JPH0314963B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 基礎と接触し且つ基礎に沿つて移動する際に
基礎を締固める振動部分を有する締固め機により
基礎を締固めるときに得られる締固めの度合を測
定する方法であり、その測定に関連して少くとも
締固め部分の移動の最も迅速に変化する垂直成分
を表わす二次的移動信号を発生させる方法であつ
て、二次的移動信号が基準値と合致するときおよ
び／または二次的移動信号が基準値、すなわち二
次的移動信号の前記基準よりも高いかまたは低い
ときの時点を感知し、且つ信号が基準値よりも大
きく且つ小さい間の時間間隔または二次的移動信
号が基準値と合致する間の連続した時点の間の時
間間隔の大きさの関数として量を形成し、前記量
を締固めの度合として使用することを含むことを
特徴とする、締固めの度合を測定する方法。

２ 前記関数が二つの時間間隔の大きさの間の関
係によつて減少せしめられる定数であることを特
徴とする、請求の範囲１に記載の方法。

３ 前記関数が信号が基準値よりも高い間のある
数の時間間隔の合計と信号が基準値よりも低い間
の同数の時間間隔の合計との間の関係によつて減
少せしめられる定数として形成された平均値を含
んでいることを特徴とする、請求の範囲１に記載
の方法。

４ 前記関数が複数の二次的関数の平均値を含
み、前記二次的関数の各々が定数と二つの時間間
隔の大きさの間の関係との差であることを特徴と
する、請求の範囲１に記載の方法。

５ 二次的移動信号の極端に正の値および極端に
負の値もまた基準レベルに関して感知され且つ量
が前記の極端に正および負の値の関数として形成
されることを特徴とする、請求の範囲１に記載の
方法。

６ 基礎と接触し且つ基礎に沿つて移動する際に
基礎を締固める振動部分を有する締固め機により
基礎を締固めるときに得られる締固めの度合を測
定する装置であり、その測定に関連して締固め機
上の変換器が少くとも締固め部分の移動の最も迅
速に変化する垂直成分を表わす二次的移動信号を
発生させる装置であつて、二次的移動信号が基準
値よりも高い時点および二次的移動信号が基準値
よりも低い時点および／または二次的移動信号が
基準値と合致する時点を感知するためのセンサ要
素を備え、前記基準値は少くとも二次的移動信号
の平均値にほとんど合致し、さらに信号が基準値
よりも大きく且つ小さい間の時間間隔または移動
信号が基準値と合致する間の連続した時点の間の
時間間隔の大きさの関数として量を形成するため
の関数形成要素を備え、前記量が締固めの度合の
目安となることを特徴とする、締固めの度合を測
定する装置。

７ 前記関数形成要素が二つの時間間隔の大きさ
の間の関係によつて減少せしめられる定数の関数
として量を形成することを特徴とする、請求の範
囲６に記載の装置。

８ 前記関数形成要素が信号が基準値よりも高い
間のある数の時間間隔の合計と信号が基準値より
も低い間の同数の時間間隔の合計との間の関係に
よつて減少せしめられる定数として計算された平
均値として量を形成することを特徴とする、請求
の範囲６に記載の装置。

９ 前記関数形成要素がある数の二次的な量の平
均値として量を形成し、前記二次的量の各々が定
数と時間間隔の大きさの間の関係との差の関数を
含んでいることを特徴とする、請求の範囲６に記
載の装置。

１０ 時間間隔中の二次的移動信号の連続した極
端に正および負の値を感知するための要素１９，
２０を備え、且つ関数形成要素２３が前記極端に
正および負の値の関数として量を形成することを
特徴とする、請求の範囲６に記載の装置。

発明の関係する技術領域 本発明は振動締固め機により基礎を突き固める
ときに得られる締固めの度合を測定する方法およ
び装置に関する。この締固め機は内側で回転する
偏心重錘により振動せしめられる少くとも１個の
円筒形のドラムを有するローラとすることができ
る。

