三次元変位測定装置
【課題】簡単な構造の三次元変位測定ユニットを用いて、精度の良い変位の計測を可能とする三次元変位測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】三次元変位測定装置は、ワイヤ３を巻回しているプーリを有し、ワイヤ３が引き出されることによって回転するプーリの回転角に基づいて引き出されたワイヤの長さを検出するワイヤポテンショメータ２が、３個所定の周方向角度１２０°の間隔を取ってベースプレート１１の上に取り付けられた三次元変位センサ１と、三次元変位センサ１の３個のワイヤポテンショメータ２からのそれぞれの出力信号を用いる。単に、３個のワイヤポテンショメータ２のワイヤ３の引き出し長さを計測するだけで、３本のワイヤ３で構成する三角錐の頂点の変位測定端５の三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。
【解決手段】三次元変位測定装置は、ワイヤ３を巻回しているプーリを有し、ワイヤ３が引き出されることによって回転するプーリの回転角に基づいて引き出されたワイヤの長さを検出するワイヤポテンショメータ２が、３個所定の周方向角度１２０°の間隔を取ってベースプレート１１の上に取り付けられた三次元変位センサ１と、三次元変位センサ１の３個のワイヤポテンショメータ２からのそれぞれの出力信号を用いる。単に、３個のワイヤポテンショメータ２のワイヤ３の引き出し長さを計測するだけで、３本のワイヤ３で構成する三角錐の頂点の変位測定端５の三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元変位測定装置に関し、特に、ワイヤを巻回しているプーリと、ワイヤが引き出されることによって回転するプーリの回転角に基づいて引き出されたワイヤの長さを検出するポテンショメータを用いた三次元変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から２点間の相対変位を三次元座標で動的に測定するシステムとしては、超音波、光、レーザ光等を使用した非接触式のものが存在する。しかしながら、これらの計測システムは、高い精度が得られる一方、一般に高価であり、測定装置そのものの寸法も大きいものが多いという難点がある。
一方、従来から存在する接触型の変位計を組み合わせて変位を計測することも可能であったが、動的変位の検出が困難であったり、外形寸法上の制約で狭い場所には取り付けられなかったり、測定結果を三次元座標で得るために、取り付けの際の位置決めが難しい等の問題があった。
【０００３】
この問題を解決するための三次元変位計測システムとして、特許文献１に記載の技術が開示されている。この三次元変位計測システムを構成する三次元変位検出ユニットは、そのセンサ本体を不動部に取り付け、被測定対象物の変位する測定点に測定子を取り付ける。この状態で測定子が測定点からからの振動や変位を受けると、測定子に自在継ぎ手を介して連結された連結ロッドが垂直軸を中心として第１の回転部材が回転するとともに、連結ロッドが水平軸を中心として第２の回転部材が回転する。また、連結ロッドも測定子の移動に伴って伸縮可能な構成となっている。第１の回転部材及び第２の回転部材のそれぞれの回転角は、個別に設けられた第１及び第２の角度検出器により検出される。連結ロッドの伸縮はワイヤの引き出される長さを回転角で検出する変位検出器によって検出される。
【０００４】
そして、特許文献１には、前記した三次元変位検出ユニットを３台用い、３台の三次元変位検出ユニットから得られるそれぞれの第１、第２の角度検出器及び変位検出器からの信号をパーソナルコンピュータで解析して、ＸＹＺの三次元直交座標における変位、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転の６自由度三次元変位を計測する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１５８１５号公報（図１〜図８参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された三次元変位検出ユニットの連結ロッドは、伸縮自在の剛性の高い部材で構成され、連結ロッドの測定子が設けられた側と反対側の基部側は、不動部に垂直軸、水平軸の周りに回転可能な構成で連結された構成となっている。
従って、被測定対象物の高速な振動による変位を高速で測定するには慣性が大きく、被測定対象物の変位に外乱を逆に与えたりすることになり、精度の良い変位の測定上問題があった。
【０００７】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、簡単な構造の三次元変位測定ユニットを用いて、精度の良い変位の計測を可能とする三次元変位測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の三次元変位測定装置は、ワイヤを巻回しているプーリを有し、ワイヤが引き出されることによって回転するプーリの回転角に基づいて引き出されたワイヤの長さを検出するポテンショメータが、３個所定の周方向角度の間隔を取って一つの支持基板の上に取り付けられた三次元変位測定ユニットと、三次元変位測定ユニットの３個のポテンショメータからのそれぞれの出力信号を取得するポテンショメータ信号取得手段と、を備えたものであって、
測定者が入力可能な入力手段と、三次元変位測定ユニットの３個のポテンショメータのそれぞれワイヤの引き出し部分の先端部を１点で接合して変位測定端とし、３本のワイヤで三角錐を形成するようにし、変位測定端が、被測定対象物の所定の測定点に固定され、測定者による入力手段からの入力に従って、被測定対象物の所定の測定点の初期位置に対し、ＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸の向きを設定する座標軸設定手段と、測定者による入力手段からの入力に従って、３個のポテンショメータからの出力信号に基づいて被測定対象物の所定の測定点の初期位置からの設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量に換算する換算式を設定する換算式設定手段と、換算式設定手段により設定された換算式を用いて、３個のポテンショメータからの出力信号に基づいて、初期位置からの被測定対象物の所定の測定点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する測定点変位量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、特許文献１に記載のような伸縮変位を検出する変位検出器を備えた伸縮自在な連結ロッドや、その基部側が垂直軸及び水平軸の周りに回転可能な構成として、第１及び第２の角度検出器を設けて垂直軸及び水平軸の周りの角度変位を検出するという複雑な構成とすることなく、単に、３個のポテンショメータのワイヤの引き出し長さを計測するだけで、３本のワイヤで構成する三角錐の頂点の変位測定端の三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。
従って、３本のワイヤの慣性は極めて小さく、被測定対象物の高速な振動変位を特許文献１のような技術よりも正確に測定できる。また、３個のポテンショメータを用いたものであり、本発明の三次元変位測定装置は、超音波、光、レーザ光等を使用した非接触式の従来のものより極めて安価に製造できる。
【００１０】
請求項２に係わる発明の三次元変位測定装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、更に、三次元の立体の剛体と仮定できる被測定対象物に対して、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点の初期位置に係わる設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、測定者による入力手段からの入力に従って設定する測定点座標設定手段と、設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量を求めたい被測定対象物の所定の着目点の初期位置に係わる設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、測定者による入力手段からの入力に従って設定する着目点座標設定手段と、設定された被測定対象物の所定の着目点のうちの、設定された少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点と異なるものに対して、設定された少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点との設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の相対位置に基づいて、当該の着目点の初期位置からの設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する着目点変位量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、被測定対象物に対して、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点を設けて、それぞれ三次元変位測定ユニットで変位量を測定しているので、設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の測定点における変位量が算出できる。また、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を入力し、着目点の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標をも入力しているので、着目点変位量算出手段によって測定点と異なる着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量が、測定点と着目点との間の直角三次元座標系の相対位置関係と、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、算出することができる。
従って、被測定対象物の外形形状の関係で被測定対象物と干渉したり、被測定対象物に取り付けられて外部搭載品等と干渉したりして、測定点として選ぶことができない着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量を間接的に計算によって得ることが容易にできる。
【００１２】
請求項３に係わる発明の三次元変位測定装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、被測定対象物は、車両のエンジン及び変速機が一体に結合されたものであって、設定された直角三次元座標系のＸ軸は、エンジンの停止時のクランク軸の回転中心軸とし、Ｚ軸は、Ｘ軸に垂直な垂直平面内に含まれたＸ軸に直交する垂直軸であり、Ｙ軸は、垂直平面内に含まれたＸ軸及びＺ軸に直交する水平軸であり、被測定対象物の所定の着目点とは、エンジン及び変速機が車体に支持される部位であり、着目点変位量算出手段は、少なくともエンジンの回転によるＸ軸周りのロール振動を考慮して、当該の着目点の初期位置からの設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、被測定対象物は、車両のエンジン及び変速機が一体に結合されたものであって、設定された直角三次元座標系のＸ軸は、エンジンの停止時のクランク軸の回転中心軸であり、Ｚ軸は、Ｘ軸に垂直な垂直平面内に含まれたＸ軸に直交する垂直軸であり、Ｙ軸は、Ｘ軸及び垂直平面内に含まれたＺ軸に直交する水平軸である。そして、直角三次元座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の設定に基づいて、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、着目点変位量算出手段は、着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量と、少なくともＸ軸周り、つまり、クランク軸回りのエンジン及び変速機のロール振動による変位成分とを算出することができる。
【００１４】
請求項４に係わる発明の三次元変位測定装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、設定された直角三次元座標系のＹ軸とＺ軸とは、Ｘ軸に垂直であって、かつ、エンジン及び変速機が一体に結合されたものの重心点をその中に含む垂直平面内に設定され、着目点変位量算出手段は、被測定対象物の所定の着目点に対して、設定された直角三次元座標系の原点のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、設定された直角三次元座標系の原点が、エンジンのクランク軸の回転中心軸であるＸ軸と、エンジン及び変速機が一体に結合されたものの重心を含むＸ軸と垂直な垂直平面に含まれるＸ軸と直交する垂直軸がＺ軸であり、Ｘ軸及び前記垂直平面に含まれるＺ軸と直交する水平軸がＹ軸とで、定義されている。従って、着目点変位量算出手段において、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、原点のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位量の成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することができる。
【００１６】
例えば、エンジン及び変速機が一体に結合されたものを、エンジンマウントを介して弾性的に振動吸収して車体により支持される支持受け部のエンジン運転状態における変位量を測定したい場合に、エンジン及び変速機の周辺に配置された機器、配管、計装線等によってその変位量を直接測定できないことがある。そのようなときは、当該の支持受け部を着目点とし、着目点変位量算出手段においてエンジンの運転状態における支持受け部の三次元の変位量が算出できる。そのとき、着目点変位量算出手段は、エンジンマウントに加わる、並進的な変位量成分だけでなく、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分をも算出することができ、エンジンマウントの耐久性試験の分析において、各エンジンマウントに加わる変位成分を考慮した改良方向の示唆を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な構造の三次元変位測定ユニットを用いて、精度の良い変位の計測を可能とする三次元変位測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】三次元変位センサの構成説明図であり、（ａ）は三次元変位センサのセンサカバーを外して、ベースプレート上への３個のワイヤポテンショメータの取り付け方を示した斜視図、（ｂ）は、３個のワイヤポテンショメータをベースプレート上における周方向への取り付け方法を説明する上面図である。
【図２】三次元変位センサにおける３本のワイヤの先端を結合した変位測定端のＸＹＺ方向の動きに対するワイヤの引き出し量の変化の説明図であり、（ａ）は、変位測定端のＺ方向への移動の場合の説明図、（ｂ）は、変位測定端のＸ方向への移動の場合の説明図、（ｃ）は、変位測定端のＹ方向への移動の場合の説明図である。
【図３】エンジン及びトランスミッションの結合体の振動変位を三次元変位センサ３個で測定する場合の三次元変位センサの設置例の説明図である。
