(57)【要約】【課題】簡素・安価に、曲がり角度および方位角の検出を可能とする。【解決手段】円柱状軸部材２と、そのＺ軸方向に間隔をおいて定められたａ位置およびｂ位置にそれぞれ設けられた、各一対のＸ軸歪ゲージ１１，１２、１３，１４、および各一対のＹ軸歪ゲージ２１，２２、２３，２４とを備え、Ｘ軸歪ゲージ１１〜１４により、位置ａｂ間における軸部材のＸ軸方向歪εＸを計測し、Ｙ軸歪ゲージ２１〜２４により、位置ａｂ間における軸部材のＹ軸方向歪εＹを計測し、これらＸおよびＹ軸方向歪に基づき、位置ａｂ間における軸部材２がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度θ、その曲がっている方向がＺ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角φをそれぞれ計測する。【選択図】図１
2004028801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のＺ軸とし、Ｚ軸上の所定間隔の２点をそれぞれａ位置およびｂ位置としたとき、
ａ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＸ軸歪ゲージおよび第２のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ａ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＹ軸歪ゲージおよび第２のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＸ軸歪ゲージおよび第４のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＹ軸歪ゲージおよび第４のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
第１〜第４のＸ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＸ軸方向歪を計測し、
第１〜第４のＹ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＹ軸方向歪を計測し、
これらＸ軸方向歪およびＹ軸方向歪に基づき、ａ位置およびｂ位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がＺ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ計測するように構成した、
ことを特徴とする、曲がり角度および方位角度検出装置。
【請求項２】
円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のＺ軸とし、Ｚ軸上の所定間隔の２点をそれぞれａ位置およびｂ位置としたとき、
ａ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＸ軸歪ゲージおよび第２のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ａ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＹ軸歪ゲージおよび第２のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＸ軸歪ゲージおよび第４のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＹ軸歪ゲージおよび第４のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付けてなる検出体を用意し、
この検出体を測定対象の軸部材に同軸的に一体化し、
第１〜第４のＸ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＸ軸方向歪を計測し、
第１〜第４のＹ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＹ軸方向歪を計測し、
これらＸ軸方向歪およびＹ軸方向歪に基づき、ａ位置およびｂ位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がＺ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ求める、
ことを特徴とする、軸状物の曲がり角度および方位角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸状物の曲がり角度および方位角度を検出するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、地中等の視認不可能な場所に、軸状物を挿入等した場合、その一部または全部がどの程度曲がっているのか、およびその曲がっている方向がどうなっているのかを知ることができると非常に便利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主たる課題は、軸状物の曲がり角度および方位角を検出するのに好適な検出装置および方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明の検出装置は、円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のＺ軸とし、Ｚ軸上の所定間隔の２点をそれぞれａ位置およびｂ位置としたとき、
ａ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＸ軸歪ゲージおよび第２のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ａ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＹ軸歪ゲージおよび第２のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＸ軸歪ゲージおよび第４のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＹ軸歪ゲージおよび第４のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
第１〜第４のＸ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＸ軸方向歪を計測し、
第１〜第４のＹ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＹ軸方向歪を計測し、
これらＸ軸方向歪およびＹ軸方向歪に基づき、ａ位置およびｂ位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がＺ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ計測するように構成した、
ことを特徴とするものである。
【０００５】
一方、本発明の検出方法は、円柱状軸部材を有し、
