重心高さ計測装置、自動車検査システム、及び重心高さ計測方法
【課題】正確に且つ短時間で物体の重心高さを測定することができる重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る重心高さ計測装置４０は、振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置４０であって、車両（物体）１を搭載する揺動ユニット１９と、揺動ユニット１９を支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイド２８と、揺動ユニット１９に応力を与えて揺動ユニット１９を揺動させる揺動手段１６と、揺動ユニット１９の揺動周期を検知する変位センサ（揺動周期検知手段）８と、変位センサ８により検知された揺動周期に基づいて車両１の重心位置を演算する重心位置演算手段１０と、を備えて構成されている。
【解決手段】本実施形態に係る重心高さ計測装置４０は、振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置４０であって、車両（物体）１を搭載する揺動ユニット１９と、揺動ユニット１９を支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイド２８と、揺動ユニット１９に応力を与えて揺動ユニット１９を揺動させる揺動手段１６と、揺動ユニット１９の揺動周期を検知する変位センサ（揺動周期検知手段）８と、変位センサ８により検知された揺動周期に基づいて車両１の重心位置を演算する重心位置演算手段１０と、を備えて構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法に関し、さらに詳しくは、車両等の重心高さを、振り子の原理を利用して計算により求める重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、人間の生活、社会活動にとって欠かせないものとなっているが、同時に、交通事故、窒素酸化物や黒煙による大気汚染、地球温暖化などの原因にもなっている。そこで、車社会の負の影響を低減するため、個々の自動車が守らなければならない安全、環境に関する基準法（道路運送車両の保安基準）が国により定められている。このため、車両の使用者に対して個々の自動車が保安基準に適合しているか否かを確認する自動車検査（車検）が義務付けられている。
車両の最大安定傾斜角を測定する方法として、１）最大安定傾斜角測定機による方法、２）前輪楊程法による重心高算出による方法、３）モーメント法による重心高算出による方法が行われている。図７は２）の前輪楊程法について説明する模式図であり、空車状態の車両５０の前輪をクレーン５２により持ち上げて、所定の算定式により重心高さを推定して、その値から安定傾斜角を求める。図８は１）の空車実測による方法について説明する模式図であり、空車状態の車両５０を台座５３に搭載して、台座５３を左右に傾けた場合に、反対側の車輪の全部が接地面を離れるときの接地面と水平面のなす角度を測定することにより重心を求め、その値から安定傾斜角を求める。
【０００３】
このように、現在の車検制度では、上記３種類の測定法の何れかにより最大安定傾斜角を測定しているが、２）３）の方法では、計測時間が長くなり、計算方法によってはバラツキが生じる。また、１）の方法では、計測時間が長くなるばかりでなく、実測時の安全性の確保の面で難があるといった問題を抱えている。
尚、重心高を測定する従来技術として特許文献１には、物体を吊り支点を支点として任意方向に振らせたときの固有周期から、物体の高さ方向の重心を求める重心位置の測定方法について開示されている。
また、特許文献２には、吊りフレームに、重量既知の物体と、重心位置が既知の標準部材を取り付けて吊りフレームを揺動させ、揺動周期の差から物体の重心位置を測定する重心位置測定方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０９１２９号公報
【特許文献２】特開昭５４−１５７６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている従来技術は、何れも測定する物体を吊り下げる必要があるため、物体の形状が大きくなると、測定装置そのものが大型化し、且つ測定時の安全性の面で難があるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドを備え、揺動ユニットに測定する物体を搭載して揺動させ、その揺動周期を測定することにより、正確に且つ短時間で物体の重心高さを測定することができる重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法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】
