(57)【要約】  本発明は、巨大構造物の質量中心および質量を測定する方法と、持上装置に関する。本方法によると、持上装置は少なくとも二つの懸架装置を備える。懸架装置はそれぞれ、ケーブル要素と、測定する物体を取り付けるための懸架位置とを備える。本方法は、次のステップを備える。a)持上装置(1)の少なくとも二つの懸架位置(5,5’,5’’)に接続され、少なくとも二つの異なる対象物位置で、対象物(2)をつり下げ；(b) 少なくとも二つの異なる空間位置に、対象物(2)を配置し；(c) 空間位置毎に、対象物(2)の幾何学的配置を測定し；(d) 空間位置毎に、つり下げられた対象物（２）により前記懸架装置(3,3’,3’’)上に作用する力を測定し；(e) 空間位置毎に、対象物の平面的な重心およびこれに対応する力作用線(2)を測定し；(f) 少なくとも二つの力作用線を重ね合わせることによって、空間的質量中心(20)を測定する。【選択図】図１
2010523991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
持上装置によって、対象物の空間的質量中心および質量を測定する方法であって、
前記持上装置は、少なくとも二つの異なる懸架装置を備え、
前記懸架装置はそれぞれ、一つのケーブル要素と、前記対象物に接続するための一つの懸架位置と、を備え、
ａ）前記持上装置（１）の少なくとも二つの前記懸架位置（５、５’、５’ ’）に接続され、少なくとも二つの異なる対象物の位置で、前記対象物（２）をつり下げるステップと、
ｂ）少なくとも二つの異なる空間位置に、前記対象物（２）を配置するステップと、
ｃ）空間位置毎に、前記対象物（２）の幾何学的配置を測定するステップと、
ｄ）空間位置毎に、つり下げられた前記対象物（２）により前記懸架装置（３、３’、３’ ’）上に作用する力を測定するステップと、
ｅ）空間位置毎に、前記対象物の平面的な重心およびこれに対応する力作用線（２）を測定するステップと、
ｆ）少なくとも二つの前記力作用線を重ね合わせることによって、前記空間的質量中心（２０）を測定するステップと、
を備えたことを特徴とする方法
【請求項２】
さらに、測定データ評価ユニット（９）を備え、
前記データ評価ユニット（９）が、測定値の格納、処理、および評価の少なくとも一つまたは全部を確率論的に行い、前記平面的な重心および前記質量中心（２０）を測定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記測定値が、ケーブルを用いずに、前記データ評価ユニット（９）へ伝達されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記測定値が、無線によって前記データ評価ユニット（９）へ伝達されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記対象物（２）が、前記懸架装置（３、３’、３’ ’）にカルダン的につり下げられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）が、前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）の傾斜位置を測定するための傾斜センサーを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）が別々に駆動し、前記ケーブル要素（４、４’４’ ’）の長さが可変であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ケーブル要素の長さの比率を互いに変化させることによって、さまざまな前記対象物（２）の空間的な幾何学的配置が生じることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記対象物（２）の幾何学的配置が、前記対象物に取り付けた少なくとも一つの傾斜センサー（６）によって、測定されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）または支持装置で、それぞれに少なくとも一つの力センサー（７、７’、７’ ’）が、個々の前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）上に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）に作用する力が、集積力センサー（７、７’ 、７’ ’）を備えたロードシャックルによって測定される請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）に作用する力がそれぞれ、垂直および水平の力成分に分解されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）に作用する力がそれぞれ、三つの独立した力成分に分解されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）の傾斜張力の補正の支援で、それぞれの空間位置における前記平面的な重心を測定することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記持上装置は、全体として少なくとも二つの前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）を有する少なくとも一つのクレーンまたはクレーンユニットを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
先立って本体重量を測定しておくことによって、前記対象物（２）の質量中心を測定する間、前記持上装置（１）自体の質量の少なくとも一部が既知であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
一つのケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）および一つの懸架位置（５、５’ 、５’ ’）  をそれぞれに有する少なくとも二つの懸架装置（３、３’ 、３’ ’）を備え、前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）は、ケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）により前記持上装置（１）に接続され、前記ケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）は、それぞれ別々に駆動し、自由つり下げできる前記持上装置（１）において、
前記ケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）は、それぞれ自由つり下げ長さ備え、
それぞれの前記ケーブル要素の前記自由つり下げ長さは、可変であり、
データ評価ユニット（９）を備え、
前記データ評価ユニット（９）が、つり下げられた対象物（２）の空間位置および幾何学的配置の双方または一方を測定するセンサー（６、７、８）に接続されていることを特徴とする持上装置（１）。
【請求項１８】
前記持上装置（１）の前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）が、ケーブルの傾斜を測定する傾斜センサー（８、８’ 、８’ ’）およびケーブルの力を測定する力センサー（７、７’ 、７’ ’）の少なくとも一方または双方を備えたことを特徴する請求項１７記載の持上装置。
【請求項１９】
前記データ評価ユニット（９）が、少なくとも一つのさらなる傾斜センサー（６）に接続され、前記傾斜センサー（６）が、前記持上装置（１）につり下げられる前記対象物（２）に取り付けられていることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の持上装置。
【請求項２０】
少なくとも一つのセンサーが、無線により前記データ評価ユニット（９）と通信することを特徴とする請求項１７から請求項１９に記載の持上装置。
【請求項２１】
持上装置によって、少なくとも対象物の空間的質量中心および質量を測定する方法であって、
前記持上装置は少なくとも二つの異なる支持装置を備え、
前記支持装置はそれぞれ、対象物を取り付けるための一つの支持位置を備え、
ａ）前記持上装置（１）の少なくとも二つの支持位置（５、５’ 、５’ ’）に接続され、少なくとも二つの異なる対象物位置で、前記対象物（２）を置くステップと、
ｂ）少なくとも二つの異なる空間位置に、前記対象物（２）を配置するステップと
ｃ）空間位置毎に、前記対象物（２）の幾何学的配置を測定するステップと、
d）空間位置毎に、支持された前記対象物（２）により支持装置（３、３’ 、３’ ’）に作用する力を測定するステップと、
ｅ）空間位置毎に、前記対象物の平面的な重心およびこれに対応する力作用線（２）を測定するステップと、
f）少なくとも二つの前記力作用線を重ね合わせることによって、前記空間的質量中心（２０）を測定するステップと、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２２】
一つの支持位置をそれぞれに有する少なくとも二つの異なる支持装置を備え、
前記支持装置はそれぞれ、別々に駆動することができる持上装置において、
前記支持装置はそれぞれ、一つの自由に立設できる長さを備え、
それぞれの前記異なる支持装置の前記自由に立設できる長さは、可変であり、
データ評価ユニット（９）を備え、
前記データ評価ユニット（９）は、支持された対象物の空間位置および幾何学的配置の少なくとも一方または双方を測定するセンサー（６、７、８）に接続されていることを特徴とする持上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、持上装置(hoisting device、巻上装置、つり上げ装置、昇降装置)により、空間的な質量中心(spatial centre of mass)または重心、および、対象物(object、物体、目的物)の質量または重量を測定する方法に関する。一般に質量と重量は比例関係にあるので質量中心と重心とは等しい。
【背景技術】
【０００２】
小さいサイズで低重量の対象物では、空間的な質量中心を測定するために、特別な装置を利用できる。これらは、とりわけ、航空機や自動車の製造において用いられる。しかしながら、測定するそれぞれの構成部品のために特別に製造される持上装置を備えた秤量台(weighing platform)は、複雑である。加えて、このタイプの利用可能なすべての秤量システムは、ただ単に、小さいものから平均的なサイズと重量の対象物を対象にしているにすぎない。
【０００３】
とりわけ、例えば鉄鋼業や造船業のように、巨大構造物(large structure)の製造に関連する分野では、製造する構造ユニットの重量の測定および空間的な質量中心の試験的測定を、ほとんど行うことができない。重量および重量分配が、特徴のある対象物の特性において重要な役割となる軍隊や海洋に関連する物を製造するような専門分野では、複雑な重量および質量中心の管理が実施される。サプライヤーの設計書(specification、使用書)から推測をしたり、または度量衡的(metrologically)な測定をしながら、材料のデータおよび寸法を参照して、理論的に個々の重量およびその重量分配に関する情報を測定する。得られたデータの完全性および安定性は疑わしく、また、溶接線、防熱性(insulation、防音性)、防腐剤のコーティング、材料の耐性といった、全ての材料および調整(fitting、取付、付属品)の定量化の問題は、解決が難しい。
