JP7244381B2 - Relative displacement measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、2つの物体の互いに対する相対変位を計測する相対変位計測装置に関する。 The present invention relates to a relative displacement measuring device that measures the relative displacement of two objects with respect to each other.
免震建築物の地震時における免震層の水平変位を計測するために、加速度計を用いた計測装置や、レーザー変位計を用いた計測装置、カメラを用いた計測装置、けがき装置等、様々な装置が用いられている。加速度計を用いた計測装置は、計測対象の2つの構造体の絶対加速度を計測し、計算により各構造体の絶対変位を推定し、推定された各構造体の絶対変位の差を構造体間の相対変位とする。レーザー変位計を用いた計測装置は、一方の構造体に2つのレーザー変位計を取り付け、2つのレーザー変位計によって他方の構造体に対するX方向及びY方向の相対変位を計測する。カメラを用いた計測装置は、一方の構造体に取り付けたカメラによって他方の構造体に取り付けたターゲットを撮影し、撮影した画像を解析することで構造体間の相対変位を算出する。 In order to measure the horizontal displacement of the seismic isolation layer of a base-isolated building during an earthquake, measurement equipment using accelerometers, measurement equipment using laser displacement meters, measurement equipment using cameras, marking equipment, etc. Various devices are used. A measuring device using an accelerometer measures the absolute acceleration of two structures to be measured, estimates the absolute displacement of each structure by calculation, and calculates the difference in the estimated absolute displacement of each structure. is the relative displacement of A measuring device using a laser displacement gauge attaches two laser displacement gauges to one structure, and measures the relative displacement in the X direction and the Y direction with respect to the other structure by the two laser displacement gauges. A measurement device using a camera photographs a target attached to one structure with a camera attached to the other structure, and calculates the relative displacement between the structures by analyzing the photographed image.
しかしながら、加速度計を用いる場合、加速度データから変位を推定するための積分処理において、計算の安定性のためにフィルター処理を行うことが多く、適用するフィルターの信頼性が推定結果を大きく左右する。カメラを用いる場合、カメラの性能(画角や解像度等)によって、装置の設置条件や計測範囲、取得するデータの精度、計測サンプリングなどが制限される。また、ターゲット設置場所の照度が大きく変化する場合は計測が困難であり、安定した照度の確保或いは照度に応じたターゲットの変更が必要となる。更に、カメラの性能によって装置の価格が左右され、性能と価格との折り合いの検討や検証が煩雑であるうえ、より高性能なものほど消費電力が大きくなる傾向がある。けがき装置は、計測データを残すことができず、最大値及び残留値は容易に把握できるが、挙動を把握するためには専門家によるけがき板の分析が必要になる。そのため、変位の履歴確認が困難であることや、外形寸法上の制約で狭い場所には取り付けられないこと等の問題がある。また、2点間の相対変位を三次元座標で動的に計測するシステムとして、超音波、光、レーザー光などを使用した非接触式のものが存在している。しかしながら、これらの計測システムは、高い精度が得られる一方、一般に高価であり、寸法も大きいものが多いという問題がある。 However, when an accelerometer is used, filter processing is often performed for calculation stability in integration processing for estimating displacement from acceleration data, and the reliability of the applied filter greatly affects the estimation result. When a camera is used, the installation conditions of the device, the measurement range, the accuracy of the data to be acquired, the measurement sampling, etc. are restricted depending on the performance (angle of view, resolution, etc.) of the camera. Moreover, when the illuminance at the target installation location changes greatly, measurement is difficult, and it is necessary to ensure stable illuminance or change the target according to the illuminance. Furthermore, the price of the device is influenced by the performance of the camera, and the study and verification of the trade-off between performance and price is complicated. The marking device cannot leave measurement data, and the maximum value and the residual value can be easily grasped. Therefore, there are problems such as difficulty in confirming the history of displacement and inability to install in a narrow space due to restrictions on external dimensions. Also, as a system for dynamically measuring the relative displacement between two points in three-dimensional coordinates, there is a non-contact system using ultrasonic waves, light, laser light, or the like. However, while these measurement systems can provide high accuracy, they are generally expensive and often have large dimensions.
これらの問題を解消し得るものとして、測定子及び変位計を連結して伸縮するワイヤ及びアームを用いて測定点の変位方向や変位量を得る変位計測装置が提案されている(特許文献1)。また、上下に対向する2つの構造物の、上部構造物の下面に第1の棒状部材の上端部を回転可能に連結する第1の連結部を有し、下部構造物の上面に取り付けられた保持部材により面外方向(上下方向)へ移動できるように保持された第2の棒状部材の上端部に、第1の棒状部材の下端部を回転可能に連結した第2の連結部を有する変位計測装置が提案されている(特許文献2)。 As a solution to these problems, there has been proposed a displacement measuring device that obtains the displacement direction and displacement amount of a measuring point using a wire and an arm that extend and contract by connecting a probe and a displacement gauge (Patent Document 1). . In addition, it has a first connecting part that rotatably connects the upper end of the first rod-shaped member to the lower surface of the upper structure of the two structures that are vertically opposed, and is attached to the upper surface of the lower structure. Displacement having a second connecting portion rotatably connecting the lower end of the first rod-shaped member to the upper end of the second rod-shaped member held by the holding member so as to be able to move in the out-of-plane direction (vertical direction) A measuring device has been proposed (Patent Document 2).
