JPH02213735A - 多重ローラ力量計および試験法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は力量計およびこの力量計を使用する方法に関す
る。

［従来技術および発明が解決しようとする課題］ 海底ケーブルの敷設およびケーブル回収船で使用される
従来技術においては、ケーブルの張力はケーブルの敷設
およびケーブル回収作業時に測定される。その場合、ケ
ーブルは力量計の摩擦板の上を滑動し、ケーブル路を撓
ませるように作用する。張力はこの摩擦板の移動および
負荷セルの歪ゲージにより検出される。張力を表わす信
号は張力の全体の大きさを表わす信号に増幅される。

ところで、力量計の摩擦板にわたってケーブルを滑動さ
せることは張力測定の誤差原因になる。金属製の摩擦板
はケーブルが滑動するシュートとして作用する。従って
、このような摩擦板はケーブルの滑動につれて摩耗し、
チェーンおよび取付部品の操作と共に丸くえぐられたり
、切込みが形成されたりする。このような状態では、力
量計は、ケーブルの撓み角のわずかな変化に起因して誤
った張力値を与え、その結果ケーブルは摩耗し裂損した
りする。また、ケーブルが摩擦板の上を滑動するとき、
ケーブルと摩擦板の間の摩擦力により張力値は更に誤差
を含むようになる。この摩擦力はケーブルと摩擦板の間
の摩擦係数により主として決定される。このような誤差
源の全てから生じる誤差信号は負荷セルにより検出され
た所望の張力信号に重畳され、全ての信号が増幅され、
読取り装置に出力される。

このようにして得られた張力値は不正確であるが、同軸
式副伝送媒体を含む海底ケーブルでは許容できるもので
ある。銅は可鍛性なので、張力が短時間所望最大値以上
になっても破損せずに容易に伸長できるからである。

しかしながら、最近の海底ケーブル出は、同軸式副伝送
媒体の代りに光ファイバーが使用されつつある。光ファ
イバーは銅に比べるとはるかにもろい性質を示すもので
ある。光ファイバーの破壊を伴わない延伸性は非常にわ
ずかなので、光フアイバーケーブルにおける最大許容張
力値は重要である。光フアイバーケーブルに対する張力
値の許容読取り誤差は非常に小さい、従って、力量計に
よる張力測定を行なう場合、誤差発生源は極力除去する
必要がある。

上記従来の問題点を解決するため、本発明は改良式の力
量計およびこの力量計を使用する方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明による力量計によれば、ケーブル供給部とケーブ
ル巻取部の間に多重ローラ滑車を介在させ、この多重ロ
ーラ滑車に沿ってケーブルが通過する。ケーブルがこの
ように多重ローラ滑車に沿って巻回されるとき、ケーブ
ルの中心軸線は多重ローラ滑車の１側から他側にかけそ
の方向が変化する。ケーブルの張力は、多重ローラ滑車
に対して力を与え、多重ローラ滑車を移動させると共に
歪ゲージを引張せしめる。その結果歪ゲージに生じた信
号は増幅され、ケーブルの張力の大きさを正確に示す信
号が得られる。

本発明の力量計を使用する方法は、（１）多重ローラ滑
車に沿ってケーブルが巻取られるようにケーブルを引張
し、これにより、ケーブルの中心軸線が多重ローラ滑車
の１側から他側にかけてその方向を変化させるステップ
と、（２）ケーブルの張力および中心軸線の方向の変化
に応じて、ケーブルの張力の大きさに関わる距離だけ多
重ローラ滑車を移動させるステップと、（３）多重ロー
ラ滑車が移動する距離に比例して歪ゲージを歪ませるス
テップと、（４）歪ケージの歪量に比例した信号を発生
してケーブルの張力の大きさを指示するステップとから
構成される。

本発明によれば、光フアイバーケーブルおよび力量計の
間の摩擦および摩耗は全ての実際上排除される。また、
ケーブルの張力の非常に正確な値が得られる。本発明に
よる装置と方法は、ケーブル以外の他の多くの製品、例
えば線や紐、リボン、フィラメント、糸、ストランド、
ファイバー、ロープ、ホース、チューブ、ワイヤーなど
の製造またはその使用時に生じる張力の測定に使用する
ことができる。

［実施例］ 第１図は海底ケーブル敷設船の船尾部分２０を示す図で
ある。船はプロペラ２２により海水２３中を推進され、
移動する。船には操舵２５が設けである。非常に長いケ
ーブル２８を貯蔵するオープンタンク２７が設けである
。ケーブル２８はタンク２７から引き出され、滑らかな
ガイド面３０に沿って曲げられ、船尾に取り出され、海
底に投じられる。

