JPH051960A - 持上げ手段における測定装置及び測定方法 - Google Patents

持上げ手段における測定装置及び測定方法

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JPH051960A
JPH051960A JP3100336A JP10033691A JPH051960A JP H051960 A JPH051960 A JP H051960A JP 3100336 A JP3100336 A JP 3100336A JP 10033691 A JP10033691 A JP 10033691A JP H051960 A JPH051960 A JP H051960A
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force
measuring device
lifting means
lifting
rope
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JP3100336A
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Anton Muenzebrock
アントン・ミユンツエブロツク
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 クレーン等の綱索に作用する力、重力、負
荷、振り子運動角に関する信号を発生する装置と方法を
提供する。 【構成】 担持部材５に少なくとも２個の力センサー１
を設け、これらの力センサーの出力に基づき綱索１０に
作用する力の大きさと方向を求め、これらを信号処理す
ることにより所期の信号を得る。力センサーが抵抗線ひ
ずみゲージである実施例が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は持上げ手段における測定
装置及び測定方法特に持上げ装置のための荷重が加わっ
ている持上げ綱索における測定装置および測定方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許出願公開第２１１５５８７号
公報から、具体的には自動荷重作動機である荷重装置の
ための綱索のずれを検出する測定装置が公知である。綱
索のずれは荷重装置及びトロリーの走行方向において検
出される。荷重装置は、多数の持上げ綱索を介してコン
テナーのためのグリッパ装置と接続されている走行可能
な持上げ装置から実質的に成る。測定装置は綱索端部に
おいて持上げ装置に配置され、この測定装置は、互いに
９０°ずれている２つの軸の中にカルダン軸受の形式で
支承されている２つの条片部材から主に成り、条片部材
は１つのリングを有し、このリングを垂直の持上げ綱索
が貫通している。綱索のずれはカルダン軸の回動運動を
発生させる。回動運動は歯状セグメントを介してポテン
ショメータにより検出される。ポテンショメータは、綱
索のずれを求める信号処理装置に接続されている。この
測定装置は欠点を有する、何故ならば綱索のずれを求め
る際の精度は、たとえ精度を低める原因がポテンショメ
ータの線形誤差だけと仮定しても、例えば振り子運動補
償自動制御装置へ使用するにはなおも十分でないからで
ある。
【０００３】更に、持上げ綱索に引張されている測定綱
索が付加的に配置され、前述の測定原理で動作する測定
装置が業界内で公知である。測定綱索は定置電動機によ
り緊張を保持されている。この測定装置のための構造コ
ストは、付加的な測定綱索及びこれに付随する定置電動
機により増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、具体
的には持上げ綱索である持上げ手段に作用する、重力と
持上手段にかかっている負荷と持上げ手段の振り子運動
角とを含めて、力を検出し求めるための情報を高い精度
で簡単な手段で供給し、振り子運動補償制御装置のため
の測定値発生器としても適している測定装置及び測定方
法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、持上げ手段
における測定装置特に持上げ装置のための荷重が加わっ
ている持上げ綱索における測定装置において、持上げ装
置に配置されている担持部材に少なくとも２つの力セン
サがそれぞれ１つの担持関節部材を介して固定され、力
センサの自由端が共通の関節部材を介して互いに接続さ
れていることと、関節部材に持上げ手段が作用すること
と、力センサが、力に比例する測定信号を伝送するため
に信号処理装置に接続されていることにより解決され
る。
【０００６】本発明は冒頭に記載の形式の測定方法も提
供する。この測定方法は、関節部材に作用し担持部材の
中に導入される綱索引張力が少なくとも２つの力センサ
により測定されることと、信号処理装置により、力セン
サからの力に比例する測定信号と、力センサの相互の固
定した幾何学的配置から持上げ手段の振り子運動角、場
合に応じて綱索引張力及び重力とが求められることを特
徴とする。
【０００７】本発明においては、力センサが幾何学的に