特許文献1に記載の変位計測装置では、測定子が変位したときにワイヤの長さを計測できるように、ワイヤには張力がかけられている。そのため、特許文献1に記載の変位計測装置を長期間使用すると、ワイヤが延びて張力が低下し、変位量が正確に測れなくなる虞がある。 In the displacement measuring device described in Patent Document 1, tension is applied to the wire so that the length of the wire can be measured when the probe is displaced. Therefore, if the displacement measuring device described in Patent Document 1 is used for a long period of time, there is a risk that the wire will stretch and the tension will decrease, making it impossible to measure the displacement accurately.
また、特許文献2に記載の変位計測装置では、上部構造体が下部構造体に対して水平方向に変位するとき、第2の棒状部材が第1の棒状部材から水平方向の力を受けた状態で保持部材に対して上下方向(変位方向に直交する方向)に移動する。したがって、第2の棒状部材が撓んで計測精度が低下しないように、第2の棒状部材の曲げ剛性を高くしなければならず、第2の棒状部材の径は、太く重いものになる。また、保持部材は、太径の棒状部材をがたつきなく摺動可能に保持するために、堅牢で重量が重い造りにされる必要がある。したがって、装置の運搬や設置に手間がかかる。
Further, in the displacement measuring device described in
以上の問題点を鑑みて、本発明は、相対変位計測装置において、長期間使用しても変位量を正確に測ることを可能とし、装置の運搬や設置を容易にすることを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a relative displacement measuring device capable of accurately measuring displacement even after long-term use, and facilitating transportation and installation of the device.
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、相対変位計測装置(10)であって、第1物体(2)に固定される第1ベース部材(11)と、第2物体(3)に固定される第2ベース部材(12)と、前記第1ベース部材に第1自在継手(13)を介して連結される一端及び、前記第2ベース部材に第2自在継手(14)を介して連結される他端を有する伸縮可能な連結部材(15)と、前記連結部材の前記第1ベース部材又は前記第2ベース部材に対する、2軸線回りの回転角度(θX、θY)を検出する角度センサ(38)とを有し、前記連結部材が、第1筒状部材(21)と、前記第1筒状部材に同軸に挿入され、前記第1筒状部材に対して軸方向に摺動可能に連結された第2筒状部材(22)とを含む。 In order to solve such problems, an embodiment of the present invention is a relative displacement measuring device (10), comprising a first base member (11) fixed to a first object (2); A second base member (12) fixed to an object (3), one end connected to said first base member via a first universal joint (13), and a second universal joint (13) connected to said second base member. 14), and an extendable connecting member (15) having the other end connected via 14), and a rotation angle (θ X , θ Y ), and the connecting member is coaxially inserted into the first cylindrical member (21) and the first cylindrical member, and a second tubular member (22) axially slidably connected to the second tubular member (22).
この構成によれば、相対変位する2つの物体が、第1筒状部材及び第2筒状部材によって構成された軸方向に伸縮可能な連結部材によって連結され、角度センサによって検出される連結部材の2軸線回りの回転角度に基づいて2つの物体の相対変位を計測することができる。第1筒状部材及び第2筒状部材は、計測点の変位方向や変位量を得るために張力のような外力をかけておく必要がなく、外力によって変形する虞が無い。よって、長期間使用しても変位量を正確に測ることが可能である。また、第1筒状部材及び第2筒状部材が互いに摺動することで連結部材の長さが調節されるため、曲げ剛性を確保したうえで連結部材を軽量化することができる。更に、連結部材の両端が自在継手を介して両ベース部材に連結されるため、両ベース部材を堅牢な造りにする必要がない。よって、装置を簡素な構成且つ軽量にすることが可能になり、装置の運搬や設置が容易になる。 According to this configuration, the two objects that are relatively displaced are connected by the connecting member configured by the first cylindrical member and the second cylindrical member and capable of expanding and contracting in the axial direction. Relative displacements of two objects can be measured based on rotation angles about two axes. The first tubular member and the second tubular member do not need to be subjected to an external force such as tension in order to obtain the displacement direction and displacement amount of the measurement point, and there is no fear of deformation due to the external force. Therefore, even if it is used for a long period of time, it is possible to accurately measure the amount of displacement. In addition, since the length of the connecting member is adjusted by sliding the first tubular member and the second tubular member against each other, the weight of the connecting member can be reduced while ensuring the bending rigidity. Furthermore, since both ends of the connecting member are connected to both base members via universal joints, it is not necessary to make both base members robust. Therefore, it becomes possible to make the device simple in structure and light in weight, and to facilitate transportation and installation of the device.
上記構成において、前記第1筒状部材及び前記第2筒状部材の少なくとも一方の内部に収容され、前記第1筒状部材と前記第2筒状部材との前記軸方向の摺動量(r)を計測するストロークセンサ(40)を更に有するとよい。 In the above configuration, the sliding amount (r) in the axial direction of the first tubular member and the second tubular member is accommodated in at least one of the first tubular member and the second tubular member. It is preferable to further have a stroke sensor (40) for measuring the .