【図４】三次元変位測定装置の機能ブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態に係る三次元変位測定装置について図を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
《三次元変位センサ》
図１を参照して本実施形態における三次元変位センサについて説明する。図１は、三次元変位センサの構成説明図であり、（ａ）は、三次元変位センサのセンサカバーを外して示した３個のワイヤポテンショメータのベースプレート上への取り付け方を示した斜視図、（ｂ）は、３個のワイヤポテンショメータのベースプレート上における周方向への取り付け方法を説明する上面図である。
三次元変位センサ（三次元変位測定ユニット）１は、図１の（ａ），（ｂ）に示すようにワイヤポテンショメータ（ポテンショメータ）２が金属板材で構成された垂直板１２に固定されており、更に垂直板１２の図１の下面側の図示しない固定用雌ねじ孔に、ベースプレート１１の図示しないねじ孔を下面側から挿通させたねじでねじ嵌合して固定されている。このため、ベースプレート１１の垂直板１２取り付け用の図示しないねじ孔の下面側は、ねじ頭が下面側に突出しないで沈み込むように座ぐり孔を設けてある。
【００２１】
ワイヤポテンショメータ２は、ワイヤポテンショメータ２のケース内に配置された図示しないプーリがワイヤ３を巻き取る構成になっており、このプーリに常にワイヤを巻き込む方向の復元力を付与する図示しない渦巻ばねが内蔵されている。そして、例えば、前記プーリと一体に回転する回転円盤に所定の周方向配列で永久磁石が配置され、その近傍にホール素子が配置され、ホール素子の信号がプーリの回転角を、つまり、ワイヤの引き出された長さを示すように構成されている。
【００２２】
ワイヤポテンショメータ２は、図１の（ｂ）に示すようにケースのワイヤ引き出し孔２ａがベースプレート１１の平面中心Ｏに対し、周方向に１２０度の間隔となるように垂直板１２を介してねじ固定されている。そして、例えば、３個のワイヤポテンショメータ２の内の１つのワイヤポテンショメータ２のワイヤ引き出し孔２ａが、図１の（ｂ）に示すように平面中心Ｏからベースプレート１１の特定の一辺１１ｃに垂直に引いた線（図１の（ａ）では、Ｙ＋の矢印で示す）の方向に対応するように設定される。ここで、この特定の一辺１１ｃを、以下では「基準辺１１ｃ」と称する。ちなみに、「基準辺１１ｃ」と称するのは、基準辺１１ｃの示す方向が、後記するＸＹＺの直角三次元座標系におけるＸ軸の方向を示すように設定すると、それを前提としたＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸方向の設定の入力方法を前以って準備しておくことができ、ＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸方向の設定を簡単化できるからである。
また、後記するが、三次元変位センサ１が不動点である試験架台３２（図３参照）の天井面にベースプレート１１が固定され、ワイヤ３が下方側に引き出されたとき、ＸＹＺの直角座標系のＸ軸、Ｙ軸は、例えば、図１の（ｂ）に示すように設定され、Ｚ軸は、紙面に向く方向がＺ軸（＋）方向とする。
【００２３】
ベースプレート１１は、例えば、長方形の板状であり、その四隅近傍に雌ねじを切られた取り付けねじ孔１１ａを有している。ベースプレート１１は、図１の（ｂ）に示すようにその板厚面にセンサカバー１３を固定するための雌ねじ孔１１ｂを複数有している。
【００２４】
センサカバー１３を、図１の（ａ）に示すようにベースプレート１１の上側から被せ、ベースプレート１１の雌ねじ孔１１ｂに対応した位置に設けてあるセンサカバー１３の下端側のねじ孔１３ｅにセンサカバー１３を固定するためのねじを挿通させ、雌ねじ孔１１ｂにねじ嵌合させて、ベースプレート１１にセンサカバー１３が固定されている。
センサカバー１３には、複数のねじ孔１３ｂが３枚の垂直板１２の上端面に２個設けられた固定用雌ねじ孔１２ａの位置に対応させて設けられており、センサカバー１３の上側から垂直板１２を固定するためのねじ（図示省略）が挿通されて、固定用雌ねじ孔１２ａにねじ嵌合すようになっている。
【００２５】
ワイヤポテンショメータ２のワイヤ引き出し孔２ａから引き出された３本のワイヤ３はそれぞれセンサカバー１３に径方向外方側に長く延びた長孔のワイヤ引き出し孔１３ａを挿通させて、引き出されその先端が変位測定端５として一点で結合されている。ワイヤ引き出し孔１３ａの幅は、変位測定端５の変位に対してワイヤ引き出し孔１３ａの縁に摺動すること無いような大きさとすることが望ましい。
これは、被測定対象物に変位測定端５が取り付けられたときに、変位測定端５の変位に対し、３本のワイヤ３がワイヤ引き出し孔２ａから変位測定端５までの間で直線となり、変位測定端５がワイヤ引き出し孔２ａから直線的に延びて構成する三角錐の頂点となることが変位測定端５の変位測定の上で仮定されて後記する相関式が設定されるためである。
【００２６】
なお、センサカバー１３は基本的に図１の（ａ）に示すように上面側（天井側）が有底の四角筒形状であり、その側面の一つが、ベースプレート１１の基準辺１１ｃに対向する辺１１ｄに対応した側面になっており、固定用側面１３ｃを構成している。固定用側面１３ｃの周縁部には、ベースプレート１１とセンサカバー１３とを固定するための前記したねじ孔１３ｅと干渉しないように雌ねじを切られた取り付けねじ孔１３ｄが設けられ、この取り付けねじ孔１３ｄにねじ嵌合させて三次元変位センサ１を固定することが可能になっている。
【００２７】
図２は、三次元変位センサにおける３本のワイヤの先端を結合した変位測定端のＸＹＺ方向の動きに対するワイヤの引き出し量の変化の説明図であり、（ａ）は、変位測定端のＺ方向への移動の場合の説明図、（ｂ）は、変位測定端のＸ方向への移動の場合の説明図、（ｃ）は、変位測定端のＹ方向への移動の場合の説明図である。
このように変位測定端５が初期位置から符号５’で示した位置に、それぞれＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向に移動しても、３箇所のワイヤ引き出し孔２ａを頂点とする正三角形の底面とし、ワイヤ引き出し孔２ａから直線的に変位測定端５に延びる３本のワイヤ３を稜線とした三角錐により、三角錐の稜線の長さ、つまり、ワイヤ引き出し孔２ａからワイヤ３が引き出された量が分かれば、三角錐の頂点である変位測定端５の三角錐の底面の中心点からの三次元空間中の位置を一意に算出して決定できる。そして、三次元変位センサ１のベースプレート１１の３箇所のワイヤ引き出し孔２ａを頂点とする正三角形の底面の中心と平面中心Ｏ（図１の（ｂ）参照）との相対位置関係は既知であるので、容易に平面中心Ｏからの変位測定端５の相対位置を三次元的に一意に計算で求めることができる。
【００２８】
《三次元変位測定装置の全体構成》
次に、図３，４を参照しながら、三次元変位測定装置５０について説明する。
図３は、エンジン及びトランスミッションの結合体の振動変位を三次元変位センサ３個で測定する場合の三次元変位センサの設置例の説明図である。
この例では、車両Ｖは、エンジン２１を横置きする前輪駆動車両である。ここでは、エンジン２１とトランスミッション（変速機）２３とが一体に結合されたものを被測定対象物とし、エンジン２１及びトランスミッション２３は、車体の前部側面の左右のフレーム３１Ｌ，３１Ｒ上に設けたエンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒで車両Ｖの左右で支持されるとともに、図示省略のサブフレーム上に設けたエンジンマウント２８Ｆ，２８Ｒでエンジン２１の前後が支持される。
エンジン２１は、エンジンマウント２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒで支持される支持受け部２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒを有し、トランスミッション２３は、エンジンマウント２６Ｌで支持される支持受け部２５Ｌを有している。
【００２９】
そして、各エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒにおけるエンジン２１又はトランスミッション２３の三次元変位量を測定し、そのエンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒの耐久性試験等の解析に利用することが、この三次元変位測定装置５０（図４参照）を用いてこの被測定対象物の三次元変位量を測定する目的である。そのために、左右のフレーム３１Ｌ，３１Ｒ上に、例えば、仮想線で示したほぼコの字形の枠体である試験架台３２を溶接等で固定し、その天板の下面に３個の三次元変位センサ（三次元変位測定ユニット）１Ａ，１Ｂ，１Ｃがねじ止め固定されている。ここで、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、図１の三次元変位センサ１と同じものであるが、それを区別するため符号を１Ａ，１Ｂ，１Ｃと変えてある。変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃも、図１の三次元変位センサ１の変位測定端５と同じものであるが、それを区別するため符号を５Ａ，５Ｂ，５Ｃと変えてある。
【００３０】
三次元変位センサ１Ａ，１Ｂは、試験架台３２の天板に変位測定端５Ａ，５Ｂがベースプレート１１の平面中心Ｏ（図１参照）のほぼ垂直下になるようにベースプレート１１（図１参照）の取り付けねじ孔１１ａを用いてねじ固定されている。変位測定端５Ａは、支持受け部２５Ｒの上面に固定されている。具体的には、例えば、変位測定端５Ａを金属製の小片である取り付け部材（測定点）２９Ａに溶接又は接着固定し、更にその取り付け部材２９Ａを支持受け部２５Ｒに溶接固定する。同様に変位測定端５Ｂは、トランスミッション２３の支持受け部２５Ｌの上面に取り付け部材（測定点）２９Ｂを介して固定されている。
【００３１】
エンジンマウント２８Ｆ，２８Ｒにおけるエンジン２１の三次元変位量を測定しようとしてもエンジン２１の上部の外形の出っ張りや、エンジン２１に隣接する機器や配線等が邪魔になり直接測定できない。そこで、三次元変位センサ１Ｃの変位測定端５Ｃが、エンジン２１の上部に取り付け部材（測定点）２９Ｃを介して変位測定端５Ａと同様の方法で固定される。このとき、三次元変位センサ１Ｃは、センサカバー１３（図１参照）の固定用側面１３ｃに設けられた取り付けねじ孔１３ｄを用いて、試験架台３２の天板に固定されている。つまり、三次元変位センサ１Ｃのベースプレート１１の平面中心Ｏ（図１参照）の斜め下方（車両Ｖで見ると前方側の三次元変位センサ１Ｃの平面中心Ｏから手前下方）に変位測定端５Ｃが位置している。
ここで、取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃを取り付けられた部位が、特許請求の範囲に記載の「測定点」に対応する。その意味でエンジン２１又はトランスミッション２３に固定された取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃそのものを特許請求の範囲に記載の「測定点」としても良い。
【００３２】
エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体は、ほぼ剛体とみなすことができ、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃの三次元変位量が測定できれば、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の三次元変位量が分かるので、変位測定端５が取り付けられていない支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの三次元変位量を計算によって求めることができる。
【００３３】
ここで、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の三次元変位量を算出するための直角座標系のＸＹＺの座標軸の設定方法について説明する。例えば、Ｘ軸はエンジン２１のクランク軸の回転中心軸３５と一致させるようにし、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の重心Ｇを含む垂直面がＸ軸と垂直に交わる点を直角座標系の座標原点（直角三次元座標系の原点）３６とし、座標原点３６から垂直にＺ軸を、座標原点３６からＸ軸及びＺ軸に共に直角となるＹ軸を車両Ｖの前方水平方向に設定する。
そして、Ｘ軸周りの角度変位をロール振動と称し、Ｙ軸周りの角度変位をピッチ振動と称し、Ｚ軸周りの角度変位をヨー振動と称する。そして、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより測定された変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃの三次元変位量に基づいて、座標原点３６の三次元並進振動、ロール振動、ピッチ振動及びヨー振動の成分を算出し、三次元変位量を直接測定することができない支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの三次元変位量を算出する。
ここで支持受け部２５Ｌ，２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒが特許請求の範囲に記載の「着目点」に対応する。従って、本実施形態では、支持受け部２５Ｌ，２５Ｒは、特許請求の範囲に記載の「測定点」でもあり、「着目点」でもある。
【００３４】
図４は、三次元変位測定装置の機能ブロック構成図である。図４に示すように三次元変位測定装置５０は、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、信号前処理装置５３、計測用コンピュータ５１から構成される。計測用コンピュータ５１としては、普通の市販のノート型パーソナルコンピュータでも良い。計測用コンピュータ５１は、コンピュータ本体５１ａ、液晶表示装置等から構成された表示部５１ｂ、キーボード、マウス等の入力装置５１ｃ、ハードディスク装置等で構成された記憶部５１ｄ、ＣＰＵ５１ｅ等を含んでおり、他に図示しないＲＯＭ，ＲＡＭや、ＣＰＵ５１ｅ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力インタフェース間を接続するバス等を含んでいる。
図１に示したように三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、それぞれ３個のワイヤポテンショメータ２を有しており、その中に内蔵されたホール素子からの出力信号が信号前処理装置５３の個別の信号前処理回路５４で、増幅及びＡ／Ｄ変換され、計測用コンピュータ５１の入力インタフェースに入力される。
【００３５】
そして、記憶部５１ｄに予め格納された三次元変位測定プログラムをＣＰＵ５１ｅが読み出して、実行する機能部として、制御部６１、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃに対応して１組のセットとして３つのワイヤ引き出し長さ演算部（ポテンショメータ信号取得手段）６２、座標軸設定部（座標軸設定手段）６４、換算式設定部（換算式設定手段）６５及び三次元変位量演算部（測定点変位量算出手段）６６、被測定対象物三次元座標設定部６７、並びに被測定対象物三次元変位解析部７０を含んでいる。その他にＣＰＵ５１ｅが実行する機能部として、車両情報取得部６３を含んでいる。
