計測台３を後述のように傾けた際に、突起部３ａが突起２ｃの円弧面２ｄ上を滑ることによって、計測台３の横方向荷重がロードセル２の可動計測子２ｆに対し直接作用しないようにすることができる。これによりロードセル２に対する計測台３の偏荷重に基づく可動計測子２ｆの故障や誤動作を未然に回避することができる。

図９は、本実施の形態における演算制御装置を示すブロック図である。この演算制御装置は、演算制御部（演算手段）２１を中心として、３個の前記ロードセル２、傾斜角度センサ２６、シリンダ６用の油圧ユニット２２、ジャッキ４用の油圧ユニット２３、カメラ１８、１９、計測の開始や終了の指令や各種の操作指令を出す操作装置２４、前記演算により得られたコンテナ８の重心位置をカメラ１８、１９で得られた画像上に、重ねて表示する表示装置２５を備えている。

次に動作を説明する。
この測定対象物の重心位置を計測するに当たって、重心位置計測装置の全体を床面Ｇ上に走らせて所定の作業位置へ移動する。次に重量物である例えばコンテナ８をクレーンを用いて計測台３上の中央寄りの所定位置に載置する。続いて、走査装置２４上の操作ボタンや操作スイッチ等により、重心の測定開始指令とともに演算データなどの各種データの入力指令を行う。

これにより各シリンダ６が動作し、ロードセル２を介して計測台３を所定量押し上げる。このとき３個のシリンダ６の作動量は、油圧ユニット２２からの油圧を受けて同一伸長量に制御される。このため、計測台３は水平状態を維持し（傾斜角度がゼロ）、３個のロードセル２にはその位置におけるコンテナ８の荷重（重量）を検出する。この検出荷重は、図示しない読み書き可能なメモリ（ＲＡＭなど）に保持される。

各シリンダ６による計測台３の上昇時には、計測台支持具７によって計測台３は真直ぐ上方へ移動する。このときロッド１１の支点である軸１４、１５間では距離Ｒが増加し、ロッド１１にはシリンダ６の伸長力に抵抗する力が生じる。この力をできるだけ小さくするために、ロッド１１を水平に配置し、かつ計測台３の上昇量に対してロッド１１を長く設定されている。また、ロッド１１の伸長量ｄＬを微小量に抑え、ロードセル２の計測値やシリンダ６の押上げ力に影響しないようにされている。この伸長量ｄＬをロッド１１自身の弾性により吸収させることで、その身長量ｄＬ吸収のための伸縮機構などを別途設置する必要がなくなる。

続いて、操作装置２４から計測台３の傾斜指令を行う。この傾斜指令信号を受けて油圧ユニット２３は演算制御部２１の制御下で予め設定された伸長量分ジャッキ４を伸長させる。これによりフレーム１および計測台３は、図１に示す左方の支持ローラ５を中心に、図４に示すように所定角度傾斜する。この支持ローラ５を中心とする支持台３の回動により、この支持台３専用の回動支点や装置を別途設置する必要がなくなり、コストの軽減を図ることができる。なお、このときの傾斜角度は図示しない傾斜センサにより検知される。そして、計測台３の各傾斜状態における３個のロードセル２の検出荷重を前記メモリに記憶させる。

一方、演算制御部２１は、計測台３が水平状態にあるときにロードセル２によって測定された荷重検出値および傾斜センサによって測定した傾斜角度（０
°）からコンテナ８の重心を通る鉛直線の位置を演算する。同時に、演算制御部２１は、計測台３が傾斜状態にあるとき、ロードセル２によって測定された荷重検出値および傾斜角度センサ２６によって測定した傾斜角度に基づいて、前記同様にしてコンテナ８等の重心を通る鉛直線の位置を演算する。

そして演算制御部２１では、計測台３の傾斜前後の二つの鉛直線の交点を演算し、この演算結果をコンテナ８等が計測台３上に載置されない条件下で予め求めた計測台３およびフレーム１を含む重心データにより補正して、コンテナ８の重心位置を最終的に決定することとなる。

このように、本実施形態の測定対象物の重心位置計測装置は、床面Ｇにフレーム１を設置し、フレーム１上の３箇所にシリンダ６を介して各一のロードセル２を設置し、各ロードセル２を介してシリンダ６により測定対象物８を載置するための計測台３を支持して、シリンダ６を伸張させることによってロードセル２を計測台３の下面に押し付け、計測台３を水平に維持した状態および傾斜した状態ごとに各ロードセル２から得られる荷重データに基づいて、演算制御部２１が測定対象物８の重心を演算する構成とした。