この構成によれば、2つの物体が相対変位したときに、互いに摺動する第1筒状部材及び第2筒状部材の軸方向における摺動量を計測することができる。これにより、角度センサによって得られる検出値を2つの物体の相対変位に変換するときに、第1筒状部材及び第2筒状部材の軸方向における摺動量を変換式に組み込み、より正確に物体の相対変位を計測することができる。また、ストロークセンサが筒状部材の内部に収容されている。これにより、ストロークセンサが保護されるうえ、装置の外部にストロークセンサを取り付ける構成の相対変位計測装置と比較して、より少ないスペースで相対変位を計測することができる。 According to this configuration, when the two objects are displaced relative to each other, it is possible to measure the amount of sliding in the axial direction of the first tubular member and the second tubular member that slide against each other. As a result, when converting the detection value obtained by the angle sensor into the relative displacement of the two objects, the amount of sliding in the axial direction of the first tubular member and the second tubular member is incorporated into the conversion formula, so that the displacement of the object can be more accurately calculated. can measure the relative displacement of Also, a stroke sensor is housed inside the tubular member. As a result, the stroke sensor is protected, and the relative displacement can be measured in a smaller space than a relative displacement measuring device having a configuration in which the stroke sensor is attached to the outside of the device.
上記構成において、前記ストロークセンサが、前記第1筒状部材及び前記第2筒状部材の一方に取り付けられ、他方に設けられたターゲット(41)までの距離を計測するTOFセンサ(40)よりなる距離センサであるとよい。 In the above configuration, the stroke sensor comprises a TOF sensor (40) attached to one of the first tubular member and the second tubular member and measuring a distance to a target (41) provided on the other. A distance sensor is preferable.
この構成によれば、ストロークセンサが非接触式のTOFセンサよりなるため、センサからターゲットまでの距離に基づいて第1筒状部材と第2筒状部材との軸方向の摺動量を正確に計測することができる。 According to this configuration, since the stroke sensor is a non-contact TOF sensor, the amount of axial sliding between the first tubular member and the second tubular member is accurately measured based on the distance from the sensor to the target. can do.
上記構成において、前記第1自在継手及び前記第2自在継手の少なくとも一方が、前記連結部材に一体に設けられた中空部を有するボール(36)と、前記ボールを保持する球面軸受(35)とを有するボールジョイント(13)であり、前記角度センサが、前記2軸線回りに傾動可能なジョイスティック(51)と、前記ジョイスティックの前記2軸線回りの傾動角度(θX、θY)を検出するセンサ本体(50)とを有するジョイスティックモジュール(38)であり、且つ前記ジョイスティックの傾動中心が前記ボールの中心と一致するように前記中空部に設けられているとよい。 In the above configuration, at least one of the first universal joint and the second universal joint includes a ball (36) having a hollow portion provided integrally with the connecting member, and a spherical bearing (35) holding the ball. wherein the angle sensor is a joystick (51) tiltable about the two axes and a sensor for detecting tilting angles (θ X , θ Y ) of the joystick about the two axes A joystick module (38) having a main body (50), and preferably provided in the hollow portion so that the tilting center of the joystick coincides with the center of the ball.
この構成によれば、安価で小型なジョイスティックモジュールによって2つの物体の直交する2軸線回りの相対変位を計測することができる。また、ジョイスティックモジュールがボールジョイントの中空部に配置されるため、センサの保護部材を別途設ける必要がなく、装置を小型化することができる。 According to this configuration, it is possible to measure the relative displacement of two objects around two orthogonal axes using an inexpensive and small joystick module. Moreover, since the joystick module is arranged in the hollow part of the ball joint, it is not necessary to separately provide a protective member for the sensor, and the device can be miniaturized.
上記構成において、前記連結部材の前記一端及び前記他端を覆う保護部材(16)を更に有するとよい。 The above configuration may further include a protective member (16) that covers the one end and the other end of the connecting member.
この構成によれば、連結部材の一端及び他端に設けられた自在継手が保護部材によって覆われるため、自在継手を水や埃等から保護することができる。 According to this configuration, the universal joint provided at one end and the other end of the connecting member is covered with the protective member, so that the universal joint can be protected from water, dust, and the like.
上記構成において、前記第1筒状部材は、前記第2筒状部材の外径よりも大きな内径を有する第1パイプ(23)と、前記第1パイプに前記軸方向に離間して収容され、前記第2筒状部材を摺動可能に保持する2つのブッシュ(24)とを含むとよい。 In the above configuration, the first tubular member includes a first pipe (23) having an inner diameter larger than the outer diameter of the second tubular member, and is housed in the first pipe spaced apart in the axial direction, and two bushings (24) slidably retaining said second tubular member.
この構成によれば、第2筒状部材は、軸方向に離間する2つのブッシュによって保持される態様で第1筒状部材に連結される。これにより、第1筒状部材及び第2筒状部材のがたつきが抑制され、連結部材の回転角度を精度よく検出することができる。言い換えれば、ブッシュを使用せずに両筒状部材をがたつきなく連結した場合と比較して、両筒状部材の接触面積や摺動抵抗を低減することができ、組付けが容易である。 According to this configuration, the second tubular member is connected to the first tubular member in a manner held by two axially spaced bushes. As a result, rattling of the first tubular member and the second tubular member is suppressed, and the rotation angle of the connecting member can be detected with high accuracy. In other words, the contact area and sliding resistance of both tubular members can be reduced, and assembly is easy, compared to the case where both tubular members are connected without rattling without using bushes. .
このように、本発明によれば、長期間使用しても変位量を正確に測ることができる。また、装置の運搬や設置を容易にすることができる。 Thus, according to the present invention, the displacement can be accurately measured even after long-term use. In addition, transportation and installation of the device can be facilitated.
