JPH0658225B2 - 鉛直度検出方法とその検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉛直に立設された支柱等の鉛直度、特に、立設
された支柱等が移動したり、揺動したりする場合におい
ても当該支柱等の鉛直度を迅速かつ正確に検出すること
ができるようにした鉛直度検出器に関するものである。

〔従来の技術〕

いわゆる鉛直度の検出方法及びそのための検出器に様々
な構造のものがある。

例えば、検出対象が固定された静定的なものであれば、
糸等に重錘を吊下しただけで十分に鉛直度を検出するこ
とができる。

しかし乍ら、検出対象が動的なもの、例えば、移動体の
ような場合、その鉛直度を静定時とほぼ同等で、かつ、
定量的に検出することは、相当な技術的困難を伴う。そ
れゆえ、動的対象に適用できる鉛直度検出器は構造も複
雑で価格もきわめて高価であるという問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、立設された支柱等であってそれが移動したり
揺動したりする動的な対象に取付けても、その鉛直度を
静定的かつ定量的に迅速かつ正確に検出することができ
る検出方法、並びに、この検出性能を有し乍らも至って
簡潔な構造で、低コストに作製することができる鉛直度
検出器を開発することを、その課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためになされた本発明において、そ
の方法の構成は、平面上の全方向において自由に揺動で
きかつ吊下支持点にバネ力を上向きに作用させてフリク
シヨンを軽減させた状態で鉛直軸に沿った向きの基準部
材に吊下した重錘が自由揺動するとき、この揺動状態
を、前記重錘の揺動方向における少なくとも前後，左右
に配置した電気的，磁気的，光学的のいずれかの非接触
検出手段によりパルス信号列として検出し、この検出パ
ルス信号列を解析することにより、前記基準部材の鉛直
軸に対する傾きを検出することを主な特徴とするもので
あり、また、検出器の構成は、縦向きにした筒状本体を
基準部材とし、その内部に、吊下支持体を介在させ、か
つ、吊下支持点にフリクシヨン軽減を目的としたスプリ
ングを介在させ平面上の全方向において自由に揺動でき
るようにした重錘を吊下すると共に、前記重錘の揺動方
向において当該重錘の揺動をパルス信号列におけるパル
ス幅として電気的又は磁気的若しくは光学的に検出する
非接触検出手段を、少なくとも前記重錘の揺動方向にお
ける前後及び左右に設けたことを主な特徴とするもので
ある。

〔作用〕

平面上の少なくとも交叉方向において自由揺動できるよ
うに、筒状本体のような基準部材に吊下された重錘は、
その本体が鉛直軸に対しいずれかの方向に傾くと自由に
揺動し始め、この自由揺動が継続して振動状態となる。

この振動状態を、吊下した重錘の揺動方向において配設
した非接触検出手段により例えば電気信号で検出し、こ
の検出信号を解析することにより、筒状本体の傾きの方
向とその程度とを検出する。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図に拠り説明する。

第１図は本発明検出器の一例における検出器本体の縦断
面図、第２図は同じく検出手段の配設例を示す平面図、
第３図(a)は鉛直状態における吊杆，重錘と検出手段の
関係の一例を示す模式図、第３図(b)は第３図(a)の状態
における検出手段の出力波形の一例を示す波形図、第４
図(a)は傾いた状態における吊杆，重錘と検出手段の関
係の一例を示す模式図、第４図(b)は第４図(a)の状態に
おける検出手段の出力波形の一例を示す波形図、 第５図は検出出力の処理部の一例の機能ブロック図、第
６図は本発明検出器を垂直な軸の傾を補正する機構に組
込んだ例の斜視図、第７図は第６図の機構における本発
明検出器の各検出手段とモータとの関係を示すブロック
図である。

第１図に於て、１は本発明検出器における基準部材とな
る筒状本体、２はこの本体１の天蓋部材で、中央部にテ
ーパ穴が受座３として形成されている。受座３はテーパ
穴以外の形状、例えば、凹球面を有する穴でもよい。