発明の背景および技術的分野 振動締固め機により達成される締固めの度合は
簡単且つ連続的に測定することができ、またもし
も締固め機の振動の周波数および振幅ならびに締
固め機を基礎の上で移動させる速度を変更するこ
とができれば、最適の基礎の締固めを行う目的で
締固め機を制御することが可能になろう。充分な
締固めの度合に達する前に締固めを終えたりまた
は充分な締固めの度合に既に到達しているにもか
かわらず締固めを継続する危険性を最小限にとど
めることができる。それ故に、振動締固め機のた
めの簡単で安価であり且つ信頼しうる締固めの度
合を連続して測定する計器を提供することが長期
間にわたつて所望されてきた。特許文献には、多
数の多少とも異なる締固め度測定器の設計の提案
が記載されている。本発明の背景として関係する
これらの測定器のうちには、例えば英国特許第
1372567号ならびに米国特許第3599543号および同
第4103554号各明細書に記載されている測定器が
包含されている。

発明の簡単な説明および要約 本発明は少くとも基礎上に載り且つ締固めを実
施する締固め機の部分の移動の垂直成分を感知す
ることに基づいている。もしも締固め機を平坦で
均質な極めて柔軟であり且つ完全に弾性的な基礎
の上で移動させるとすれば、前述した移動の垂直
成分は殆どの慣用の締固め機においては時間に対
して純粋に正弦曲線の移動となろう。他方、もし
も締固め機を土またはアスフアルトからなる所定
範囲の基礎の上で前後に移動させるとすれば、少
くとも当初は基礎の剛性が漸次増大されよう。締
固め機と基礎との間の動的な相互作用のために、
前述した垂直成分の形状は基礎の剛性が増大する
につれて純粋な正弦曲線の形状からますます逸脱
することになる。この正弦曲線の形状からの逸脱
は締固め機のすべての変数、パラメータが一定に
保たれるとすれば基礎の動的特性、主としてその
剛性に直接に関係する。

前述した米国特許第4103554号明細書を通じて
前述した移動を感知する変換器の出力信号から周
波数が振動の基本周波数およびその調波に合致す
るような二次的な信号を波できることが既に知
られている。前記米国特許によれば、これらの二
次的信号の振幅と締固めの度合との間には一定の
関係がある。

米国特許第4103554号による締固め度測定器は
少くともある関係においては屡々良好に作動する
が、この測定器はある不立点を有している。例え
ば、もしも締固め機の振動周波数を変更すること
が所望されれば、交換可能な帯域フイルタまたは
制御可能な通過帯域周波数を有する帯域フイルタ
のいずれかを設けることが必要になり、それによ
り測定器がさらに複雑になりまたさらに高価にな
る。別の一つの欠点は振動の基本周波数が締固め
機の振動し且つ締固める部分によりなられる移動
の最も低い周波数であるという概念に基づいてい
ることである。

本発明は前記移動のゼロ点を通しての少くとも
ある連続した通過の間の時間間隔の相対的な大き
さまたはその移動を感知する変換器からの信号が
基礎の締固めの度合に対して所定の関係を示すこ
とを洞察したことに基づいている。本発明はまた
振動の基本周波数が締固め機の振動し且つ締固め
る部分によつてなされる移動の最も低い周波数で
ないことを洞察したことに基づいている。締固め
機の型式の如何により、基礎の締固めの度合によ
り左右される周波数ならびに締固めの度合に対し
て貧弱な関係を有し且つ主として締固め機の設計
および操作から生ずる周波数を含むより低い周波
数を移動中に発生させることができる。

本発明によれば、基礎と接触して基礎を締固め
る締固め機の移動部分の移動を感知する変換器か
らの信号のゼロ点を通しての二つまたはそれ以上
の連続した通過の間の時間間隔の大きさが測定さ
れる。前記時間間隔の相対的な大きさにより、基
礎に得られる締固め度の目安を含む量が得られ
る。好適な時間測定装置を使用することにより締
固め度測定器をリセツトしたりまたはその測定器
を振動周波数に適合させることが必要でないこと
はさらに説明しなくとも確かに理解されよう。

