(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
張設された長尺物に予定荷重をかけたときの該荷重方向への前記長尺物の撓み量を検出し、該撓み量に基づいて張力を算出するように構成された張力測定装置において、
加速度センサおよび荷重センサが一体で形成された張力センサと、
前記加速度センサによる加速度信号を積分して速度信号を出力する第１積分手段と、
前記速度信号を積分して変位信号を出力する第２積分手段と、
前記荷重センサで検出される荷重がゼロでなくなったときに前記第１積分手段および第２積分手段をリセットする手段と、
前記荷重センサで検出された荷重が予定値に達したときに前記第２積分手段から出力される変位信号を読み込み、該変位信号を撓み量として前記張力を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする張力測定装置。
【請求項２】
張設された長尺物に荷重をかけ、該荷重方向への前記長尺物の撓み量が予定値に達したときの前記荷重に基づいて張力を算出するように構成された張力測定装置において、
加速度センサおよび荷重センサが一体で形成された張力センサと、
前記加速度センサによる加速度信号を積分して速度信号を出力する第１積分手段と、
前記速度信号を積分して変位信号を出力する第２積分手段と、
前記荷重センサで検出される荷重がゼロでなくなったときに前記第１積分手段および第２積分手段をリセットする手段と、
前記第２積分手段から出力される変位信号が前記撓み量の予定値を代表する値に達したときに前記荷重センサから出力される荷重を読み込み、該荷重に基づいて前記張力を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする張力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、張力測定装置に関し、特に、機械装置に張設されたベルト等の張力を簡易に測定するのに好適な張力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動力を伝達したり、物品を搬送したりするベルト装置は産業上広く用いられている。機械装置に掛けられたベルトの張力値が予定通りに設定されていないベルト装置では、効率的に動力を伝達できなかったり、安定的に物品を搬送できなかったりする。また、ベルトの特性に合った適正な張力が与えられていないと、ベルト自体の寿命が短くなって交換頻度が増すという問題点がある。
【０００３】
ベルトの張力を適正値に設定するためには、まず、ベルト張力を正確に測定することが必要である。ベルトの張力測定方法として、機械装置に張設されたベルトに荷重をかけて、そのときのベルトの撓み量に基づいて張力を測定する方法が考えられる。一般に、２点間に張られたベルトの張力Ｔは次式を使用して求められる。Ｔ≒Ｆ×Ｓ÷４ｄ…式（１）。但し、Ｓは２点間の距離（スパン）、ｄは撓み量、Ｆはベルトにかかる荷重である。この式によって得られた張力Ｔを、ベルトの材質や形状に応じて適当な補正を行えばより正確な張力が求められる。補正値は実験等で決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記張力測定方法では、撓み量を正確に測定するのが困難なことがある。撓み量を測定するためには、ベルトに対する荷重のかかり始めにおけるベルトの位置と、荷重が予定値に達した時のベルトの位置を検出しなければならない。しかし、測定装置とベルト装置との相対位置を固定できるような測定環境を常に確保できるとはかぎらない。むしろ、携帯可能な測定装置を作業者が手で支持した状態で張力を測定せざるを得ないことが多い。作業者が測定装置を手で支持しつつ、ベルトに測定プローブを押し当てる作業形態では、撓み量測定の基準点を決定することが困難なことから、簡易かつ正確に張力測定を行いたいという要望に十分に応えることができないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消し、張設されたベルト等を予定荷重で押圧したときの撓み量によって張力を測定する際に、荷重と撓み量を簡易かつ正確に検出することができる張力測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、張設された長尺物に予定荷重をかけたときの該荷重方向への前記長尺物の撓み量を検出し、該撓み量に基づいて張力を算出するように構成された張力測定装置において、加速度