甲板３２には力量計３４が装着され、ケーブルが係留状
態から解放され、船尾ケーブルガイド面３５に沿い、海
水２３中に投じられる際のケーブルの張力を測定する。

プロペラ２２により船が前進すると（第１図の右手に）
、ケーブル２８は船から引き出され、海底に投じられる
。力量計３４において、その一部をなす多重ローラ滑車
３７に沿いケーブルが走行すると、このケーブルは曲げ
られ、その中心軸線の方向が変化する。この変化により
力量計３４には垂直方向下向きの力が加えられる。この
力はケーブル２８の張力に比例している。力量計３４は
ケーブル２８の張力の大きさを正確に表わす信号を発生
するように構成されている。

第１図には、船の船尾からのケーブルの投下についての
み示しであるが、船首からの投下、船首または船尾から
のケーブルの回収も同様の力量計により実現される。第
１図に示した力量計３４．多重ローラ滑車３７、および
それらの甲板上での装着配置の詳細は、第２図、第３図
、第４図、第５図および第６図に示しである。

第２図は、各コーナの下方に固着された装着ブラケット
５２を有する中実スチール製ベース板５０を示す図であ
る。このベース板５０は多重ローラ滑車３７を固着させ
る中実ベースを形成し、その詳細は第５図に示しである
。２つの側部カンチレバーロッド５３および２つの端部
カンチレバーロッド５５が、ブラケット５７により、船
の甲板または甲板に装着されたプラットホームに固着さ
れる。カンチレバーロッド！５３．５５の両端部は装着
用ブラケット５２に挿入される。負荷セル５８はスチー
ル製ベース板５０と船甲板の間に介在される。第５図の
多重ローラ滑車３７から第２図のスチール製ベース板５
０に加えられる垂直力は４つのカンチレバーロッドと負
荷セル５８の間で比例的に分割される。

第３図はカンチレバーロッド５３ばねの構成を示す透視
側面図である。スチール製ベース板５０に固着された装
着用ブラケット５２にはカンチレバーロッド５３の一端
部が挿入される。カンチレバーロッド５３の他端部は甲
板またはプラットホーム３３に固着されたクランプ用ブ
ラケット５７に保持される。第１図のケーブル２８の張
力により生成された力の一部である力５９はカンチレバ
ーロッド５３を撓ませるように垂直下方に印加される。

ロッド５３の自由端部は力５９の大きさに比例して垂直
方向に、撓まされる。装着用ブラケット５２の底部と甲
板またはプラットホーム３３の間の垂直方向クリアラン
スは、第２図に示した負荷セルの過剰歪を防止するため
に、非常にわずかにしである。カンチレバーロッドばね
によりサイド・ツー・サイド。

エンド・ツー・エンドの補剛を施し、ベース板５０およ
び多重ローラ滑車が滑車を通してのケーブルのローリン
グに応じて、または船のピッチおよびロール運動に応じ
て揺動しないように°構成される。

第４図は、船の甲板またはプラットホーム３３とスチー
ル製ベース板５０の間に装着された曲げビーム負荷セル
５８の詳細を示す図である。ホイートストンブリッジを
なす歪ゲージを含むパッケージ６０が負荷セル５８のフ
レキシブルスチール製バーに固着される。下向きの力６
２は第５図の多重ローラ滑車３７からの全体の力の一部
を示したものである。この力の一部は曲げビーム負荷セ
ル５８に印加され、これを撓ませるように作用する。負
荷セル５８の底部と甲板またはプラットホーム３３の間
には小さな垂直方向のクリアランスが存在し、負荷セル
の過剰歪を防止するようにしている。

ここで第５図は第１図の多重ローラ滑車３７の詳細側面
図である０図において、ケーブル２８は、ケーブルの中
心軸線が角度θだけその方向を変えるように滑車３７に
沿って曲げられる。多重ローラ滑車３７に作用する力Ｆ
は、式 により示されるように、ケーブルの張力Ｔに直接比例し
ている与えられる。

幾つかのスチール製ローラ６８の軸線６５はローラの直
径に対して非常に大きな半径ρの円の周囲に配置される
。ケーブルは、ケーブルと滑車の間の摩擦を零に低減さ
せる、回動自在なローラに沿って走行する。ローラ間の
感覚は、多重ローラ滑車３７の全長にわたって全ての点
で、ケーブル２８の最小曲げ半径を超える曲げ半径とな
るように選択される。ケーブル２８の張力から生じる力
を表わす矢印Ｆは第２図のスチール製ベース板５０に向
けて垂直下方に向けられる。

