JP6783450B2 - ひずみ表示装置、および、ひずみ表示方法 - Google Patents

ひずみ表示装置、および、ひずみ表示方法 Download PDF

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Description

本願発明は、構造物などの主ひずみの方向と大きさを簡単に表示することができる装置、および、方法に関する。
従来、建物や橋梁などの構造物や土地などの自然物にひずみが発生したことや、ひずみの発生方向、ひずみの大きさなどを簡単に確認したいという要求は存在する。
例えば、特許文献1や特許文献2に記載の技術により、構造物や自然物などのひずみが発生する可能性のある対象物に円状の穴を開け、当該穴の真円度の変化に基づき構造物や自然物のひずみの発生を確認することはできると考えられる。
特開2011−123002号公報 特開平7−167636号公報
従来の測定方法では円形の穴の真円度を測定することで、ひずみの状態を正確に測定することは可能と考えられる。しかし、測定子を積極的に回転させなければならず、測定装置が精密、かつ、高価になるため、構造物に常設的に配置してひずみの発生やその方向を監視することなどは現実的ではなかった。
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構造で構造物や土地などの対象物のひずみの発生を確認し、主ひずみの方向及び大きさを表示できる装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本願発明にかかるひずみ表示装置は、円形を少なくとも一部に有する内周に当接状態で沿って動く第一当接具、および、第二当接具と、前記第一当接具、および、前記第二当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第一当接具、および、前記第二当接具を第一付勢軸上逆向きに付勢する第一付勢部材とを備えることを特徴としている。
これによれば、円形を少なくとも一部に有する内周にひずみが発生した場合、主ひずみの方向、つまり、内周の距離が最も大きくなった方向に第一付勢部材の付勢力により第一付勢軸が傾き、第一当接具、および、第二当接具の姿勢によってひずみの発生や主ひずみの方向を確認することが可能となる。
また、前記第一当接具、および、前記第二当接具は、前記内周に対して転がり動く転動体を備えてもよい。
これによれば、内周面の表面状態による影響を低く抑えて、第一当接具と第二当接具とを内周面に沿って移動させることができるため、内周面に発生したひずみを高感度で表示することが可能となる。
また、前記転動体は、前記第一付勢軸と直交する方向に回転軸を備えてもよい。
これによれば、第一当接具、および、第二当接具の移動面が1平面に限定されるが、簡単な構造で転動体の摩擦を低減できるため、ひずみみの発生をより高感度に表示することが可能となる。
また、前記第一当接具、前記第二当接具、および、前記付勢部材を収容し、円状の前記内周を有する円周部材をさらに備えてもよい。
また、前記第一当接具、および、前記第二当接具、前記第一付勢部材を収容し、前記球状の内周を有する球面部材をさらに備えてもよい。
これらによれば、ひずみが発生する可能性のある対象物に円周部材や球面部材を取り付けて、第一当接具、第二当接具、および、第一付勢部材を円周部材内に配置することで、対象物の材質などの影響を抑制しつつ対象物のひずみを高感度に表示することができる。
また、前記内周にそれぞれ当接状態で沿って動く第三当接具、および、第四当接具と、前記第三当接具、および、前記第四当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第三当接具、および、前記第四当接具を前記第一付勢軸と交差する第二付勢軸上逆向きに付勢する第二付勢部材とをさらに備え、前記第二付勢部材の付勢力は、前記第一付勢部材のそれよりも弱いものとしてもよい。
これによれば、第一付勢軸に交差する第二付勢軸の方向におけるひずみの状態を表示することが可能となる。
また、球形の前記内周にそれぞれ当接状態で沿って動く第五当接具、および、第六当接具と、前記第五当接具、および、前記第六当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第五当接具、および、前記第六当接具を前記第一付勢軸、および、前記第二付勢軸と交差する第三付勢軸上逆向きに付勢する第三付勢部材とをさらに備え、前記第三付勢部材の付勢力は、前記第二付勢部材のそれよりも弱いものでもよい。
これによれば、三次元的にひずみの状態を表示することが可能となる。
また、前記円周部材は、内周に前記第一当接具、および、前記第二当接具を案内する案内レールを備えても構わない。
これによれば、第一当接具と第二当接具の動きを案内レールによって一平面内に拘束することができ、円周部材を任意の取り付け方向に取り付けることが可能となる。
また、前記第一当接具と前記第二当接具との距離を報知する報知手段をさらに備えても構わない。