前記した１組のセットとしての３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２、座標軸設定部６４、換算式設定部６５及び三次元変位量演算部６６は、図４に示すように三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃに対応してＡ系、Ｂ系、Ｃ系の３組用意されている。
【００３６】
被測定対象物三次元座標設定部６７は、座標原点設定部（測定点座標設定手段、着目点座標設定手段）６７ａ、測定点座標設定部（測定点座標設定手段）６７ｂ、着目点座標設定部（着目点座標設定手段）６７ｃを含んでいる。
被測定対象物三次元変位解析部７０は、測定点三次元座標換算部（着目点変位量算出手段）７１、着目点三次元座標変位演算部（着目点変位量算出手段）７２を含んでいる。そして、着目点三次元座標変位演算部７２は、被測定対象物三次元運動解析部７２ａと着目点三次元座標換算部７２ｂから構成されている。ちなみに、測定点三次元座標換算部７１は、前記したＡ〜Ｃ系に対応してＡ系測定点三次元座標換算部７１ａ、Ｂ系測定点三次元座標換算部７１ｂ、Ｃ系測定点三次元座標換算部７１ｃを含んでいる。
【００３７】
（制御部と初期設定の機能）
制御部６１は、初期設定の機能の一つ目として、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃの設置条件に対応した各Ａ〜Ｃ系の三次元変位量演算部６６における直角三次元座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向（ＸＹＺ方向）の成分の三次元変位量を算出するために、Ａ〜Ｃ系のそれぞれの座標軸設定部６４においてＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向をそれぞれの座標軸方向に対する＋−方向も含めて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする座標軸方向設定入力機能を有している。
【００３８】
また、制御部６１は、初期設定の機能の二つ目として、前記した座標軸方向設定入力機能の作業の終了後に、前記した座標軸方向設定入力機能の結果を用いてＡ〜Ｃ系の換算式設定部６５に、それぞれの系に含まれる３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２の算出したワイヤポテンショメータ２の回転角を示す出力信号に基づくワイヤ引き出し長さにより、初期状態におけるワイヤ引き出し長さからのワイヤ引き出し長さの変化量をＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向の成分の三次元変位量として三次元変位量演算部６６にて換算算出する際に用いる換算式の係数を、Ａ〜Ｃ系のそれぞれの換算式設定部６５において、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。
【００３９】
そのため、制御部６１は、Ａ〜Ｃ系のそれぞれの座標軸設定部６４、換算式設定部６５と接続している。座標軸設定部６４で設定されたＸ，Ｙ，Ｚ方向は、それぞれの方向に対する＋−方向も含めて換算式設定部６５に入力される。
ちなみに、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの方向に対する＋−方向は、後記する座標原点設定部６７ａにおけるそれぞれの方向に対する＋−方向と整合したものである。
Ａ〜Ｃ系のそれぞれの換算式設定部６５で設定された換算式の係数は、それぞれの系の三次元変位量演算部６６に入力される。
なお、変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃそれぞれに対して、換算式は個別に用意され、個々の三次元変位センサ１の３本のワイヤ３で構成する三角錐の稜線の長さから三角錐の頂点である変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれの三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。しかし、変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれの初期状態における三角錐の形状は異なるし、また、三次元変位センサ１の取り付け方向も異なる可能性があることからこの座標軸方向設定入力機能が必要になる。
【００４０】
制御部６１は、初期設定の機能の三つ目として、被測定対象物、ここでは、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体のＸＹＺの直角三次元座標系における座標原点３６と、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸をその正負の方向も含めて設定するために、被測定対象物三次元座標設定部６７の座標原点設定部６７ａにおいて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。そのため、制御部６１は、座標原点設定部６７ａと接続しており、座標原点設定部６７ａにおいて設定された座標原点３６及び、その正負の方向も含んだＸ，Ｙ，Ｚ座標軸の方向は、測定点座標設定部６７ｂ、着目点座標設定部６７ｃ、測定点三次元座標換算部７１、着目点三次元座標変位演算部７２に入力される（図３参照）。
【００４１】
これは、例えば、ＣＡＤシステムで被測定対象物であるエンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の重心Ｇを求めて、車載状態でのクランク軸の回転中心軸３５をＸ軸と定め、重心Ｇを含む垂直面がＸ軸と垂直に交わる点を直角三次元座標の座標原点３６とすることによって設定することとする。ここで、座標原点３６から車体左方向をＸ方向（＋）方向とし、座標原点３６から車体右方向をＸ方向（−）方向とする。
そして、重心Ｇを含む垂直面内の座標原点３６から水平方向に前後に延びるＹ座標軸を設定し、例えば、前方方向をＹ方向（＋）とし、後方方向をＹ方向（−）方向とする。重心Ｇを含む垂直面内の座標原点３６から鉛直方向に上下に延びるＺ座標軸を設定し、例えば、上方方向をＺ方向（＋）とし、下方方向をＺ方向（−）方向とする。
【００４２】
制御部６１は、初期設定の機能の四つ目として、被測定対象物の測定点（図３の取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃが対応）の初期位置の三次元座標を、測定点座標設定部６７ｂにおいて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。そのため、制御部６１は、測定点座標設定部６７ｂと接続しており、測定点座標設定部６７ｂにおいて設定された取り付け部材２９Ａ（図３参照）の初期位置の三次元座標は、Ａ系測定点三次元座標換算部７１ａに入力され、取り付け部材２９Ｂ（図３参照）の初期位置の三次元座標は、Ｂ系測定点三次元座標換算部７１ｂに入力され、取り付け部材２９Ｃの初期位置の三次元座標は、Ｃ系測定点三次元座標換算部７１ｃに入力されるとともに、測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの初期位置の三次元座標が着目点三次元座標変位演算部７２に入力される。
取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの三次元座標の入力設定は、ＣＡＤシステムで前記した原点と、座標軸を設定することによって容易に算出され、測定者はそのデータを入力することで簡単に行える。
【００４３】
制御部６１は、初期設定の機能の五つ目として、被測定対象物の着目点（本実施形態では、支持受け部２７Ｆ，２７Ｒ）の初期位置の三次元座標を、測定点座標設定部６７ｂにおいて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。そのため、制御部６１は、着目点座標設定部６７ｃと接続している。
なお、測定点座標設定部６７ｂから測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの初期位置の三次元座標が、着目点座標設定部６７ｃに入力されているので、測定者による着目点の入力は、測定点と着目点が同じ部位であるものについては、その三次元座標を表示部５１ｂの画面表示を見ながら入力装置５１ｃでコピーして貼り付けることができる。
着目点座標設定部６７ｃにおいて設定された着目点の初期位置の三次元座標は、着目点三次元座標変位演算部７２に入力される。
着目点の三次元座標の入力設定は、ＣＡＤシステムで前記した原点と、座標軸を設定することによって容易に算出され、測定者はそのデータを入力することで簡単に行える。
【００４４】
制御部６１による三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１ＣのＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸の方向（ＸＹＺ方向）をそれぞれの座標軸の方向に対する＋−方向も含めた設定、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃの出力信号に基づくＸＹＺ方向の各成分の初期位置からの変位量算出用の換算式の設定、被測定対象物の直角座標系の座標原点３６及び＋−方向を含めたＸ，Ｙ，Ｚ方向の設定、測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの三次元座標の設定、被測定対象物の着目点の三次元座標の設定が終了すると、初期設定の作業は終了する。その後、制御部６１は、測定者によって表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いて、初期位置の記憶指令信号と測定開始の信号が入力されると、Ａ〜Ｃ系の各ワイヤ引き出し長さ演算部６２、三次元変位量演算部６６、被測定対象物三次元変位解析部７０に初期位置の記憶指令信号に続いて計測開始の指令信号を入力する。各ワイヤ引き出し長さ演算部６２、三次元変位量演算部６６、被測定対象物三次元変位解析部７０は、初期位置の記憶指令信号を受けて、必要に応じて初期値をそれぞれ記憶し、計測開始の指令信号で、後記する演算を開始する。
【００４５】
（ワイヤ引き出し長さ演算部）
ワイヤ引き出し長さ演算部６２は、個々のワイヤポテンショメータ２からの出力信号が信号前処理回路５４で増幅されデジタル信号に変換されたものを入力として、ワイヤポテンショメータ２の角度変位量を示す出力信号を、ワイヤ引き出し孔２ａからのワイヤ引き出し量に換算し、三次元変位量演算部６６に出力する。この演算は、公知のものであり省略する。ちなみに、本実施形態におけるワイヤポテンショメータ２のプーリは初期位置から伸び方向又は縮み方向にそれぞれほぼ９０度回転する程度の変位量に対応するものであり、大きな変位量を想定したものではない。
【００４６】
（三次元変位量演算部）
Ａ〜Ｃの各系の三次元変位量演算部６６は、制御部６１からの初期位置の記憶指令信号を受信したときの３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２からのワイヤ引き出し量を初期位置とし、計測開始後の３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２からのワイヤ引き出し量に対するＸ，Ｙ，Ｚ方向それぞれの初期位置からの三次元変位量を、換算式設定部６５から入力された換算式の係数を用いて、所定の周期で算出する。Ａ〜Ｃの各系の三次元変位量演算部６６で算出された三次元変位量は、測定点三次元座標換算部７１の当該の系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃに入力される。
【００４７】
（測定点三次元座標換算部）
測定点三次元座標換算部７１のＡ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、初期位置の測定点の三次元座標に、Ａ〜Ｃ系の各系の三次元変位量演算部６６から入力された三次元変位量を加算して、測定点三次元座標の変化推移のデータとして、着目点三次元座標変位演算部７２に入力する。
また、Ａ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃで算出された測定点三次元座標の変化推移のデータは、時刻データとともに記憶部５１ｄに出力され、時系列で記憶格納される。
【００４８】
（着目点三次元座標変位演算部）
着目点三次元座標変位演算部７２は、Ａ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃで算出された測定点三次元座標の変化推移のデータと、測定点座標設定部６７ｂから入力された測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの初期位置の三次元座標と、に基づいて、被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて、座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出する。被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて算出された座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分は、着目点三次元座標換算部７２ｂに入力される。また、被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて算出された座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分は、時刻データとともに記憶部５１ｄに出力され、時系列で記憶格納される。
【００４９】
この被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおける座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分は、Ａ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃで算出された測定点三次元座標の変化推移のデータに基づき容易に算出できる。
【００５０】
着目点三次元座標換算部７２ｂは、被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて算出された座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分と、取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃと異なる着目点（ここでは、図３の支持受け部２７Ｆ，２７Ｒが対応）の初期位置の三次元座標に基づいて、着目点である支持受け部２７Ｆ，２７ＲのＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元変位量を算出する。測定点ではない着目点である支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの着目点三次元座標換算部７２ｂで算出された三次元変位量は、時刻データとともに記憶部５１ｄに出力され、時系列で記憶格納される。