センサおよび荷重センサが一体で形成された張力センサと、前記加速度センサによる加速度信号を積分して速度信号を出力する第１積分手段と、前記速度信号を積分して変位信号を出力する第２積分手段と、前記荷重センサで検出された荷重が予定値に達したときに前記第２積分手段から出力される変位信号を読み込み、該変位信号を撓み量として前記張力を算出する演算手段とを具備するとともに、前記第１および第２積分手段は、荷重センサで検出される荷重がゼロでなくなったときにリセットされるように構成した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、張設された長尺物に荷重をかけたときの該荷重方向への前記長尺物の撓み量が予定値に達したときの前記荷重に基づいて張力を算出するように構成された張力測定装置において、加速度センサおよび荷重センサが一体で形成された張力センサと、前記加速度センサによる加速度信号を積分して速度信号を出力する第１積分手段と、前記速度信号を積分して変位信号を出力する第２積分手段と、前記第２積分手段から出力される変位信号が前記撓み量の予定値を代表する値に達したときに前記荷重センサから出力される荷重を読み込み、該荷重に基づいて前記張力を算出する演算手段とを具備するとともに、前記第１積分手段および第２積分手段は、荷重センサで検出される荷重がゼロでなくなったときにリセットされるように構成した点に第２の特徴がある。
【０００８】
上記第１の特徴によれば、加速度信号は２回積分されて変位信号になるので、張力センサが測定対象物に押し当てられた位置を基点として、予定値の荷重がかかったときの前記変位信号に基づく変位は測定対象物の撓みに相当する。一方、変位信号を出力する第１積分手段および第２積分手段は、荷重センサで検出される荷重がゼロでなくなったときにリセットされる。換言すれば、このリセットタイミングは、張力センサが測定対象物に接触開始したときである。したがって、前記リセット後に生じた変位量は測定対象物に予定値荷重をかけたときの測定対象物の撓みであり、演算手段はこの撓みに基づいて張力を算出することができる。
【０００９】
また、第２の特徴によれば、前記リセット後に予定の撓み量に相当する変位信号を検出したときの荷重センサの出力は、前記撓み量を発生させた荷重であり、演算手段ではこの荷重に基づいて張力を算出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る張力測定装置の構成を示すブロック図、図２は測定対象であるベルト装置を示す図、図３，図４は張力センサの断面図である。
【００１１】
図２において、ベルト装置１は中心間距離（スパン）Ｓで配置された１組のプーリ２，３と、これらプーリ２，３に掛け渡されたベルト４とからなる。本実施形態では、このベルト装置１のベルト４に外周方向から荷重Ｆを加え、そのときの、ベルト４の撓み量ｄを検出する。そして、この撓み量ｄに基づき、「従来の技術」の項に示した式（１）を使用してベルト４の張力を算出する。
【００１２】
図３において、張力センサ５は、荷重センサ５０と加速度センサ５１とを、共通の筒体５３に組み込んだものである。荷重センサ５０は筒体５３の先端に、該筒体５３の長手方向に変位可能に組み込まれたプローブ５０１と、プローブ５０１の後方（奥）に配置された圧力感知素子５０２とからなる。圧力感知素子５０２は機械的応力によって抵抗変化を示すピエゾ抵抗素子で構成できる。荷重センサ５０の出力は出力ライン５０３によって、後述の処理部に接続される。
【００１３】
加速度センサ５１は基台５１１と、基台５１１に片持ち支持された歪み部材５１２とからなる。歪み部材５１２は先端に加速度に対する感度を高めるおもりを有し、筒体５３の長手方向の加速度を受けて歪む。歪み部材５１２上には、歪み部材５１２に生ずる応力を電気信号に変換することができる変換素子（例えばＦＥＴやピエゾ抵抗素子）が設けられる。加速度センサ５１の出力は出力ライン５１３によって、後述の演算処理部に接続される。加速度センサ５１としての歪みセンサ装置は、例えば、特開平３−２４４６５号公報に記載されているものを使用できる。
【００１４】
この張力センサ５を動かすと、その動きに応じて加速度センサ５１は出力ライン５１３上に出力を生じる。一方、プローブ５０１がベルト４に押しつけられると、プローブ５０１の後端面で圧力感知素子５０２は加圧され、圧力感知素子５０２はその圧力に応じた出力が出力ライン５０３上に生じる。
【００１５】