本発明は移動の絶対的な振幅を利用しておら
ず、その結果変換器の感度の任意の変化または老
化、温度の変化等に起因する信号の増幅は重大な
要素ではない。他方、移動の相対的な大きさは本
発明のある態様において利用することができる。

【発明の詳細な説明】

以下、本発明を締固め機が内側で回転し且つ対
称軸線に関して偏心して配置された重錘により振
動せしめられる円筒形のドラムを有するローラか
らなつている一実施態様について主として説明す
る。ドラムの垂直方向の加速は偏心軸の軸受ハウ
ジングの１個に装着された加速度計により記録さ
れる。前述した米国特許第3599543号および第
4103554号明細書を参照されたい。

第１図は変換器からの信号の例を示し、第２図
はゼロ点を通しての通過の間の連続した時間間隔
の相対的な大きさにより得られた量の値を示し、
第３図はローラが振動状態が起るようにパラメー
タ（静荷重、動荷重、総重量、フレームの剛性、
動力の伝達等）の組合わせを有している場合にお
ける変換器からの信号の例を示し、第４図は本発
明による装置の一実施態様の構成をブロツク線図
で示し、第５図は本発明による装置の別の実施態
様の構成をブロツク線図で示している。

第１図には非粘着性の土からなる基礎上で第１
回の通過、第６回の通過および第12回の通過の間
にこのようにして記録された信号の例を示した。
ローラの種々の部分と基礎との間の動的な相互作
用のために、信号の形状は基礎の剛性が増大する
につれてローラを柔軟であり且つ完全に弾性的な
基礎の上を移動させるときに得られる正弦曲線の
形状からますます逸脱する。この正弦曲線の形状
からの逸脱は、もしもローラのすべてのパラメー
タが一定であるとすれば、基礎の動的特性、主と
してその剛性に関係する。第１図に示したような
大きさ１−T1／T2またはT2／T1−１は現在ま
で行なつてきた研究によれば締固め度と相関せし
められたときに良好な有意性を示している。この
量の一つの利点はまたこの量を比較的に簡単な電
子装置により高い精度で計算できることである。
実際問題として、このパラメータの値は信号のゼ
ロレベルの周期的な変化および信号の無作為な変
化の作用を受けないようにするためにある振動周
波数の平均値として算出される。第２図は第１図
に示したような記録された信号から算出された通
過（パス）の数の関数としてパラメータ１−
T1／T2（曲線Ａ）およびT2／T1−１（曲線Ｂ）
を示している。それぞれのパラメータはここでは
二つの周期における平均値として算出された。そ
の結果は完了した通過数の増加による締固め度の
増大に原則として合致するパラメータ値の増大を
示している。

ローラパラメータのある組合せは２回ジヤンプ
するかまたは揺動振動状態に入るドラムに起因す
る第３図に示したような振動シーケンスを発生す
る。後者の場合には、ドラムの両側の加速度を同
時に記録し且つ二つの信号の平均値の分析を行う
ことによりこの作用の大部分をなくすことがで
き、すなわちドラムの中心点の移動が分析され
る。これらの場合には、すべての状況下で問題の
パラメータを二つの周期の平均値または二つの周
期の倍数として計算することが重要である。通
常、このパラメータは無作為の変化が生ずるおそ
れを減少させるために多数の周期の平均値として
計算される。

本発明により結果を計算し且つ提供する装置は
いくつかの異なる態様で構成することができる。
二つの異なる主な実施態様をアナログ信号の処理
のみに基づくものと、関連するパラメータの実際
の計算がデイジタル的になされるものとに区別す
ることができる。第４図はこの後者の態様による
装置の構成をブロツク線図で示している。