この着目点である支持受け部２７Ｆ，２７ＲのＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元変位量は、支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの初期位置の三次元座標と、座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分とから容易に算出できる。
着目点であるとともに測定点でもある取り付け部材２９Ａ，２９Ｂが取り付けられた支持受け部２５Ｌ，２５Ｒの三次元変位量は、Ａ，Ｂ系の三次元変位量演算部６６から被測定対象物三次元変位解析部７０に入力されたものがそのまま用いられる。
【００５１】
なお、本実施形態では、車両Ｖを車両試験装置であるロードシミュレータの上に載せて、例えば、駆動輪である前輪に対し各種の走行状態を与え、車両Ｖでは、エンジン２１の回転速度や出力トルクを変えたり、トランスミッション２３の変速段を変えたり、ブレーキ操作をして、車両走行状況を変化させて耐久試験を行い、三次元変位測定装置５０は、車両走行状況に応じた被測定対象物であるエンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の支持受け部２５Ｌ，２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒの三次元変位量を測定する。そのために、計測用コンピュータ５１は、入力インタフェース装置５５に、例えば、車両Ｖのエンジン回転速度信号Ｎｅ、アクセル開度信号ＳAc、トランスミッション２３のギアシフト位置信号ＳSft、駆動輪の車輪速信号ＳV、ブレーキの踏み込み量を示すブレーキ操作信号ＳB、ロードシミュレータ側で検出される駆動輪の駆動トルクを示す駆動トルク信号ＳTD等の車両情報が入力され、それぞれの入力信号に応じた前処理回路５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄ，５６Ｅ，５６Ｆを介して計測用コンピュータ５１の入力インタフェースに入力され、車両情報取得部６３で取得され、時刻データとともに記憶部５１ｄに記憶格納される。
【００５２】
測定が終了すると、測定者が表示部５１ｂ、入力装置５１ｃを用いて計測の終了を制御部６１に入力し、制御部６１が、ワイヤ引き出し長さ演算部６２、三次元変位量演算部６６、測定点三次元座標換算部７１、着目点三次元座標変位演算部７２に測定終了の指令を出し、各演算機能や記憶部５１ｄへのデータ格納を停止する。
【００５３】
なお、耐久試験中に、制御部６１は、表示部５１ｂに、各測定点（取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ）の三次元変位量の時系列変化、測定点に含まれない着目点（支持受け部２７Ｆ，２７Ｒ）の三次元変位量の時系列変化、座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分の時系列変化のグラフを車両情報取得部６３で取得された車両情報とともに表示するようにしても良い。
【００５４】
本実施形態によれば、特許文献１に記載のような伸縮変位を検出する変位検出器を備えた伸縮自在な連結ロッドや、その基部側が垂直軸及び水平軸の周りに回転可能な構成として、第１及び第２の角度検出器を設けて垂直軸及び水平軸の周りの角度変位を検出するという複雑な構成とすることなく、単に、１箇所の測定点の三次元変位量の測定に対して、３個のワイヤポテンショメータ２のワイヤ３の引き出し長さを計測するだけで、３本のワイヤ３で構成する三角錐の頂点の変位測定端５の三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。
従って、３本のワイヤ３（図１参照）の慣性は極めて小さく、被測定対象物の高速な振動変位を特許文献１のような技術よりも正確に測定できる。また、３個のワイヤポテンショメータ２（図１参照）を用いたものであり、三次元変位測定装置５０は、超音波、光、レーザ光等を使用した非接触式の従来のものより極めて安価に製造できる。
【００５５】
また、図３に例示するように被測定対象物に対して、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点（本実施形態では、取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ）を設けて、それぞれ三次元変位センサ１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）で変位量を測定しているので、設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の測定点における変位量が算出できる。また、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点の初期位置の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を入力し、着目点の初期位置の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標をも入力しているので、着目点三次元座標変位演算部７２によって測定点と異なる着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量が、測定点と着目点との間の直角三次元座標系の相対位置関係と、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、算出することができる。
従って、被測定対象物の外形形状の関係で被測定対象物と干渉したり、被測定対象物に取り付けられた外部搭載品等（エンジン２１及びトランスミッション２３の周辺に配置された機器、配管、計装線等）と干渉したりして、測定点として選ぶことができない着目点（支持受け部２７Ｆ，２７Ｒ）の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量を間接的に計算によって得ることが容易にできる。
【００５６】
本実施形態では被測定対象物は、図３に示すように車両Ｖのエンジン２１及びトランスミッション２３が一体に結合されたものである。そして、直角三次元座標系のＸ軸は、エンジン２１の停止時のクランク軸の回転中心軸３５とし、座標原点３６は、Ｘ軸に垂直であって、かつ、エンジン２１及びトランスミッション２３が一体に結合されたものの重心点Ｇをその中に含む垂直平面とＸ軸との交点に設定されている。直角三次元座標系のＺ軸は、Ｘ軸と座標原点３６で直交する垂直軸であり、Ｙ軸、Ｘ軸及びＺ軸と座標原点３６で直交する水平軸である。
従って、着目点三次元座標変位演算部７２において、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、座標原点３６のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位量の成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することができる。
【００５７】
例えば、着目点をエンジン２１及びトランスミッション２３が一体に結合されたものを、エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒを介して弾性的に振動吸収して車体により支持される支持受け部２５Ｌ，２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒのエンジン運転状態における変位量を測定したい場合に、エンジン２１及びトランスミッション２３の周辺に配置された機器、配管、計装線等によって支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの変位量を直接測定できない。そのようなときは、その支持受け部２７Ｆ，２７Ｒを着目点とし、着目点三次元座標変位演算部７２で、エンジンの運転状態における支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの三次元の変位量が算出できる。そして、エンジンマウント２８Ｆ，２８Ｒに加わる三次元の変位量が算出できる。そのとき、並進的な変位量成分だけでなく、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動、それぞれの変位量成分をも算出することができ、エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒの耐久性試験の分析において、各エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒに加わる変位成分を考慮した改良方向の示唆を得ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態の三次元直角座標系のＸＹＺ軸は、図３で示したように設定したが、それに限定されるものではなく、重心Ｇを直角三次元座標系の座標原点３６とし、重心Ｇを通るクランク軸の回転中心軸に平行な軸をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な重心Ｇを含む平面内において車両の重心Ｇから水平に前方方向にＹ軸を取り、重心Ｇから鉛直上方にＺ軸を設定するようにしても良い。
また、本実施形態の被測定対象物の例としてとして、車両Ｖのエンジン２１及びトランスミッション２３の結合体を横置き、前輪駆動方式としたが、それに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 三次元変位センサ（三次元変位測定ユニット）
２ ワイヤポテンショメータ（ポテンショメータ）
２ａ ワイヤ引き出し孔
３ ワイヤ
５，５’，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 変位測定端
１１ ベースプレート
１１ａ 取り付けねじ孔
１１ｃ 基準辺
１３ センサカバー
１３ａ ワイヤ引き出し孔
１３ｃ 固定用側面
１３ｄ 取り付けねじ孔
２１ エンジン
２３ トランスミッション（変速機）
２５Ｌ，２５Ｒ 支持受け部（測定点、着目点）
２７Ｆ，２７Ｒ 支持受け部（着目点）
２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒ エンジンマウント
２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ 取り付け部材（測定点）
３１Ｌ，３１Ｒ フレーム
３２ 試験架台
３５ クランク軸の回転中心軸
３６ 座標原点（直角三次元座標系の原点）
５０ 三次元変位測定装置
５１ 計測用コンピュータ
５１ａ コンピュータ本体
５１ｂ 表示部（入力手段）
５１ｃ 入力装置（入力手段）
５１ｄ 記憶部
６２ ワイヤ引き出し長さ演算部（ポテンショメータ信号取得手段）
６３ 車両情報取得部
６４ 座標軸設定部（座標軸設定手段）
６５ 換算式設定部（換算式設定手段）
６６ 三次元変位量演算部（測定点変位量算出手段）
６７ 被測定対象物三次元座標設定部
６７ａ 座標原点設定部（測定点座標設定手段、着目点座標設定手段）
６７ｂ 測定点座標設定部（測定点座標設定手段）
６７ｃ 着目点座標設定部（着目点座標設定手段）
７０ 被測定対象物三次元変位解析部
７１ 測定点三次元座標換算部（着目点変位量算出手段）
７１ａ Ａ系測定点三次元座標換算部
７１ｂ Ｂ系測定点三次元座標換算部
７１ａ Ｃ系測定点三次元座標換算部
７２ 着目点三次元座標変位演算部（着目点変位量算出手段）
７２ａ 被測定対象物三次元運動解析部
７２ｂ 着目点三次元座標換算部
Ｇ 重心
Ｏ 平面中心
Ｖ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元変位測定装置に関し、特に、ワイヤを巻回しているプーリと、ワイヤが引き出されることによって回転するプーリの回転角に基づいて引き出されたワイヤの長さを検出するポテンショメータを用いた三次元変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から２点間の相対変位を三次元座標で動的に測定するシステムとしては、超音波、光、レーザ光等を使用した非接触式のものが存在する。しかしながら、これらの計測システムは、高い精度が得られる一方、一般に高価であり、測定装置そのものの寸法も大きいものが多いという難点がある。
一方、従来から存在する接触型の変位計を組み合わせて変位を計測することも可能であったが、動的変位の検出が困難であったり、外形寸法上の制約で狭い場所には取り付けられなかったり、測定結果を三次元座標で得るために、取り付けの際の位置決めが難しい等の問題があった。
【０００３】
この問題を解決するための三次元変位計測システムとして、特許文献１に記載の技術が開示されている。この三次元変位計測システムを構成する三次元変位検出ユニットは、そのセンサ本体を不動部に取り付け、被測定対象物の変位する測定点に測定子を取り付ける。この状態で測定子が測定点からからの振動や変位を受けると、測定子に自在継ぎ手を介して連結された連結ロッドが垂直軸を中心として第１の回転部材が回転するとともに、連結ロッドが水平軸を中心として第２の回転部材が回転する。また、連結ロッドも測定子の移動に伴って伸縮可能な構成となっている。第１の回転部材及び第２の回転部材のそれぞれの回転角は、個別に設けられた第１及び第２の角度検出器により検出される。連結ロッドの伸縮はワイヤの引き出される長さを回転角で検出する変位検出器によって検出される。
【０００４】
そして、特許文献１には、前記した三次元変位検出ユニットを３台用い、３台の三次元変位検出ユニットから得られるそれぞれの第１、第２の角度検出器及び変位検出器からの信号をパーソナルコンピュータで解析して、ＸＹＺの三次元直交座標における変位、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転の６自由度三次元変位を計測する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１５８１５号公報（図１〜図８参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された三次元変位検出ユニットの連結ロッドは、伸縮自在の剛性の高い部材で構成され、連結ロッドの測定子が設けられた側と反対側の基部側は、不動部に垂直軸、水平軸の周りに回転可能な構成で連結された構成となっている。
従って、被測定対象物の高速な振動による変位を高速で測定するには慣性が大きく、被測定対象物の変位に外乱を逆に与えたりすることになり、精度の良い変位の測定上問題があった。
【０００７】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、簡単な構造の三次元変位測定ユニットを用いて、精度の良い変位の計測を可能とする三次元変位測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の三次元変位測定装置は、ワイヤを巻回しているプーリを有し、ワイヤが引き出されることによって回転するプーリの回転角に基づいて引き出されたワイヤの長さを検出するポテンショメータが、３個所定の周方向角度の間隔を取って一つの支持基板の上に取り付けられた三次元変位測定ユニットと、三次元変位測定ユニットの３個のポテンショメータからのそれぞれの出力信号を取得するポテンショメータ信号取得手段と、を備えたものであって、