【０００４】
文献ＷＯ９２／２２４５８Ａ１では、対象物の空間的な質量中心および質量を、持上装置によって測定する方法が開示されている。対象物が多数のケーブルウィンチによって、所定の位置に持ち上げられる。いったん所定位置に持ち上げられると、ケーブルウィンチの間隔によって、全質量および質量中心の双方が測定される。このタイプの方法の不都合な点は、持上装置が非常に特別な設計であり、質量中心の計算が不十分になり得ることである。
【０００５】
同様に、文献ＷＯ９２／２２４５８に開示された最新の技術では、大きな対象物の質量を測定するために、対象物がブロックの上に配置される。これは、構造ユニットおよび構造的な部分を置くために一般的に用いられている。商用の力センサーを統一化することによって、かなり複雑な運転順序なしで、対象物の重量の測定をする。同じシステムでは、鉄構造の巨大構造物の質量中心が、少なくとも二次元で測定される。さらに、単純なクレーンに基づく方法や、また固定秤(stationary scales)が存在するが、必ずしも巨大構造物の要求を満たすものではなく、二次元だけで質量中心を測定することができる。
【０００６】
本方法の目的は、工業用クレーンユニットまたは持上装置により、あらゆるサイズの対象物(bodies)の空間的な質量中心および重量を測定することにある。許容できる測定対象物の重量およびその最大寸法は、単に利用できる持上装置の性能によって制限される。この方法は、産業的に適し、拡張でき、そしてユーザーフレンドリーであり、また、広範囲にわたって自動的に作動する。
【０００７】
この目的は、主請求項の方法および請求項１８の持上装置によって達成される。
【０００８】
本発明に係る方法は、持上装置が少なくとも二つの、好ましくは三つ以上の異なる懸架装置(suspension device)を備え、懸架装置がそれぞれ、一つの懸架位置(suspension point、懸架点)および一つのケーブル要素（cable element）を備えることによって、対象物の質量中心および対象物の重量を測定している。第一ステップでは、少なくとも二つの異なる対象物の位置(object point、対象物点)で、持上装置の懸架装置に接続され、対象物が対象物の位置で懸架される。懸架された状態で、空間における少なくとも二つの異なる対象物の空間位置(spatial position、空間的位置)が測定される。それぞれの対象物の空間位置で、空間位置における対象物の幾何学的配置(orientation、方位、方向）および懸架位置で作用する懸架された対象物の力が測定される。それぞれの空間位置で、対象物の平面的な重心(centre of area、面積の中心、領域の中心、エリアの中心)が得られる。つまり、二座標で質量中心が測定される。結果として、質量中心に対応する平面的な重心は、未測定の座標がある。それゆえ、平面的な重心とは、実際には、測定時に地上に対して鉛直に配置された固有の対象物座標系において直線であり、しばしば力作用線(force effect line)と称される。本発明の意味において、異なる空間的位置は、それらが、垂直軸周りの回転、並進運動、そしてこれらの組み合わせのいずれにもよらずに、一つの空間位置から別の空間位置に変換される点で異なっている。少なくとも二つの平面的な重心を利用し、質量中心を通過し、平面的な重心の固有対象物エリアに対して垂直な力作用線を重ね合わせることによって、空間的な質量中心が測定される。
【０００９】
本発明の利点は、少なくとも二つの懸架装置を備えることにより、ケーブルの長さを互いに変化することで、測定する対象物の空間位置が得られることにある。このため、異なる空間位置を規定するために、対象物を下げて、新たな懸架位置で対象物をつり下げる必要はない。これによって、非常に短い時間で質量中心の測定が可能となる。測定する対象物の許容できる重量およびその最大の大きさは、例えば単一のクレーンまたはクレーンユニットなどといった、利用できる持上装置の能力によって制限されるだけである。さらに、懸架装置に作用する力を測定するだけでよいので、従来からあるクレーンユニットよって、本方法を実施することができる。
【００１０】
平面的な重心および最終的に質量中心を測定するこの方法は、懸架位置で作用する力を知り、質量中心のモーメントの釣り合いを測定し、そして単純な力学方程式(mechanical equation)により質量中心の位置を測定できることに基づいている。
【００１１】
とりわけ、非常に大きいまたは非常に重たい対象物の場合は、少なくとも三つの懸架装置を備えるべきである。
【００１２】
本発明に係る好ましい方法は、従属項に記載されている。
【００１３】
好ましくは、本方法を用いるときにデータ評価ユニット(a date evaluation unite、データ評価装置)を備える。データ評価ユニットでは、ケーブル要素または懸架位置で作用する力の測定値が、格納されそして／または処理される。このようにして、平面的な重心そして最終的には質量中心が実施中に、迅速で単純な方法で、測定される。データ評価ユニットにより、異なる空間位置で変化する平面的な重心を連続して測定でき、とりわけ迅速で信頼できる質量中心の測定が可能となる。
【００１４】
好ましくは、懸架位置で作用する力の測定結果、および測定する対象物の幾何学的配置の測定値が、ケーブルではなく、とりわけ無線によって、データ評価ユニットに伝達される。記載した方法は、巨大構造物の質量中心を測定するために考えられたものであり、巨大構造物の空間的な大きさゆえに、測定を手動で行う必要はなく、無線によりデータ評価ユニットへ送ることができる。データ評価ユニットにより、測定結果の評価を自動的に行うことができ、高い受容性と、ユーザーフレンドリーをもたらす。また、二以上の空間位置を測定できるが、冗長な(a redundant、不必要な)方程式系(equation system、連立方程式)を伴うため、質量中心の重複決定(overdetermination、過剰決定 )を引き起こす。一般的に、そのような系では近似解のみを測定する。測定範囲内で測定される測定値の数が非常に多いので、確率論的評価(stochastic evaluation)が、測定結果に確実性のある測定として用いられる。