以下、本発明に係る相対変位計測装置10について、図面を参照しながら詳細に説明する。
A relative displacement measuring
図1に示すように、本実施形態の相対変位計測装置10は、免震建物1における基礎免震層において、第1物体としての上部構造体2と、第2物体としての下部構造体3との間に設置されている。本実施形態では、1つの相対変位計測装置10が、基礎免震層の平面における略中心に設置されている。他の実施形態では、複数の相対変位計測装置10が平面における互いに異なる位置に設置されてもよい。
As shown in FIG. 1, the relative
上部構造体2は、複数の免震装置4を介して下部構造体3上に免震支持されている。これにより、上部構造体2及び下部構造体3は、地震や強風等によって外力を受けたときに、互いに対して水平方向に相対変位する。なお、免震装置4に積層ゴムが用いられている場合、ゴムが弾性変形することにより、上部構造体2及び下部構造体3が互いに対して傾くように或いは上下方向の距離を変化させるように相対変位する。この場合、上部構造体2及び下部構造体3の相対変位計測装置10が設置された部分が鉛直方向に若干相対変位する。図1では、免震建物1は、層間変位を起こしておらず初期状態である。本実施形態では、相対変位計測装置10は、免震建物1が初期状態であるときに、略垂直方向を向くように設置されている。
The
図2に示すように、相対変位計測装置10は、上部構造体2に固定される第1ベース部材11と、下部構造体3に固定される第2ベース部材12と、上側の端部(一端)が第1自在継手である第1ボールジョイント13(図4参照)を介して第1ベース部材11に連結され、下側の端部(他端)が第2自在継手である第2ボールジョイント14(図4)を介して第2ベース部材12に連結された伸縮可能な連結部材15とを有する。連結部材15の両端は、ゴム製のジャバラ状のブーツ16によって液密に覆われている。ブーツ16はジョイント部分を水や埃等から保護する保護部材である。
As shown in FIG. 2, the relative
第1ベース部材11は、上部構造体2に接する面が略矩形状のプレート状部材によって構成されている。第1ベース部材11の四隅の近傍には、上部構造体2に締結するための締結孔17がそれぞれ1つずつ設けられている。本実施形態では、締結孔17は切欠によって形成されている。第2ベース部材12は、第1ベース部材11の上部構造体2に接する面と略同形状のプレートである。第2ベース部材12には、第1ベース部材11と同様にその四隅の近傍に下部構造体3に締結するための締結孔18がそれぞれ1つずつ設けられている。締結孔18は、切欠によって形成されている。締結孔18は、第1ベース部材11の上部構造体2に接する面における締結孔17と略同一な位置に設けられている。
The
上部構造体2の下面には、第1ベース部材11の締結孔17に対応する位置に複数のアンカ19(図4)が打設されている。下部構造体3の上面には、第2ベース部材12の締結孔18に対応する位置に複数のアンカ19(図4)が打設されている。第1ベース部材11は、締結孔18が対応するアンカ19のボルト部を受容するように配置され、ボルト部に螺合する複数のナット20によって上部構造体2に固定される。また、第2ベース部材12も同様に、アンカ19のボルト部に螺合する複数のナット20によって下部構造体3に固定される。
A plurality of anchors 19 ( FIG. 4 ) are driven into the lower surface of the
図2及び図3に示すように、連結部材15は、第1筒状部材21及び第2筒状部材22を含む。第1筒状部材21は、第2筒状部材22の外径よりも大きな内径を有する第1パイプ23と、第1パイプ23に軸方向に離間して収容され、第2筒状部材22を摺動可能に保持する2つのブッシュ24とを含む。本実施形態では、第1パイプ23は、上下に分割された2つのパイプ部材によって構成されており、上側に配置された外上パイプ25と、上外パイプの下方に離間して配置された外下パイプ26とを有する。外上パイプ25及び外下パイプ26は、それらの内径と略同一な外径を有する内パイプ27を介して互いに連結されている。内パイプ27は、上下に分割された3つのパイプ部材、すなわち内上パイプ28、内中パイプ29、及び内下パイプ30と、内上パイプ28と内中パイプ29との間及び内中パイプ29と内下パイプ30との間に配置される2つのブッシュ24とを有する。
As shown in FIGS. 2 and 3 , the connecting
内上パイプ28は、外上パイプ25に収容され、複数のねじによって外上パイプ25に締結されている。内上パイプ28の下方には、内上パイプ28の下端に当接するように1つ目のブッシュ24が配置されている。1つ目のブッシュ24の下方には、その下端に当接するように内中パイプ29が配置されている。内中パイプ29の上部は、外上パイプ25に収容され、複数のねじによって外上パイプ25に締結されている。内中パイプ29の長手方向の中間部は、外上パイプ25及び外下パイプ26によって収容されていない。内中パイプ29の下部は、外下パイプ26に収容され、複数のねじによって外下パイプ26に締結されている。内中パイプ29の下方には、内中パイプ29の下端に当接するように2つ目のブッシュ24が配置されている。2つ目のブッシュ24の下方には、その下端に当接するように内下パイプ30が配置されている。内下パイプ30は、外下パイプ26に収容され、複数のねじによって外下パイプ26に締結されている。これにより、外上パイプ25内では、内上パイプ28及び内中パイプ29がブッシュ24を挟持している。また、外下パイプ26内では、内中パイプ29及び内下パイプ30がブッシュ24を挟持している。
The inner
図3及び図4に示すように、内上パイプ28、内中パイプ29及び内下パイプ30と、ブッシュ24とでは、外径は略同一であるが、内径は異なっている。内上パイプ28、内中パイプ29及び内下パイプ30と比較して、ブッシュ24は小さな内径を有している。ブッシュ24は、第2筒状部材22の外径と略同一の内径を有している。第2筒状部材22は、第1筒状部材21に同軸に挿入されており、軸方向に互いに離間する2つのブッシュ24によって軸方向に摺動可能に保持されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the inner
本実施形態では、第1筒状部材21の第1パイプ23及び内パイプ27は、アルミニウム製の丸菅である。また、第2筒状部材22は、ステンレス製の丸菅である。ブッシュ24は、ポリアセタール樹脂によって形成されている。他の実施形態では、第1筒状部材21がステンレス製の丸菅であり、第2筒状部材22がアルミ製の丸菅であってもよい。なお、第1筒状部材21及び第2筒状部材22は、共にステンレス製、又はアルミ製の丸菅であってもよい。また、第1筒状部材21及び第2筒状部材22は、角管であってもよい。ブッシュ24は、銅合金、青銅、ジュラルミン、四フッ化エチレン樹脂によって形成されてもよい。