特別に配置されて懸垂されている冒頭の形式の測定装置
により、測定する１次元の力成分を意図的に導入する。
これにより、有利には抵抗線ひずみゲージを有する牽引
測定棒として形成されている力センサはその負荷方向に
おいてのみ負荷され、正確な測定値を提供する。２つの
測定値センサを用いることにより、負荷方向により決ま
る直線により描かれる平面の中で振り子運動角を求める
ことが可能になる。
【０００８】例えばクレーン装置において、懸垂されて
いる負荷はクレーン走行及びトロリー走行により、綱索
の長さに付加的に依存してほぼ楕円軌道で振り子運動す
る。綱索の位置を求めることは、少なくとも３つの測定
値センサを有する本発明の測定装置により可能である。
この場合に信号処理装置は、それぞれ例えばトロリー走
行方向及びクレーン走行方向における振り子運動角を求
める。測定値センサが、持上げ綱索の重心点を通って走
行している垂直の軸の周りを回転対称形に配置されてい
ることは、有利であると分かった。測定する振り子運動
を、負荷方向の直線と垂直軸との間の角度の大きさに制
限することは、測定値センサを牽引方向のみに負荷する
ことを保証する。
【０００９】本発明の測定方法は、綱索引張力を少なく
とも２つの力成分に分解してこれらの力成分を測定し、
力成分の幾何学的配置及び力成分の間の比を評価するこ
とにより、担持綱索の振り子運動角を高い精度で求める
ことを可能にする。振り子運動角を求める際の精度が高
いので、本発明の測定方法及び測定装置は、自動クレー
ン装置における振り子運動補償制御装置のための角度発
生ユニットとして用いることが可能である。有利にはマ
イクロプロセッサとして構成されている計算ユニットを
有する信号処理装置の構成は、付加的に綱索引張力が振
り子運動角及び力成分から求められることが可能である
利点を有する。求められた綱索引張力は、持上げ装置の
過負荷のための入力量として用いることが可能である。
求められた綱索引張力と振り子運動角との組合せから、
振り子運動して懸垂されている負荷の重量を求めること
ができる。
【００１０】負荷を持上げる際に斜め方向での牽引は回
避されなければならない、何故ならば自由となった負荷
が、斜め方向での牽引により、制御されない振り子運動
を行い、人間及び物品が危険にさらされるからである。
牽引力及びずれ角度を同時に検出する本発明の測定方法
により負荷の斜め方向での牽引は検出され阻止されるこ
とが可能である。
【００１１】本測定方法及び測定装置は、振り子運動
角、綱索引張力及び重量を１つの測定単位で選択的に求
めることと、振り子運動補償制御装置のための測定値発
生器として用いることが可能であることとにより、経済
的かつコンパクトな構造のために大きい利点を提供す
る。
【００１２】ドイツ特許出願第２６３９７６２号明細書
から、持上げ綱索の走行路内に配置されている牽引測定
棒を有する持上げ機器のための負荷測定装置が公知であ
ることは確かであるが、しかこの明細書では担持綱索の
振り子運動角を求めるための方法は記載されていない。
更に、負荷が振り子運動する場合に負荷の表示が誤りを
伴う。
【００１３】
【実施例】次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳し
く説明する。図１には、２つの力センサ１を有する持上
げ綱索に取付けられている測定装置が示されている。力
センサ１はそれぞれ端部２により担持関節部材４を介し
て担持部材５に接続されている。担持部材５は、クレー
ン装置における図示されていないトロリーの構成部分で
あることもあり、トロリーには測定装置を介して、滑車
として構成されている持上げ手段１０の綱索端部が作用
する。担持関節部材４はボルト接続体として形成されて
いる。それぞれの蝶番ボルト６は、球状に形成されてい
る孔を有する、力センサ１の上端２に担持部材５のブラ
ケット７を接続している。力センサ１の下端３は共通し
て、ボルト接続体として形成されている別の接続関節部
材１１を介して接続体８に配置されている。接続体８
は、担持部材５への方向に対して反対の方向に向いてい
る端部において別の関節部材９を介して持上げ綱索１０
に接続されている。牽引測定棒として形成されている力
センサ１の負荷方向は直線ｇにより示されている。力セ
ンサ１は、直線ｇが関節部材９の回動中心点Ｍで互いに
交差している。更に、測定値センサ１の位置は直線ｇ
と、重点Ｍを通って垂直に走行している軸ｖとの間の角
度により表すことができる。振り子運動角ａは、垂直軸
ｖから測定した担持綱索１０のずれをしている。
【００１４】図２は測定装置の信号処理の回路装置を示
している。牽引測定棒として形成されている力センサ１
は、それらの抵抗線ひずみゲージ１ａの中に、力に比例
する電圧を発生し、この電圧は電子増幅器１２により増
幅され、サンプルホールド回路１３に供給される。マイ
クロプロセッサとして構成されている計算ユニット１４
はなかんずく標本化時点を制御し、次いで行われる、後
続のアナログ／デジタル変換器１５への保持されている
電圧信号の直列伝送を制御する。アナログ／デジタル変
換器１５は、測定された力信号のデジタル値を計算ユニ
ット１４に供給し、計算ユニット１４はデジタル値を算