４は上記受座３に載架支持させる下半側が球面状部4aに
形成された吊杆５の支持部材であり、而して、吊杆５は
重錘６の吊下支持体であり、その上部が上記支持部材４
の中央に形成した孔4bをゆるく貫通させられ、コイルバ
ネ5aが吊杆５の上端面に取付けたバネ止め用のナット5b
と上記受座３を囲む天蓋部材２との間に設けられてい
る。前記バネ5aは重錘６によるフリクシヨンを軽減する
ために設けたものである。

上記吊杆５の下半側は、ここでは筒状本体１の下端から
突出する程度の長さに整えられ、中間より上部に重錘６
が上，下位置調整自在に取付けられている。

上，下位置調整は、例えば、吊杆５と重錘６とに雌雄ネ
ジを切ること、或は、重錘６を吊杆５に摺動可能に取付
け、これを止めネジ等で止めることなどによって行う。
ここで、重錘６の位置は、その揺動乃至は振動周波数を
調整したら固定する。尚、重錘６は吊杆５の上部側、つ
まり、支持点の近傍に位置付けると振動周波数が高くな
るので、傾きの検出精度が高まる。

以上の各部材１〜６の構成によって、重錘６は筒状本体
１の内部において、その受座３と支持部材４の当接面の
作用により、平面上のあらゆる方向に揺動可能に吊杆５
に吊下支持される。

本発明において、重錘６を平面内で自由に揺動ないしは
振動させるための機構は、上記例の構造に限られるもの
ではなく、他の任意の構造をとることが出来る。

重錘６は、自由揺動可能に支持されているため、基準部
材としての筒状本体１が少し傾くと、揺動が起こりそれ
が持続する。つまり、振動することとなる。ここで、揺
動始めを検出すれば、傾きの発生を検出特定することが
できる。

しかし乍ら、例えば重錘６が前後方向で揺動し始め、こ
れが継続して振動状態になると、この振動が前後の検出
手段に検出されて、筒状本体１の傾きがいずれの側に生
じたのか、或は、傾きの度合はどの程度かといったこと
が検出，判別し難くなる。

本発明ではこのような状態においても、迅速且つ正確に
傾きの有無や傾きの方向、或は、傾き度合を、簡単な構
造で検出できるようにした。以下、この部の構成につい
て説明をする。

７は上記吊杆５の下端に取付けた平板状の光遮蔽板で、
ここでは平面矩形に形成されている。８，９，10,11は
上記遮蔽板７の各辺上においてこの板を上下から挟む態
様で基準部材である筒状本体１の下端に取付けて配設し
た、例えば、フォトインタラプタによる非接触検出手段
である。光遮蔽板７と検出手段８〜11は、吊杆５のでき
るだけ下端側に設けることが望ましい。小さな傾きでも
感度よく検出するためである。

而して、上記の各検出手段８〜11は、筒状本体１が鉛
直、つまり、本体１と吊杆５とが共に鉛直な姿勢にある
ときは、いずれの検出手段８〜11も信号を生じないが、
一例として、筒状本体１が左側に傾くと、検出手段10の
フォトインタラプタの受光側に信号が生じるようになっ
ている。また、筒状本体１が各検出手段８〜11の中間
側、つまり、傾めに傾くと、対応する側の２つの検出手
段に信号が発生する。

従って、いま、遮蔽板７と各検出手段８〜11の関係を平
面から見て第２図に示すように位置付けたとすると、検
出手段８の出力は基準部材たる筒状本体１の右傾を、検
出手段９の出力は前記本体１の前傾（向う側への傾き）
を、検出手段10の出力は前記本体１の左傾を、検出手段
10の出力は前記本体１の後傾（手前側への傾き）を、そ
れぞれ示すことになる。また、検出手段８，９、又は、
同９，10、若しくは、同11、８の、夫々の同時出力は、
それぞれ筒状本体１が前後、或は、左右において斜めに
傾いていることを示すこととなる。

この結果、上記各検出手段８〜11のいずれから最初の出
力が得られるかということを検出すれば、筒状本体１が
鉛直軸に対し当初いずれの方向に傾いたことを知ること
ができるので、本発明検出器は、この機能だけでも鉛直
度検出器として使用することができる。