In the present embodiment, the
図4に示すように、第2ベース部材12のブーツ16によって覆われる部分には、第2ボールジョイント14が取り付けられている。第2ボールジョイント14は、ボールスタッド31と、ボールスタッド31を回転可能に保持する球面軸受32とを有する。ボールスタッド31は、第2筒状部材22の下端に取り付けられた円柱状のソケット33に固定されている。球面軸受32は第2ベース部材12に固定されている。ブーツ16は、第2筒状部材22の外周面と第2ベース部材12の上面とを連結し、第2筒状部材22の傾動を許容しつつ内部を液密に封止する。
As shown in FIG. 4, a second ball joint 14 is attached to the portion of the
第1ベース部材11の下面には、第1ボールジョイント13が取り付けられている。第1ボールジョイント13は、ケース34と、ケース34に収容された球面軸受35と、球面軸受35によって回転可能に保持されたボール36とを有している。ボール36は上下方向に貫通する中空部を備えており、この中空部には、第1筒状部材21の上端に取り付けられた円筒状のソケット37が保持されている。ソケット37の内部には、ジョイスティックモジュール38が配置されている。ブーツ16は、第1筒状部材21の外周面とケース34の側面とを連結し、第1筒状部材21の傾動を許容しつつ内部を液密に封止している。
A first ball joint 13 is attached to the lower surface of the
第1筒状部材21の内部には、距離センサであるTOFセンサ40が収容されている。TOFセンサ40は、第1筒状部材21の所定の位置に取り付けられており、第1筒状部材21における軸方向下向きを向けられている。第2筒状部材22の内部におけるソケット33の上部には、TOFセンサ40の計測対象であるターゲット41が設けられている。TOFセンサ40は、ターゲット41に向けてパルス光を出射し、ターゲット41にて反射する反射光を受光して、出射から受光までに要する時間に基づいてターゲット41までの距離を計測する。TOFセンサ40により計測されるターゲット41までの距離の変化から第1筒状部材21及び第2筒状部材22の摺動量が算出される。すなわち、TOFセンサ40は、第1筒状部材21と第2筒状部材22との軸方向の摺動量を計測するストロークセンサとして用いられている。
A
図5に示すように、第1ベース部材11の上面には、凹部45が設けられている。凹部45の底面には、凹部45の底面の4辺に沿って浅底とされた段部46が形成されている。凹部45の底面の中央部には、連結部材15の軸線を中心とした略円形の貫通孔47が形成されている。段部46の上面には、ジョイスティックモジュール38を支持するための支持プレート48が取り付けられている。凹部45の側面には横孔が設けられており、横孔にはケーブルブッシュ49が取り付けられている。
As shown in FIG. 5, a
ジョイスティックモジュール38は、センサ本体50と、センサ本体50から垂下し、センサ本体50に全方向に傾動可能に保持されたジョイスティック51とを有する。センサ本体50は、スペーサ53を介して支持プレート48の下面に固定されている。センサ本体50は、ジョイスティック51の水平面上で直交する2軸線回りの傾動角度を検出可能な角度検出センサである。なお、この2軸線は一般に直交しているが、交差していれば足りる。ジョイスティック51の遊端52はソケット37に保持されている。センサ本体50は、スペーサ53により、ジョイスティック51の傾動中心がボール36の中心と一致する位置に配置されている。ジョイスティックモジュール38は、連結部材15が第1ベース部材11に対して傾動したときに、連結部材15と共に傾動するジョイスティック51の傾動角度を検出することで、連結部材15の第1ベース部材11に対する2軸線回りの回転角度を検出する。
The
支持プレート48の上側の面には、ジョイスティックモジュール38のCPU基盤55が取り付けられている。ジョイスティックモジュール38及びTOFセンサ40は、所定の配線(不図示)を介してCPU基盤55に接続されている。配線は、CPU基盤55からケーブルブッシュ49を通過して第1ベース部材11の外へ延び、電源やコンピュータ(不図示)に接続される。第1ベース部材11の凹部45は、蓋プレート56によって上方から塞がれている。蓋プレート56は、第1ベース部材11の上面にねじによって締結されている。第1ベース部材11の上面には環状溝が形成され、環状溝にはOリング57が装着されている。Oリング57は、環状溝の底面及び蓋プレート56の下面に弾発的に当接し、ジョイスティックモジュール38のCPU基盤55を収容する凹部45を気密に封止する。
A
次に、図6(A)及び図6(B)を参照して、上部構造体2及び下部構造体3が相対変位をしたときの第1ベース部材11周辺の挙動について説明する。上部構造体2及び下部構造体3が互いに対して水平方向に相対変位すると、第1ベース部材11及び第2ベース部材12が互いに水平方向に変位する。連結部材15の上端は、ソケット37を介して第1ボールジョイント13に連結されている。また、連結部材15の下端は、ソケット33を介して第2ボールジョイント14に連結されている。これにより、連結部材15は、上部構造体2に対して下部構造体3が相対変位した方向に傾動する。ソケット37には、ジョイスティック51の遊端52が保持されている。そのため、ジョイスティック51は、連結部材15の傾きに連動して、連結部材15の傾いた方向に傾動する。センサ本体50は、ジョイスティック51の傾動した角度を検出する。このようにして、相対変位計測装置10では、上部構造体2に対して下部構造体3が相対変位した方向を、上記2軸線回りの傾動角度としてジョイスティックモジュール38が検出する。
Next, the behavior around the
次に、図7(A)、(B)及び(C)を参照して、相対変位計測装置10による上部構造体2及び下部構造体3の互いに対する相対変位の計測方法について説明する。図7(A)及び図7(B)に示すように、上部構造体2及び下部構造体3が互いに対して水平方向に相対変位すると、第1ベース部材11と第2ベース部材12との間の距離は、初期状態より増加する。連結部材15は、第1ベース部材11と第2ベース部材12との間の距離に対応して伸縮する。ジョイスティックモジュール38が検出する、連結部材15の第1ベース部材11に対する2つの回転軸のうち、一方をX軸、もう一方をY軸とする。連結部材15の初期状態における長さ(第1ボールジョイント13及び第2ボールジョイント14の回転中心間距離)をL(図4)、連結部材15のX軸回りの回転角度をθX、及び連結部材15のY軸回りの回転角度をθYとする。連結部材15の初期状態における長さL、連結部材15のX軸回りの回転角度θX、及び連結部材15のY軸回りの回転角度θYを用いて、上部構造体2に対する下部構造体3の相対変位の方向及び量が計測される。