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置であって、前記物体を搭載する揺動ユニットと、該揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドと、該揺動ユニットに応力を与えて該揺動ユニットを揺動させる揺動手段と、前記揺動ユニットの揺動周期を検知する揺動周期検知手段と、該揺動周期検知手段により検知された揺動周期に基づいて前記物体の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を備え、前記揺動ガイドは、前記揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下部を支持することを特徴とする。
本発明の重心高さ計測装置は、振り子の原理を利用するために、物体を搭載した揺動ユニットを振り子の円弧軌道に沿って自在に揺動させる構成である。従って、従来のような物体を吊り下げる構成とは全く異なり、重量が嵩む車両等の重量物でも容易にその周期を計測することができる。即ち、本発明では、物体を搭載する揺動ユニットと、揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドと、応力を与えて該揺動ユニットを揺動させる揺動手段と、揺動ユニットの揺動周期を検知する揺動周期検知手段と、検知された揺動周期に基づいて物体の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を備え、揺動ガイドは、揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下部を支持する構成となっている。これにより、被測定物が重量物であっても容易に周期を計測して、正確な重心高さを演算することができる。
【０００７】
請求項２は、前記揺動ユニットは、上面に前記物体を搭載する台座と、該台座を凹状の上面中心部に支持する円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材と、を備え、前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベース上に回転自在に支持され且つ前記揺動部材底面を支持することによって前記揺動ユニットを前記振り子の円弧軌道に沿って揺動させる複数の転動部材から構成されていることを特徴とする。
本発明の第１の揺動ユニットの具体的な構成は、円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材の中心部に物体を支持する台座を備える。また、揺動ガイドの構成は、複数の転動部材（例えば、ローラ等）により揺動ユニットを支持し、転動部材が固定ベース上に回転自在に支持されている。これにより、物体を搭載した台座を支持しつつ、振り子の原理により容易に揺動させることができる。
【０００８】
請求項３は、前記揺動ユニットは、上面に前記物体を支持する台座本体と、該台座本体によって回転自在に支持された複数の転動部材と、を備え、前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベースに固定され上面に円弧状の凹所を有した凹状ガイドと、を備え、前記凹状ガイドの上面に前記揺動ユニットを載置し、転動部材を転動させることにより、前記振り子の円弧軌道に沿って前記揺動ユニットを揺動させるように構成したことを特徴とする。
本発明の第２の揺動ユニットの具体的な構成は、揺動ガイドを固定しておき、その凹状ガイドの上面に揺動ユニットを載置する構成である。これにより、揺動ユニットの台座本体が可動するため、可動部を小さく構成することができる。
【０００９】
請求項４は、前記揺動手段により揺動させる角度θは、ｓｉｎθ≒θが成り立つ角度であることを特徴とする。
振り子の原理を利用した場合、物体の周期をＴ、重力の加速度をｇとすると、物体の重心までの距離Ｌは、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２から計算することができる。ただし、この式が成り立つ条件は、周期Ｔを求める場合、揺動させる角度がｓｉｎθ≒θが成り立つ程度の微小角である必要がある。これにより、揺動の幅を少なくして、計測時間を縮小すると共に、物体の測定時の安全性を高めることができる。
【００１０】
請求項５は、前記揺動ユニットの重量は、前記物体の重量に比較して十分小さく設定することを特徴とする。
揺動ユニットと物体の合成重心高さＬｂｃ、揺動ユニットのみの重心高さＬ１、揺動ユニットの重量をｗｂ、物体の重量をｗｃとしたときに、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより計算できる。ここで、ｗｂがｗｃに比べて大きいと、物体の重心を正確に測定することができなくなる。そこで本発明では、揺動ユニットの重量ｗｂは、物体の重量ｗｃに比較して十分小さく設定する。これにより、物体の重心を正確に測定することができる。
【００１１】
請求項６は、前記物体が車両であり、請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置が自動車検査場の検査工程の一部に組み込まれていることを特徴とする。
自動車検査場の検査工程は、流れ作業のように各工程を順次遂行することにより終了するようになっている。従って、本発明の重心高さ計測装置をこの工程の一部に加えることにより、トラック車両の安定傾斜角を自動的に測定することができる。これにより、自動車検査の検査時間を総体的に短縮することができる。
【００１２】
