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変位量計測装置及び落下式衝撃試験装置の変位量計測装置

国内特許コード P04A006891
整理番号 KN000454
掲載日 2005年3月18日
出願番号 特願平11-176942
公開番号 特開2001-004316
登録番号 特許第3243524号
出願日 平成11年6月23日(1999.6.23)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
登録日 平成13年10月26日(2001.10.26)
発明者
  • 峯岸 正勝
  • 熊倉 郁夫
出願人
  • 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
発明の名称 変位量計測装置及び落下式衝撃試験装置の変位量計測装置
従来技術、競合技術の概要 落下式衝撃試験装置は、床面上の供試体に落下する重錘によって衝撃が加えられるか、又は、重錘に取付けられ、重錘と共に落下して床面に衝突して衝撃を受けた供試体の変形量に応じた衝撃エネルギーの算出が主たる目的であるが、その際、重錘が自由落下し、床面上の供試体に接触を開始し、その重錘の衝撃負荷によって、供試体が重錘の衝撃エネルギーを吸収して変形し、遂には、重錘が落下を停止するまでの間における、重錘の所定時間毎の落下量、即ち、変位量と、重錘の加速度(又は供試体に負荷された荷重)とを計測する必要がある。以下に、図8を参照して、落下式衝撃試験装置及びその落下式衝撃試験装置で使用される従来の変位量計測装置について説明する。先ず、落下式衝撃試験装置について説明する。図8Aは、重錘が所定高さ位置に固定されている状態を示し、図8Bは重錘の負荷用金具が供試体に接触を開始した後、重錘が80mm自由落下して供試体を衝撃し、供試体が変形して、重錘の落下が停止した状態を示す。図8A、Bにおいて、Wは重錘で、その両側の直動軸受けBa、Bbを介して、枠体(フレーム)FLの壁Ka、Kbのそれぞれ中央部に、上下に延在する如く取付けられた一対のレールRa、Rbに案内されて、上下に移動し得るように取付けられている。重錘Wの下面には、負荷用金具LKが取付けられており、この負荷用金具LKの供試体TPに衝突する側の形状を種々選択することによって、供試体TPの形状、材質等に応じて、供試体TPに対する衝撃負荷の与え方を種々選択することができる。図示を省略するも、重錘Wと同様の直動軸受けを介して一対のレールRa、Rbに案内されて上下に移動する懸垂部に、重錘Wが懸垂され、その懸垂部はワイヤロープの一端に取付けられ、そのワイヤロープが巻き取り器に巻き取られ、その巻き取り器がモータによって回転駆動され、これによって重錘Wが上下に移動可能とされる。そして、重錘Wの懸垂部による懸垂が解除されると、重錘Wが自由落下するようになされている。又、図8Bに示す如く、後述する変形された供試体TP上にある重錘Wを、懸垂部に懸垂させ、モータによってワイヤロープを巻き取ることによって、重錘Wを元の停止位置まで持ち上げることができる。次に、落下式衝撃試験装置における従来の変位量計測装置を説明する。枠体FL内の床面FL上の壁Kbに近い部分に、重錘Wの下面との間の距離を、所定時間毎に計測する光学式レーザ変位計DMが取付けられる。この光学式レーザ変位計DMの原理については、本発明の実施の形態の具体例の説明ところで、図4を参照して説明する。この光学式レーザ変位計DMは、最大変位量(最長距離)200mmの測定が可能で、測定分解能は0.5mm、応答速度が0.9kHzである。そして、実際には、重錘Wの負荷用金具LKの下面が供試体TPの頂面に接触したときの重錘Wの下面の位置と、図8Bに示す如く重錘Wが落下して供試体TPに衝突して停止したときの重錘Wの下面の位置との間の変位(距離)d間において、変位計DMの重錘の下面との間の距離を、(1/900)sec 毎に計測する。