測定者が入力可能な入力手段と、三次元変位測定ユニットの３個のポテンショメータのそれぞれワイヤの引き出し部分の先端部を１点で接合して変位測定端とし、３本のワイヤで三角錐を形成するようにし、変位測定端が、被測定対象物の所定の測定点に固定され、測定者による入力手段からの入力に従って、被測定対象物の所定の測定点の初期位置に対し、ＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸の向きを設定する座標軸設定手段と、測定者による入力手段からの入力に従って、３個のポテンショメータからの出力信号に基づいて被測定対象物の所定の測定点の初期位置からの設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量に換算する換算式を設定する換算式設定手段と、換算式設定手段により設定された換算式を用いて、３個のポテンショメータからの出力信号に基づいて、初期位置からの被測定対象物の所定の測定点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する測定点変位量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、特許文献１に記載のような伸縮変位を検出する変位検出器を備えた伸縮自在な連結ロッドや、その基部側が垂直軸及び水平軸の周りに回転可能な構成として、第１及び第２の角度検出器を設けて垂直軸及び水平軸の周りの角度変位を検出するという複雑な構成とすることなく、単に、３個のポテンショメータのワイヤの引き出し長さを計測するだけで、３本のワイヤで構成する三角錐の頂点の変位測定端の三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。
従って、３本のワイヤの慣性は極めて小さく、被測定対象物の高速な振動変位を特許文献１のような技術よりも正確に測定できる。また、３個のポテンショメータを用いたものであり、本発明の三次元変位測定装置は、超音波、光、レーザ光等を使用した非接触式の従来のものより極めて安価に製造できる。
【００１０】
請求項２に係わる発明の三次元変位測定装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、更に、三次元の立体の剛体と仮定できる被測定対象物に対して、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点の初期位置に係わる設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、測定者による入力手段からの入力に従って設定する測定点座標設定手段と、設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量を求めたい被測定対象物の所定の着目点の初期位置に係わる設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、測定者による入力手段からの入力に従って設定する着目点座標設定手段と、設定された被測定対象物の所定の着目点のうちの、設定された少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点と異なるものに対して、設定された少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点との設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の相対位置に基づいて、当該の着目点の初期位置からの設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する着目点変位量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、被測定対象物に対して、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点を設けて、それぞれ三次元変位測定ユニットで変位量を測定しているので、設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の測定点における変位量が算出できる。また、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を入力し、着目点の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標をも入力しているので、着目点変位量算出手段によって測定点と異なる着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量が、測定点と着目点との間の直角三次元座標系の相対位置関係と、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、算出することができる。
従って、被測定対象物の外形形状の関係で被測定対象物と干渉したり、被測定対象物に取り付けられて外部搭載品等と干渉したりして、測定点として選ぶことができない着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量を間接的に計算によって得ることが容易にできる。
【００１２】
請求項３に係わる発明の三次元変位測定装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、被測定対象物は、車両のエンジン及び変速機が一体に結合されたものであって、設定された直角三次元座標系のＸ軸は、エンジンの停止時のクランク軸の回転中心軸とし、Ｚ軸は、Ｘ軸に垂直な垂直平面内に含まれたＸ軸に直交する垂直軸であり、Ｙ軸は、垂直平面内に含まれたＸ軸及びＺ軸に直交する水平軸であり、被測定対象物の所定の着目点とは、エンジン及び変速機が車体に支持される部位であり、着目点変位量算出手段は、少なくともエンジンの回転によるＸ軸周りのロール振動を考慮して、当該の着目点の初期位置からの設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、被測定対象物は、車両のエンジン及び変速機が一体に結合されたものであって、設定された直角三次元座標系のＸ軸は、エンジンの停止時のクランク軸の回転中心軸であり、Ｚ軸は、Ｘ軸に垂直な垂直平面内に含まれたＸ軸に直交する垂直軸であり、Ｙ軸は、Ｘ軸及び垂直平面内に含まれたＺ軸に直交する水平軸である。そして、直角三次元座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の設定に基づいて、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、着目点変位量算出手段は、着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量と、少なくともＸ軸周り、つまり、クランク軸回りのエンジン及び変速機のロール振動による変位成分とを算出することができる。
【００１４】
請求項４に係わる発明の三次元変位測定装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、設定された直角三次元座標系のＹ軸とＺ軸とは、Ｘ軸に垂直であって、かつ、エンジン及び変速機が一体に結合されたものの重心点をその中に含む垂直平面内に設定され、着目点変位量算出手段は、被測定対象物の所定の着目点に対して、設定された直角三次元座標系の原点のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、設定された直角三次元座標系の原点が、エンジンのクランク軸の回転中心軸であるＸ軸と、エンジン及び変速機が一体に結合されたものの重心を含むＸ軸と垂直な垂直平面に含まれるＸ軸と直交する垂直軸がＺ軸であり、Ｘ軸及び前記垂直平面に含まれるＺ軸と直交する水平軸がＹ軸とで、定義されている。従って、着目点変位量算出手段において、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、原点のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位量の成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することができる。
【００１６】
例えば、エンジン及び変速機が一体に結合されたものを、エンジンマウントを介して弾性的に振動吸収して車体により支持される支持受け部のエンジン運転状態における変位量を測定したい場合に、エンジン及び変速機の周辺に配置された機器、配管、計装線等によってその変位量を直接測定できないことがある。そのようなときは、当該の支持受け部を着目点とし、着目点変位量算出手段においてエンジンの運転状態における支持受け部の三次元の変位量が算出できる。そのとき、着目点変位量算出手段は、エンジンマウントに加わる、並進的な変位量成分だけでなく、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分をも算出することができ、エンジンマウントの耐久性試験の分析において、各エンジンマウントに加わる変位成分を考慮した改良方向の示唆を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な構造の三次元変位測定ユニットを用いて、精度の良い変位の計測を可能とする三次元変位測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】三次元変位センサの構成説明図であり、（ａ）は三次元変位センサのセンサカバーを外して、ベースプレート上への３個のワイヤポテンショメータの取り付け方を示した斜視図、（ｂ）は、３個のワイヤポテンショメータをベースプレート上における周方向への取り付け方法を説明する上面図である。
【図２】三次元変位センサにおける３本のワイヤの先端を結合した変位測定端のＸＹＺ方向の動きに対するワイヤの引き出し量の変化の説明図であり、（ａ）は、変位測定端のＺ方向への移動の場合の説明図、（ｂ）は、変位測定端のＸ方向への移動の場合の説明図、（ｃ）は、変位測定端のＹ方向への移動の場合の説明図である。
【図３】エンジン及びトランスミッションの結合体の振動変位を三次元変位センサ３個で測定する場合の三次元変位センサの設置例の説明図である。
【図４】三次元変位測定装置の機能ブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態に係る三次元変位測定装置について図を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
《三次元変位センサ》
図１を参照して本実施形態における三次元変位センサについて説明する。図１は、三次元変位センサの構成説明図であり、（ａ）は、三次元変位センサのセンサカバーを外して示した３個のワイヤポテンショメータのベースプレート上への取り付け方を示した斜視図、（ｂ）は、３個のワイヤポテンショメータのベースプレート上における周方向への取り付け方法を説明する上面図である。
三次元変位センサ（三次元変位測定ユニット）１は、図１の（ａ），（ｂ）に示すようにワイヤポテンショメータ（ポテンショメータ）２が金属板材で構成された垂直板１２に固定されており、更に垂直板１２の図１の下面側の図示しない固定用雌ねじ孔に、ベースプレート１１の図示しないねじ孔を下面側から挿通させたねじでねじ嵌合して固定されている。このため、ベースプレート１１の垂直板１２取り付け用の図示しないねじ孔の下面側は、ねじ頭が下面側に突出しないで沈み込むように座ぐり孔を設けてある。
【００２１】
ワイヤポテンショメータ２は、ワイヤポテンショメータ２のケース内に配置された図示しないプーリがワイヤ３を巻き取る構成になっており、このプーリに常にワイヤを巻き込む方向の復元力を付与する図示しない渦巻ばねが内蔵されている。そして、例えば、前記プーリと一体に回転する回転円盤に所定の周方向配列で永久磁石が配置され、その近傍にホール素子が配置され、ホール素子の信号がプーリの回転角を、つまり、ワイヤの引き出された長さを示すように構成されている。
【００２２】
ワイヤポテンショメータ２は、図１の（ｂ）に示すようにケースのワイヤ引き出し孔２ａがベースプレート１１の平面中心Ｏに対し、周方向に１２０度の間隔となるように垂直板１２を介してねじ固定されている。そして、例えば、３個のワイヤポテンショメータ２の内の１つのワイヤポテンショメータ２のワイヤ引き出し孔２ａが、図１の（ｂ）に示すように平面中心Ｏからベースプレート１１の特定の一辺１１ｃに垂直に引いた線（図１の（ａ）では、Ｙ＋の矢印で示す）の方向に対応するように設定される。ここで、この特定の一辺１１ｃを、以下では「基準辺１１ｃ」と称する。ちなみに、「基準辺１１ｃ」と称するのは、基準辺１１ｃの示す方向が、後記するＸＹＺの直角三次元座標系におけるＸ軸の方向を示すように設定すると、それを前提としたＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸方向の設定の入力方法を前以って準備しておくことができ、ＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸方向の設定を簡単化できるからである。
また、後記するが、三次元変位センサ１が不動点である試験架台３２（図３参照）の天井面にベースプレート１１が固定され、ワイヤ３が下方側に引き出されたとき、ＸＹＺの直角座標系のＸ軸、Ｙ軸は、例えば、図１の（ｂ）に示すように設定され、Ｚ軸は、紙面に向く方向がＺ軸（＋）方向とする。
【００２３】
ベースプレート１１は、例えば、長方形の板状であり、その四隅近傍に雌ねじを切られた取り付けねじ孔１１ａを有している。ベースプレート１１は、図１の（ｂ）に示すようにその板厚面にセンサカバー１３を固定するための雌ねじ孔１１ｂを複数有している。
【００２４】
センサカバー１３を、図１の（ａ）に示すようにベースプレート１１の上側から被せ、ベースプレート１１の雌ねじ孔１１ｂに対応した位置に設けてあるセンサカバー１３の下端側のねじ孔１３ｅにセンサカバー１３を固定するためのねじを挿通させ、雌ねじ孔１１ｂにねじ嵌合させて、ベースプレート１１にセンサカバー１３が固定されている。
センサカバー１３には、複数のねじ孔１３ｂが３枚の垂直板１２の上端面に２個設けられた固定用雌ねじ孔１２ａの位置に対応させて設けられており、センサカバー１３の上側から垂直板１２を固定するためのねじ（図示省略）が挿通されて、固定用雌ねじ孔１２ａにねじ嵌合すようになっている。
【００２５】
ワイヤポテンショメータ２のワイヤ引き出し孔２ａから引き出された３本のワイヤ３はそれぞれセンサカバー１３に径方向外方側に長く延びた長孔のワイヤ引き出し孔１３ａを挿通させて、引き出されその先端が変位測定端５として一点で結合されている。ワイヤ引き出し孔１３ａの幅は、変位測定端５の変位に対してワイヤ引き出し孔１３ａの縁に摺動すること無いような大きさとすることが望ましい。
これは、被測定対象物に変位測定端５が取り付けられたときに、変位測定端５の変位に対し、３本のワイヤ３がワイヤ引き出し孔２ａから変位測定端５までの間で直線となり、変位測定端５がワイヤ引き出し孔２ａから直線的に延びて構成する三角錐の頂点となることが変位測定端５の変位測定の上で仮定されて後記する相関式が設定されるためである。
【００２６】
なお、センサカバー１３は基本的に図１の（ａ）に示すように上面側（天井側）が有底の四角筒形状であり、その側面の一つが、ベースプレート１１の基準辺１１ｃに対向する辺１１ｄに対応した側面になっており、固定用側面１３ｃを構成している。固定用側面１３ｃの周縁部には、ベースプレート１１とセンサカバー１３とを固定するための前記したねじ孔１３ｅと干渉しないように雌ねじを切られた取り付けねじ孔１３ｄが設けられ、この取り付けねじ孔１３ｄにねじ嵌合させて三次元変位センサ１を固定することが可能になっている。
【００２７】