請求項７は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置の重心高さ計測方法であって、前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａから前記揺動ユニットのみの重心高さＬ１を計算し、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂから前記揺動ユニットと前記物体の合成重心高さＬｂｃを計算し、回転慣性モーメントが無視できる場合、前記揺動ユニットの重量をｗｂ、前記物体の重量をｗｃとしたときに、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求めることを特徴とする。
本発明の重心高さ計測方法は、予め揺動ユニットのみの重心高さＬ１を測定し、揺動ユニットの重量ｗｂ、及び物体の重量ｗｃは既知なので予め入力しておく。この状態で、揺動ユニットに物体を搭載して揺動周期Ｔｂを測定して、揺動ユニットと物体の合成重心高さＬｂｃを計算する。その結果、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求める。これにより、既知の値と測定した値を入力するだけで、自動的に物体の重心までの距離を演算することができる。
【００１３】
請求項８は、前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする。
振り子の原理による周期Ｔは、Ｔ＝２π（Ｌ／ｇ）１／２により計算することができる。この式をＬについて解くと、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２となる。従って、揺動ユニットのみの揺動周期Ｔａを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることができる。これにより、予め揺動ユニットのみの重心までの距離を容易に計算することができる。
【００１４】
請求項９は、前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記合成重心高さまでの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする。
振り子の原理による周期Ｔは、Ｔ＝２π（Ｌ／ｇ）１／２により計算することができる。この式をＬについて解くと、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２となる。従って、揺動ユニットに物体を搭載した揺動周期Ｔｂを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることができる。これにより、揺動ユニットに物体を搭載すると重心が移動して、それにより重心位置が変化することにより周期の変化として現れ、揺動ユニットと物体の合成重心高さを容易に計算することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、揺動ガイドは、揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下面を支持する構成となっているので、重量物であっても容易に周期を計測して、正確な重心高さを演算することができる。
また、揺動ガイドの構成は、複数の転動部材（例えば、ローラ等）により揺動ユニットを支持し、転動部材が固定ベース上に回転自在に支持されているので、物体を搭載した台座を振り子の原理により容易に揺動させることができる。
また、揺動ユニットの具体的な構成は、揺動ガイドを固定しておき、その凹状ガイドの上面に揺動ユニットを載置する構成であるので、揺動ユニットの台座が可動するため、可動部を小さく構成することができる。
また、周期Ｔを求める場合、揺動させる角度がｓｉｎθ≒θが成り立つ程度の微小角とするので、揺動の幅を少なくして、計測時間を縮小すると共に、物体の測定時の安全性を高めることができる。
また、揺動ユニットの重量は、物体の重量に比較して十分小さく設定するので、物体の重心を正確に測定することができる。
【００１６】
また、本発明の重心高さ計測装置を自動車検査工程の一部に加えることにより、トラック車両の安定傾斜角を自動的に測定することができるので、自動車検査の検査時間を総体的に短縮することができる。
また、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求めるので、既知の値と測定した値を入力するだけで、自動的に物体の重心までの距離を演算することができる。
また、揺動ユニットのみの揺動周期Ｔａを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることができるので、予め揺動ユニットのみの重心までの距離を容易に計算することができる。
また、揺動ユニットに物体を搭載した揺動周期Ｔｂを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることができるので、揺動ユニットに物体を搭載すると重心が移動して、それにより重心位置が変化が周期の変化として現れ、揺動ユニットと物体の合成重心高さを容易に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の重心高さ計測装置の機能を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明の重心高さ計測装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の重心位置演算手段の動作を説明するフローチャートである。