これによれば、対象物に発生したひずみを定量的に把握することが可能となる。
また、前記ひずみ表示装置は、主ひずみを表示するものでも構わない。
また上記目的を達成するために、本願発明に係るひずみ表示方法は、円形を少なくとも一部に有する内周に当接状態で沿って動く第一当接具、および、第二当接具と、前記第一当接具、および、前記第二当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第一当接具、および、前記第二当接具を第一付勢軸上逆向きに付勢する第一付勢部材とを備えるひずみ表示装置を対象物に取り付け、前記第一当接具と前記第二当接具とを仮想的に結ぶ線の傾き、および、前記第一当接具と前記第二当接具との距離の少なくともいずれか一方により前記対象物のひずみを表示することを特徴とする。
これによれば、円形を少なくとも一部に有する内周にひずみが発生した場合、主ひずみの方向、つまり、内周の距離が最も大きくなった方向に第一付勢部材の付勢力により第一付勢軸が傾き、第一当接具、および、第二当接具の姿勢によってひずみの発生や主ひずみの方向を表示することが可能となる。
本願発明によれば、簡単な構造で構造物や土地などの対象物のひずみの発生を容易かつ安価に確認することができる。
図1は、主ひずみ表示装置を示す平面図である。 図2は、対象物のひずみにより変形した主ひずみ表示装置を示す平面図である。 図3は、対象物のひずみにより変形した実施の形態2に係る主ひずみ表示装置を示す平面図である。 図4は、付勢部材を省略し報知手段を記載した実施の形態2に係る主ひずみ表示装置を示す平面図である。 図5は、実施の形態3に係る主ひずみ表示装置を示す斜視図である。 図6は、案内レールを備えた別態様の主ひずみ表示装置を示す斜視図である。 図7は、別態様の主ひずみ表示装置を示す斜視図である。 図8は、ヒンジバネ式の主ひずみ表示装置を示す平面図である。 図9は、対象物に直接取り付けられた主ひずみ表示装置を示す斜視図である。 図10は、案内レールと転動体のバリエーションを示す図である。 図11は、案内レールと転動体の他のバリエーションを示す図である。
次に、本願発明に係るひずみ表示装置、および、ひずみ表示方法の実施の形態である主ひずみ表示装置、および、主ひずみ表示方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係るひずみ表示装置、および、ひずみ表示方法の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
また、図面は、本願発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
(実施の形態1)
図1は、主ひずみ表示装置を示す平面図である。
同図に示すように、主ひずみ表示装置100は、対象物200に発生した主ひずみの方向を視覚的に表示することができる装置であり、第一当接具101、第二当接具102、第一付勢部材191とを備えている。また本実施の形態の場合、主ひずみ表示装置100は、円周部材108を備えている。ここで本明細書では、第一当接具101や第二当接具102などを総称して当接具と記載する場合があり、第一付勢部材191や第二付勢部材(後述)などを総称して付勢部材と記載する場合がある。
第一当接具101や第二当接具102である当接具は、円状の内周に当接状態で沿って動く器具である。本実施形態の場合、円状の内周は円周部材108によって形成されており、当接具は、この円周部材108の内周面181に対して滑り動く器具となっている。
当接具は、内周に当接して内周に対し低摩擦の状態で滑り動くものであれば、形状や構造については特に限定されるものではない。本実施形態の場合、第一当接具101、および、第二当接具102は、転動体111、および、軸受121をそれぞれ備えている。
転動体111は、円周部材108の内周面181に対して転がり動く部材であり、本実施の形態では、同図中Z軸方向に延びる回転軸112を中心に回転する車輪状の部材である。第一当接具101、および、第二当接具102が備える車輪状の転動体111は、回転軸112が平行となるように配置されており、これらは円周部材108の中心軸とも平行となっている。
軸受121は、転動体111を回転自在に保持し、第一付勢部材191が取り付けられる部材である。
第一付勢部材191は、一対の当接部材である第一当接具101、および、第二当接具102と円周部材108の内周面181とのそれぞれの当接を維持するように、第一当接具101、および、第二当接具102を第一付勢軸110上逆向きに付勢する弾性部材である。第一付勢部材191の材質や形状、構造は特に限定されるものではないが、本実施形態の場合、第一付勢部材191は、金属製のつるまきバネである。第一付勢部材191は、一端が第一当接具101の軸受121に取り付けられ他端が第二当接具102の軸受121に取り付けられており、一対の当接具が第一付勢軸110に沿って相互に離間する方向に付勢力(バネ力)が発生するものとなっている。第一付勢部材191は、一対の当接具がそれぞれ備える転動体111の回転軸112が平行になり、かつ、第一付勢軸と直交するように軸受121とそれぞれ接続されている。