この軸部材の中心線を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のＺ軸とし、Ｚ軸上の所定間隔の２点をそれぞれａ位置およびｂ位置としたとき、
ａ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＸ軸歪ゲージおよび第２のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ａ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＹ軸歪ゲージおよび第２のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＸ軸歪ゲージおよび第４のＸ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付け、
ｂ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＹ軸歪ゲージおよび第４のＹ軸歪ゲージをそれぞれＺ軸方向に沿って取り付けてなる検出体を用意し、
この検出体を測定対象の軸部材に同軸的に一体化し、
第１〜第４のＸ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＸ軸方向歪を計測し、
第１〜第４のＹ軸歪ゲージにより、ａ位置およびｂ位置間における軸部材のＹ軸方向歪を計測し、
これらＸ軸方向歪およびＹ軸方向歪に基づき、ａ位置およびｂ位置間における軸部材がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度、およびその曲がっている方向がＺ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角をそれぞれ求める、
ことを特徴とするものである。
【０００６】
かくして、非常に簡素・安価な構成で、軸状物の曲がり角度および方位角を検出することができるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳説する。
図１および図２は、本発明の検出装置例における検出体１の概要を示している。図中符号２は円柱状軸部材（内部が中実のもののみならず、管のような中空のものも含まれる）を示しており、この軸部材２の所定位置に歪ゲージ（抵抗体）１１〜１４、２１〜２４が取り付けられる。符号Ｘ，Ｙ，Ｚは、互いに直交する三次元座標軸を示している。
【０００８】
より詳細には、軸部材２の中心線をＺ軸とし、Ｚ軸上の所定間隔の２点をそれぞれａ位置およびｂ位置としたとき、ａ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＸ軸歪ゲージ１１および第２のＸ軸歪ゲージ１２がそれぞれＺ軸方向に沿って取り付けられ（すなわち歪ゲージの圧縮・引張り方向がＺ軸方向と平行となるようにする。以下同じ。）、また、ａ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第１のＹ軸歪ゲージ２１および第２のＹ軸歪ゲージ２２がそれぞれＺ軸方向に沿って取り付けられる。
【０００９】
一方、ａ位置に対して所定の間隔Ｌ（当然ではあるがＬ＞０である）をもって設定されたｂ位置においては、ｂ位置を通り且つＸ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＸ軸歪ゲージ１３および第４のＸ軸歪ゲージ１４がそれぞれＺ軸方向に沿って取り付けられ、また、ｂ位置を通り且つＹ軸と平行をなす線が通る外周面上の２箇所の位置に、第３のＹ軸歪ゲージ２３および第４のＹ軸歪ゲージ２４をそれぞれＺ軸方向に沿って取り付ける。かくして、測定対象に取り付けられる検出体１が構成される。
【００１０】
他方、図３にはＸ軸方向の歪を検出するための計測回路例３０を、及び図４にはＹ軸方向の歪を計測するための計測回路例４０をそれぞれ示した。これらの検出回路例３０，４０は、ホイートストンブリッジを利用する周知の形態のものである。すなわち、Ｘ軸歪ゲージおよびＹ軸歪ゲージのそれぞれにおいて、第１〜第４の歪ゲージ１１〜１４（２１〜２４）を直列環状に接続するとともに、第１および第２の歪ゲージ１１，１２（２１，２２）間と、第３および第４の歪ゲージ１３，１４（２３，２４）間に直流電圧を印加し、第１および第４の歪ゲージ１１，１４（２１，２４）間と、第２および第３の歪ゲージ１２，１３（２２，２３）間とから、ａ位置およびｂ位置間におけるＸ軸方向歪εＸまたはＹ軸方向歪εＹと対応する出力を得るというものである。
【００１１】
測定に際しては、検出体１を測定対象に一体化する。測定対象が管体を連結するようなユニット組立式のものである場合には、ユニット相互間に検出体１を連結介在させることができる。また、測定対象が管体である場合には、管体内に（必要に応じてスペーサを用いて管体内に同軸的に）配置固定することができる。一方、検出回路３０，４０は、検出体１とともに測定対象に取り付けることもできるが、測定対象から離れた位置に設置することもできる。
【００１２】
計測回路３０，４０からの出力信号は、例えばコンピュータ等に入力され、下記式に従って曲がり角度θおよび方位角度φが算出される。
θ　＝　（εＸ２＋εＹ２）１／２　　　　・・・（１）
φ　＝　ｔａｎ−１（εＹ／εＸ）　　　・・・（２）
εＸ：ａ位置およびｂ位置間におけるＸ軸方向歪
εＹ：ａ位置およびｂ位置間におけるＹ軸方向歪
【００１３】
かくして、Ｘ軸方向歪εＸおよびＹ軸方向歪εＹに基づき、ａ位置およびｂ位置間における軸部材２がどの程度曲がっているかを表す曲がり角度θ（すなわち、軸部材２が曲がっていない状態として定められる基準状態に対する角度）、およびその曲がっている方向がＺ軸周りの角度でどの方向を向いているかを表す方位角φをそれぞれ求めることができる。なお、図２中に曲がっている方向および軸部材の一部を仮想的に二点鎖線で示している。
【００１４】
そして、以上の説明からも明らかなように、本発明に係る検出装置は、非常に簡素・安価な構成であるにもかかわらず、測定対象の曲がり角度θおよび方位角φを検出するという非常に高度な計測が可能となるものである。また、本発明において測定対象に取り付けられる検出体１は、細長形状を有しているので、例えば、地中等の視認不可能な場所に、掘削軸や管体を挿入等する場合に、その内部に又はその一部として容易に取り付けることができるという利点もある。
【００１５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、非常に簡素・安価な構成で、測定対象の曲がり角度および方位角を検出するという高度な計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検出体を示すＸＺ平面図である。
【図２】本発明に係る検出体を示すＸＹ平面図である。
【図３】Ｘ軸方向歪の計測回路例を示す回路図である。
【図４】Ｙ軸方向歪の計測回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…検出体、２…軸部材、１１〜１４…Ｘ軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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