この場合、重錘Wは、供試体TPに対する衝突によって、変形しないものである。次に、図9を参照して、図8における変位計測装置の回路を説明する。この変位計DM(2)による所定時間毎の距離(変位量)を、変位量/信号電圧変換器(コントローラ)4に供給して信号電圧に変換し、その信号電圧をメモリ6内のA/D変換器に供給してデジタル信号電圧に変換した後、メモリ6に記憶する。最大変位量200mmが信号電圧10Vに対応するところから、メモリ6に記憶されたデジタル信号電圧を、コンピュータ7によって、単位電圧当たりの変位量20(mm/V)を計算し、これを比例係数とする。そして、変位計2によって、ある変位量が検出されたら、それに応じた変位量/信号電圧変換器4よりの信号電圧をメモリ6内のA/D変換器によってデジタル化した後、メモリ6に記憶させる。コンピュータ7では、メモリ6より読出されたデジタル信号電圧に比例係数を掛ければ、元の変位量が得られる。又、重錘Wの供試体に対する衝撃負荷に伴うその他の計測器による計測出力も、メモリ6に供給されてデジタル化した後記憶されると共に、その他の計測器の計測出力に基づいて、重錘Wが自由落下して、供試体に接触を開始する時点を検出するが、これらについては、図1の本発明の実施の形態の具体例の変位量計測装置の説明のところで記述するものとし、ここでの説明は省略する。次に、図9の従来の変位計測装置の計測動作を説明する。光学式レーザ変位計2によって、重錘Wとの間の距離(変位量)を所定時間毎に計測し、これを変位量/信号電圧変換器(コントローラ)4によって、信号電圧に変換し、その信号電圧を、メモリ6内のA/D変換器によって、試験条件の重錘Wによる試供体TPに対する衝撃負荷速度を考慮した任意のサンプリング間隔(例えば、10μsec 即ち、クロック周波数で表現すれば、100kHz)で、A/D変換を行いながら、同一時刻のサンプリングデータとして、1チャンネル当たり最大4ワードまで、メモリ6に記憶する。コンピュータ7によって、以下の演算を行い、その演算結果を、表示装置8やプリンタ9に出力する。即ち、メモリ6から読出されたデジタル信号電圧に、単位電圧当たりの変位量20(mm/V)のデジタル値を掛け算して、変位量データを算出し、その各変位量データの隣接するもの同士で差分を算出することによって、重錘Wの所定時間毎の落下距離、即ち、変位量を算出するができる。次に、図6における従来の変位計測装置による経過時間(×10-3sec )に対する変位量の階段状の特性について説明する。図9の従来の変位量計測装置によって計測したデータは、重錘の自由落下によって供試体に負荷を与える衝撃速度の初期値が10m/sec の場合では、光学式レーザ変位計の応答速度が0.9kHz(s-1)であるから、10m÷900s-1=0.0111m/sec =11.1mm/sec となり、11.1mm/sec の間隔に1点の変位量を検出することになる。変位計は次のサンプルで新たな検出を行うまでは、前回検出した値を継続して出力し続ける。メモリ6に記憶される変位データは、メモリ6内のA/D変換器によるサンプリング時間を10μsec {クロック周波数で表すと100kHz(s-1)}とすると、100kHz/0.9kHz=111.1となり、変位計がある時点を検出した後、次の点を検出するまでの継続した出力信号を約111点同一データとしてメモリ6に記憶することとなる。図6から分かるように、変位計の応答速度範囲内(0.9kHz以下)の検出では、分解能が0.5mmであっても、負荷速度の条件が今回の試験の場合の10m/sec では、検出できる測定範囲は11.1mmとなるため、実質の測定精度は、応答速度に制約された11.1mmとなってしまう。試験において、実際に計測される変位データは、大きな変化として重錘が順次効果していくことによる減少傾向の値となるが、細部では不規則に振動しながら変化しており、100点以上の間隔では、その測定結果の中間を補間して利用することに無理がある。又、最大測定量200mmの測定量に対して、11mm程度の分解能で計測することが自体が、実用的ではない。