張力センサ５は図３の形態に限らず変形可能である。図４は張力センサ５の変形例を示す断面図であり、図３と同符号は同一または同等部分である。図４に示した張力センサ５は荷重センサ５０と加速度センサ５１とからなる点では図３のものと同じであるが、荷重センサ５０と加速度センサ５１の位置が逆転している点で図３のものと異なる。すなわち、筒体５３の先端に加速度センサ５１が配置され、その後方に荷重センサ５０が配置される。加速度センサ５１はベルト４に当接するプローブ５１４を筒体５３に摺動可能に備え、このプローブ５１４内に歪み部材５１２を配置する。また、プローブ５１４の後方には仕切り板５４を配し、仕切り板５４とプローブ５１４との間に圧力感知素子５０２を配置する。
【００１６】
なお、荷重センサ５０のセンサ本体である圧力感知素子５０２の形態は、図示のものに限らない。例えば、加速度センサ５１と同様の、梁（ビーム）形状として、そのビームの歪みを電気信号として取り出すものとすることができる。但し、張力センサ５としての用途に鑑み、加速度センサ５１としてのビームつまり歪み部材の弾性係数（歪み／荷重）より、荷重センサ５０としてのビームの弾性係数を小さくするのがよい。
【００１７】
図１において、加速度センサ５１による検出信号つまり加速度信号は直列に接続された積分回路６（第１積分手段），積分回路７（第２積分手段）を介して信号変換されて演算処理部８に入力される。加速度信号は、積分回路６で積分されて速度信号に変換される。そして、この速度信号は、積分回路７でさらに積分されて変位信号に変換される。したがって、演算処理部８に入力される信号は、加速度信号に基づいて得られた変位信号である。
【００１８】
一方、荷重センサ５０の検出信号つまり荷重信号も演算処理部８に入力される。スタートトリガ部９は、演算処理部８での演算開始タイミング信号を発生する機能、および積分回路６，７をリセットする機能を有する。スタートトリガ部９は、加速度信号を受け入れ、この加速度信号に基づいて、前記プローブ５０１がベルト４に当接した時点を検出する。そして、この当接検出信号により積分回路６，７はリセットされる。さらに、荷重センサ５０で検出される荷重が予定値になったときに変位測定指令を演算処理部８に出力する。演算処理部８は変位測定指令に応答して積分回路７の出力を読み込み、張力を算出する。演算処理部８およびスタートトリガ部９はマイクロコンピュータとそのインタフェース（Ａ／Ｄ変換器など）で構成できる。
【００１９】
入力部１０は数値を入力するテンキー入力装置等である。入力部１０によって、演算処理部８にスパンＳの値を入力することができる。入力されたスパンＳは、演算処理部８内のメモリ装置に記憶される。表示部１２は、例えば、液晶表示装置であり、演算処理部８での演算結果等を表示する。
【００２０】
上記の構成による、張力測定手順を説明する。図５はスタートトリガ部９の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、加速度信号を取り込む。ステップＳ２では、加速度信号により加速度がゼロかどうかを判別して、張力センサ５がベルト４に当たったかどうかを判断する。張力センサ５をベルト４に近づけている間は、加速度が生じているが、ベルト４に当接した瞬間は加速度がゼロになるから、これを検知することによって張力センサ５がベルト４に当接したことを検出することができる。
【００２１】
なお、張力センサ５は人が操作することを想定しているので、加速度は不安定であり、ベルト４に当たるまでに加速度の方向が正から負に転ずることも考えられる。したがって、より正確な検出のためには、加速度が急激に減少してゼロになったことを検出するのが望ましい。加速度の減少の程度を検出するには、加速度信号を微分した値をスタートトリガ部９に取り込んで判断するとよい。
【００２２】
張力センサ５がベルト４に当たったことが検出されると、ステップＳ３に進んで積分回路６，７の出力をリセットする。ステップＳ４では、荷重信号を取り込む。ステップＳ５では、荷重信号により荷重が基準値に達したか否かを判断する。荷重が基準値に達していればステップＳ６に進み、積分回路７の出力つまり変位信号を取り込む。ステップＳ７では、メモリに記憶してあるスパンＳ、および変位信号に基づく張力センサ５の変位つまりベルト４の撓み量ｄ、ならびに荷重Ｆに基づき、上記式（１）を使用して張力Ｔを算出する。荷重Ｆは前記基準値と同値である。ステップＳ８では、算出された張力Ｔを表示部１２で表示する。
【００２３】