Next, with reference to FIGS. 7A, 7B, and 7C, a method of measuring the relative displacement of the
上部構造体2及び下部構造体3が、互いに対して水平方向にのみ相対変位するとき、第1ベース部材11と第2ベース部材12との鉛直方向の距離は一定であり、相対変位計測装置10の初期状態における長さLと略同一である。連結部材15の初期状態における長さLは、相対変位計測装置10を所定の設置場所に設置した後、メジャー等で計測できる。上部構造体2に対する下部構造体3のX軸方向における水平変位をΔX1、Y軸方向における水平変位をΔY1とする。水平変位ΔX1及び水平変位ΔY1は、相対変位計測装置10の初期状態における長さL及びジョイスティックモジュール38によって得られる検出値θX、θYを用いた所定の変換式によって算出できる。
When the
更に、上部構造体2及び下部構造体3における互いに対する鉛直方向の相対変位を加味する場合について説明する。図7(B)及び図7(C)に示すように、連結部材15の傾動角度は、上部構造体2及び下部構造体3の互いに対する鉛直方向の変位の影響を受ける。連結部材15の傾動角度は、例えば、上部構造体2が下部構造体3に対して上方に相対変位した場合、上方に相対変位していない場合と比較して、水平変位が同じであっても、連結部材15の傾動角度が小さくなる。TOFセンサ40によって連結部材15の伸縮量を計測することで、鉛直方向の変位を含めた上部構造体2及び下部構造体3の互いに対する相対変位を計測することができる。TOFセンサ40によって計測される連結部材15の伸縮量、すなわち第1筒状部材21と第2筒状部材22との摺動量をrとする。上部構造体2及び下部構造体3が互いに対して相対変位をしているときの連結部材15の長さは、初期状態の長さLと、第1筒状部材21及び第2筒状部材22の摺動量rとの和として求められる。上部構造体2に対する下部構造体3の、鉛直方向の変位の影響を受けたときのX軸方向における水平変位をΔX2、Y軸方向における水平変位をΔY2、鉛直方向における変位をΔZとする。水平変位ΔX2、水平変位ΔY2及び鉛直方向における変位ΔZは、相対変位計測装置10の初期状態における長さL及びジョイスティックモジュール38によって得られる検出値θX、θYに加えて、TOFセンサ40によって得られる検出値rを用いた所定の変換式によって算出できる。
Furthermore, a case in which vertical relative displacements of the
θX及びθYは、ジョイスティックモジュール38によって計測される。rは、TOFセンサ40によって計測される。また、コンピュータは、これらの計測値を記録している。これらの計測値によって、上部構造体2に対する下部構造体3のX軸方向における水平変位ΔX1、ΔX2、及びY軸方向における水平変位ΔY1、ΔY2を算出することができる。更に、変換式は、幾何学的な計算によるものとなるため、計算過程での誤差が生じない。これにより、上部構造体2に対する下部構造体3の水平方向の相対変位を把握することができる。
θ X and θ Y are measured by
次に、本実施形態に係る相対変位計測装置10の効果について説明する。図2、図3及び図4に示すように、第1ベース部材11に第1ボールジョイント13を介して連結される一端及び、第2ベース部材12に第2ボールジョイント14を介して連結される他端を有する伸縮可能な連結部材15が、第1筒状部材21と、第1筒状部材21に同軸に挿入される第2筒状部材22とを含むように構成されている。相対変位計測装置10は、ジョイスティックモジュール38が連結部材15の2軸回りの回転角度θX、θYを検出することにより、上部構造体2及び下部構造体3の互いに対する相対変位を計測することができる。
Next, the effects of the relative
したがって、第1筒状部材21及び第2筒状部材22は、計測点の変位方向や変位量を得るために張力のような外力をかけておく必要がない。そのため、相対変位計測装置10を長期間使用しても、連結部材15が形状を保持するための外力によって変形することがなく、長期間使用しても変位量を正確に測ることが可能である。
Therefore, the first
また、第1筒状部材21及び第2筒状部材22が互いに摺動することで連結部材15の長さが調節されるため、曲げ剛性を確保したうえで連結部材15を軽量化することができる。更に、連結部材15の両端が自在継手を介して第1及び第2ベース部材11、12に連結されるため、第1及び第2ベース部材11、12は、連結部材15をスライド可能に支持できるような堅牢な造りにされる必要がない。したがって、相対変位計測装置10を簡素な構成且つ軽量にすることが可能になり、相対変位計測装置10の運搬や設置が容易である。
In addition, since the length of the connecting
本実施形態では、非接触式のTOFセンサ40が、摺動量rを計測するストロークセンサとして用いられている。図4に示すように、TOFセンサ40は第1筒状部材21に取り付けられ、ターゲット41は第2筒状部材22に設けられている。これにより、TOFセンサ40及びターゲット41までの距離に基づいて、第1筒状部材21及び第2筒状部材22の軸方向の摺動量rを正確に計測することができる。更に、摺動量rを変換式に組み込み、上部構造体2に対する下部構造体3の鉛直方向の相対変位を加味して計算することで、より正確に構造体の相対変位を計測することができる。
In this embodiment, a
また、TOFセンサ40及びターゲット41は、共に連結部材15内に収容されているため、連結部材15外の物から保護されるうえ、連結部材15外にTOFセンサ40及びターゲット41を取り付けるためのスペースを必要としない。これにより、少ないスペースで相対変位を計測することができる。更に、TOFセンサ40は相対変位計測装置10周囲の照度の影響を受けずに確実に摺動量rを計測することができる。
In addition, since the
更に、TOFセンサ40、ジョイスティックモジュール38、第1ボールジョイント13、第2ボールジョイント14は、一般に流通している市販品を使用できる。これにより、相対変位計測装置10の製造コストを下げることができる。
Furthermore, the
図4、図5、図6(A)及び図6(B)に示すように、第1ボールジョイント13のボール36は中空部を有する。これにより、ジョイスティックモジュール38は、外部の物からボール36によって保護される。したがって、ジョイスティックモジュール38の保護部材を別途設ける必要が無い。よって、装置を小型化することができる。
As shown in FIGS. 4, 5, 6A and 6B, the