【図７】従来の前輪楊程法について説明する模式図である。
【図８】従来の空車実測による方法について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。本実施形態に係る重心高さ計測装置４０は、振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置であって、車両（物体）１を搭載する揺動ユニット１９と、揺動ユニット１９を支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイド２８と、揺動ユニット１９に応力を与えて揺動ユニット１９を揺動させる揺動手段１６と、揺動ユニット１９の揺動周期を検知する変位センサ（揺動周期検知手段）８と、変位センサ８により検知された揺動周期に基づいて車両１の重心位置を演算する重心位置演算手段１０と、を備えて構成されている。尚、揺動ユニット１９は、上面に車両１を搭載する台座２と、この台座２を凹状の上面中心部に支持する円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材３と、を備え、揺動ガイド２８は、固定ベース６と、固定ベース６上に回転自在に支持され且つ揺動部材３の底面を支持することによって揺動ユニット１９を振り子の円弧軌道に沿って揺動させる２本のローラ（転動部材）４、５から構成されている。また、変位センサ８は、揺動部材３の一部に取り付けられた磁性体７の磁力を検知する構成でも良いし、光センサにより反射部に反射した光を検知するものでも良い。また、揺動手段１６は、油圧、或いは電動により、揺動部材３の一部に応力を与える構成であれば、どのような構成でも構わない。
【００２０】
ここで、揺動部材３は、仮想円１７の円弧の一部であり、その中心をＱとする。ここでは後述する重心高さ計測方法を説明するために、各符号について説明をしておく。台座２と揺動部材３を合わせた重心をＧ１、中心Ｑから重心Ｇ１までの距離をＬ１とする。また、計測により求めた車両１の重心をＧ２、中心Ｑから重心Ｇ２までの距離をＬ３とする。また、台座２、揺動部材３及び車両１を合わせた重心をＧ３、中心Ｑから重心Ｇ３までの距離をＬｂｃとする。また、中心Ｑから台座２の上面までの距離をＬ２とし、その上面から重心Ｇ２までの距離をＬ４とする。尚、この図では、説明を簡略化するために、各重心が中心Ｑからの垂線上に有るものとする。以下、同様とする。
即ち、本発明の第１の実施形態に係る揺動ユニット１９の具体的な構成は、円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材３の中心部に物体を支持する台座２を備える。また、揺動ガイド２８の構成は、２本のローラ４、５により揺動ユニット１９を支持し、ローラ４、５が固定ベース６上に回転自在に支持されている。これにより、車体１を搭載した揺動ユニット１９を振り子の原理により容易に揺動させることができる。
【００２１】
図２は本発明の第２の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。本実施形態に係る重心高さ計測装置４１の揺動ユニット２７は、上面に車両１５を支持する台座本体１４と、この台座本体１４によって回転自在に支持された複数の車輪（転動部材）１３と、を備え、揺動ガイド２９は、固定ベース１１と、固定ベース１１に固定され上面に円弧状の凹所を有した凹状ガイド１２と、を備え、凹状ガイド１２の上面に揺動ユニット２７を載置し、車輪１３を転動させることにより、振り子の円弧軌道に沿って揺動ユニット２７を揺動させるように構成した。尚、揺動手段１６、変位センサ８、及び重心位置演算手段１０は、図１と同じ構成であるので図示せず説明を省略する。また、各重心位置と、仮想円１８の中心Ｑからの距離は、図１と同様であるので説明を省略する。即ち、本発明の第２の実施形態に係る揺動ユニット２７の具体的な構成は、揺動ガイド２９を固定しておき、その凹状ガイド１２の上面に揺動ユニット２７を載置する構成である。これにより、揺動ユニット２７の台座本体１４が可動するため、可動部を小さく構成することができる。
【００２２】
上記、図１と図２で説明した第１の実施形態と第２の実施形態に係る重心高さ計測装置は、振り子の原理を利用するために、物体を搭載した揺動ユニット１９、２７を振り子の円弧軌道に沿って自在に揺動させる構成である。従って、従来のような物体を吊り下げる構成とは全く異なり、重量が嵩む車両等の重量物でも容易にその周期を計測することができる。即ち、本実施形態では、車両を搭載する揺動ユニット１９、２７と、揺動ユニット１９、２７を支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイド２８、２９と、応力を与えて揺動ユニット１９、２７を揺動させる揺動手段１６と、揺動ユニット１９、２７の揺動周期を検知する変位センサ８と、検知された揺動周期に基づいて物体の重心位置を演算する重心位置演算手段１０と、を備え、揺動ガイド２８、２９は、揺動ユニット１９、２７の荷重を受けつつ該揺動ユニット１９、２７の下面を支持する構成となっている。これにより、重量物であっても容易に周期を計測して、正確な重心高さを演算することができる。