図２は、三次元変位センサにおける３本のワイヤの先端を結合した変位測定端のＸＹＺ方向の動きに対するワイヤの引き出し量の変化の説明図であり、（ａ）は、変位測定端のＺ方向への移動の場合の説明図、（ｂ）は、変位測定端のＸ方向への移動の場合の説明図、（ｃ）は、変位測定端のＹ方向への移動の場合の説明図である。
このように変位測定端５が初期位置から符号５’で示した位置に、それぞれＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向に移動しても、３箇所のワイヤ引き出し孔２ａを頂点とする正三角形の底面とし、ワイヤ引き出し孔２ａから直線的に変位測定端５に延びる３本のワイヤ３を稜線とした三角錐により、三角錐の稜線の長さ、つまり、ワイヤ引き出し孔２ａからワイヤ３が引き出された量が分かれば、三角錐の頂点である変位測定端５の三角錐の底面の中心点からの三次元空間中の位置を一意に算出して決定できる。そして、三次元変位センサ１のベースプレート１１の３箇所のワイヤ引き出し孔２ａを頂点とする正三角形の底面の中心と平面中心Ｏ（図１の（ｂ）参照）との相対位置関係は既知であるので、容易に平面中心Ｏからの変位測定端５の相対位置を三次元的に一意に計算で求めることができる。
【００２８】
《三次元変位測定装置の全体構成》
次に、図３，４を参照しながら、三次元変位測定装置５０について説明する。
図３は、エンジン及びトランスミッションの結合体の振動変位を三次元変位センサ３個で測定する場合の三次元変位センサの設置例の説明図である。
この例では、車両Ｖは、エンジン２１を横置きする前輪駆動車両である。ここでは、エンジン２１とトランスミッション（変速機）２３とが一体に結合されたものを被測定対象物とし、エンジン２１及びトランスミッション２３は、車体の前部側面の左右のフレーム３１Ｌ，３１Ｒ上に設けたエンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒで車両Ｖの左右で支持されるとともに、図示省略のサブフレーム上に設けたエンジンマウント２８Ｆ，２８Ｒでエンジン２１の前後が支持される。
エンジン２１は、エンジンマウント２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒで支持される支持受け部２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒを有し、トランスミッション２３は、エンジンマウント２６Ｌで支持される支持受け部２５Ｌを有している。
【００２９】
そして、各エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒにおけるエンジン２１又はトランスミッション２３の三次元変位量を測定し、そのエンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒの耐久性試験等の解析に利用することが、この三次元変位測定装置５０（図４参照）を用いてこの被測定対象物の三次元変位量を測定する目的である。そのために、左右のフレーム３１Ｌ，３１Ｒ上に、例えば、仮想線で示したほぼコの字形の枠体である試験架台３２を溶接等で固定し、その天板の下面に３個の三次元変位センサ（三次元変位測定ユニット）１Ａ，１Ｂ，１Ｃがねじ止め固定されている。ここで、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、図１の三次元変位センサ１と同じものであるが、それを区別するため符号を１Ａ，１Ｂ，１Ｃと変えてある。変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃも、図１の三次元変位センサ１の変位測定端５と同じものであるが、それを区別するため符号を５Ａ，５Ｂ，５Ｃと変えてある。
【００３０】
三次元変位センサ１Ａ，１Ｂは、試験架台３２の天板に変位測定端５Ａ，５Ｂがベースプレート１１の平面中心Ｏ（図１参照）のほぼ垂直下になるようにベースプレート１１（図１参照）の取り付けねじ孔１１ａを用いてねじ固定されている。変位測定端５Ａは、支持受け部２５Ｒの上面に固定されている。具体的には、例えば、変位測定端５Ａを金属製の小片である取り付け部材（測定点）２９Ａに溶接又は接着固定し、更にその取り付け部材２９Ａを支持受け部２５Ｒに溶接固定する。同様に変位測定端５Ｂは、トランスミッション２３の支持受け部２５Ｌの上面に取り付け部材（測定点）２９Ｂを介して固定されている。
【００３１】
エンジンマウント２８Ｆ，２８Ｒにおけるエンジン２１の三次元変位量を測定しようとしてもエンジン２１の上部の外形の出っ張りや、エンジン２１に隣接する機器や配線等が邪魔になり直接測定できない。そこで、三次元変位センサ１Ｃの変位測定端５Ｃが、エンジン２１の上部に取り付け部材（測定点）２９Ｃを介して変位測定端５Ａと同様の方法で固定される。このとき、三次元変位センサ１Ｃは、センサカバー１３（図１参照）の固定用側面１３ｃに設けられた取り付けねじ孔１３ｄを用いて、試験架台３２の天板に固定されている。つまり、三次元変位センサ１Ｃのベースプレート１１の平面中心Ｏ（図１参照）の斜め下方（車両Ｖで見ると前方側の三次元変位センサ１Ｃの平面中心Ｏから手前下方）に変位測定端５Ｃが位置している。
ここで、取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃを取り付けられた部位が、特許請求の範囲に記載の「測定点」に対応する。その意味でエンジン２１又はトランスミッション２３に固定された取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃそのものを特許請求の範囲に記載の「測定点」としても良い。
【００３２】
エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体は、ほぼ剛体とみなすことができ、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃの三次元変位量が測定できれば、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の三次元変位量が分かるので、変位測定端５が取り付けられていない支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの三次元変位量を計算によって求めることができる。
【００３３】
ここで、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の三次元変位量を算出するための直角座標系のＸＹＺの座標軸の設定方法について説明する。例えば、Ｘ軸はエンジン２１のクランク軸の回転中心軸３５と一致させるようにし、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の重心Ｇを含む垂直面がＸ軸と垂直に交わる点を直角座標系の座標原点（直角三次元座標系の原点）３６とし、座標原点３６から垂直にＺ軸を、座標原点３６からＸ軸及びＺ軸に共に直角となるＹ軸を車両Ｖの前方水平方向に設定する。
そして、Ｘ軸周りの角度変位をロール振動と称し、Ｙ軸周りの角度変位をピッチ振動と称し、Ｚ軸周りの角度変位をヨー振動と称する。そして、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより測定された変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃの三次元変位量に基づいて、座標原点３６の三次元並進振動、ロール振動、ピッチ振動及びヨー振動の成分を算出し、三次元変位量を直接測定することができない支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの三次元変位量を算出する。
ここで支持受け部２５Ｌ，２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒが特許請求の範囲に記載の「着目点」に対応する。従って、本実施形態では、支持受け部２５Ｌ，２５Ｒは、特許請求の範囲に記載の「測定点」でもあり、「着目点」でもある。
【００３４】
図４は、三次元変位測定装置の機能ブロック構成図である。図４に示すように三次元変位測定装置５０は、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、信号前処理装置５３、計測用コンピュータ５１から構成される。計測用コンピュータ５１としては、普通の市販のノート型パーソナルコンピュータでも良い。計測用コンピュータ５１は、コンピュータ本体５１ａ、液晶表示装置等から構成された表示部５１ｂ、キーボード、マウス等の入力装置５１ｃ、ハードディスク装置等で構成された記憶部５１ｄ、ＣＰＵ５１ｅ等を含んでおり、他に図示しないＲＯＭ，ＲＡＭや、ＣＰＵ５１ｅ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力インタフェース間を接続するバス等を含んでいる。
図１に示したように三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、それぞれ３個のワイヤポテンショメータ２を有しており、その中に内蔵されたホール素子からの出力信号が信号前処理装置５３の個別の信号前処理回路５４で、増幅及びＡ／Ｄ変換され、計測用コンピュータ５１の入力インタフェースに入力される。
【００３５】
そして、記憶部５１ｄに予め格納された三次元変位測定プログラムをＣＰＵ５１ｅが読み出して、実行する機能部として、制御部６１、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃに対応して１組のセットとして３つのワイヤ引き出し長さ演算部（ポテンショメータ信号取得手段）６２、座標軸設定部（座標軸設定手段）６４、換算式設定部（換算式設定手段）６５及び三次元変位量演算部（測定点変位量算出手段）６６、被測定対象物三次元座標設定部６７、並びに被測定対象物三次元変位解析部７０を含んでいる。その他にＣＰＵ５１ｅが実行する機能部として、車両情報取得部６３を含んでいる。
前記した１組のセットとしての３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２、座標軸設定部６４、換算式設定部６５及び三次元変位量演算部６６は、図４に示すように三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃに対応してＡ系、Ｂ系、Ｃ系の３組用意されている。
【００３６】
被測定対象物三次元座標設定部６７は、座標原点設定部（測定点座標設定手段、着目点座標設定手段）６７ａ、測定点座標設定部（測定点座標設定手段）６７ｂ、着目点座標設定部（着目点座標設定手段）６７ｃを含んでいる。
被測定対象物三次元変位解析部７０は、測定点三次元座標換算部（着目点変位量算出手段）７１、着目点三次元座標変位演算部（着目点変位量算出手段）７２を含んでいる。そして、着目点三次元座標変位演算部７２は、被測定対象物三次元運動解析部７２ａと着目点三次元座標換算部７２ｂから構成されている。ちなみに、測定点三次元座標換算部７１は、前記したＡ〜Ｃ系に対応してＡ系測定点三次元座標換算部７１ａ、Ｂ系測定点三次元座標換算部７１ｂ、Ｃ系測定点三次元座標換算部７１ｃを含んでいる。
【００３７】
（制御部と初期設定の機能）
制御部６１は、初期設定の機能の一つ目として、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃの設置条件に対応した各Ａ〜Ｃ系の三次元変位量演算部６６における直角三次元座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向（ＸＹＺ方向）の成分の三次元変位量を算出するために、Ａ〜Ｃ系のそれぞれの座標軸設定部６４においてＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向をそれぞれの座標軸方向に対する＋−方向も含めて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする座標軸方向設定入力機能を有している。
【００３８】
また、制御部６１は、初期設定の機能の二つ目として、前記した座標軸方向設定入力機能の作業の終了後に、前記した座標軸方向設定入力機能の結果を用いてＡ〜Ｃ系の換算式設定部６５に、それぞれの系に含まれる３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２の算出したワイヤポテンショメータ２の回転角を示す出力信号に基づくワイヤ引き出し長さにより、初期状態におけるワイヤ引き出し長さからのワイヤ引き出し長さの変化量をＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向の成分の三次元変位量として三次元変位量演算部６６にて換算算出する際に用いる換算式の係数を、Ａ〜Ｃ系のそれぞれの換算式設定部６５において、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。
【００３９】
そのため、制御部６１は、Ａ〜Ｃ系のそれぞれの座標軸設定部６４、換算式設定部６５と接続している。座標軸設定部６４で設定されたＸ，Ｙ，Ｚ方向は、それぞれの方向に対する＋−方向も含めて換算式設定部６５に入力される。
ちなみに、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの方向に対する＋−方向は、後記する座標原点設定部６７ａにおけるそれぞれの方向に対する＋−方向と整合したものである。
Ａ〜Ｃ系のそれぞれの換算式設定部６５で設定された換算式の係数は、それぞれの系の三次元変位量演算部６６に入力される。
なお、変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃそれぞれに対して、換算式は個別に用意され、個々の三次元変位センサ１の３本のワイヤ３で構成する三角錐の稜線の長さから三角錐の頂点である変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれの三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。しかし、変位測定端５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれの初期状態における三角錐の形状は異なるし、また、三次元変位センサ１の取り付け方向も異なる可能性があることからこの座標軸方向設定入力機能が必要になる。
【００４０】
制御部６１は、初期設定の機能の三つ目として、被測定対象物、ここでは、エンジン２１及びトランスミッション２３の結合体のＸＹＺの直角三次元座標系における座標原点３６と、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸をその正負の方向も含めて設定するために、被測定対象物三次元座標設定部６７の座標原点設定部６７ａにおいて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。そのため、制御部６１は、座標原点設定部６７ａと接続しており、座標原点設定部６７ａにおいて設定された座標原点３６及び、その正負の方向も含んだＸ，Ｙ，Ｚ座標軸の方向は、測定点座標設定部６７ｂ、着目点座標設定部６７ｃ、測定点三次元座標換算部７１、着目点三次元座標変位演算部７２に入力される（図３参照）。
【００４１】
これは、例えば、ＣＡＤシステムで被測定対象物であるエンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の重心Ｇを求めて、車載状態でのクランク軸の回転中心軸３５をＸ軸と定め、重心Ｇを含む垂直面がＸ軸と垂直に交わる点を直角三次元座標の座標原点３６とすることによって設定することとする。ここで、座標原点３６から車体左方向をＸ方向（＋）方向とし、座標原点３６から車体右方向をＸ方向（−）方向とする。
