JP5418891B2 - デジタル内空変位計 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル内空変位計に関する。更に具体的には、予め坑道等の壁面に打ち込まれたピンとピンの間の長さを測定して、経時的な長さの変化を求めるデジタル内空変位計に関する。

従来、例えば、トンネルの坑道等の高さ、幅等の長さ（寸法）を測定する場合、予め坑道等に打ち込まれたピン−ピン間をバーニア（副尺）付きの巻き尺を使用して寸法測定していた。バーニアは、例えば、ノギス等に具備されている本尺、主尺（メインスケール）の目盛端数を正確に知るための補助尺である。多くの場合、主尺の9/10或いは19/20の間隔で目盛が振られており、測定点にバーニアのゼロ点を合せて主尺の目盛とバーニアの目盛が一致した場所を読取ることによって、1/10或いは1/20の単位を測定するものである。

トンネルの坑道の高さ、幅等の長さを測定する場合、坑道の測定場所によっては腰を屈めたり、横になったりして、窮屈な姿勢で測定しなければならない場合がある。バーニア付きの巻き尺で測定値を読み取る場合、巻き尺の測定値表示箇所に対して正面から向き合って読み取る必要があるが、測定場所によっては測定値表示部に対して正面から向き合う姿勢をとることが出来ない場合がある。また、坑道等の内部は暗く、計測作業時にはランプを使用している。ランプの光線が金属製のバーニア付きの巻き尺で反射して、測定値を読み取ることが非常に難しい。

また、経験的に言えば、同じ箇所をバーニア（副尺）付きの巻き尺を使用して測定した場合、計測員によって0.3ｍｍ程度のバラツキが生じている。

これらの事情により、坑道等の長さを正確に測定するには、熟練した計測員が必要であり、また非常に長い時間を要しているのが実情である。

従って、坑道等の計測員からは、計測経験が浅くても正確な計測が可能であり、測定値の読み取りが容易であり、坑道等に立てたピンがどんな場所でもピン−ピン間の正確な測定が可能であり、測定装置自体がコンパクトで携帯容易であり、出来れば片手で操作可能であり、測定時にはメジャーが一定の張力で張られて常に正確な寸法測定が可能であり、測定精度の校正が容易であり、メジャー自体を装置本体に素早く収納することが出来るような巻き尺の実現が望まれていた。

なお、本発明に係るデジタル内空変位計は、基本的機能は、測定値をデジタルデータとして処理する巻き尺に相当する。しかし、トンネルの坑道等の保守、修理、保安等のため、予め坑道等の内壁にピンを打ち込み、ピン−ピン間の長さ（内部空間）を所定の期間毎に測定し、その長さの変化から各ピンの位置の変位求めることが行われている。従って、このような業務に使用される計測器を「内空変位計」と称し、測定値をデジタルデータで処理する場合を「デジタル内空変位計」と称する。

従って、本発明は、従来測定が困難であった場所でも比較的容易に測定可能なデジタル内空変位計を提供することを目的とする。

更に、本発明は、測定者によって比較的バラツキが少ないデジタル内空変位計を提供することを目的とする。

上記目的に鑑みて、本発明に係るデジタル内空変位計は、坑道等の内部空間の長さ測定を行うデジタル内空変位計であって、比較的小形の本体部と、前記本体部に接続された、更に小形のセンサユニットと、前記センサユニットからの測定データを表示するデジタル表示器とを備え、前記本体部は、内部に、比較的大きな径部と比較的小さな径部をもつ回転軸と、複数個の一定の引っ張り張力を発生する複数個の張力発生器とを有し、前記回転軸の比較的大きな径部には、Ｎ極及びＳ極が所定の周期で交互に着磁された磁気テープが巻かれており、該磁気テープは前記本体部から引き出される際に前記センサユニットの近傍を通過し、該センサユニットは該磁気テープの相対的移動量を計測処理し、前記回転軸の比較的小さな径部には、各々の前記張力発生器からの帯状スプリングが巻き付いており、長さ測定時に、前記複数個の張力発生器からの一定の引っ張りトルクが前記回転軸の比較的小さな径部に加わって、前記磁気テープは一定の張力で引っ張られ、測定終了後は、前記張力発生器から前記回転軸に加わる回転により、前記磁気テープが前記回転軸の比較的大きな径部に素早く自動的に巻き取られて前記本体部に収納される。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記本体部は、手提げグリップ部を有し、携帯可能であってよい。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記磁気テープの先端部には第１のピン係合部が設けられ、前記本体部から延在するシャフトの先端部には第１のピン係合部が設けられ、予め、坑道等の内壁に打ち込まれた一方ピンに対して第１のピン係合部を係合し、他方のピンに対して第１のピン係合部を係合して、ピン−ピン間の長さを測定してもよい。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記本体部の前記回転軸の比較的小さな径部の周囲に、４個の前記張力発生器が配置されていてもよい。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記デジタル内空変位計は、絶対値計測及び増分値計測のいずれも可能であってよい。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記センサユニットは、磁気抵抗素子のブリッジ回路をもつセンサヘッドを有し、該センサヘッドは近傍を相対的に移動する前記磁気テープの着磁状態を感知して移動量を計測してもよい。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記センサユニットは、記憶装置を有する制御部を有し、前記第１及び第２のピン係合部間の正確な長さを初期値として該記憶装置に記録でき、絶対値計測が出来るようにしてもよい。