【００１５】
懸架装置が別々に駆動し、ケーブル要素の長さが可変であることが好ましい。これによって、質量中心の測定時間が大きく節約できる。とりわけ、ケーブル要素の可変長さによって、対象物の異なる空間的な幾何学的配置が、ケーブル要素の互いの長さの比率を変化させることにより生じ、それから、対象物の幾何学的配置が測定される。また、センサーを利用し、これを対象物に取り付け、固定空間の軸に対する角度を測定することにより、空間（他の固定基準座標）に対する対象物の幾何学的配置を測定することが好ましい。この利点は、とりわけ、複数の傾斜センサーを備えたときに、信頼性があり迅速な方法で、測定でき、そしてデータ評価ユニットにより、自動評価性能(automatic evaluation capacity)を合わせもつことができることにある。
【００１６】
好ましくは、ケーブル要素の垂線に対する傾斜が少なくとも１０°未満、好ましくは５°未満になるように、対象物が懸架装置につり下げられる。この利点は、傾斜張力(inclined tension)が小さいため、ケーブルに作用する力は、事実上、完全に測定する対象物の重量を表していることにある。ケーブルの傾斜が小さいほど、懸架装置の傾斜に関する追加的な情報なしでも、重量の測定がさらに正確になり、質量中心の正確な測定ができる。ケーブル要素が傾斜してしまう場合、補正(compensation、補償)するために本発明の改良を用いることができる。
【００１７】
本方法の好ましい改良は、懸架装置に作用する力がセンサーによって測定される。とりわけ、集積センサー(integrated sensor)を備えたロードシャックル(load shackle、荷重シャックル)が、ここでは用いられる。この利点は、とりわけ無線により測定結果を伝達するときに、自動評価性能が、迅速で信頼性のある方法で集積されることにある。
【００１８】
質量中心を計算するために、ケーブルに作用する力が、重量および質量中心の計算のための様々な方法で用いられる。本方法の第一の好ましい改善では、ケーブルに作用する力がそれぞれ、垂直および水平の力成分に分解される。この利点は、個々の懸架装置に作用する垂直方向の力を測定することによって、対象物の重量が非常に正確に測定され、懸架位置で生じるモーメントの計算、そしてそれによるエリアの位置および質量中心の精度が改善される。
【００１９】
さらに好ましい改善とは、懸架位置のそれぞれに作用する力が、三つの力成分に分解されることにある。好ましくは一つの軸が垂直方向に配置されているカルテシアン空間座標(Cartesian spatial coordinates)が考えられる。三つの異なる力成分を測定することによって、さらに正確な質量中心の測定が可能となる。
【００２０】
対象物と懸架装置間の接続が、カルダンサスペンション(Cardanic suspension、カルダン自在継ぎ手、万能継ぎ手)によってなされていれば好ましい。カルダンサスペンションにより、空間における懸架装置の位置または方向を安定して測定できる。
【００２１】
対象物の重量を測定するときに、持上装置自体の一部の重量が既知であることが好ましい。とりわけ、力センサーの下側に取り付けられている持上装置の重量は、力の測定を不正確にするため、例えば本体重量測定(tare measurement)の範囲内において、力センサーに作用する力を、対象物をつり下げずに測定できる。結果として、測定結果および質量中心の測定の改善がなされる。
【００２２】
本発明に係る持上装置は、少なくとも二つの、好ましくは少なくとも３つの異なる懸架装置を備える。そしてこれらは、それぞれ、一つのケーブル要素および一つの懸架位置を備える。懸架装置の数は、測定する対象物の重量および大きさに基づき、非常に大きい対象物の場合は、より多くの懸架装置が必要となる。懸架装置はそれぞれ別々に駆動し、自由つり下げができる。そして、センサーを備え、例えば、ケーブル要素の互いの自由つり下げ長さの比率を変えるなどして、つり下げられた対象物の幾何学的配置を測定する。さらに、センサーに接続されるデータ評価ユニットを備える。
【００２３】
好ましくは、ケーブルの傾斜を測定するおよび／またはケーブル要素に作用する力を測定するためのセンサーを有する。これらはまた、データ評価ユニットに接続されていることが好ましい。
【００２４】
データ評価ユニットが、少なくとも一つのさらなる傾斜センサーに接続され、傾斜センサーが懸架装置につり下げられた対象物に取り付けられていることが好ましい。結果として、データ評価装置が、対象物の座標系を空間的に関連する座標系に変換できる。
【００２５】
好ましくは、使用するセンサーは、無線によってデータ評価ユニットと通信する。
【００２６】
これまでは、単に少なくとも二つの懸架位置で対象物を測定し、続いて質量中心を測定できることを論じてきた。これとは別に、それぞれに一つの支持位置(support point、支持点)を有する少なくとも二つの、好ましくは三つの支持装置(support device)を設け、対象物を支持することもできる。支持装置の位置決め(positioning)を変化させることによって、とりわけ、地上の支持装置の実行高さ(effective height)を変化させることによって、対象物が異なる空間位置に移動し、対象物に作用する力が測定され、そして、その測定値から空間的質量中心が測定される。前述した方法と唯一異なることは、対象物が懸架装置につり下げられるのではなく、例えばブロックのような支持装置によって支持されている点である。支持装置の高さ調整ができることによって、ケーブル要素の互いの長さをさまざまな比率に変化する方法の実施例と同様に、様々な空間位置を生じさせることができる。ロードシャックルの実施形態を必要とするような変形方法(method variants)を、直接的に用いることができないだけである。