【００２３】
また、揺動ユニット１９、２７と車両１、１５の夫々の合成重心高さＬｂｃ、揺動ユニット１９、２７のみの重心高さＬ１、揺動ユニット１９、２７の重量をｗｂ、車両１、１５の重量をｗｃとしたときに、揺動ユニット１９、２７の円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより計算できる。ここで、ｗｂがｗｃに比べて大きいと、車両１、１５の重心を正確に測定することができなくなる。そこで本実施形態では、揺動ユニット１９、２７の重量は、車両１、１５の重量に比較して十分小さく設定する。これにより、車両１、１５の重心を正確に測定することができる。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。本実施形態に係る重心高さ計測装置４２は、上部固定部２６に固定された回転自在の回転フック２５と、回転フック２５から吊り下げられたワイヤ２４が、揺動台座２１に固定されたフック２２にそれぞれ繋がれており、揺動台座２１を自由に揺動可能な構成となっている。尚、図示しない揺動手段、揺動周期検知手段、及び重心位置演算手段は、図１と同じ構成で構わない。また、各重心位置と、回転フック２５のＱからの距離は、図１と同様であるので説明を省略する。また、回転フック２５は、車両２３を揺動台座２１に搭載するときは揺動台座２１を大地２０に接地させ、車両２３を搭載した後は、大地２０から離間する方向に上昇する構成を備えている。
【００２５】
図４は本発明の重心高さ計測装置の機能を説明するためのブロック図である。重心高さ計測装置４０〜４２には、揺動ユニット１９、２７、２１の揺動周期を検知する変位センサ（揺動周期検知手段）８と、揺動手段１６を駆動する揺動駆動部３０と、重心位置演算手段１０の結果に基づいて検査合格又は不合格の表示をする重心結果表示部３１と、検査の進行状況を表示する検査進行表示部３２と、予め測定したデータや必要な情報を格納するデータベース（ＤＢ）３３と、が接続されている。
【００２６】
図５は重心高さ計測装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。本説明では、図１の第１の実施形態の場合について説明する。ＤＢ３３には予め必要な初期データが格納されているものとする。初期データとしては、揺動ユニット１９の重心高さ（Ｌ１）、揺動ユニット１９の重量（ｗｂ）、車両１の重量（ｗｃ）、円弧中心Ｑから揺動部材３の台座２の上面までの距離（Ｌ２）である。まず、測定する車両１を揺動部材３の台座２に搭載する（Ｓ１）。そして、車両１が動かないようにロックし（Ｓ２）、揺動手段１６を揺動駆動部３０により駆動して揺動ユニット１９を揺動する（Ｓ３）。揺動ユニット１９が揺動すると、変位センサ８により揺動部材３の周期Ｔの信号がケーブル９を介して重心位置演算手段１０に伝達される。周期Ｔは１秒当たりに揺動部材３が変位センサ８を通過する回数であるので、例えば、１０秒間に９回通過した場合は、周期ＴはＴ＝０．９秒として求めることができる。また、画像を撮影して１秒当たりのコマ数と撮影されたコマ数との比から求めても良い（Ｓ４）。
この周期Ｔが求まると、車両１と揺動ユニット１９を合わせた重心Ｌｂｃを計算する（Ｓ５）。この重心Ｌｂｃが求まると、車両１の重心高さＬ３を後述する式から求める（Ｓ６）。求めたＬ３から実際に必要な台座２の上面から車両１の重心高さＬ４を求め、計算結果が規定値に入っているか否かをチェックする（Ｓ７）。規定値に入っていなければ重心結果表示部３１に検査不合格を表示する（Ｓ１１）。規定値に入っていれば重心結果表示部３１に検査合格を表示して（Ｓ８）、車両１のロックを解除して（Ｓ９）、車両１を台座２から移動する（Ｓ１０）。そして、検査進行表示部３２に次の車両の検査を促す表示を行う。
【００２７】
図６は本発明の重心位置演算手段の動作を説明するフローチャートである。本説明では、図１の第１の実施形態の場合について説明する。まず、揺動ユニット１９を揺動手段１６によりｓｉｎθ≒θが成り立つ角度で揺動させ、そのときの周期Ｔａを測定する（Ｓ２０）。即ち、振り子の原理を利用した場合、車両１の周期をＴ、重力の加速度をｇとすると、車両１の重心までの距離Ｌは、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２から計算することができる。ただし、この式が成り立つ条件は、周期Ｔを求める場合、揺動させる角度がｓｉｎθ≒θが成り立つ程度の微小角である必要がある。これにより、揺動の幅を少なくして、計測時間を縮小すると共に、物体の測定時の安全性を高めることができる。
次に計測した周期Ｔａと、重力の加速度ｇ（９８ｍ／Ｓ２）から、揺動ユニット１９の重心高さＬ１をＬ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２より求める（Ｓ２１）。次に揺動ユニット１９に車両１を載せ、揺動手段１６によりｓｉｎθ≒θが成り立つ角度で揺動させたときの周期Ｔｂを測定する（Ｓ２２）。そして、揺動ユニット１９と車両１を合わせたときの重心の高さＬｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２より求める（Ｓ２３）。