円周部材108は、第一当接具101、第二当接具102、および、第一付勢部材191を収容し、円状の内周を有する部材である。本実施の形態の場合、円周部材108は、断面が円状の内周面181を備えた円筒状の部材である。
次に、主ひずみ表示装置100による主ひずみ表示方法を説明する。
ひずみの検知対象である対象物200に設けられた穴に円周部材108をはめ込む。この状態では、図1に示すように、円周部材108は対象物200から力を受けておらず、真円状態を維持している。この場合、第一当接具101と第二当接具102とを仮想的に結ぶ線、すなわち第一付勢軸110は、図中のXZ平面内においていずれの姿勢を取ることも可能であるが、本実施形態では、水平面(図中XY平面)内に第一付勢軸110が配置されるように第一当接具101、第二当接具102、第一付勢部材191を配置する。一対の当接具は、第一付勢部材191の付勢力により突っ張った状態で円周部材108の内周面181に当接し、当該状態が維持される。
次に、対象物200にひずみが発生すると、図2に示すように、真円状態であった円周部材108は対象物200のひずみに対応して変形し、内周面181の一部から他部までの距離が最も長い部分(以下長軸と記載する。)と最も短い部分(以下短軸と記載する。)発生し,それら2方向が主ひずみの方向となる。
第一付勢部材191により、相互に距離が離れるように付勢されている一対の当接具は、円周部材108の長軸に第一付勢軸110が一致する様に円周部材108の内周面181に沿って移動する。
以上によって、主ひずみ表示装置100は、対象物200にひずみが発生したこと、および、対象物200の主ひずみの方向を自らの傾きにより表示することができる。
(実施の形態2)
続いて、主ひずみ表示装置100の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態1と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの(部分)には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。
図3は、ひずみが発生した後の実施の形態2に係る主ひずみ表示装置を示す平面図である。
同図に示すように、本実施の形態の主ひずみ表示装置100は、実施の形態1で説明した主ひずみ表示装置100に加えて、円周部材108の内周面181にそれぞれ当接し、内周面181に沿って動く第三当接具103、および、第四当接具104と、第三当接具103、および、第四当接具104を接続する第二付勢部材192とを備えている。
第三当接具103、および、第四当接具104は、第一当接具101と同様の構造であり、転動体111と軸受121とを備えている。
第二付勢部材192は、第三当接具103、および、第四当接具104と円周部材108の内周面181との当接を維持するように第二付勢軸120に沿って付勢する弾性部材である。本実施の形態の場合、第二付勢部材192は、第一付勢軸110に対し第二付勢軸120が直交するように配置されている。また、第二付勢部材192の付勢力は、第一付勢部材191の付勢力よりも弱く設定されている。
また、主ひずみ表示装置100は、第一付勢部材191と第二付勢部材192との直交状態を維持するための立方体形状の交差部材107を備えている。交差部材107は、第一当接具101と第二当接具102との中央、かつ、第三当接具103と第四当接具104との中央に配置され、交差部材107と各当接具とは付勢部材で接続されている。つまり、第一付勢部材191は、付勢力が均等となるように分断され、それぞれが第一付勢軸110に向かって付勢力を発揮するように第一当接具101と交差部材107、および、第二当接具102と交差部材107との間にそれぞれ取り付けられている。また、第二付勢部材192も同様である。
図4は、付勢部材を省略し報知手段を記載した主ひずみ表示装置を示す平面図である。
同図に示すように、主ひずみ表示装置100は、第一当接具101と第二当接具102との距離を報知する報知手段119を備えている。また、第三当接具103と第四当接具104との間にも報知手段119が取り付けられている。
報知手段119は、一対の当接具の距離が測定することができるものであれば、特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、報知手段119は、一対の当接具の一方から他方の当接具に向かって延在し、先端に指針が取り付けられた第一部材と、他方の当接具から一方の当接具に向かって延在し、目盛りが刻まれた第二部材とを備えている。これによれば、簡単な構造で一対の当接具の距離を指針が示す目盛りによって定量的に測定することが可能となる。
本実施の形態の主ひずみ表示装置100によれば、対象物200にひずみが発生したこと、および、対象物200の主ひずみの方向ばかりでなく、報知手段119により主ひずみの方向におけるひずみの大きさを定量的に把握することが可能となる。さらに、主ひずみと交差(本実施の形態では直交)する方向のひずみの大きさも第三当接具103と第四当接具104との間に設けられた報知手段119により定量的に把握することが可能となる。