上記例において、対向する非接触検出手段８と同10、同
じく非接触検出手段９と同11は、遮蔽板７に対し、鉛直
時を除いて、つまり、少しでも筒状本体１に傾きが生じ
ると、直ちにその旨の信号を検出するように位置決めし
て設けるよりは、筒状本体１に多少の傾き、例えば、１
度前後といった小角度の傾きでは、それを検出すること
がない、即ち、不感帯を有するように位置決め設定する
ことが望ましい。

これは傾きに対し余り感度を鋭くすると、検出手段出力
がいわゆるチャタリングを起し、却って、傾きの検出が
しにくくなるからである。

しかし乍ら、本発明は、移動したり静定状態から傾いた
りする対象に取付けて、当該対象の鉛直度を迅速且つ正
確に検出することを目的としているので、以下にこの目
的に対応した構成について説明する。

而して、上記で説明した鉛直度検出器は、それを取付け
た対象が移動したり傾いたりすると、重錘６を取付けた
吊杆５は、自由揺動可能にその取付部材４が受座３に載
架支持されているため、対象の移動等に起因する吊杆５
の揺動が振動状態となって継続することとなる。

ここで、準備部材の筒状本体１に鉛直軸に対する傾きが
なければ（第３図(a)参照）、重錘の振動により、例え
ば、検出手段８，10に検出される信号は、第３図(b)か
ら明らかなように、略同等の出力値である。

しかし乍ら、吊杆５の揺動が、基準部材の筒状本体１が
鉛直軸に対して傾いた状態（第４図(a)参照）において
つづくと、その揺動に沿った方向に位置する検出手段、
例えば、検出手段８と10とに得られる検出出力は、第４
図(b)から明らかなように異ったものとなる。

そこで、本発明では、一例として上記検出手段８又は10
から出力が得られる時間を計測してこれを比較したり、
或は、検出手段８，10の検出出力をパルス信号で取出す
ようにしておき、両出力を比較することにより、上記例
の場合、対象がいずれの検出手段８，10に関してより傾
いているか、つまり、傾きの方向を検出すると共に、検
出手段８の単位時間における出力（波形の面積やパルス
数）を計測演算して傾き度合を検出するようにした。

次に、本発明では、重錘が振動状態にあるときでも、傾
き検出の不感帯を、次のように設定することができる。

即ち、重錘６は筒状本体１が鉛直軸に対し傾いていない
場合でも、筒状本体１の取付対象の挙動によって自由に
揺動をすることがあるが、この場合、その揺動の前後に
配設された検出手段８，10、又は、同９，11は、ほぼ均
等な検出出力を供給する。

従って、対となる検出手段８，10、又は、同９，11の検
出出力の差を常時みておき、偏差ゼロ（又は予め設定し
た所定偏差内）では、筒状本体１に傾きはないとする中
立帯乃至は不感帯とし、対の検出手段の出力に偏差が検
出されたとき、その向きにおいて傾きがあると判断する
ようにするのである。尚、検出手段８〜11の一例として
設けたフォトインタラプタが、その発光部がパルス光を
受光側へ照射するタイプのものでは、検出出力はパルス
出力で得られる。このような検出手段では、発光部の発
光周波数を変調することにより検出感度、或は、検出精
度を任意に調整することができる。

上記のような出力を得る非接触検出手段としては、磁気
エンコーダのような構造のものであってもよい。

第５図は上記検出手段８〜11の出力信号の処理部の一例
を示す機能ブロック図である。

第５図に於て、12〜15は各検出手段８〜11に接続された
検出回路で、例えば、各検出手段において出力8s〜11s
のある時間をクロックパルスで計測する回路、又は、検
出手段出力のパルス数を計数するカウンタ回路により形
成されている。16〜19は、各検出手段８〜11において同
時に２つの検出手段が出力する場合において、両検出手
段の検出回路12〜15の出力を加算する加算検出回路で、
２つの検出手段からの入力がなければ作動しないゲート
（図示せず）を具備している。

20〜23は、上記の各検出回路12〜15、16〜19において、
対応関係にある検出手段８〜11の検出出力同士を比較す
る比較回路で、例えば、各検出回路12〜15、又は、加算
検出回路16〜19の検出数値の差を演算する。この演算値
は、それぞれ次の出力回路24〜27において角度を示す信
号に変換されて次に出力される。