【００２７】
本発明を実施するために、少なくとも一つの支持位置を有する少なくとも二つの、好ましくは三つ以上の高さ調整可能な支持装置(height-adjustable support device)を備え、懸架位置を備えた持上装置と同様に、データ評価ユニットを備える。データ評価ユニットは、空間位置および支持された対象物の幾何学的配置の双方または一方を測定するセンサーに接続されている。
【００２８】
本発明に係る方法を、以下、実施例を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】測定する対象物を備えた持上装置を示す図である。
【図２ａ】測定する対象物の第一の空間位置を示す図である。
【図２ｂ】測定する対象物の第二の空間位置を示す図である。
【図３】二次元表示における固有対象物座標系での重心線の交点を示す図である。
【図４】本発明に係る傾斜張力の補正方法を示す図である。
【図５】データ評価ユニットを備えた持上装置を示す図である
【図６】持上装置の他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、持上装置１と、これに取り付けられ、質量中心を測定する対象物２とを示している。持上装置１は、懸架装置３、３’、３’’を備える。懸架装置はそれぞれ、一つのケーブル要素４、４’、４’’および一つの懸架位置５、５’、５’’を備える。この場合、ケーブル要素４、４’、４’’は、その長さを変化することができ、図示しないウインチによりそれぞれ別々に駆動されるスチールケーブル（steel cable、鉄線）からなる。
【００３１】
対象物２は、３つの異なる箇所で、懸架位置５、５’、５’’に接続される。ケーブル要素４、４’、４’’を引っ張ることによって、対象物は持ち上げられる。そして、対象物は、対象物の質量中心におけるモーメント(physical moment、物理的モーメント、力のモーメント)が合計でゼロであり、懸架位置で作用する力を対象物の重量が相殺する場合は、動かない。懸架位置５、５’、５’’で作用する力と、質量中心から懸架位置までの距離とによってモーメントが形成される。質量中心２０から、懸架位置５は図示された方向に距離ｒ、懸架位置５’は図示された方向に距離ｒ’、そして懸架位置５’’は図示された方向に距離ｒ’’だけ間隔が空けられている。
【００３２】
本願発明に係る方法は、三つ以上、またはたった二つの懸架装置によって実施することができる。非常に重たい、または非常に大きい対象物２の場合は、三つ以上の懸架装置を設けることができる。結果として、個々の懸架装置の有効搭載量(useful load)の範囲内で、個々の懸架装置に作用する力が維持されるからである。さらに、ケーブルは、垂線から測定される角度αを有する。このため、傾斜張力の補正が本方法では行われ、そしてこれは請求項に記載されている。通常は、たいてい、角度αが＜１０°、好ましくは＜５°で実施される。懸架装置の最大有効搭載量は、小さい角状変位(angular deviation)αで好ましく利用される。
【００３３】
懸架装置３、３’、３’’では、懸架装置に作用する力を測定する装置を備える。これらは、対象物２により懸架位置５、５’、５’’に作用する力を測定する。様々なセンサーを用いることができる。例えば引張応力(tensile stress)が、センサーによって測定される。しかしながら、とりわけ大きい対象物では、ロードシャックルおよび、ロードシャックルに取り付けられる、またはロードシャックルに集積された（integrated、一体化した）力測定センサーを用いることもできる。
【００３４】
好ましくは懸架位置５、５’、５’’に取り付けられた対象物のカルダンサスペンションにより、ケーブル要素４、４’、４’’がねじれることを防止し、さらに、センサーシステムに相当するもの、つまり傾斜センサーシステムの傾斜センサーにより、例えばスチールケーブルの位置を測定することにより、この方法の測定精度が向上する。カルダンサスペンションにより、ケーブル側のカルダンジョイント(cardan joint)の一端で、センサーが強く取り付けられる。結果として、センサーの幾何学的配置をたった２回変化させるだけでよく、その配置は傾斜センサーにより測定される。カルダンサスペンションにより、懸架位置に作用する力は、三つのカルテシアン座標(Cartesian coordinates)に分解される。別の方法として、カルダンジョイントの回転角を測定することができる。スチールケーブルの傾斜位置(inclined position、傾斜位)に応じて、特に大きい対象物を測定する場合は、長いケーブル要素４、４’、４’’を備えた懸架装置により、実質的に測定精度を下げることなくカルダンサスペンションを省略できる。
【００３５】
次に、固有の物体座標系(an intrinsic object coordinate system)（ｘ０、ｙ０、ｚ０）と、固定空間座標系(a fixed spatial coordinate system)（ｘ、ｙ、ｚ）とが区別される。他の座標系を用いることもできるが、どちらの座標系もカルテシアンである。空間座標系は垂直軸を備え、二回転することによって、物体座標系に変換される。空間座標系は、個々の測定で補助システム(auxiliary system)として機能する。特に平面的な重心または力作用線が、空間座標系から対象物座標系へと変換される。
【００３６】