多重ローラ滑車３７の設計寸法は、曲げケーブルが受け
る力の和およびモーメントの和を考えることにより導出
される次の式により定められる。

但し。

ρ＝曲率半径。

ｄＲ＝曲率の微分、 ｔ＝コロ−間の角度。

ｄｔ＝ローラ間の角度の微分。

ＥＩ＝ケーブルの曲げ弾性率、 Ｔ＝ケーブルの張力。

第５図に示したローラ６８の他に、図示しない、垂直軸
線上に装着された他のローラを滑車３７の両側部に設置
して、ケーブルと滑車の間の摩擦を更に低減させてもよ
い。これらの垂直軸線方向のローラは水平軸線上のロー
ラと同じ条件で配置される。

第６図は、第４図の負荷セル５８の曲げビームに固着さ
れた歪ゲージの歪を検出するホイートストンブリッジの
構成を示す回路図である。このブリッジは、２つの固定
抵抗Ｒ１゜Ｒ２，調節自在の抵抗器Ｒ３、および歪ゲー
ジ可変抵抗ＲＧで構成される。これらは、よく知られた
ブリッジ構成をなし、ブリッジの２つの対角線方向の両
ノード７１．７２の間に直流電圧源７０を備えている。

ブリッジからの出力電圧はノード７１．７２から取り出
され、増幅器７８により増幅される。増幅された出力は
ブリッジ出力の大きさを示すメータ８０に印加され、こ
れは、第１図および第５図に示した歪ゲージ抵抗器ＲＧ
の歪およびケーブル２８の張力を正確に与える。

歪ゲージ抵抗器ＲＧの抵抗は理想的にはブリッジで変化
する唯一の抵抗である。この抵抗器ＲＧは第４図の曲げ
ビーム負荷セル５８の歪の変化に応じてのみ変化するべ
きである。

ブリッジの初期バランスは出力電圧がゼロになるまで抵
抗器Ｒ３を調節することにより実現される。その後、メ
ータ８０の指示値は歪ゲージ抵抗器ＲＧの歪の変化に直
接関係づけられ、ケーブル２８の張力を表わすように較
正可能である。

負荷セルの構成と動作についての他の詳細事項はオメガ
・エンジニアリング・インコーホレーテッド（ＯＭ　Ｅ
　Ｇ　Ａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｃ、）、１９
８５年刊行の「圧力と歪測定ハンドブックおよびエンサ
イクロペデア（Ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄ　５ｔｒａｉｎ
　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ａｎｄ
Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ）　Ｊ　、Ｆ−３，Ｆ−４，
Ｆｌｌ、Ｆ−１２，Ｅ−３６，Ｅ−３７，Ｅ−４３、お
よびＥ−４４に示されである。

第７図は本発明の他の実施例を示す図である。ソースリ
ール、ドラム、またはスプール９０は、製造プロセス、
構成プロセスなどの幾つかの目的のために、フィラメン
トや、糸、ファイバー、ストリング、ストランドケーブ
ル、ロープ、チューブ、ホース、ワイヤ、線、リボン、
または光フアイバーケーブルなどの細長い要素９２を連
続的に供給する。ブロック９３は、細長い要素が巻取リ
ール９５に走行する経路に沿って配置された製造または
試験プロセスのステーションまたは複数のステーション
を示す。この経路に沿い、細長い要素９２は多重ローラ
滑車９７に沿って走行し、４゜ここで細長い要素９２の
中心軸線は方向を変え、または変位角θだけ変位される
。細長い要素９２と多重ローラ滑車９７の間の摩擦は、
この要素が”ローラに沿って走行するため無視できるほ
ど小さい。細長い要素の張力は多重ローラ滑車９７に対
して垂直下方に作用する力１００を与える。歪ゲージを
含む負荷セル１０２は、この、細長い要素９２の張力に
直接比例する力１００により歪変形を受ける。

負荷セルはその歪に応じてメータ１０５に出力信号を与
える。この信号は細長い要素７２の張力の大きさに直接
比例する大きさを有する。細長い要素と滑車９７の間の
摩擦力によりもたらされる誤差は無視し得るほど小さい
。