図2に示すように、連結部材15の上端及び下端はブーツ16によって覆われ、液密に封止されている。これにより、第1ボールジョイント13及び第2ボールジョイント14は、水や埃から保護されている。したがって、相対変位計測装置10を長期間使用することができる。また、相対変位計測装置10周囲の湿度の影響から、第1ボールジョイント13及び第2ボールジョイント14、更にそれらの周囲に配置されたジョイスティックモジュール38及びターゲット41を保護することができる。
As shown in FIG. 2, the upper and lower ends of the connecting
図3に示すように、第2筒状部材22が、軸方向に離間する2つのブッシュ24によって第1筒状部材21に保持される態様で第1筒状部材21に連結している。これにより、第1筒状部材21及び第2筒状部材22のがたつきが抑制されている。そのため、連結部材15の回転角度を精度よく検出することができる。また、ブッシュ24を使用せずに両筒状部材をがたつきなく連結した場合、第2筒状部材22の外面における内パイプ27内に収容された部分は、その全面において内パイプ27の内面に当接する。そのため、第1筒状部材21及び第2筒状部材22の互いに対する摺動抵抗が高くなる。これに対し、2つのブッシュ24を使用することで、第1筒状部材21及び第2筒状部材22のがたつきを抑制しつつ、両部材の接触面積や摺動抵抗を低減することができるので、これらの部材の組付けを容易にすることができる。
As shown in FIG. 3, the second
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記態様では、第1ベース部材11及び第2ベース部材12はアンカ19によって固定されているが、この態様には限定されない。第1ベース部材11及び第2ベース部材12は、第1物体及び第2物体に対して適切に固定されていればよく、例えば、クランプで留められていてもよい。また、第1ベース部材11及び第2ベース部材12は、適切な定着長をとった鉄筋をコンクリート表面から延出させて、その鉄筋を用いて固定されてもよい。
Although the specific embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be widely modified. Although the
上記実施形態では、ブーツ16はゴム製であるが、この態様には限定されない。ブーツ16は、連結部材15の両端を液密に封止できる材料であればよい。また、ブーツ16はジャバラ状であるが、筒状部材の傾動を許容できる形状であればよい。
Although the
上記態様では、相対変位計測装置10は、第1筒状部材21が角度センサを有するが、これに限定されない。第2筒状部材22が角度センサを有してもよい。また、第1筒状部材21がTOFセンサ40を収容し、第2筒状部材22がターゲット41を収容しているが、第2筒状部材22がTOFセンサ40を収容し、第1筒状部材21がターゲット41を収容してもよい。
In the above aspect, the relative
上記態様では、相対変位計測装置10は、初期状態において鉛直方向を向いているが、この態様には限定されない。相対変位計測装置10は、初期状態において水平方向を向いてもよい。また、相対変位計測装置10は、初期状態において斜め方向を向いてもよい。
In the above aspect, the relative
上記態様では、相対変位計測装置10は、免震建物1の基礎免震層に設置されているが、これに限定されない。相対変位計測装置10は、中間階に設けられた免震層に設置されてもよい。また、相対変位計測装置10は、免震建物1の上部構造体2及び下部構造体3の互いに対する相対変位を計測するためだけでなく、仮設足場及び建造物、吊り天井及び上階の床スラブの互いに対する相対変位を計測するために使用してもよい。
In the above aspect, the relative
2 :上部構造体(第1物体)
3 :下部構造体(第2物体)
10 :相対変位計測装置
11 :第1ベース部材
12 :第2ベース部材
13 :第1ボールジョイント(第1自在継手)
14 :第2ボールジョイント(第2自在継手)
15 :連結部材
16 :ブーツ(保護部材)
21 :第1筒状部材
22 :第2筒状部材
23 :第1パイプ
24 :ブッシュ
35 :球面軸受
36 :ボール
38 :ジョイスティックモジュール(角度センサ)
40 :TOFセンサ(ストロークセンサ)
41 :ターゲット
50 :センサ本体
51 :ジョイスティック
r :摺動量
θX :X軸回りの回転角度
θY :Y軸回りの回転角度
2: Upper structure (first object)
3: Lower structure (second object)
10: Relative displacement measuring device 11: First base member 12: Second base member 13: First ball joint (first universal joint)
14: Second ball joint (second universal joint)
15: Connecting member 16: Boot (protective member)
21 : First tubular member 22 : Second tubular member 23 : First pipe 24 : Bush 35 : Spherical bearing 36 : Ball 38 : Joystick module (angle sensor)
40: TOF sensor (stroke sensor)
41: Target 50: Sensor body 51: Joystick r: Sliding amount θX : Rotational angle θY around the X axis Y : Rotational angle around the Y axis
Claims (6)
第1物体に固定される第1ベース部材と、
第2物体に固定される第2ベース部材と、
前記第1ベース部材に第1自在継手を介して連結される一端及び、前記第2ベース部材に第2自在継手を介して連結される他端を有する伸縮可能な連結部材と、
前記連結部材の前記第1ベース部材又は前記第2ベース部材に対する、2軸線回りの回転角度を検出する角度センサとを有し、
前記連結部材が、第1筒状部材と、前記第1筒状部材に同軸に挿入され、前記第1筒状部材に対して軸方向に摺動可能に連結された第2筒状部材とを含み、
前記第1筒状部材及び前記第2筒状部材の少なくとも一方の内部に収容され、前記第1筒状部材と前記第2筒状部材との前記軸方向の摺動量を計測するストロークセンサを更に有し、前記ストロークセンサが、前記第1筒状部材及び前記第2筒状部材の一方に取り付けられ、他方に設けられたターゲットまでの距離を計測するTOFセンサよりなる距離センサであることを特徴とする相対変位計測装置。 A relative displacement measuring device,