本発明において、各検出手段８〜11の出力を処理する方
法は上記例に限られるものではないが、いずれの方法を
とっても、処理部における出力回路24〜27の出力は同様
にする。

上記に説明したような本発明による鉛直度検出器(VS)
は、第６図に示すような支柱28の上端に形成された平面
Ｘ，Ｙ軸方向で首振自在に取付けられた垂直向きの旋回
軸29に同軸的に装着されて、この軸を支柱28の傾斜に拘
たず常に鉛直に保持するための機構に応用されるので、
以下、第６図により、第５図に示した処理部の出力回路
24〜27の出力と、第６図の機構との関係について説明す
る。

而して、第６図に於ては、支柱28の上端に、軸受状の第
一取付台30が設けられていると共に、この取付台30の水
平な軸30aに軸受状の第２取付台31が架設されている。

第２取付台31には前記軸30aに直交する水平な軸31aが設
けられ、この軸31aに旋回軸29を立設した旋回軸台29aが
取付けられている。上記軸30a,31aにはそれぞれギアド
モータ30bと31bとが連結され、これらのモータ30b,31b
の正，逆転によって、旋回軸台29aは、Ｘ，Ｙ平面上に
おいて、前後，左右、それらの中間における任意の方向
に自由に首を振ることができるようにされている。

いま、支柱28と旋回軸29とが同一鉛直軸上にあるとき
を、取付台30,31の定常位置とするとき、支柱28が何ら
かの原因で傾くと、軸29も同じ角度に傾くこととなる。

この傾きは、旋回軸29に内装された本発明検出器VSの検
出手段８〜11のいずれか一つ又は二つによって検出さ
れ、第５図に示し検出信号の処理部において出力回路24
〜27のいずれかの出力としてモータ30又は31の駆動制御
回路（第７図参照）に供給され、当該モータ30,31を正
転又は逆転させ、旋回軸29を鉛直に矯正する。ここでは
説明の便宜上、モータ30,31の正転を時計方向、逆転を
反時計方向とする。この点について第７図により説明す
る。

第５図の検出信号の処理部の出力回路24は、検出手段
８，10の出力に基づいてモータ30の正転及び逆転信号を
出力する。同じく出力回路25は検出手段９，11の出力に
よってモータ31の正転及び逆転信号を出力する。

一方、出力回路26は、検出手段８，11と同９，10の出力
によって、モータ30,31の正転及び逆転信号を出力す
る。同じく、出力回路27は検出手段８，９と同10,11の
出力によって、モータ30,31の正転及び逆転信号を出力
するようにされているものとする。

尚、出力回路26,27におけるモータ30,31に対する回転方
向の信号の組合せは、上記例以外にも組合せ方はある
が、ここでは省略する。

第７図において、32,33はそれぞれモータ30,31の制御回
路で、それぞれにモータ30,31に対する正転指令回路32
a,33aと逆転指令回路32bと33b、並びに、駆動部32c,33c
を主体にして形成されている。

上記構成によって本発明の鉛直度検出器VSにおける各検
出手段８〜11に得られる信号により、当該検出器VSを含
む旋回軸29を常に鉛直に矯正するためのモータ30,31の
駆動制御信号を得られるのである。

以上の説明から明らかなように、本発明では各検出手段
８〜11に得られる検出信号によって基準部材の鉛直軸に
対する傾きを定量的に検出できるから、この検出信号に
基いて基準部材の傾きを矯正することができ、従って、
自動車に架装されたフリー旋回アームを有する荷重取扱
装置の前記旋回軸や自動車等に架装されたパラボラアン
テナの旋回軸の傾きの有無の検出と傾いている場合の矯
正、或は、測定装置等の定盤におけるアジャスタ脚や貨
物トラック，作業用トラックにおけるアウトリーガの進
出量を調整するための信号を容易に得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上の通りであって、筒状本体等の基準部材に
吊下げて組込んだ重錘を、その基準部材のあらゆる方向
への傾きによって生じる揺動を振動に変え、この振動状
態を少なくとも４個の非接触検出手段によって検出する
ので、傾きに即応した振動状態を取出すことができると
共に、取出した検出出力を解析して、基準部材の傾きに
ついて、傾きの有無，その方向，程度を迅速かつ正確に
検出することができる。