更に、上記デジタル内空変位計では、前記回転軸は、前記磁気テープを手動で巻き取る巻き戻しハンドルを有していてもよい。

本発明によれば、従来測定が困難であった場所でも比較的容易に測定可能なデジタル内空変位計を提供することが出来る。

更に、本発明によれば、測定者によって比較的バラツキが少ないデジタル内空変位計を提供することが出来る。

図１は、本実施形態に係るデジタル内空変位計の外形形状を示す図である。 図２は、図１のデジタル内空変位計を使用して測定する状況を説明する図である。 図３は、図１のデジタル内空変位計の内部構造を示す図である。 図４は、図１のデジタル内空変位計のブロック図を示す図である。 図５は、デジタル表示器を示す図である。

以下、本発明に係るデジタル内空変位計の実施例に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

［デジタル内空変位計の外観］
図１は、本実施形態に係るデジタル内空変位計の外形形状を示す図である。デジタル内空変位計１は、装置本体部２と、表示器６が一体に形成されたセンサユニット４と、本体部２から出てセンサユニット４の下側を通過して延在する磁気テープ８と、磁気テープ８の先端に接続された第１のピン係合部１２と、本体部２から反対側に延在するシャフト部１０と、シャフト部１０の先端に接続された第２のピン係合部１４とを備える。本体部２とセンサユニット４とは一体に接続され固定されている。

磁気テープ８は、従来の巻き尺のメモリ表示されたメジャー部分に相当する。

本体部２の上面には手提げグリップ部１８があり、携帯するのに便利になっている。

本体部２の側面には巻き戻しハンドル１６がある。磁気テープ８は、後述するように、張力発生器１９によって、常時本体部２に自動的に巻き取られるようになっているが、何等かの原因で巻き戻らない場合には、この巻き戻しハンドル１６を使って手動でも巻き戻しが出来る。

手提げグリップ部１８及び巻き戻しハンドル１６は、本体部２に対して着脱自在にしてもよい。

本体部ケース２ｃのサイズは、170ｍｍ幅（手提げグリップ部を除く。）×170ｍｍ高さ×厚さ42ｍｍ（巻取りハンドルを除く。）であり、センサユニット４のサイズは、130ｍｍ幅×68ｍｍ高さ×厚さ80ｍｍである。従って、装置自体がコンパクトであり、手提げグリップ部１８を使うことにより携帯容易であり、必要に応じて片手で操作が可能である。

表示器６は、測定値がデジタル表示されるので、どの方向からも正確な測定値の読み取りが出来る。

［デジタル内空変位計を使用方法］
図２は、図１のデジタル内空変位計１を使用して測定する状況を説明する図である。この測定例は、坑道等の一方の内壁２３と、これに対面する他方の内壁２４との間の内部空間を測定する場合である。

一方の内壁２３に対し、予め、ピンアンカ２０を使ってピン２２を打ち込み固定してある。同様に、他方の内壁２７に対しも、予め、ピンアンカ２４を使ってピン２６を打ち込み固定してある。