以上、本発明の力量計およびそれを使用する方法につい
て幾つかの実施例を示したが、本発明の範囲を逸脱せず
に各種の変形、変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は海底ケーブルを配備する船の船尾を示す概略図
、 第２図は多重ローラ滑車を装着し得るばね付ベース板の
斜視図、 第３図は負荷を支承するカンチレバー式ばね装着構成の
側面図、 第４図は力の大きさを決定する曲げビーム負荷セルの側
面図、 第５図は第２図のばね付ベース板に装着可能な多重ロー
ラ滑車部分の側面図、 第６図は力に比例する電気信号を発生する負荷セルのホ
イートストンブリッジ回路の概略図、 第７図は細長い要素の張力を決定するための製造プロセ
ス時の多重ローラ滑車にわたり細長い要素を曲げるため
の構成を示す概略図である。 ［主要部分の符号の説明コ ２０　　　　　　　　　船尾 ３４　・壷 ５３．５５　　・・・・・・・−１・・・・ケーブル 力量計 多重ローラ滑車 カンチレバーロッド 負荷セル 出願人：アメリカンテレフォンアンド テレグラフ　カムパニー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細長い要素の張力を測定する方法であって、 細長い要素を引張すると共にこれを多重ローラ滑車に沿
   い走行させるステップと、 多重ローラ滑車において、前記細長い要素の中心軸線の
   方向を変化させるステップと、前記方向変化と張力に応
   じて、多重ローラ滑車を、細長い要素の張力の大きさに
   係わる距離だけ移動させるステップと、 多重ローラ滑車が移動する距離に比例して歪ゲージを歪
   ませるステップと、 前記歪ゲージの歪量に応じて細長い要素の張力の大きさ
   を支持するステップと からなることを特徴とする張力測定法。 ２、細長い要素と多重ローラ滑車の間の摩擦を或る範囲
   の張力と要素速度にわたって無視できる大きさに制限す
   るステップを更に含む請求項１記載の張力測定法。 ３、多重ローラ滑車と細長い要素の間の摩擦によりもた
   らされる大きな誤差を排除する大きさの張力値を発生さ
   せるステップを更に含む請求項２記載の張力測定法。 ４、多重ローラ滑車の並行する運動を抑制すると共に細
   長い要素の中心軸線の方向および細長い要素の張力を変
   えることによりもたらされる力を張力の大きさに比例す
   る部分に分割するステップを更に含む請求項３記載の張
   力測定法。 ５、多重ローラ滑車は、式 Ｔ＝Ｆ／２ｓｉｎ（θ／２）、 但し、Ｔ＝細長い要素の張力、Ｆ＝多重ローラ滑車に対
   する力、θ＝ケーブルの偏向角、を満たすように設計さ
   れる請求項１記載の張力測定法。 ６、多重ローラ滑車にわたりケーブルを引張すると共に
   多重ローラ滑車においてケーブるの中心軸線の方向を変
   化させるステップと、 ケーブルの引張応力に応じて多重ローラ滑車を移動させ
   るステップと、歪ゲージの応力に応じてケーブるの引張
   応力の大きさを表示するステップとからなることを特徴
   とするケーブルの引張応力の測定法。 ７、細長い要素と多重ローラ滑車との間の摩擦をある範
   囲の張力および要素速度にわたって省略し得る大きさに
   制限するステップを更に含む請求項６記載の張力測定法
   。 ８、多重ローラ滑車と細長い要素の間の摩擦によりもた
   らされる有意エラーを排除するある大きさの張力値を発
   生させるステップを更に含む請求項７記載の張力測定法
   。 ９、多重ローラ滑車の平行運動を制限すると共に細長い
   要素の中心軸線の方向および細長い要素の張力を変化さ
   せることによりもたらされる力を張力の大きさに比例す
   る部分に分割するステップを更に含む請求項８記載の張
   力測定法。 １０、多重ローラ滑車は、式 Ｔ＝Ｆ／２ｓｉｎ（θ／２）、 但し、Ｔ＝ケーブルの張力、Ｆ＝多重ローラ滑車にかか
   る力、θ＝ケーブルの撓み角、を満たすように設計され
   る請求項９記載の張力測定法。 １１、船と、 この船に固着された多重ローラ滑車と、 ケーブルと、 前記船を推進させ、これによりケーブルを引張してこの
   ケーブルを多重ローラ滑車に沿って走行させると共に多
   重ローラ滑車においてケーブルの中心軸線の方向を変化
   させる手段と、 前記船に固着された負荷セルと、 多重ローラ滑車の運動を負荷セルの歪に変換する手段と
   から構成され、 負荷セルは、前記歪に応じて、ケーブルの張力の大きさ
   を示す信号を発生するケーブルの張力測定装置。 １２、多重ローラ滑車は、ケーブルがその、少なくとも
   、最小曲げ半径程度の半径で曲げられるように、またケ
   ーブルが多重ローラ滑車とケーブルの間の摩擦が省略で
   きるほど小さく、従って多重ローラ滑車にわたって走行
   されるように構成される請求項１１記載のケーブるの張
   力測定装置。 １３、信号に応答して、多重ローラ滑車とケーブルの間
   の摩擦により惹起される有意誤差を排除するある大きさ
   の張力指示値を発生する手段を更に備える請求項１２記
   載のケーブルの張力測定装置。