a first base member fixed to the first object;
a second base member fixed to the second object;
an extendable connecting member having one end connected to the first base member via a first universal joint and the other end connected to the second base member via a second universal joint;
an angle sensor for detecting rotation angles about two axes of the connecting member with respect to the first base member or the second base member;
The connecting member connects a first tubular member and a second tubular member coaxially inserted into the first tubular member and axially slidably coupled to the first tubular member. including
Further, a stroke sensor is accommodated inside at least one of the first tubular member and the second tubular member and measures the amount of sliding between the first tubular member and the second tubular member in the axial direction. wherein the stroke sensor is a distance sensor comprising a TOF sensor that is attached to one of the first cylindrical member and the second cylindrical member and that measures the distance to a target provided on the other. and relative displacement measuring device.
第1物体に固定される第1ベース部材と、
第2物体に固定される第2ベース部材と、
前記第1ベース部材に第1自在継手を介して連結される一端及び、前記第2ベース部材に第2自在継手を介して連結される他端を有する伸縮可能な連結部材と、
前記連結部材の前記第1ベース部材又は前記第2ベース部材に対する、2軸線回りの回転角度を検出する角度センサとを有し、
前記連結部材が、第1筒状部材と、前記第1筒状部材に同軸に挿入され、前記第1筒状部材に対して軸方向に摺動可能に連結された第2筒状部材とを含み、
前記角度センサが、前記2軸線回りに傾動可能なジョイスティックと、前記ジョイスティックの前記2軸線回りの傾動角度を検出するセンサ本体とを有するジョイスティックモジュールであることを特徴とする相対変位計測装置。 A relative displacement measuring device,
a first base member fixed to the first object;
a second base member fixed to the second object;
an extendable connecting member having one end connected to the first base member via a first universal joint and the other end connected to the second base member via a second universal joint;
an angle sensor for detecting rotation angles about two axes of the connecting member with respect to the first base member or the second base member;
The connecting member connects a first tubular member and a second tubular member coaxially inserted into the first tubular member and axially slidably coupled to the first tubular member. including
A relative displacement measuring device, wherein the angle sensor is a joystick module having a joystick that can tilt about the two axes and a sensor body that detects a tilt angle of the joystick about the two axes.
前記ジョイスティックの傾動中心が前記ボールの中心と一致するように前記中空部に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の相対変位計測装置。 At least one of the first universal joint and the second universal joint is a ball joint having a ball having a hollow portion provided integrally with the connecting member and a spherical bearing that holds the ball ,
3. The relative displacement measuring device according to claim 2 , wherein the joystick is provided in the hollow portion so that the center of tilting of the joystick coincides with the center of the ball.
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