ピン２２に対して、デジタル内空変位計１の第１のピン係合部１２を取り付ける。その後、ピン２６に近付きながら、磁気テープ８を本体部２から順次引き出す。ピン２６に対して、デジタル内空変位計１の第２のピン係合部１４を取り付ける。磁気テープ８には、本体部内蔵の張力発生器１９による張力（テンション）が加わっているので、手提げグリップ部１８を使って、磁気テープ８とシャフト部１０が一直線になるように、本体部２を位置決めする。この状態で、表示器６にデジタル表示された測定値を読み取る。

測定後は、ピン２６から第２のピン係合部１４を取り外し、ピン２２の方向に近づくと、張力発生器19の作用により、磁気テープ８は自動的に本体部２へ巻き戻される。最後に、ピン２２から第１のピン係合部１２を取り外す。

このように、ピンの位置に拘わらず測定が容易になり、従来の巻き尺によるメモリ読み取りがデジタル表示の読み取りに代わったため、熟練の計測員を必要としなくなった。

［デジタル内空変位計の内部構造］
図３は、図１のデジタル内空変位計１の内部構造を示す図である。図面上半分は、デジタル内空変位計１を上方から見た平面図であり、図面下半分は横方向から見た側面図である。図面では、分かり易くするため、磁気テープ８は右上から左下への斜線によるハッチングで表し、回転軸１７の比較的大きな径部１７ｗ及び比較的小さな径部１７ｎは左上から右下への斜線によるハッチングで表している。

側面図に示すように、センサユニット４は、センサヘッド２８と、制御部３５と、バッテリ４９とを有する。センサヘッド２８の下側を磁気テープ８が摺動する。バッテリ４９は、単二乾電池が使用される。

平面図に示すように、回転軸１７は、比較的大きな径部１７ｗと、比較的小さな径部１７ｎを有している。側面図に示すように、引き出された磁気テープ８は、比較的大きな径部１７ｗに巻き取られる。張力発生器１９の作用により、磁気テープ８を比較的大きな径部１７ｗに自動的に巻き取ることで、常に磁気テープ８を装置本体部２に素早く自動的に収納することが出来る。更に、回転部１７には巻き戻しハンドル１６が接続されているので、何等かの原因で巻取りが出来ない場合でも、手動によって巻取ることが出来る。

平面図に示すように、回転軸１７の比較的小さな径部１７ｎの周辺には、複数個の張力発生器１９が配置されている。側面図で示すように、本実施例では、４個の張力発生器１９-1〜１９-4が用いられている。各張力発生器１９から延びるテープ状スプリング１９-1s〜１９-4sは、いずれも回転軸１７の比較的小さな径部１７ｎに巻き付いている。

この張力発生器１９は、定荷重バネであり、常時一定の引っ張り張力（トルク）を回転軸１７に与える。１個の張力発生器１９が発生する張力は0.5ｋｇであり、4個備えることにより2.0ｋｇの張力が得られる。

このような定荷重バネは、例えば、神奈川県横浜市所在のサンコースプリング株式会社から、商品名「コンストン」として商業的に入手できる。

張力発生器１９を用いることで、測定時には磁気テープ８が一定の張力で張られ、常に正確な寸法測定が出来る。更に、回転軸１７の比較的小さな径部１７ｎを設けることで、コンパクトな本体ケース２９内に、必要個数の張力発生器１９-1〜１９-4を収納することができる。

なお、図に示す、第１のピン係合部１２と第２のピン係合部１４間の長さＡは、このデジタル内空変位計１の初期値であり、予め正確に測定して、後で説明するように、初期値Ａとしてセンサユニット４に設定する。その後は、増分（インクリメンタル値）を測定して、その測定値に初期値Ａを加算することで絶対値（アブソルート値）を得ることができる。

このデジタル内空変位計１の特徴の１つは、コンパクトな本体部２の内部に、複数のサイズの径部を有し且つ巻き戻しハンドル１６に連結した回転軸１７を設け、可能な限り大きな径部１７ｗに対して磁気テープ８を巻き付けて素早く巻き戻しが出来るようにし、比較的小さな径部１７ｎを形成することにより周辺に必要個数の張力発生器１９-1〜１９-nを配置可能としたことにある。