【００２８】
ここで、回転慣性モーメントが無視できる場合、揺動ユニット１９の重量をｗｂ、車両１の重量をｗｃとすると、Ｌｂｃ＝（ｗｃ×Ｌ３＋ｗｂ×Ｌ１）／（ｗｃ＋ｗｂ）となるので、この式からＬ３をＬ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃから求める（Ｓ２４）。そして、台座２から車両１の重心Ｇ２までの距離Ｌ４を、Ｌ４＝Ｌ２−Ｌ３により求める（Ｓ２５）。
即ち、本発明の重心高さ計測方法は、予め揺動ユニット１９のみの重心高さＬ１を測定し、揺動ユニット１９の重量ｗｂ、及び車両１の重量ｗｃは既知なので予め入力しておく。この状態で、揺動ユニット１９に車両１を搭載して揺動周期Ｔｂを測定して、揺動ユニット１９と車両１の合成重心高さＬｂｃを計算する。その結果、揺動ユニット１９の円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求める。これにより、既知の値と測定した値を入力するだけで、自動的に車両１の重心までの距離を演算することができる。
【００２９】
また、振り子の原理による周期Ｔは、Ｔ＝２π（Ｌ／ｇ）１／２により計算することができる。この式をＬについて解くと、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２となる。従って、揺動ユニット１９のみの揺動周期Ｔａを測定することにより、揺動ユニット１９の円弧を形成する円の中心から揺動ユニット１９の重心Ｇ１までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることができる。更に、揺動ユニット１９に車両１を搭載した揺動周期Ｔｂを測定することにより、揺動ユニット１９の円弧を形成する円の中心から揺動ユニット１９の重心Ｇ３までの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることができる。これにより、予め、揺動ユニット１９のみの重心Ｇ１までの距離Ｌ１と、揺動ユニット１９に車両１を搭載した重心Ｇ３までの距離Ｌｂｃを容易に計算することができる。
尚、図示は省略するが、本発明の重心高さ計測装置４０、４１を自動車検査場の検査工程の一部に組み込むことにより、トラック車両の安定傾斜角を自動的に測定することができる。これにより、自動車検査の検査時間を総体的に短縮することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１ 車両、２ 台座、３ 揺動部材、４ ローラ、５ ローラ、６ 固定ベース、７ 磁性体、８ 変位センサ、９ ケーブル、１０ 重心位置演算手段、１１ 固定ベース、１２ 凹状ガイド、１３ 車輪、１４ 台座本体、１５ 車両、１６ 揺動手段、１７ 仮想円、１８ 仮想円、２０ 大地、２１ 揺動台座、２２ フック、２３ 車両、２４ ワイヤ、２５ 回転フック、３０ 揺動駆動部、３１ 重心結果表示部、３２ 検査進行表示部、３３ ＤＢ、４０、４１、４２ 重心高さ計測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法に関し、さらに詳しくは、車両等の重心高さを、振り子の原理を利用して計算により求める重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、人間の生活、社会活動にとって欠かせないものとなっているが、同時に、交通事故、窒素酸化物や黒煙による大気汚染、地球温暖化などの原因にもなっている。そこで、車社会の負の影響を低減するため、個々の自動車が守らなければならない安全、環境に関する基準法（道路運送車両の保安基準）が国により定められている。このため、車両の使用者に対して個々の自動車が保安基準に適合しているか否かを確認する自動車検査（車検）が義務付けられている。
車両の最大安定傾斜角を測定する方法として、１）最大安定傾斜角測定機による方法、２）前輪楊程法による重心高算出による方法、３）モーメント法による重心高算出による方法が行われている。図７は２）の前輪楊程法について説明する模式図であり、空車状態の車両５０の前輪をクレーン５２により持ち上げて、所定の算定式により重心高さを推定して、その値から安定傾斜角を求める。図８は１）の空車実測による方法について説明する模式図であり、空車状態の車両５０を台座５３に搭載して、台座５３を左右に傾けた場合に、反対側の車輪の全部が接地面を離れるときの接地面と水平面のなす角度を測定することにより重心を求め、その値から安定傾斜角を求める。
【０００３】
このように、現在の車検制度では、上記３種類の測定法の何れかにより最大安定傾斜角を測定しているが、２）３）の方法では、計測時間が長くなり、計算方法によってはバラツキが生じる。また、１）の方法では、計測時間が長くなるばかりでなく、実測時の安全性の確保の面で難があるといった問題を抱えている。
尚、重心高を測定する従来技術として特許文献１には、物体を吊り支点を支点として任意方向に振らせたときの固有周期から、物体の高さ方向の重心を求める重心位置の測定方法について開示されている。