ドラムの移動を描く電気信号は好適に締固め機
の振動部分に垂直に装着された加速度計で構成す
ることができる変換器１において発生せしめられ
る。ある場合においては、振動部分の重心の垂直
移動に相当する信号を発生させるように２個の変
換器を配置するのが有利であるかもしれない。移
動する低周波振動および高周波振動がブロツク２
において波される。低周波振動は凸凹の面の上
を走行する締固め機により、例えば振動状態に入
る締固め機のフレームにより発生する。高周波の
妨害は構造体の共振および軸受の遊隙によつて起
る。ブロツク３は信号のゼロ点の通過を検出す
る。このブロツク３はまた発生しうる最も短い周
期の半分に合致する長さの時間中にゼロ検出器を
阻止（ブロツク）する装置を含んでいる。これは
ブロツク２の後に重なり合つた高周波の妨害が残
るために見せかけのゼロ検出が発生するのを回避
するためである。２個のゲート５および６を制御
する二つの出力信号がブロツク３により発生せし
められる。ゲート５はブロツク２からの信号がゼ
ロレベルよりも高いときに開き且つクロツク４か
らのパルスを通過可能にし、またゲート６は信号
レベルがゼロよりも低いときにクロツクパルスを
通過可能にする。ゲート５および６からのパルス
は所定の時間間隔中計数され且つ２個のレジスタ
１０および１１に記憶される。所定時間の経過
後、レジスタ１０および１１の内容はデイジタル
デイバイダに転送され、その後レジスタ１０，１
１がゼロにリセツトされ且つ新たにパルスを計数
し始める。平均値を形成するための所定時間はカ
ウンタ７で実現しうる主な振動の周期性の所定の
倍数を含むように変換器の信号により発生させる
ことができ、また別の態様として、平均時間は平
均値の形成が締固め機の振動の周期性と非同期的
に所定時間起るようにカウンタ８を介してクロツ
クにより決定される。デイバイダ部分において、
二つの計数値が互いに除され、その後パラメータ
値（１比）がブロツク１２で計算される。このデ
イジタルパラメータ値は表示および／またはプリ
ンタ１３および１４に示される。装置１５のデイ
ジタル部分は標準のTTLまたはCMOSコンポネ
ントから構成することができるが、マイクロプロ
セツサで有利に構成することもできる。

従来、少くともある信号の処理後に締固め機の
移動の一部を感知する変換器からの出力信号がひ
ずんだ正弦曲線信号に含み、そのひずみが基礎の
剛性等に起因していると想定されてきた。理論的
には、一定またはほぼ一定の信号に重なり合つた
正弦曲線信号を発生するその他の変換器も考えら
れる。少くとも理論的には、このような信号は電
気的な型式において常に同一の極性を有ししかも
その振幅が変化する。理論的には、重なつた信号
が傾斜部分を上下動する締固め機により発生せし
められることもまた考えられる。このような場合
には、通常発生する範囲での信号のゼロ点の通過
は締固め度を測定するための良好な出発点を構成
しない。しかしながら、本発明によれば、この同
じ技術をもしも二次的移動信号が基準値と合致す
る時間または二次的移動信号が基準値よりも上昇
するかまたは基準値よりも低下する時間が信号の
ゼロ点の通過のかわりに感知され、すなわち検出
されればひずんだ正弦曲線の信号の場合と同様に
適用することができる。この場合に必要なことは
基準値が好適な長さの時間にわたつて計算され、
すなわち得られた二次的移動信号の数学的な平均
値からなつていることである。このような基準値
がゼロに合致することを保証する一つの方法は勿
論二次的移動信号の高域波である。高域フイル
タの通過帯域は振動の基本周波数よりもかなり低
い周波数を有する信号、また好ましくは振動の基
本周波数の分数である周波数を有する信号の通過
を許容すべきである。他方、ゼロ周波数および直
流成分、すなわち二次的移動信号の主として変化
しない成分が効果的に波されるべきである。

本発明による方法または装置の最も簡単な態様
は量１から二つの連続した時間間隔の大きさの間
の関係を差し引いた値に基づいている。変換器は
好ましくは信号の極性が第１図に示した例の場合
と同じになるように適応させるべきである。
T1／T2およびT3／T4の比はT1およびT3が信号
レベルがゼロよりも高く且つある基準値である間
の時間としてそれぞれ定義され且つT2およびT4
が信号レベルが前記信号よりも低い間の時間とし
て定義されるとすれば１よりも小さくなる。ある
関連した場合では、前述したように時間間隔を数
回測定して二次的量を形成することが好ましい。