これにより、ロードセル２を用いて検出された計測台３上の測定対象物８の荷重測定値に基づいて、演算制御部２１が演算した測定対象物８の重心を通る鉛直線の位置が得られる。また、所定の傾斜支持状態での測定対象物８の重心を、計測台３の傾斜角度と各ロードセル２による測定対象物８の荷重検出値とに基づいて求め、傾斜前後において求めた各重心を通る鉛直線の交点をこの測定対象物８の重心として求めることができる。そしてこの重心データは、計測台３上に測定対象物８を載せないで前記同様に求めた重心データで補正することで、正確な重心位置の計測が可能になる。このようにして重心を求めるための３個のロードセル２、シリンダ６等を含む比較的割安な設備を用いて、略自動的に、つまり手作業を殆ど介することなく正確かつローコストに測定対象物８の重心位置を測定することができることとなる。

本発明は、作業者の労力の削減と作業の安全を確保しながら、簡単な構成にて略自動的にコンテナ等の測定対象物の重心を測定することができるという効果を有し、物流用コンテナなどの測定対象物の重心位置を計測するのに用いる測定対象物の重心位置計測装置等に有用である。

本発明の実施の形態による測定対象物の重心位置計測装置を示す正面図である。 図１における測定対象物の重心位置計測装置の平面図である。 図１における測定対象物の重心位置計測装置の左側面図である。 図１における計測台を傾斜させた状態の正面図である。 図１における計測台支持具を示す拡大正面図出る。 図１における計測台支持具の動作状態の正面図である。 図５における計測台支持具の詳細を示す正面図である。 図１におけるロードセルの横方向荷重防止構造を示す正面図である。 荷重測定値に基づき測定対象物の重心を演算する演算制御装置のブロック接続図である。

符号の説明

１ フレーム
２ ロードセル
２ａ ブラケット
２ｂ 水平プレート
２ｃ、２ｅ 突起
２ｆ 可動計測子
３ 計測台
４ ジャッキ
４ａ シリンダ部
４ｂ ロッド部
５ 支持ローラ
６ シリンダ
７ 計測台支持具
８ コンテナ（測定対象物）
９、１０ ブラケット
１１ ロッド
１２、１３ クレビス
１４，１５ 軸
１８、１９ カメラ
２１ 演算制御部（演算手段）
２２、２３ 油圧ユニット
２４ 操作装置
２５ 表示装置

Claims (4)

1. 床上に設置されるフレームと、
   該フレーム上の３箇所にシリンダを介して設置された各一のロードセルと、
   該ロードセルを介して前記シリンダにより支持されて、測定対象物を載置するための計測台と、
   前記シリンダを伸長させて前記ロードセルを計測台の下面に押し付けることにより、前記計測台を水平に維持した場合および傾斜した場合ごとに前記各ロードセルから得られる荷重データに基き、前記測定対象物の重量及び重心を演算する演算手段と、
   前記フレーム下面に取り付けられ、床面に接して転動する複数の支持ローラと、
   前記フレームの端部側面に取り付けられ、床面に対しフレームの前記端部を昇降可能に伸縮して、前記フレームとともに前記計測台を前記支持ローラを中心として水平方向および所定の傾斜角度に回動可能にするジャッキと、
   を備え、
   前記ロードセルはシリンダ内にあってこのシリンダの上端が計測台を直接支持し、計測が開始されるとシリンダ内から上方に押し出されて計測台を支持するように押し上げることを特徴とする測定対象物の重心位置計測装置。
2. 前記フレームと計測台との間の複数個所には、これらのフレームおよび計測台のそれぞれに両端が軸支された弾性素材からなるロッドを持つ計測台支持具が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の測定対象物の重心位置計測装置。
3. 前記ロードセルの可動計測子と計測台との間には、前記ロードセルの外箱に軸支された横方向荷重防止部材が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の測定対象物の重心位置計測装置。
4. 前記計測台上に載置された測定対象物を正面方向および側面方向から撮影する２台のカメラを備え、前記演算手段が前記カメラで撮影した測定対象物の画像上に前記計測された重心位置を表示装置に表示させることを特徴とする請求項１に記載の測定対象物の重心位置計測装置。

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