そして、重心Ｇを含む垂直面内の座標原点３６から水平方向に前後に延びるＹ座標軸を設定し、例えば、前方方向をＹ方向（＋）とし、後方方向をＹ方向（−）方向とする。重心Ｇを含む垂直面内の座標原点３６から鉛直方向に上下に延びるＺ座標軸を設定し、例えば、上方方向をＺ方向（＋）とし、下方方向をＺ方向（−）方向とする。
【００４２】
制御部６１は、初期設定の機能の四つ目として、被測定対象物の測定点（図３の取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃが対応）の初期位置の三次元座標を、測定点座標設定部６７ｂにおいて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。そのため、制御部６１は、測定点座標設定部６７ｂと接続しており、測定点座標設定部６７ｂにおいて設定された取り付け部材２９Ａ（図３参照）の初期位置の三次元座標は、Ａ系測定点三次元座標換算部７１ａに入力され、取り付け部材２９Ｂ（図３参照）の初期位置の三次元座標は、Ｂ系測定点三次元座標換算部７１ｂに入力され、取り付け部材２９Ｃの初期位置の三次元座標は、Ｃ系測定点三次元座標換算部７１ｃに入力されるとともに、測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの初期位置の三次元座標が着目点三次元座標変位演算部７２に入力される。
取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの三次元座標の入力設定は、ＣＡＤシステムで前記した原点と、座標軸を設定することによって容易に算出され、測定者はそのデータを入力することで簡単に行える。
【００４３】
制御部６１は、初期設定の機能の五つ目として、被測定対象物の着目点（本実施形態では、支持受け部２７Ｆ，２７Ｒ）の初期位置の三次元座標を、測定点座標設定部６７ｂにおいて、測定者による表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いた設定入力を可能とする機能を有している。そのため、制御部６１は、着目点座標設定部６７ｃと接続している。
なお、測定点座標設定部６７ｂから測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの初期位置の三次元座標が、着目点座標設定部６７ｃに入力されているので、測定者による着目点の入力は、測定点と着目点が同じ部位であるものについては、その三次元座標を表示部５１ｂの画面表示を見ながら入力装置５１ｃでコピーして貼り付けることができる。
着目点座標設定部６７ｃにおいて設定された着目点の初期位置の三次元座標は、着目点三次元座標変位演算部７２に入力される。
着目点の三次元座標の入力設定は、ＣＡＤシステムで前記した原点と、座標軸を設定することによって容易に算出され、測定者はそのデータを入力することで簡単に行える。
【００４４】
制御部６１による三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１ＣのＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸の方向（ＸＹＺ方向）をそれぞれの座標軸の方向に対する＋−方向も含めた設定、三次元変位センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃの出力信号に基づくＸＹＺ方向の各成分の初期位置からの変位量算出用の換算式の設定、被測定対象物の直角座標系の座標原点３６及び＋−方向を含めたＸ，Ｙ，Ｚ方向の設定、測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの三次元座標の設定、被測定対象物の着目点の三次元座標の設定が終了すると、初期設定の作業は終了する。その後、制御部６１は、測定者によって表示部５１ｂと入力装置５１ｃを用いて、初期位置の記憶指令信号と測定開始の信号が入力されると、Ａ〜Ｃ系の各ワイヤ引き出し長さ演算部６２、三次元変位量演算部６６、被測定対象物三次元変位解析部７０に初期位置の記憶指令信号に続いて計測開始の指令信号を入力する。各ワイヤ引き出し長さ演算部６２、三次元変位量演算部６６、被測定対象物三次元変位解析部７０は、初期位置の記憶指令信号を受けて、必要に応じて初期値をそれぞれ記憶し、計測開始の指令信号で、後記する演算を開始する。
【００４５】
（ワイヤ引き出し長さ演算部）
ワイヤ引き出し長さ演算部６２は、個々のワイヤポテンショメータ２からの出力信号が信号前処理回路５４で増幅されデジタル信号に変換されたものを入力として、ワイヤポテンショメータ２の角度変位量を示す出力信号を、ワイヤ引き出し孔２ａからのワイヤ引き出し量に換算し、三次元変位量演算部６６に出力する。この演算は、公知のものであり省略する。ちなみに、本実施形態におけるワイヤポテンショメータ２のプーリは初期位置から伸び方向又は縮み方向にそれぞれほぼ９０度回転する程度の変位量に対応するものであり、大きな変位量を想定したものではない。
【００４６】
（三次元変位量演算部）
Ａ〜Ｃの各系の三次元変位量演算部６６は、制御部６１からの初期位置の記憶指令信号を受信したときの３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２からのワイヤ引き出し量を初期位置とし、計測開始後の３つのワイヤ引き出し長さ演算部６２からのワイヤ引き出し量に対するＸ，Ｙ，Ｚ方向それぞれの初期位置からの三次元変位量を、換算式設定部６５から入力された換算式の係数を用いて、所定の周期で算出する。Ａ〜Ｃの各系の三次元変位量演算部６６で算出された三次元変位量は、測定点三次元座標換算部７１の当該の系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃに入力される。
【００４７】
（測定点三次元座標換算部）
測定点三次元座標換算部７１のＡ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、初期位置の測定点の三次元座標に、Ａ〜Ｃ系の各系の三次元変位量演算部６６から入力された三次元変位量を加算して、測定点三次元座標の変化推移のデータとして、着目点三次元座標変位演算部７２に入力する。
また、Ａ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃで算出された測定点三次元座標の変化推移のデータは、時刻データとともに記憶部５１ｄに出力され、時系列で記憶格納される。
【００４８】
（着目点三次元座標変位演算部）
着目点三次元座標変位演算部７２は、Ａ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃで算出された測定点三次元座標の変化推移のデータと、測定点座標設定部６７ｂから入力された測定点である取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの初期位置の三次元座標と、に基づいて、被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて、座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出する。被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて算出された座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分は、着目点三次元座標換算部７２ｂに入力される。また、被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて算出された座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分は、時刻データとともに記憶部５１ｄに出力され、時系列で記憶格納される。
【００４９】
この被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおける座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分は、Ａ〜Ｃ系の測定点三次元座標換算部７１ａ，７１ｂ，７１ｃで算出された測定点三次元座標の変化推移のデータに基づき容易に算出できる。
【００５０】
着目点三次元座標換算部７２ｂは、被測定対象物三次元運動解析部７２ａにおいて算出された座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分と、取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃと異なる着目点（ここでは、図３の支持受け部２７Ｆ，２７Ｒが対応）の初期位置の三次元座標に基づいて、着目点である支持受け部２７Ｆ，２７ＲのＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元変位量を算出する。測定点ではない着目点である支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの着目点三次元座標換算部７２ｂで算出された三次元変位量は、時刻データとともに記憶部５１ｄに出力され、時系列で記憶格納される。
この着目点である支持受け部２７Ｆ，２７ＲのＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元変位量は、支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの初期位置の三次元座標と、座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分とから容易に算出できる。
着目点であるとともに測定点でもある取り付け部材２９Ａ，２９Ｂが取り付けられた支持受け部２５Ｌ，２５Ｒの三次元変位量は、Ａ，Ｂ系の三次元変位量演算部６６から被測定対象物三次元変位解析部７０に入力されたものがそのまま用いられる。
【００５１】
なお、本実施形態では、車両Ｖを車両試験装置であるロードシミュレータの上に載せて、例えば、駆動輪である前輪に対し各種の走行状態を与え、車両Ｖでは、エンジン２１の回転速度や出力トルクを変えたり、トランスミッション２３の変速段を変えたり、ブレーキ操作をして、車両走行状況を変化させて耐久試験を行い、三次元変位測定装置５０は、車両走行状況に応じた被測定対象物であるエンジン２１及びトランスミッション２３の結合体の支持受け部２５Ｌ，２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒの三次元変位量を測定する。そのために、計測用コンピュータ５１は、入力インタフェース装置５５に、例えば、車両Ｖのエンジン回転速度信号Ｎｅ、アクセル開度信号ＳAc、トランスミッション２３のギアシフト位置信号ＳSft、駆動輪の車輪速信号ＳV、ブレーキの踏み込み量を示すブレーキ操作信号ＳB、ロードシミュレータ側で検出される駆動輪の駆動トルクを示す駆動トルク信号ＳTD等の車両情報が入力され、それぞれの入力信号に応じた前処理回路５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄ，５６Ｅ，５６Ｆを介して計測用コンピュータ５１の入力インタフェースに入力され、車両情報取得部６３で取得され、時刻データとともに記憶部５１ｄに記憶格納される。
【００５２】
測定が終了すると、測定者が表示部５１ｂ、入力装置５１ｃを用いて計測の終了を制御部６１に入力し、制御部６１が、ワイヤ引き出し長さ演算部６２、三次元変位量演算部６６、測定点三次元座標換算部７１、着目点三次元座標変位演算部７２に測定終了の指令を出し、各演算機能や記憶部５１ｄへのデータ格納を停止する。
【００５３】
なお、耐久試験中に、制御部６１は、表示部５１ｂに、各測定点（取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ）の三次元変位量の時系列変化、測定点に含まれない着目点（支持受け部２７Ｆ，２７Ｒ）の三次元変位量の時系列変化、座標原点３６のＸ，Ｙ，Ｚ方向への並進変位成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分の時系列変化のグラフを車両情報取得部６３で取得された車両情報とともに表示するようにしても良い。
【００５４】
本実施形態によれば、特許文献１に記載のような伸縮変位を検出する変位検出器を備えた伸縮自在な連結ロッドや、その基部側が垂直軸及び水平軸の周りに回転可能な構成として、第１及び第２の角度検出器を設けて垂直軸及び水平軸の周りの角度変位を検出するという複雑な構成とすることなく、単に、１箇所の測定点の三次元変位量の測定に対して、３個のワイヤポテンショメータ２のワイヤ３の引き出し長さを計測するだけで、３本のワイヤ３で構成する三角錐の頂点の変位測定端５の三次元位置が一意に特定でき、それを容易に換算式でＸＹＺの直角三次元座標に変換できる。
従って、３本のワイヤ３（図１参照）の慣性は極めて小さく、被測定対象物の高速な振動変位を特許文献１のような技術よりも正確に測定できる。また、３個のワイヤポテンショメータ２（図１参照）を用いたものであり、三次元変位測定装置５０は、超音波、光、レーザ光等を使用した非接触式の従来のものより極めて安価に製造できる。
【００５５】
また、図３に例示するように被測定対象物に対して、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点（本実施形態では、取り付け部材２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ）を設けて、それぞれ三次元変位センサ１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）で変位量を測定しているので、設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の測定点における変位量が算出できる。また、少なくとも３箇所以上の被測定対象物の所定の測定点の初期位置の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を入力し、着目点の初期位置の直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標をも入力しているので、着目点三次元座標変位演算部７２によって測定点と異なる着目点の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量が、測定点と着目点との間の直角三次元座標系の相対位置関係と、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、算出することができる。
従って、被測定対象物の外形形状の関係で被測定対象物と干渉したり、被測定対象物に取り付けられた外部搭載品等（エンジン２１及びトランスミッション２３の周辺に配置された機器、配管、計装線等）と干渉したりして、測定点として選ぶことができない着目点（支持受け部２７Ｆ，２７Ｒ）の直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量を間接的に計算によって得ることが容易にできる。
【００５６】