産業上の利用分野 本発明は変位量計測装置及び落下式衝撃試験装置の変位量計測装置に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 移動体と、該移動体に取付けられ、該移動体の移動方向に対し所定の傾きを有する傾斜面を備えた傾斜ジグと、該傾斜ジグの移動に伴う上記傾斜面との間の距離を所定時間毎に計測する光学式レーザ変位計と、上記移動体のある点から他の点への移動に伴って、上記光学式レーザ変位計によって計測された、上記所定時間毎の上記傾斜面との間の各隣接する距離の差分を算出し、該各差分に、上記傾斜面の上記所定の傾きに応じた比例係数を掛けて、上記移動体の上記所定時間毎の変位量を算出する演算手段とを有することを特徴とする変位量計測装置。
【請求項2】 自由落下の可能な重錘と、床面上に位置する(又は上記重錘に取付けられた)供試体と、上記重錘に取付けられ、該重錘の落下方向に対し所定の傾きを有する傾斜面を備える傾斜ジグと、該傾斜ジグの移動に伴う上記傾斜面との間の距離を所定時間毎に計測する光学式レーザ変位計と、上記重錘のある点から他の点への移動に伴って、上記光学式レーザ変位計によって計測された、上記所定時間毎の上記傾斜面との間の各隣接する距離の差分を算出し、該各差分に、上記傾斜面の上記所定の傾きに応じた比例係数を掛けて、上記重錘の上記所定時間毎の変位量を算出する演算手段とを有することを特徴とする落下式衝撃試験装置の変位量計測装置。
【請求項3】 移動体と、該移動体に取付けられ、該移動体の移動方向に対し所定の傾きを有する傾斜面及び上記移動体の移動方向と平行な平面を備える傾斜ジグと、該傾斜ジグの移動に伴う上記傾斜面との間の距離を所定時間毎に計測する第1の光学式レーザ変位計と、上記傾斜ジグの移動に伴う上記平面との間の距離を上記所定時間毎に計測する第2の光学式レーザ変位計と、上記移動体のある点から他の点への移動に伴って、上記第2の光学式レーザ変位計によって計測された、上記所定時間毎の上記平面との間の各距離と、該各距離にそれぞれ対応する、上記第1の光学式レーザ変位計によって計測された、上記所定時間毎の上記傾斜面との間の各距離との間の差を算出し、該各差の隣接するもの同士の差分を算出し、該各差分に、上記傾斜面の上記所定の傾きに応じた比例係数を掛けて、上記移動体の上記所定時間毎の変位量を算出する演算手段とを有することを特徴とする変位量計測装置。
【請求項4】 自由落下の可能な重錘と、床面上に位置する(又は上記重錘に取付けられた)供試体と、上記重錘に取付けられ、該重錘の落下方向に対し所定の傾きを有する傾斜面及び上記重錘の移動方向と平行な平面を備える傾斜ジグと、該傾斜ジグの移動に伴う上記傾斜面との間の距離を所定時間毎に計測する第1の光学式レーザ変位計と、上記傾斜ジグの移動に伴う上記平面との間の距離を上記所定時間毎に計測する第2の光学式レーザ変位計と、上記重錘のある点から他の点への移動に伴って、上記第2の光学式レーザ変位計によって計測された、上記所定時間毎の上記平面との間の各距離と、該各距離とそれぞれ対応する、上記第1の光学式レーザ変位計によって計測された、上記所定時間毎の上記傾斜面との間の各距離との間の差を算出し、該各差の隣接するもの同士の差分を算出し、該各差分に、上記傾斜面の上記所定の傾きに応じた比例係数を掛けて、上記重錘の上記所定時間毎の変位量を算出する演算手段とを有することを特徴とする落下式衝撃試験装置の変位量計測装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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