術的に処理する。力学から一般に既知の関係を用いて計
算ユニット１４は振り子運動角ａ、綱索の引張力Ｓ及び
重量Ｆを求める。使用例に依存してこれらの値は、例え
ば負荷重量の表示のために、又は振り子運動補償制御の
ための入力量として用いられる。
【００１５】図３に基づいて、マイクロプロセッサとし
て構成されている計算ユニット１３の計算過程を説明す
る。綱索引張力Ｓは、力センサ１により測定され作用線
上を移動された力成分Ｋ1 及びＫ2 と共に閉じている力
学的三角形を形成する。３つの力Ｓ、Ｋ1 及びＫ2 は、
直交座標におけるｘ成分及びｙ成分に分解されて示され
ている。マイクロプロセッサは振り子運動ａを次の三角
関数の関係式から計算する。 tan ａ＝Ｓx ／Ｓy ………（１） 力成分Ｓx 及びＳy は、図３から分かるように平衡関係
を考察することにより、直交座標における力成分Ｋ1x、
Ｋ1y、Ｋ2x及びＫ2yにより次のように表すことができ
る。 Ｓx ＝Ｋ2x−Ｋ1x ………（２） Ｓy ＝Ｋ1y＋Ｋ2y ………（３） 角度ｂ1 及びｂ2 を用いて直交座標における力成分
Ｋ1x、Ｋ1y、Ｋ2x及びＫ2yを測定された力Ｋ1 及びＫ2
により次のように表すことができる。 Ｋ1x＝Ｋ1 sin ｂ1 ………（４） Ｋ1y＝Ｋ1 cos ｂ1 ………（５） Ｋ2x＝Ｋ2 sin ｂ2 ………（６） Ｋ2y＝Ｋ2 cos ｂ2 ………（７） 式（２）〜（７）を用いて式（１）から振り子運動角ａ
を求めるための次の式が得られる。 tan ａ＝（Ｋ2 sin ｂ2 −Ｋ1 sin ｂ1 ）／（Ｋ1 cos ｂ1 ＋Ｋ2 cos ｂ2 ） ………（８） 測定装置の有利な実施例によれば角度ｂ1 及びｂ2 は等
しいと仮定すると次の結果が得られる。 tan ａ＝（Ｋ2 −Ｋ1 ）sin ｂ／（Ｋ1 ＋Ｋ2 ） cosｂ ………（９） 綱索引張力Ｓの値と重力Ｆとは次の式から得られる。 Ｓ＝（Ｓx 2 ＋Ｓy 2 ）1/2 ………（１０） Ｆ＝Ｓ cosａ ………（１１）
【００１６】図４には、３つの力センサ１を有する測定
装置が示されている。力センサ１はそれぞれ１つの担持
関節部材４を介して担持部材５に固定されている。力セ
ンサ１の自由端３は関節部材９で合流している。方向を
明瞭するために本図ではｘ軸、ｙ軸及びｚ軸座標系が示
されている。前の図に示されているｘ軸及びｙ軸座標系
と異なり本図では、ｚ軸方向で走行している垂直軸ｖが
示されている。簡単のために、関節部材４及び９を通っ
て走行している直線ｇと、垂直軸ｖとの間の角ｂと、関
節部材４と垂直ｖとの間の間隔ｃとはｘｙ軸平面の中に
位置して示されている関節部材９には持上げ手段１０が
作用し、これにより同時に綱索引張力Ｓが作用する。本
発明において持上げ手段とは綱索、チェーン又はベルト
等のことである。持上げ手段１０と垂直軸ｖとの間に
は、直交座標成分ａx 及びａy を有する往復角ａが示さ
れている。角度成分ａx は、例えばクレーン走行方向に
おける振り子運動角であり、ａy はトロリー走行方向に
おける振り子運動角である。これらの角度成分ａx 及び
ａy は信号処理装置により、力センサ１の力に比例する
測定信号から求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの力センサを有する測定装置の側面図であ
る。
【図２】信号処理装置のブロック回路図である。
【図３】力が示されている測定装置を概念的に示す側面
図である。
【図４】３つの力センサを有する測定装置を概念的に示
す斜視図である。
【符号の説明】
１ 力センサ １ａ 抵抗線ひずみゲージ ２ 端部 ３ 下端 ４ 担持関節部材 ５ 担持部材 ６ 蝶番ボルト ７ ブラケット ８ 接続体 ９ 関節部材 １０ 持上げ手段 １１ 接続関節部材 １２ 電子増幅器 １３ サンプルホールド回路 １４ 計算ユニット １５ アナログ／デジタル変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｌ 1/22 Ｚ 7617−2Ｆ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 持上げ装置のための荷重が加わる持上げ
    綱索である持上げ手段における測定装置において、持上
    げ装置に配置されている担持部材（５）に少なくとも２
    つの力センサ（１）がそれぞれ１つの担持関節部材
    （４）を介して固定され、力センサ（１）の自由端
    （３）が共通の関節部材（９）を介して互いに接続され
    ていることと、関節部材（９）に持上げ手段（１０）が
    作用することと、力センサ（１）が、力に比例する測定
    信号を伝送するために信号処理装置（１２−１５）に接
    続されていることを特徴とする持上げ手段における測定
    装置。
  2. 【請求項２】 前記関節部材（９）が、前記担持部材
    （４）を接続している平面外に負荷方向で配置されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の持上げ手段におけ
    る測定装置。
  3. 【請求項３】 前記担持部材（４）と、前記関節部材