図２ａでは、懸架された対象物２が、ｘｙ平面において、第一の位置、つまり第一の空間位置に示されている。懸架装置３、３’または３’’上に、対象物２の重量ＦＧと釣り合いをとる力Ｆｓ１、Ｆｓ1’またはＦｓ１’’が、ケーブル方向に作用する。距離ｒ１、ｒ１’またはｒ１’ ’および力Ｆｓ１、Ｆｓ１’またはＦｓ１’’により生じる質量中心におけるモーメントの和は、対象物が静止していれば、合計が０である。モーメントおよびケーブルに作用する力を計算することで、対象物２の質量中心２０の位置を、空間座標系のｘｚ平面で測定することができる。その結果、質量中心２０の位置は、ｙ方向においてもう一つの自由度を有する。これに関して、対象物２の平面的な重心が、空間におけるｘ０ｚ０平面の固有の物体座標で測定される。空間におけるｘｚ平面が、必ずしも固有の対象物座標系のｘ０ｚ０平面と一致するわけではないことに注意すべきである。図２ａおよびｂでは、空間においてｙ軸に沿ってのびる図心軸(centroidal axis、重心軸)が、対象物のｙ０軸に沿って位置していない。
【００３７】
最終的に、対象物２の質量中心２０を測定するために、第一の平面的な重心と一致しない少なくとも一つの対象物２の第２の平面的な重心を測定しなければならない。すなわち、固有の物体座標系における少なくとも二つの平面的な重心は、異なる力作用線を有している。このために、ケーブル要素４、４’、４’’の互いの長さを変化させて、空間における対象物２が、第一の空間位置とは異なる第二の空間位置に移動する。ケーブル要素の長さを互いに関連して変化させることによって、懸架力(suspension force)から生じるモーメントが変化する。そして、第２の平面的な重心の固有物体平面は、もはや第一の平面的な重心の平面とは一致しない。持上装置自体を傾斜させることで、物体２のモーメントを変化でき、これによって物体のケーブル長さを変化できない場合でも、回転モーメントが変化する。
【００３８】
図２ｂでは、対象物２が、第二の空間位置に置かれており、空間の座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に関連して固有の物体座標系（ｘ０、ｙ０、ｚ０）の異なる位置に位置づけされている。第二の位置では、ケーブル要素４、４’、４’’には、別の力および別のモーメントが作用している。モーメントから、順次、空間のｘｚ平面の第二位置の固有物体座標で、平面的な重心が測定される。
【００３９】
図３では、固有の物体座標系（ｘ０、ｙ０、ｚ０）において、第一の位置における同心軸２１および第二の位置における同心軸２２とともに、対象物２が示されている。二つの同心軸を交差することにより、質量中心を明確に測定する交点が生じる。測定誤差により、二つの同心軸２１、２２が交差しない場合があるので、様々な方法によって質量中心が補間される。例えば、二つの同心軸間の最短の間隔が測定され、質量中心２０をその二つの同心軸の間隔の中心と推定する。数学的に考察すれば、質量中心を測定するのに、さらなる方法は必要ない。しかしながら、とりわけ同心軸２１および２２が交わらない場合は、さらに空間的な場所または位置を測定することによって、測定の質が改善される。さらに、追加的な方法により、測定システムの較正および追加的なパラメータの決定が可能となる。システムの基本的な調整が、外部からまたは本体重量測定によってなされ、それにより例えば原点オフセット(zero offset、ゼロオフセット)を知り、物体上の懸架位置または傾斜センサーの幾何学的な利用(geometric application、幾何学的応用)のような、測定特性のパラメータ(measurement-specific parameter)が、測定データから部分的に特定される。ケーブル要素の長さ、センサーシステムなどのパラメータの情報があると、適切な走査周波数(scanning frequency)の場合は、対象物の振動により慣性テンソルの測定もできる。
【００４０】
空間において、対象物２の幾何学的配置を決定するために、すなわち、空間座標系を固有の物体座標系へと変換するために、最も単純な場合として、互いに関連したケーブル長さの比率が用いられる。しかしながら、対象物上の一以上の傾斜センサー６または６’を用い、傾斜を予め決められた基準座標系(reference coordinate system、参照座標系)に対応して測定することがより好ましい。基準座標系として空間座標系を用いることができる。
【００４１】
図２ａおよび図２ｂでは、質量中心の測定が三つの懸架装置でなされる。二つの懸架装置では、本方法はこれと同様に実施される。二つの懸架位置で懸架している間、対象物の質量中心は、二つの懸架位置を結ぶ直線(connecting straight line)およびそこへの垂線によって与えられる平面にあることに注意しなければならない。少なくとも二つの空間位置を測定することによって、質量中心が三次元で測定される。しかしながら、例えば船舶や造船設備のような巨大構造物を測定するときは、少なくとも三つの懸架位置でつりさげることがより実用的であることがわかっている。
【００４２】
図４では、懸架装置３、３’、 ３’’の傾斜張力の補正の有無にかかわらず質量中心を測定する別の実施例を示している。すでに上述したように、ケーブルに作用する力およびこれによる質量中心におけるモーメントが、質量中心を測定するために必要である。このために、原則として三つ方法を用いることができる。この原則を説明するために、ｘｙ空間平面の二次元表示が選択されている。三次元における測定もこれと同様である。
【００４３】
この方法の単純な実施例では、対象物２の重量ＦGがケーブルに作用する力ＦｓおよびＦｓ’によって測定される。力ベクトル力ＦｓおよびＦｓ’の値が、力ＦGの値と実質的に同じであると仮定する。この方法は、ケーブルと垂線間の角度αが小さい場合は、適しており、例えば長いケーブルを用いる場合である。特に、懸架装置４、４’、 ４’’にさらにセンサーを設けなくて済むので、好ましい。