(実施の形態3)
続いて、主ひずみ表示装置100の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態1、実施の形態2と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの(部分)には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。
図5は、実施の形態3に係る主ひずみ表示装置を示す斜視図である。
同図に示すように、本実施の形態の主ひずみ表示装置100は、球状の内周面181に当接状態で沿って動く第一当接具101と、第二当接具102と、第三当接具103と、第四当接具104と、第五当接具105と、第六当接具106とを備えている。
各当接具は、転動体111と軸受121とを備えている。本実施の形態の場合、各当接具は自在キャスターとなっている。つまり、転動体111は、転動体111と内周面181とが接触する部分の接平面に平行な回転軸(図示せず)で回転可能に軸受121に取り付けられており、さらに軸受121は、前記接平面と垂直な軸で回転可能となっている。これにより、各当接具は、内周面181に沿っていずれの方向にも移動することができるものとなっている。
また、各当接具は、直動ガイド118により、直方体の交差部材107に対して放射方向に直動可能に保持されている。この直動ガイド118は、一方の部材に他方の部材を挿入することができる二つの筒状部材で構成されており、二つの筒状部材の内方に第一付勢部材、第二付勢部材、第三付勢部材(図示せず)が配置されている。また、第一付勢部材の付勢力が最も強く、第三付勢部材の付勢力が最も弱く、第二付勢部材の付勢力がこれらの中間となるように各付勢力が設定されている。また、第一付勢軸、第二付勢軸、第三付勢軸が相互に直交するように直動ガイド118は配置されている。
また、直動ガイド118の内方には、交差部材107と各当接具との距離を測定し測定結果を無線、または、有線で送信することのできる距離センサ(長さセンサ)が報知手段として取り付けられている。さらに、主ひずみ表示装置100は、第一付勢軸、第二付勢軸、第三付勢軸の方向や傾きを測定して測定結果を無線、または、有線で送信することのできる第二報知手段(図示せず)を備えている。
また、主ひずみ表示装置100は、各当接部材や直動ガイド118などを収容する球状の内周面181を有する球面部材182を備えている。
本実施の形態にかかる主ひずみ表示装置100は、土の中やコンクリートの中など対象物の中に埋め込まれた状態で配置される。そして対象物にひずみが発生した場合、主ひずみ表示装置100は、主ひずみの発生方向を第二報知手段からの信号に基づき定量的に表示することができ、ひずみの状態も報知手段からの信号に基づき定量的に表示することが可能となる。さらに、主ひずみに直交する方向の情報や、さらにこれらに直交する方向の情報も定量的に表示することが可能となる。
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
例えば、図6に示すように、円周部材108は、内周面181に第一当接具101、および、第二当接具102を案内する案内レール183を備えても構わない。これによれば、同図中XZ平面内においては第一当接具101と第二当接具102とは案内レール183に沿って移動可能であるが、一対の当接具が移動する平面に垂直な軸(図中X軸)方向には当接具の移動が拘束されるため、主ひずみ表示装置100をどのような姿勢で取り付けても対象物のひずみを表示することが可能となる。
また、図7に示すように、円周部材108は、内周が円であればよく、外形は特に限定されるものではない。また、主ひずみ表示装置100は、対象物に埋め込まれるばかりでなく、円周部材108にボルト孔184を設け、ボルトなどの締結具によって対象物に締結するものでも構わない。
また、当接具を車輪状の転動体111と軸受121との組み合わせとして説明したが、内周との摩擦が小さい場合、当接具は当接部分が丸い金属や樹脂などの剛体でも構わない。さらに、球形状の内周に沿って移動する当接具については、自在キャスターばかりでなく、ボールキャスター等でも構わない。
また、付勢部材は、つるまきバネに限定されるものではなく、例えば、図8に示すように、付勢部材190は、バネヒンジなどであっても構わない。
また、主ひずみ表示装置100は、円周部材108や球面部材182を用いて対象物に取り付けられるばかりでなく、図9に示すように、対象物200に設けられた孔に円周部材108や球面部材182を備えない主ひずみ表示装置100を直接取り付けても構わない。
また、案内レール183は、円周部材108の内面に突出状に設けるばかりでなく、図10に示すように対象物200に直接彫り込んでもよい。また、円周部材108に彫り込んで案内レール183を形成しても構わない。
また、図11に示すような、凸型の案内レール183と、これをまたぐように溝が設けられた転動体111であっても構わない。