また、特許文献２には、吊りフレームに、重量既知の物体と、重心位置が既知の標準部材を取り付けて吊りフレームを揺動させ、揺動周期の差から物体の重心位置を測定する重心位置測定方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０９１２９号公報
【特許文献２】特開昭５４−１５７６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている従来技術は、何れも測定する物体を吊り下げる必要があるため、物体の形状が大きくなると、測定装置そのものが大型化し、且つ測定時の安全性の面で難があるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドを備え、揺動ユニットに測定する物体を搭載して揺動させ、その揺動周期を測定することにより、正確に且つ短時間で物体の重心高さを測定することができる重心高さ計測装置、及び重心高さ計測方法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】
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置であって、前記物体を搭載する揺動ユニットと、該揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドと、該揺動ユニットに応力を与えて該揺動ユニットを揺動させる揺動手段と、前記揺動ユニットの揺動周期を検知する揺動周期検知手段と、該揺動周期検知手段により検知された揺動周期に基づいて前記物体の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を備え、前記揺動ガイドは、前記揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下部を支持することを特徴とする。
本発明の重心高さ計測装置は、振り子の原理を利用するために、物体を搭載した揺動ユニットを振り子の円弧軌道に沿って自在に揺動させる構成である。従って、従来のような物体を吊り下げる構成とは全く異なり、重量が嵩む車両等の重量物でも容易にその周期を計測することができる。即ち、本発明では、物体を搭載する揺動ユニットと、揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドと、応力を与えて該揺動ユニットを揺動させる揺動手段と、揺動ユニットの揺動周期を検知する揺動周期検知手段と、検知された揺動周期に基づいて物体の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を備え、揺動ガイドは、揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下部を支持する構成となっている。これにより、被測定物が重量物であっても容易に周期を計測して、正確な重心高さを演算することができる。
【０００７】
請求項２は、前記揺動ユニットは、上面に前記物体を搭載する台座と、該台座を凹状の上面中心部に支持する円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材と、を備え、前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベース上に回転自在に支持され且つ前記揺動部材底面を支持することによって前記揺動ユニットを前記振り子の円弧軌道に沿って揺動させる複数の転動部材から構成されていることを特徴とする。
本発明の第１の揺動ユニットの具体的な構成は、円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材の中心部に物体を支持する台座を備える。また、揺動ガイドの構成は、複数の転動部材（例えば、ローラ等）により揺動ユニットを支持し、転動部材が固定ベース上に回転自在に支持されている。これにより、物体を搭載した台座を支持しつつ、振り子の原理により容易に揺動させることができる。
【０００８】
請求項３は、前記揺動ユニットは、上面に前記物体を支持する台座本体と、該台座本体によって回転自在に支持された複数の転動部材と、を備え、前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベースに固定され上面に円弧状の凹所を有した凹状ガイドと、を備え、前記凹状ガイドの上面に前記揺動ユニットを載置し、転動部材を転動させることにより、前記振り子の円弧軌道に沿って前記揺動ユニットを揺動させるように構成したことを特徴とする。
本発明の第２の揺動ユニットの具体的な構成は、揺動ガイドを固定しておき、その凹状ガイドの上面に揺動ユニットを載置する構成である。これにより、揺動ユニットの台座本体が可動するため、可動部を小さく構成することができる。
【０００９】
請求項４は、前記揺動手段により揺動させる角度θは、ｓｉｎθ≒θが成り立つ角度であることを特徴とする。
振り子の原理を利用した場合、物体の周期をＴ、重力の加速度をｇとすると、物体の重心までの距離Ｌは、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２から計算することができる。ただし、この式が成り立つ条件は、周期Ｔを求める場合、揺動させる角度がｓｉｎθ≒θが成り立つ程度の微小角である必要がある。これにより、揺動の幅を少なくして、計測時間を縮小すると共に、物体の測定時の安全性を高めることができる。