従って、本発明方法並びにその検出器は、それを取付け
た対象が移動したり揺動したりするものであっても、そ
の移動，揺動に拘らず、対象の鉛直度を容易に、しか
も、正確かつ迅速に検出することができるので、適用で
きる対象が広範である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明検出器の一例における検出器本体の縦断
面図、第２図は同じく検出手段の配設例を示す平面図、
第３図(a)は鉛直状態における吊杆，重錘と検出手段の
関係の一例を示す模式図、第３図(b)は第３図(a)の状態
における検出手段の出力波形の一例を示す波形図、第４
図(a)は傾いた状態における吊杆，重錘と検出手段の関
係の一例を示す模式図、第４図(b)は第４図(a)の状態に
おける検出手段の出力波形の一例を示す波形図、 第５図は検出出力の処理部の一例の機能ブロック図、第
６図は本発明検出器を垂直な軸の傾を補正する機構に組
込んだ例の斜視図、第７図は第６図の機構における本発
明検出器の各検出手段とモータとの関係を示すブロック
図である。 １…筒状本体、２…天蓋部材、３…受座、４…支持部
材、５…吊杆、６…重錘、７…光遮蔽板、８〜11…非接
触検出手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面上の全方向において自由に揺動できか
   つ吊下支持点にバネ力を上向きに作用させてフリクシヨ
   ンを軽減させた状態で鉛直軸に沿った向きの基準部材に
   吊下した重錘が自由揺動するとき、この揺動状態を、前
   記重錘の揺動方向における少なくとも前後，左右に配置
   した電気的，磁気的，光学的のいずれかの非接触検出手
   段によりパルス信号列として検出し、この検出パルス信
   号列を解析することにより、前記基準部材の鉛直軸に対
   する傾きを検出することを特徴とする鉛直度検出方法。
2. 【請求項２】各検出手段から得られるパルス信号列の解
   析は、重錘の揺動方向において対向する各パルス信号の
   大きさを比較することにより行う特許請求の範囲第１項
   に記載した鉛直度検出方法。
3. 【請求項３】検出パルス信号列の解析は、基準部材の鉛
   直軸に対する傾きの有無、傾きの方向、並びに、傾きの
   度合についてなされる特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の検出方法。
4. 【請求項４】検出パルス信号列の解析は、重錘の揺動方
   向における検出パルス信号列のパルス幅がほぼ同じであ
   るとき、基準部材に鉛直軸に対する傾きはないと判断
   し、検出パルス信号列のパルス幅に偏差があるときは傾
   きがあると判断する特許請求の範囲第１項〜第３項のい
   ずれかに記載の鉛直度検出方法。
5. 【請求項５】縦向きにした筒状本体を基準部材とし、そ
   の内部に、吊下支持体を介在させ、かつ、吊下支持点に
   フリクシヨン軽減を目的としたスプリングを介在させ平
   面上の全方向において自由に揺動できるようにした重錘
   を吊下すると共に、前記重錘の揺動方向において当該重
   錘の揺動をパルス信号列におけるパルス幅として電気的
   又は磁気的若しくは光学的に検出する非接触検出手段
   を、少なくとも前記重錘の揺動方向における前後及び左
   右に設けたことを特徴とする鉛直度検出器。
6. 【請求項６】重錘の吊下は、重錘の揺動周波数を高め且
   つその周波数を調整するため、吊下支持点の近傍に位置
   付け且つ上下位置調整可能にすると共に、検出手段は検
   出感度を上げるため、吊下支持点から離れた吊下支持体
   の下端近くの位置に設けた特許請求の範囲第５項に記載
   した鉛直度検出器。
7. 【請求項７】重錘がほぼ鉛直な向きに静定していると
   き、又は、鉛直軸に対し前後乃至は左右に偏ることなく
   揺動するときは、各検出手段に出力が生じないか、又
   は、揺動方向で対向した検出手段の出力を相殺した不感
   帯を設定するようにした特許請求の範囲第５項又は第６
   項に記載した鉛直度検出器。