なお、表示部１２での張力表示はステップＳ７の後、自動的に行ってもよいが、測定者の指示によって表示をするようにしてもよい。そのために、ステップＳ５が肯定になったときに表示部１２に測定終了を知らせる表示を行うのがよい。また、測定終了の表示はステップＳ８の処理の後で行ってもよいし、表示部１２とは別にＬＥＤ表示灯を点灯させたり、電子音で測定終了を知らせたりするのであってもよい。
【００２４】
演算処理部８は、張力Ｔの算出結果を複数記憶する記憶領域と、この記憶領域に記憶された複数の張力値の平均を算出する手段とを有することができる。例えば、上記測定手順を複数回繰り返し、その結果得られた複数回分の張力値Ｔの平均値をそのベルトの張力値として表示するとよい。これによって、測定値の偏りを排除することができる。
【００２５】
なお、複数回の張力Ｔを記憶するのに代えて、変位信号に基づく変位を複数個記憶し、その平均値を使用して張力Ｔを算出するようにしてもよい。また、平均値の算出に代えて、測定結果の偏りを排除する周知の統計手法を適宜採用して張力を算出することができる。さらに、張力Ｔは式（１）の実行によって算出するものに限らない。例えば、変位と張力Ｔとの対応を記憶したテーブルを用意し、読み込んだ変位信号に基づいてこのテーブルを参照し、張力Ｔを求めるようにしてもよい。
【００２６】
上述の例では、前記積分回路６，７のリセットタイミングつまり張力センサ５がベルト４に当たった時点を検出するため、加速度がゼロになったかどうかを判断するようにした。これに代えて、積分回路６の出力信号つまり速度信号をスタートトリガ部９に取り込み、張力センサ５の移動速度がゼロになった時点をベルト４との当接時点と判断してもよい。
【００２７】
さらに、前記加速度信号や速度信号によるのではなく、荷重センサ５０で検出される荷重がゼロでなくなった時点をベルト４と張力センサ４との当接時点とみなしてもよい。すなわち、荷重センサ５０の出力が、前記荷重の基準値より小さい値であってゼロ近くに設定された第２の基準値に達したときに積分回路６，７のリセット指令を発生させる。
【００２８】
図６は、ばねの圧縮量で荷重を検知するようにした張力センサの断面図である。図６において、張力センサ５には、荷重センサ５０の一部をなすロッド１３とロッド１３を摺動自在に保持する筒体１４とが設けられる。ロッド１３は太径部１３１を有していて、この太径部１３１が筒体１４の内周と摺接して、筒体１４内でのロッド１３の摺動を滑らかにする。ロッド１３は、圧縮コイルばね１５で付勢され筒体１４内の一端に偏倚させられている。ロッド１３の細径部１３２にはフランジ１３３が形成される。筒体１４の内壁には、筒体１４の長さ方向に距離を有して配置された２つの近接スイッチ１６、１７が設けられる。この近接スイッチは、例えばホール素子であり、フランジ１３３が近接すると出力を生じる。
【００２９】
前記圧縮コイルばね１５が配置された側とは反対側の、ロッド１３の一端には加速度センサ５１が取り付けられる。この加速度センサ５１は図４に示したものと同等部分である。
【００３０】
この張力センサ５のプローブ５１４をベルト４に押し当てると、ロッド１３が後退する。フランジ１３３が近接スイッチ１６に接近するまでロッド１３が後退すると、近接スイッチ１６は、出力を生じるのでこの出力信号を使用して積分回路６，７をリセットさせる。プローブ５１４をさらにベルト４に強く押しつけると、ロッド１３はさらに後退し、フランジ１３３が近接スイッチ１７に接近して近接スイッチ１７が検出信号を発生する。この時点で、予定の荷重がかかったとして、そのときの加速度センサ５１の出力に基づく変位データが読み込まれ、測定は終了する。
【００３１】
上述の実施形態では、スパンＳは入力部１０から、手入力で演算処理部８へ入力するようにしたが、演算処理部８に次のような機能を持たせることで、未知のスパンＳを測定し、張力Ｔの算出に使用することができる。加速度センサ５１をスパンＳの測定用に利用することができる。例えば、図６の張力センサ５を使用する。図７はスパンＳの測定方法を説明するための図である。図７において、張力センサ５をベルト４に沿うように、つまり筒体１４の長手方向をベルト４の移動方向に沿わせるように姿勢を設定する。位置Ａでは、筒体１４の端部がプーリ３の中心直上に位置させる。この位置で、積分回路６，７をリセットする。そこから、張力センサ５をベルト４に沿って矢印の方向に、つまりプーリ２に向かって移動させる。そして、筒体１４の端部がプーリ２の中心の直上に到達したときに、積分回路７の出力を読み込み、演算処理部８のスパン記憶手段に格納する。積分回路７の出力を読み込むタイミングは測定者が指示を与える。
【００３２】