なお、今回試作したデジタル内空変位計１の長さの測定可能範囲は、510〜5000ｍｍであった。

［デジタル内空変位計のブロック図］
図４は、図１のデジタル内空変位計１のブロック図を示す図である。

磁気テープ８は、図に示してないが、センサヘッド２８に面する方から順に第１の層、第２の層及び第３の層から成る。第１の層は、第２の層の保護用の非金属テープ層である。第２の層は、着磁される磁気テープ層である。第３の層は、外部磁気の遮蔽、第２の層の保護、磁気回路形成等のための磁性体金属層である。

第２の層は、テープ長手方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、…と交互に着磁されている。この着磁の周期をλとする。センサユニット４は、センサヘッド２８と、制御部３５とを有する。制御部３５からのデジタル測定値は、表示器６に送られ、デジタル表示される。バッテリ４９が、センサヘッド２８、制御部３５及び表示器６へ給電を行っている。

センサヘッド２８は、例えば、磁気抵抗素子のブリッジ回路３０と、その出力を補間処理する補間回路３２及び出力インターフェース回路３４を有する。磁気抵抗素子のブリッジ回路３０は、４個の磁気抵抗素子（図示せず。）を利用してブリッジを形成し、磁気テープ８の着磁周期λの着磁を感知して、所望に間隔及び位相差の出力信号を生じるように配置されている。この磁気抵抗素子のブリッジ回路３０からの出力を補間回路３２で補間し、出力インターフェース回路３４で処理して制御部３５へ送る。

制御部３５は、ＣＰＵ３６と、作業領域のＲＡＭ３８と、この測定プログラムが予め記録されたＲＯＭ４０と、測定結果を記録する記憶装置４２とを有する。制御部３５には、Ｆスイッチ４４、Ｓｅｔスイッチ４６及びin/abスイッチ４８からの信号が入力される。

これらスイッチからの入力信号に従って、測定データは処理され、記憶装置４２へ記録されると共に、表示器６に表示される。

このようなセンサユニット４及び磁気テープ８は、例えば、神奈川県横浜市所在のエルゴジャパン株式会社から磁気スケールとして商業的に入手できる。

［デジタル表示器］
図５は、デジタル表示器６を示す図である。３個のスイッチが設けられ、Ｆスイッチ４４は、パラメータ設定を可能にするスイッチであり、Ｓｅｔスイッチ４６は、表示された数字の変更したい桁数を選択するスイッチであり、in/abスイッチ４８は測定結果を増分値表示又は絶対値表示に切り換えるスイッチである。これらのスイッチを操作することにより、入力信号に応じて、制御部３５で測定データが処理される。

図３に関連して説明した第１のピン係合部１２と第２のピン係合部１４間の長さＡ（デジタル内空変位計１の初期値）は、Ｓｅｔスイッチ４６等を利用して記憶装置４２に記録される。これにより、増分値表示だけでなく、絶対値表示もすることが出来る。更に、初期値設定及び修正が容易に出来ることより、定期的に初期値を実測して更新することにより、測定精度を常に高く維持することが出来る。

表示窓６ａには、極性付き７桁の測定デジタルデータが液晶表示される。更に、左上には、バッテリ４９の消耗状況が表示６ｃされる。

その他、現在の状態が、アブソルート／インクリメンタルのいずれかの表示５２、ｍｍ／ｉｎｃｈのいずれかの表示５４等が設けられている。

［実施形態の利点・効果］
本実施形態に係るデジタル内空変位計１によれば、次のような利点、効果が得られる。
(1)経験の浅い計測員でも同じ計測結果が得られ、熟練した計測員を必要としない。
(2)坑道等に立てたピンがどんな場所でもピン−ピン間の正確な測定が可能である。
(3)測定装置自体がコンパクトで携帯容易である。
(4)必要な時には、片手で測定操作が可能である。
(5)測定時には磁気テープが一定の張力で張られて常に正確な寸法測定が可能である。
(6)測定精度の校正が容易である。
(7)磁気テープ自体を装置本体部に素早く収納することが出来る。
(8)デジタル表示になったため、測定値の読み取りが容易になった。暗い坑道等の内部で、ランプの光線が金属製の巻き尺で反射して、測定値を読み取ることが非常に難しいといった問題も解決できた。

［変更例等］
以上、本発明に係るデジタル内空変位計１の実施形態に関して説明したが、これらは例示であって、本発明はこれに限定されない。本実施形態に関して、当業者が容易になしえる追加・削除・変更は、本発明の範囲内である。