締固めの程度として使用される量は二次的量の
数学的および／または幾何学的平均値として形成
される。あるいはまた、信号がゼロまたは基準値
よりも高い間のすべての時間間隔および信号が前
記基準値よりも低い間の相当する時間間隔をまず
所定の時間間隔または所定のサイクル数に対して
各個に合計することができ、次いで所望の量が１
から二つの合計の比を差しひいたものとして計算
される。

前述した実施態様よりも複雑な本発明の態様は
同様に加速運動の相対振幅を測定し且つ利用する
ことに基づいている。加速運動の相対振幅はこれ
に関連して平均値が全体の時間間隔にわたり、す
なわち信号の連続したゼロ点通過の間の時間間隔
および瞬間値が平均値と合致する時間にわたつて
ゼロでない場合の運動の最大振幅または平均値か
らの偏差の間の大きさの関係〓であると理解され
ている。第１図には、時間間隔T1およびT2の間
の絶対振幅A1およびA2をそれぞれ示してある。
本発明によれば、加速計信号の絶対値A1および
A2が測定されるけれども、締固め度について重
要であるのは、相対的な大きさ〓＝A1／A2である。

〓および時間間隔T1およびT2の相対的な大きさ
のいくつかの異なる関数は出力量および得られた
締固めの程度として認識でき、例えば次のようで
ある。

〓・T2−T1／T2、〓・T2−T1／T1＋T2および〓・T2−T1
／／T1＋T2 〓のその他のべきおよび１以外のT1／T2もま
た考えられる。第２図には一例として、量
（〓・T2−T1／T1）を曲線Ｃとして示してある。別 の態様について以下に説明する。

第４図に示した態様について説明した態様で第
５図においてもドラムの移動は変換器１６および
フイルタ１７により感知され且つ波される。信
号のゼロ点またはその他の基準値の通過は閾値検
出器１８によつて検知される。信号ゼロ点を通し
ての二つの通過の間の信号の最大値はピーク値検
出器１９において決定される。ピーク値検出器１
９は信号が閾値検出器１８により検出される基準
レベルを通過する都度リセツトされる。最大値は
アナログ−デイジタル変換器２０によりデイジタ
ル値に変換される。基準レベルの二つの通過の間
の信号の最小値は相当した方法でブロツク２１に
より感知される。最小値はアナログ・デイジタル
変換器２２によりデイジタル値に変換される。検
出器１８からのパルスの形態の基準値の通過の検
出は最大値検出器１９および最小値検出器２１を
ゼロにリセツトする。閾値検出器１８からのパル
スおよび変換器２０および２１からのデイジタル
値はプロセツサ２３に接続されている。問題の出
力量の値はプロセツサ２３で計算され、その後そ
の値は表示（デイスプレー）装置２４上に示され
ている。

熟練者にとつて市販されている個々の構成部分
および集積回路で本発明により装置を構成しまた
はその方法を実施することは容易である。テキサ
スインスツルメント社、フエアチヤイルド社、モ
トロラ社のような電子構成部分の製造業者およ
び／または販売業者により供給されたマニユア
ル、データシートおよびその他の情報から閾値検
出器、比較器、カウンタ、デイバイダ、乗算器、
フイルタ、増幅器、クロツク等のような構成部分
のいずれを使用できるかが明らかである。また、
構成部分を異なる周波数の範囲に適応させるため
にいかなる変更および追加が必要であるかについ
ても明らかである。振動ローラのような締固め機
の製造業者および／または販売業者により供給さ
れた情報から熟練者が締固め機で締固めるときに
本発明を適用するために必要なデータが明らかに
なる。前述した特許から締固め機の移動を感知す
るための変換器をいかに装着しうるかが明らかで
ある。これらからある妨害の作用を減少させるた
めに１個よりも多数の変換器をいかように同時に
使用可能であるかが明らかであると共に使用可能
な変換器の例が明らかである。それ故に、構成部
分および回路の仕様を詳細に指示することはおそ
らく不必要である。