また、対象物が透明である場合、主ひずみ表示装置100を埋め込んだ場合でもセンサを用いず目視でひずみみの発生や状態を確認することも可能である。
なお、上記説明においては、主ひずみに関して、説明を行っているが、これに限定するものではなく、一般的なひずみに対して、本願発明は、適用が可能である。
本願発明に係るひずみ表示装置、および、ひずみ表示方法は、携帯可能な小型の構造物、ビルや橋梁などの大型の建築的構造物、ダムやトンネル、堤防などの土木的構造物、土地などの自然物などのひずみの表示に広範に利用可能である。
100 主ひずみ表示装置
101 第一当接具
102 第二当接具
103 第三当接具
104 第四当接具
105 第五当接具
106 第六当接具
107 交差部材
108 円周部材
110 第一付勢軸
111 転動体
112 回転軸
118 直動ガイド
119 報知手段
120 第二付勢軸
121 軸受
181 内周面
182 球面部材
183 案内レール
184 ボルト孔
190 付勢部材
191 第一付勢部材
192 第二付勢部材
200 対象物

Claims (10)

  1. 対象物に発生した主ひずみの方向を視覚的に表示することができるひずみ表示装置であって、
    円形を少なくとも一部に有する前記対象物の内周に当接状態で沿って動く第一当接具、および、第二当接具と、
    前記第一当接具、および、前記第二当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第一当接具、および、前記第二当接具を第一付勢軸上逆向きに付勢する第一付勢部材とを備え
    前記第一当接具、および、前記第二当接具は、前記内周の一部から他部までの距離が最も長い部分である長軸に前記第一付勢軸が一致する様に前記内周に沿って移動する
    ひずみ表示装置。
  2. 前記第一当接具、および、前記第二当接具は、前記内周に対して転がり動く転動体を備える
    請求項1に記載のひずみ表示装置。
  3. 前記転動体は、前記第一付勢軸と直交する方向に回転軸を備える
    請求項2に記載のひずみ表示装置。
  4. 前記第一当接具、前記第二当接具、および、前記第一付勢部材を収容し、円状の前記内周を有する円周部材をさらに備える
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のひずみ表示装置。
  5. 前記第一当接具、および、前記第二当接具、前記第一付勢部材を収容し、球状の前記内周を有する球面部材をさらに備える
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のひずみ表示装置。
  6. 前記内周にそれぞれ当接状態で沿って動く第三当接具、および、第四当接具と、
    前記第三当接具、および、前記第四当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第三当接具、および、前記第四当接具を前記第一付勢軸と交差する第二付勢軸上逆向きに付勢する第二付勢部材とをさらに備え、
    前記第二付勢部材の付勢力は、前記第一付勢部材のそれよりも弱い
    請求項1〜5のいずれか一項に記載のひずみ表示装置。
  7. 球形の前記内周にそれぞれ当接状態で沿って動く第五当接具、および、第六当接具と、
    前記第五当接具、および、前記第六当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第五当接具、および、前記第六当接具を前記第一付勢軸、および、前記第二付勢軸と交差する第三付勢軸上逆向きに付勢する第三付勢部材とをさらに備え、
    前記第三付勢部材の付勢力は、前記第二付勢部材のそれよりも弱い
    請求項6に記載のひずみ表示装置。
  8. 前記円周部材は、内周に前記第一当接具、および、前記第二当接具を案内する案内レールを備える
    請求項4に記載のひずみ表示装置。
  9. 前記第一当接具と前記第二当接具との距離を報知する報知手段をさらに備える
    請求項1〜8のいずれか一項に記載のひずみ表示装置。
  10. 対象物に発生した主ひずみの方向を視覚的に表示することができるひずみ表示装置であって、
    円形を少なくとも一部に有する前記対象物の内周に当接状態で沿って動く第一当接具、および、第二当接具と、前記第一当接具、および、前記第二当接具と前記内周とのそれぞれの当接を維持するように、前記第一当接具、および、前記第二当接具を第一付勢軸上逆向きに付勢する第一付勢部材とを備えるひずみ表示装置を前記対象物の内周に取り付け、
    前記第一当接具、および、前記第二当接具は、前記内周の一部から他部までの距離が最も長い部分である長軸に前記第一付勢軸が一致する様に前記内周に沿って移動し、
    前記第一当接具と前記第二当接具とを仮想的に結ぶ線の傾きにより前記対象物のひずみを表示する
    ひずみ表示方法。
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