【００４４】
この方法の第二の実施例では、第一の傾斜張力の補正が導入される。このために、ケーブル４に作用する力ベクトルＦｓが、ｙ方向の成分Ｆｓｙおよびその垂直方向に作用するＦｓｘ、ｚに分解される。今回、対象物の重量ＦGは、力成分ＦｓｙおよびＦｓｙ’の値から測定される。しかしながら、水平の力成分Ｆｓｘ、ｚおよびＦｓｘ、ｚ’が作用する方向に関する正確な情報は得られない。力ベクトルＦｓおよびＦｓ’を分解するために、傾斜センサーまたは角度αの手動測定が必要となる。傾斜センサーは、角度αを自動的に測定することができる。
【００４５】
この測定方法のよる精度の高い実施例では、さらに測定センサーを懸架装置４、４’、４’ ’に取り付ける。空間におけるケーブル要素の絶対的な位置（absolute orientation、絶対的な向き）を測定し、力ベクトルＦｓを三つのカルテシアン座標に分解し、個々の座標Ｆｘｓ、ＦｓｙおよびＦｓｚが利用できる。すべての力成分を知ることで、より正確に質量中心２０を測定できる。懸架装置の傾斜の絶対的な測定のためにカルダンサスペンションを用いる場合は、特に、この測定形式が好ましい。
【００４６】
それぞれの方法の理論的な調査の範囲内で、三つの方法すべてにおいて質量中心の測定精度が立証されている。つまり、傾斜張力の補正の有無にかかわらず、対象物の大きさに関連して２％最大誤差で質量中心の測定が実施できる。力ベクトルのカルテシアン座標を測定する間にカルダンサスペンションを用いることによって、このパーセンテージを０．５％以下にまで減らすことができる。
【００４７】
図５ａでは、懸架装置３、３’、３’’を備えた持上装置１が示されており、対象物２上で作動する傾斜センサー６、ケーブルに取り付けられた力センサー７および傾斜センサー８を備えた対象物２が示されている。さらに、データ評価ユニット９を備え、これに様々なセンサー６、７、８の測定値が、まとめられる。個々のセンサーの測定結果が、ケーブルではなく無線でデータ評価ユニットへ伝達される。これは、例えば造船所で測定されるような非常に巨大な構造物で実施することができる。データ評価ユニットにより、力センサー７および傾斜センサー８での測定結果を不正確にする懸架装置自体の重量を、例えば本体重量測定の範囲内で、同時にまとめて考慮することができる。それゆえ、質量中心２０をより正確に測定できる。
【００４８】
本発明に係る方法は、利用可能なクレーンで基本的に実施できる。このために、単一のクレーンまたはクレーンユニットが少なくとも二つの懸架装置を備え、力測定センサーまたは傾斜センサーが対象物および懸架装置３、３’、３’’に取り付けられていることが、前もって必要である。傾斜センサー６および力センサー７の測定データを受け取るデータ評価ユニットにより、好ましくはケーブルではなく無線で、非常に巨大な、または非常に重たい対象物の質量中心の測定が、従来の方法と比較して非常に短い時間で実施できる。
【００４９】
この測定方法は、海洋関連の対象物の測定に特に適している。実際にこの方法の多くの場合、完成した海洋船舶や他の海洋関連の大きな対象物の重量および質量中心を、全体として測定することは経験的に難しい。これらは現在のクレーンユニットでは、非常に重く、非常に大きすぎるからである。しかしながら、構造ユニットが１０００トンまでの重量であれば、この方法で、海洋船舶の個々の構造ユニットの測定を行うことができる。完成した船舶の最終的な重量および質量中心は、造船業の開始以来、ほとんど変わることなく実施されている傾斜試験(heeling test)に影響する。個々の構造ユニットの重量および質量中心の点検は、製造と同時に行われ、この改良した方法により、完成した船舶ユニットを組み立てる前に、重量および質量中心の予測データと測定データとを互いに比較することができる。それゆえに、構造ユニットと操作的に関連した、製造する部品を変えることによって、個々の構造ユニットにおける誤差を前もって補正することができる。このようにして、船舶の請負った動作特性(contracted operating properties)を維持することができる。
【００５０】
図６では、質量中心を測定する別の実施例が示されている。対象物２は、ここでは、ケーブル要素につり下げられているのではなく、三つの高さ調整ブロック(height adjustable blocks、高さ調整が可能なブロック)１０３、１０３’、１０３’ ’で単に支持されているだけである。支持表面(support surface)１０４、１０４’、１０４’ ’は、対象物２がその外縁ですべることなく置けるような形状となっている。異なる空間位置を生じさせるために、ブロック１０３、１０３’、１０３’ ’の長さは変化し、個々のブロック１０３、１０３’、１０３’ ’に異なる力が作用する。ブロックに設けられた力センサーによって測定される。ブロックの高さは、実質的にＸ軸方向に伸びる水平線１００を基準に測定される。水平線は、例えば地面により得ることができる。対象物２の傾斜は、対象物に取り付けられた傾斜センサーによって測定される。
【００５１】
ブロックと対象物２の縁との間を適切に接続することで、少なくとも水平のx軸方向および垂直のｙ軸方向の力の成分表示(component representation)を測定できる。傾斜圧力(inclined pressure)の補正は、ケーブル要素によるつり下げの場合と同様、例えば、傾斜した地面(inclined subsurface)または曲がって配置されたブロックを備えた図６に示される持上装置で可能である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月10日(2009.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