    （９）の重心点（Ｍ）を通って垂直に走行している軸
    （ｖ）との間の間隔（ｃ）が等しいことを特徴とする請
    求項１又は請求項２に記載の持上げ手段における測定装
    置。
  4. 【請求項４】 間隔（ｃ）が、前記垂直軸（ｖ）と、前
    記担持関節部材（４）及び前記関節部材（９）を通って
    走行している直線（ｇ）とにより挟まれている角（ｂ）
    が３０°であるように選択されていることを特徴とする
    請求項１から３のいずれか１項に記載の持上げ手段にお
    ける測定装置。
  5. 【請求項５】 担持関節部材（４）が力センサ（１）に
    水平面の中で配置されていることを特徴とする請求項１
    から４のいずれか１項に記載の持上げ手段における測定
    装置。
  6. 【請求項６】 前記担持関節部材（４）が、前記軸
    （ｖ）に同心に走行している仮想円の上に一様に分布し
    て配置されていることを特徴とする請求項５に記載の持
    上げ手段における測定装置。
  7. 【請求項７】 ３つの前記力センサ（１）が設けられて
    いることと、前記力センサ（１）の関節部材（４，９）
    が、同一の脚辺を有する三角形底面を有する仮想ピラミ
    ッドの角の点に位置することを特徴とする請求項６に記
    載の持上げ手段における測定装置。
  8. 【請求項８】 前記力センサ（１）が、前記担持部材
    （５）への方向に対して反対の方向に向いている端部に
    より接続関節部材（１１）を介して共通の接続体（３）
    に配置されていることと、接続体（８）が、前記力セン
    サ（１）に対向して位置する側において前記関節部材
    （９）を収容していることを特徴とする請求項１から７
    のいずれか１項に記載の持上げ手段における測定装置。
  9. 【請求項９】 前記力センサ（１）が、抵抗線ひずみゲ
    ージを有する牽引測定棒として形成されていることを特
    徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の持上げ
    手段における測定装置。
  10. 【請求項１０】 力に比例する前記測定信号を増幅する
    少なくとも１つの電子増幅器（１２）と、増幅された前
    記測定信号を保持しかつクロック制御されて出力するサ
    ンプルホールド回路（１３）と、クロック制御されてい
    る測定信号を変換するアナログ／デジタル変換器（１
    ５）と、デジタル測定信号から振り子運動角及び場合に
    応じて綱索引張力及び重力を求める計算ユニット（１
    ４）とを有する信号処理装置（１２−１５）が設けられ
    ていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項
    に記載の持上げ手段における測定装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１から１０に記載の測定装置を
    用いて、持上げ装置のための荷重が加わる持上げ綱索で
    ある持上げ手段における測定方法において、前記関節部
    材（９）に作用し前記担持部材（５）の中に導入される
    綱索引張力（Ｓ）が少なくとも２つの力センサ（１）に
    より測定されることと、前記信号処理装置（１２−１
    ５）により、前記力センサ（１）からの力に比例する測
    定信号と、前記力センサ（１）の相互の幾何学的配置か
    ら前記持上げ手段（１０）の振り子運動角（ａ）、場合
    応じて綱索引張力（Ｓ）及び重力（Ｆ）とが求められる
    ことを特徴とする持上げ手段における測定方法。
  12. 【請求項１２】 前記信号処理装置（１２−１５）が力
    センサ（１）からの信号を増幅し、増幅された測定信号
    は前記サンプルホールド回路（１３）に緩衝記憶され、
    クロック制御されてアナログ／デジタル変換器（１５）
    に供給され、供給された測定信号はアナログ／デジタル
    変換器（１５）により変換され、デジタル測定信号から
    前記計算ユニット（１４）により前記振り子運動角
    （ａ）及び場合に応じて前記綱索引張力（Ｓ）及び重力
    （Ｆ）が求められることを特徴とする請求項１１に記載
    の持上げ手段における測定方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１から１０に記載の測定装置
    を、自動クレーン装置における振り子運動補償制御装置
    のための測定値発生器として用いることを特徴とする測
    定装置の使用方法。
JP3100336A 1990-04-05 1991-04-05 持上げ手段における測定装置及び測定方法 Pending JPH051960A (ja)

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DE4011260.8 1990-04-05
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