このように、スパンＳを測定するときの変位測定開始と測定終了のタイミングは測定者が指示するが、その指示を与えさえすれば、後は演算処理部８内で自動的に演算が実行される。演算処理部８にスパン測定のための動作モードを設定する。その動作モードのため、測定者が入力するリセット指示に応答して積分回路６，７をリセットする手段と、測定終了指示に応答して積分回路７の出力信号を読み込み、メモリにセットする手段とを設ける。また、必要に応じて、スパンＳの測定結果を表示部１２に表示する手段を有することもできる。
【００３３】
なお、演算処理部８、スタートトリガ部９、積分回路６，７等は、アナログ回路、およびデジタル回路（マイコン）のいずれかで構成するのに限らず、必要に応じて、アナログ回路およびデジタル回路を適宜組み合わせて構成することができる。
【００３４】
また、前記積分回路６，７のリセット信号は、加速度センサ５１から出力される加速度信号または積分回路６から出力される速度信号がゼロになったときに出力するのに限らず、これら両信号の双方がゼロになったときをもって出力するものであってもよい。
【００３５】
また、荷重センサ５０で検出される荷重が予定値に達したときに積分回路７の出力を読んで張力を算出するものに限らず、積分回路７の出力つまり変位信号が予定値に達したときに荷重センサ５０の検出信号を読み込み、張力を算出するようにしてもよい。
【００３６】
さらに、本願発明の張力測定装置は、プーリ間に調節されたベルトの張力測定に限らず、２点間に緊張して設けられたベルトの他、ケーブル、線、ひも等、各種長尺物の張力測定に適用することができる。
【００３７】
張力センサ５が静止しているときでも、加速度センサ５１は重力加速度により出力を生じる。一方、測定対象物の姿勢は種々であり、広範囲の用途で張力を測定するためには、測定にあたって、加速度センサ５１の出力から重力加速度をキャンセルする手段を設けるのが好ましい。例えば、測定に先立ち、ベルト等、測定対象物に張力センサ５を対向させた姿勢で、加速度センサ５１の出力値をフィードバックして加速度センサ５１の出力がゼロになるようリセットする。このリセット動作の後、張力センサ５を測定対象物に押し当てて、実際の張力測定手順（図５参照）を実行すればよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項４の発明によれば、測定対象物に張力センサを押し当てる動作の際に発生する加速度に基づいて張力センサの変位量を検出できる。この変位量を発生する手段は、張力センサが測定対象物に当接したときを、張力センサの出力によって検出し、リセットされる。したがって、操作者は張力センサを測定対象物に押し当てて撓みを与えるだけで正確な撓み量および荷重が検出され、この撓み量および荷重に基づいて張力が算出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る張力測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  張力測定装置の測定対象物であるベルト装置の正面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る張力測定装置を構成する張力センサの要部断面図である。
【図４】  第１の変形例に係る張力測定装置の要部断面図である。
【図５】  張力測定装置の処理を示すフローチャートである。
【図６】  第２の変形例に係る張力測定装置の要部断面図である。
【図７】  ベルト装置のスパン測定態様を示す図である。
【符号の説明】
１…ベルト装置、  ２，３…プーリ、  ４…ベルト、  ５…張力センサ、  ６，７…積分回路、  ８…演算処理部、  ９…スタートトリガ部、  ５０…荷重センサ、  ５１…加速度センサ、  ５３…筒体、  ５４…仕切り板、  ５０１、５１４…プローブ、  ５０２…圧力感知素子、  ５１２…歪み部材
【図１】
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【図２】
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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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【図７】
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