持上装置によって対象物の空間的質量中心および質量を測定する方法であって、
前記持上装置は、少なくとも二つの異なる懸架装置を備え、
前記懸架装置はそれぞれ、一つのケーブル要素と、前記対象物および前記懸架装置（３、３’、３’ ’）の傾斜位置を測定するセンサーに接続するための一つの懸架位置と、を備え、
ａ）前記持上装置（１）の少なくとも二つの前記懸架位置（５、５’、５’ ’）に接続され、少なくとも二つの異なる対象物の位置で、前記持上装置（３、３’、３’ ’）に前記対象物（２）をカルダン的につり下げるステップと、
ｂ）少なくとも二つの異なる空間位置に、前記対象物（２）を配置するステップと、
ｃ）空間位置毎に、前記対象物（２）の幾何学的配置を、前記対象物に取り付けられた少なくとも一つの傾斜センサー（６）によって測定するステップと、
ｄ）空間位置毎に、つり下げられた前記対象物（２）により前記懸架装置（３、３’、３’ ’）に作用する力を測定し、前記懸架装置（３、３’、３’ ’）に作用する力をそれぞれ、評価のために三つの独立した力成分に分解するステップと、
ｅ）空間位置毎に、前記懸架装置（３、３’、３’ ’）の傾斜張力の補正の支援で前記対象物の平面的な重心を測定し、そしてこれに対応する力作用線を測定するステップと、
ｆ）少なくとも二つの前記力作用線を重ね合わせることによって、前記質量中心（２０）を測定するステップと、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、データ評価ユニット（９）を備え、
前記データ評価ユニット（９）が、確率論的に測定値を評価し、前記平面的な重心および前記質量中心（２０）を測定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記測定値が、ケーブルを用いずに、前記データ評価ユニット（９）に伝達されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記測定値が、無線によって前記データ評価ユニット（９）へ伝達されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）または支持装置で、それぞれに少なくとも一つの力センサー（７、７’、７’ ’）が、個々の懸架装置（３、３’ 、３’ ’）上に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）に作用する力が、集積力センサー（７、７’ 、７’ ’）を備えたロードシャックルによって測定される請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記持上装置は、全体として少なくとも二つの前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）を有する少なくとも一つのクレーンまたはクレーンユニットを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
先立って本体重量を測定しておくことによって、前記対象物（２）の質量中心を測定する間、前記持上装置（１）自体の質量の少なくとも一部が既知であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも三つの前記懸架装置を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記対象物が船舶の構造ユニットであり、測定した質量中心と予測した質量中心とを比較し、前記船舶の構造ユニットにおける誤差が、前記構造ユニットに操作的に関連した製造部品を変えることによって、補正されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
一つのケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）および一つの懸架位置（５、５’ 、５’ ’）  をそれぞれに有する少なくとも二つの懸架装置（３、３’ 、３’ ’）を備え、前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）は、ケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）により持上装置（１）に接続され、前記ケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）は、それぞれ別々に駆動し、自由つり下げでき、前記ケーブル要素（４、４’ 、４’ ’）は、それぞれ自由つり下げ長さ備え、
それぞれの前記ケーブル要素の前記自由つり下げ長さは、可変であり、データ評価ユニット（９）を備え、前記データ評価ユニット（９）が、つり下げられた対象物（２）の空間位置および幾何学的配置の双方または一方を測定するセンサー（６、７、８）に接続され、
前記持上装置（１）の前記懸架装置（３、３’ 、３’ ’）は、ケーブルの力を測定する力センサー（７、７’ 、７’ ’）を備えた前記持上装置（１）において、
前記懸架装置上にカルダンサスペンションを備え、
前記懸架装置は、ケーブルの傾斜を測定する傾斜センサー（８、８’ 、８’ ’）を備え、
前記データ評価ユニット（９）が、少なくとも一つのさらなる傾斜センサー（６）に接続され、
前記傾斜センサー（６）が、前記持上装置（１）につり下げられる物体（２）に取り付けられていることを特徴とする持上装置（１）。
【請求項１２】
少なくとも一つのセンサーが、無線によって前記データ評価ユニット（９）と通信することを特徴とする請求項１１記載の持上装置。
【国際調査報告】
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