本実施形態では被測定対象物は、図３に示すように車両Ｖのエンジン２１及びトランスミッション２３が一体に結合されたものである。そして、直角三次元座標系のＸ軸は、エンジン２１の停止時のクランク軸の回転中心軸３５とし、座標原点３６は、Ｘ軸に垂直であって、かつ、エンジン２１及びトランスミッション２３が一体に結合されたものの重心点Ｇをその中に含む垂直平面とＸ軸との交点に設定されている。直角三次元座標系のＺ軸は、Ｘ軸と座標原点３６で直交する垂直軸であり、Ｙ軸、Ｘ軸及びＺ軸と座標原点３６で直交する水平軸である。
従って、着目点三次元座標変位演算部７２において、少なくとも３箇所以上の測定点における直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量から、座標原点３６のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位量の成分と、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することができる。
【００５７】
例えば、着目点をエンジン２１及びトランスミッション２３が一体に結合されたものを、エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒを介して弾性的に振動吸収して車体により支持される支持受け部２５Ｌ，２５Ｒ，２７Ｆ，２７Ｒのエンジン運転状態における変位量を測定したい場合に、エンジン２１及びトランスミッション２３の周辺に配置された機器、配管、計装線等によって支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの変位量を直接測定できない。そのようなときは、その支持受け部２７Ｆ，２７Ｒを着目点とし、着目点三次元座標変位演算部７２で、エンジンの運転状態における支持受け部２７Ｆ，２７Ｒの三次元の変位量が算出できる。そして、エンジンマウント２８Ｆ，２８Ｒに加わる三次元の変位量が算出できる。そのとき、並進的な変位量成分だけでなく、Ｘ軸周りのロール振動、Ｙ軸周りのピッチ振動、Ｚ軸周りのヨー振動、それぞれの変位量成分をも算出することができ、エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒの耐久性試験の分析において、各エンジンマウント２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒに加わる変位成分を考慮した改良方向の示唆を得ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態の三次元直角座標系のＸＹＺ軸は、図３で示したように設定したが、それに限定されるものではなく、重心Ｇを直角三次元座標系の座標原点３６とし、重心Ｇを通るクランク軸の回転中心軸に平行な軸をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な重心Ｇを含む平面内において車両の重心Ｇから水平に前方方向にＹ軸を取り、重心Ｇから鉛直上方にＺ軸を設定するようにしても良い。
また、本実施形態の被測定対象物の例としてとして、車両Ｖのエンジン２１及びトランスミッション２３の結合体を横置き、前輪駆動方式としたが、それに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 三次元変位センサ（三次元変位測定ユニット）
２ ワイヤポテンショメータ（ポテンショメータ）
２ａ ワイヤ引き出し孔
３ ワイヤ
５，５’，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 変位測定端
１１ ベースプレート
１１ａ 取り付けねじ孔
１１ｃ 基準辺
１３ センサカバー
１３ａ ワイヤ引き出し孔
１３ｃ 固定用側面
１３ｄ 取り付けねじ孔
２１ エンジン
２３ トランスミッション（変速機）
２５Ｌ，２５Ｒ 支持受け部（測定点、着目点）
２７Ｆ，２７Ｒ 支持受け部（着目点）
２６Ｌ，２６Ｒ，２８Ｆ，２８Ｒ エンジンマウント
２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ 取り付け部材（測定点）
３１Ｌ，３１Ｒ フレーム
３２ 試験架台
３５ クランク軸の回転中心軸
３６ 座標原点（直角三次元座標系の原点）
５０ 三次元変位測定装置
５１ 計測用コンピュータ
５１ａ コンピュータ本体
５１ｂ 表示部（入力手段）
５１ｃ 入力装置（入力手段）
５１ｄ 記憶部
６２ ワイヤ引き出し長さ演算部（ポテンショメータ信号取得手段）
６３ 車両情報取得部
６４ 座標軸設定部（座標軸設定手段）
６５ 換算式設定部（換算式設定手段）
６６ 三次元変位量演算部（測定点変位量算出手段）
６７ 被測定対象物三次元座標設定部
６７ａ 座標原点設定部（測定点座標設定手段、着目点座標設定手段）
６７ｂ 測定点座標設定部（測定点座標設定手段）
６７ｃ 着目点座標設定部（着目点座標設定手段）
７０ 被測定対象物三次元変位解析部
７１ 測定点三次元座標換算部（着目点変位量算出手段）
７１ａ Ａ系測定点三次元座標換算部
７１ｂ Ｂ系測定点三次元座標換算部
７１ａ Ｃ系測定点三次元座標換算部
７２ 着目点三次元座標変位演算部（着目点変位量算出手段）
７２ａ 被測定対象物三次元運動解析部
７２ｂ 着目点三次元座標換算部
Ｇ 重心
Ｏ 平面中心
Ｖ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを巻回しているプーリを有し、前記ワイヤが引き出されることによって回転する前記プーリの回転角に基づいて引き出された前記ワイヤの長さを検出するポテンショメータが、３個所定の周方向角度の間隔を取って一つの支持基板の上に取り付けられた三次元変位測定ユニットと、前記三次元変位測定ユニットの前記３個のポテンショメータからのそれぞれの出力信号を取得するポテンショメータ信号取得手段と、を備えた三次元変位測定装置であって、
測定者が入力可能な入力手段と、
前記三次元変位測定ユニットの３個の前記ポテンショメータのそれぞれ前記ワイヤの引き出し部分の先端部を１点で接合して変位測定端とし、前記３本のワイヤで三角錐を形成するようにし、前記変位測定端が、被測定対象物の所定の測定点に固定され、
前記測定者による前記入力手段からの入力に従って、前記被測定対象物の所定の測定点の初期位置に対し、ＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸の向きを設定する座標軸設定手段と、
前記測定者による前記入力手段からの入力に従って、前記３個のポテンショメータからの出力信号に基づいて前記被測定対象物の所定の測定点の前記初期位置からの前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量に換算する換算式を設定する換算式設定手段と、
前記換算式設定手段により設定された前記換算式を用いて、３個の前記ポテンショメータからの前記出力信号に基づいて、前記初期位置からの前記被測定対象物の所定の測定点の前記直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する測定点変位量算出手段と、
を備えることを特徴とする三次元変位測定装置。
【請求項２】
更に、三次元の立体の剛体と仮定できる前記被測定対象物に対して、前記少なくとも３箇所以上の前記被測定対象物の所定の測定点の初期位置に係わる前記設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、前記測定者による前記入力手段からの入力に従って設定する測定点座標設定手段と、
前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量を求めたい前記被測定対象物の所定の着目点の初期位置に係わる前記設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、前記測定者による前記入力手段からの入力に従って設定する着目点座標設定手段と、
前記設定された前記被測定対象物の所定の着目点のうちの、前記設定された前記少なくとも３箇所以上の前記被測定対象物の所定の測定点と異なるものに対して、前記設定された前記少なくとも３箇所以上の前記被測定対象物の所定の測定点との前記設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の相対位置に基づいて、当該の着目点の初期位置からの前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する着目点変位量算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元変位測定装置。
【請求項３】
前記被測定対象物は、車両のエンジン及び変速機が一体に結合されたものであって、
前記設定された直角三次元座標系のＸ軸は、前記エンジンの停止時のクランク軸の回転中心軸であり、前記Ｚ軸は、前記Ｘ軸に垂直な垂直平面内に含まれた前記Ｘ軸に直交する垂直軸であり、前記Ｙ軸は、前記Ｘ軸及び前記垂直平面内に含まれた前記Ｚ軸に直交する水平軸であり、
前記被測定対象物の所定の着目点とは、前記エンジン及び変速機が車体に支持される部位であり、
前記着目点変位量算出手段は、少なくとも前記エンジンの回転による前記Ｘ軸周りのロール振動を考慮して、当該の着目点の初期位置からの前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出することを特徴とする請求項２に記載の三次元変位測定装置。
【請求項４】
前記設定された直角三次元座標系の前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とは、前記Ｘ軸に垂直であって、かつ、前記エンジン及び変速機が一体に結合されたものの重心点をその中に含む前記垂直平面内に設定され、
前記着目点変位量算出手段は、前記被測定対象物の所定の着目点に対して、前記設定された直角三次元座標系の原点の前記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位成分と、前記Ｘ軸周りのロール振動、前記Ｙ軸周りのピッチ振動、前記Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することを特徴とする請求項３に記載の三次元変位測定装置。
【請求項１】
ワイヤを巻回しているプーリを有し、前記ワイヤが引き出されることによって回転する前記プーリの回転角に基づいて引き出された前記ワイヤの長さを検出するポテンショメータが、３個所定の周方向角度の間隔を取って一つの支持基板の上に取り付けられた三次元変位測定ユニットと、前記三次元変位測定ユニットの前記３個のポテンショメータからのそれぞれの出力信号を取得するポテンショメータ信号取得手段と、を備えた三次元変位測定装置であって、
測定者が入力可能な入力手段と、
前記三次元変位測定ユニットの３個の前記ポテンショメータのそれぞれ前記ワイヤの引き出し部分の先端部を１点で接合して変位測定端とし、前記３本のワイヤで三角錐を形成するようにし、前記変位測定端が、被測定対象物の所定の測定点に固定され、
前記測定者による前記入力手段からの入力に従って、前記被測定対象物の所定の測定点の初期位置に対し、ＸＹＺの直角三次元座標系の各座標軸の向きを設定する座標軸設定手段と、
前記測定者による前記入力手段からの入力に従って、前記３個のポテンショメータからの出力信号に基づいて前記被測定対象物の所定の測定点の前記初期位置からの前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量に換算する換算式を設定する換算式設定手段と、
前記換算式設定手段により設定された前記換算式を用いて、３個の前記ポテンショメータからの前記出力信号に基づいて、前記初期位置からの前記被測定対象物の所定の測定点の前記直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する測定点変位量算出手段と、
を備えることを特徴とする三次元変位測定装置。
【請求項２】
更に、三次元の立体の剛体と仮定できる前記被測定対象物に対して、前記少なくとも３箇所以上の前記被測定対象物の所定の測定点の初期位置に係わる前記設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、前記測定者による前記入力手段からの入力に従って設定する測定点座標設定手段と、
前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へのそれぞれの変位量を求めたい前記被測定対象物の所定の着目点の初期位置に係わる前記設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を、前記測定者による前記入力手段からの入力に従って設定する着目点座標設定手段と、
前記設定された前記被測定対象物の所定の着目点のうちの、前記設定された前記少なくとも３箇所以上の前記被測定対象物の所定の測定点と異なるものに対して、前記設定された前記少なくとも３箇所以上の前記被測定対象物の所定の測定点との前記設定された直角三次元座標系のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の相対位置に基づいて、当該の着目点の初期位置からの前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出する着目点変位量算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元変位測定装置。
【請求項３】
前記被測定対象物は、車両のエンジン及び変速機が一体に結合されたものであって、
前記設定された直角三次元座標系のＸ軸は、前記エンジンの停止時のクランク軸の回転中心軸であり、前記Ｚ軸は、前記Ｘ軸に垂直な垂直平面内に含まれた前記Ｘ軸に直交する垂直軸であり、前記Ｙ軸は、前記Ｘ軸及び前記垂直平面内に含まれた前記Ｚ軸に直交する水平軸であり、
前記被測定対象物の所定の着目点とは、前記エンジン及び変速機が車体に支持される部位であり、
前記着目点変位量算出手段は、少なくとも前記エンジンの回転による前記Ｘ軸周りのロール振動を考慮して、当該の着目点の初期位置からの前記設定された直角三次元座標系のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への変位量を算出することを特徴とする請求項２に記載の三次元変位測定装置。
【請求項４】
前記設定された直角三次元座標系の前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とは、前記Ｘ軸に垂直であって、かつ、前記エンジン及び変速機が一体に結合されたものの重心点をその中に含む前記垂直平面内に設定され、
前記着目点変位量算出手段は、前記被測定対象物の所定の着目点に対して、前記設定された直角三次元座標系の原点の前記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の並進変位成分と、前記Ｘ軸周りのロール振動、前記Ｙ軸周りのピッチ振動、前記Ｚ軸周りのヨー振動それぞれの変位量成分を算出することを特徴とする請求項３に記載の三次元変位測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０４８６２（Ｐ２０１３−１０４８６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１２２４（Ｐ２０１１−２５１２２４）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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