本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

１：デジタル内空変位計、 ２：装置本体部，本体部、 ４：センサユニット、 ６：表示器、 ６ａ：表示窓、 ６ｂ：測定値表示、 ６ｃ：バッテリの消耗状況表示、 ８：磁気テープ、 １０：シャフト、 １２：第１のピン係合部、 １４：第２のピン係合部、 １６：巻き戻しハンドル、 １７：回転軸、 １７ｎ：回転軸の比較的小さな径部、 １７ｗ：回転軸の比較的大きな径部、 １８：手提げグリップ部、 １９，１９-1〜１９-4：張力発生器、２０：ピンアンカ、 ２２：ピン、 ２３：坑道等の一方の内壁、 ２４：ピンアンカ、 ２６：ピン、 ２７：坑道等の他方の内壁、 ２８：センサユニット、 ２９本体部のケース、 ３０：磁気抵抗素子のブリッジ回路、 ３２：補間回路、 ３４：出力インターフェース回路、 ３５：制御部、 ３６：ＣＰＵ、 ３８：ＲＡＭ、 ４０：ＲＯＭ、 ４２：記憶装置、 ４９：バッテリ、 ５２：アブソルート／インクリメンタルの表示、 ５４：ｍｍ／ｉｎｃｈの表示

Claims (8)

1. 坑道等の内部空間の長さ測定を行うデジタル内空変位計であって、
   比較的小形の本体部と、
   前記本体部に接続された、更に小形のセンサユニットと、
   前記センサユニットからの測定データを表示するデジタル表示器とを備え、
   前記本体部は、内部に、比較的大きな径部と比較的小さな径部をもつ回転軸と、一定の引っ張り張力を発生する複数個の張力発生器とを有し、
   前記回転軸の比較的大きな径部には、Ｎ極及びＳ極が所定の周期で交互に着磁された磁気テープが巻かれており、該磁気テープは前記本体部から引き出される際に前記センサユニットの近傍を通過し、該センサユニットは該磁気テープの相対的移動量を計測処理し、
   前記回転軸の比較的小さな径部には、各々の前記張力発生器からの帯状スプリングが巻き付いており、
   長さ測定時に、前記複数個の張力発生器からの一定の引っ張りトルクが前記回転軸の比較的小さな径部に加わって、前記磁気テープは一定の張力で引っ張られ、
   測定終了後は、前記張力発生器から前記回転軸に加わる張力により、前記磁気テープが前記回転軸の比較的大きな径部に素早く自動的に巻き取られて前記本体部に収納される、デジタル内空変位計。
2. 請求項１に記載のデジタル内空変位計において、
   前記本体部は、手提げグリップ部を有し、携帯可能である、デジタル内空変位計。
3. 請求項１に記載のデジタル内空変位計において、
   前記磁気テープの先端部には第１のピン係合部が設けられ、
   前記本体部から延在するシャフトの先端部には第２のピン係合部が設けられ、
   予め、坑道等の内壁に打ち込まれた一方のピンに対して第１のピン係合部を係合し、他方のピンに対して第２のピン係合部を係合して、ピン−ピン間の長さを測定する、デジタル内空変位計。
4. 請求項１に記載のデジタル内空変位計において、
   前記本体部の前記回転軸の比較的小さな径部の周囲に、４個の前記張力発生器が配置されている、デジタル内空変位計。
5. 請求項１に記載のデジタル内空変位計において、
   前記デジタル内空変位計は、絶対値計測及び増分値計測のいずれも可能である、デジタル内空変位計。
6. 請求項１に記載のデジタル内空変位計において、
   前記センサユニットは、磁気抵抗素子のブリッジ回路をもつセンサヘッドを有し、該センサヘッドは近傍を相対的に移動する前記磁気テープの着磁状態を感知して移動量を計測する、デジタル内空変位計。
7. 請求項３に記載のデジタル内空変位計において、
   前記センサユニットは、記憶装置を有する制御部を有し、前記第１及び第２のピン係合部間の正確な長さを初期値として該記憶装置に記録し、絶対値計測が出来る、デジタル内空変位計。
8. 請求項１に記載のデジタル内空変位計において、
   前記回転軸は、前記磁気テープを手動で巻き取る巻き戻しハンドルを有している、デジタル内空変位計。

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