【００１０】
請求項５は、前記揺動ユニットの重量は、前記物体の重量に比較して十分小さく設定することを特徴とする。
揺動ユニットと物体の合成重心高さＬｂｃ、揺動ユニットのみの重心高さＬ１、揺動ユニットの重量をｗｂ、物体の重量をｗｃとしたときに、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより計算できる。ここで、ｗｂがｗｃに比べて大きいと、物体の重心を正確に測定することができなくなる。そこで本発明では、揺動ユニットの重量ｗｂは、物体の重量ｗｃに比較して十分小さく設定する。これにより、物体の重心を正確に測定することができる。
【００１１】
請求項６は、前記物体が車両であり、請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置が自動車検査場の検査工程の一部に組み込まれていることを特徴とする。
自動車検査場の検査工程は、流れ作業のように各工程を順次遂行することにより終了するようになっている。従って、本発明の重心高さ計測装置をこの工程の一部に加えることにより、トラック車両の安定傾斜角を自動的に測定することができる。これにより、自動車検査の検査時間を総体的に短縮することができる。
【００１２】
請求項７は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置の重心高さ計測方法であって、前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａから前記揺動ユニットのみの重心高さＬ１を計算し、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂから前記揺動ユニットと前記物体の合成重心高さＬｂｃを計算し、回転慣性モーメントが無視できる場合、前記揺動ユニットの重量をｗｂ、前記物体の重量をｗｃとしたときに、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求めることを特徴とする。
本発明の重心高さ計測方法は、予め揺動ユニットのみの重心高さＬ１を測定し、揺動ユニットの重量ｗｂ、及び物体の重量ｗｃは既知なので予め入力しておく。この状態で、揺動ユニットに物体を搭載して揺動周期Ｔｂを測定して、揺動ユニットと物体の合成重心高さＬｂｃを計算する。その結果、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求める。これにより、既知の値と測定した値を入力するだけで、自動的に物体の重心までの距離を演算することができる。
【００１３】
請求項８は、前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする。
振り子の原理による周期Ｔは、Ｔ＝２π（Ｌ／ｇ）１／２により計算することができる。この式をＬについて解くと、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２となる。従って、揺動ユニットのみの揺動周期Ｔａを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることができる。これにより、予め揺動ユニットのみの重心までの距離を容易に計算することができる。
【００１４】
請求項９は、前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記合成重心高さまでの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする。
振り子の原理による周期Ｔは、Ｔ＝２π（Ｌ／ｇ）１／２により計算することができる。この式をＬについて解くと、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２となる。従って、揺動ユニットに物体を搭載した揺動周期Ｔｂを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることができる。これにより、揺動ユニットに物体を搭載すると重心が移動して、それにより重心位置が変化することにより周期の変化として現れ、揺動ユニットと物体の合成重心高さを容易に計算することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、揺動ガイドは、揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下面を支持する構成となっているので、重量物であっても容易に周期を計測して、正確な重心高さを演算することができる。
また、揺動ガイドの構成は、複数の転動部材（例えば、ローラ等）により揺動ユニットを支持し、転動部材が固定ベース上に回転自在に支持されているので、物体を搭載した台座を振り子の原理により容易に揺動させることができる。
また、揺動ユニットの具体的な構成は、揺動ガイドを固定しておき、その凹状ガイドの上面に揺動ユニットを載置する構成であるので、揺動ユニットの台座が可動するため、可動部を小さく構成することができる。
また、周期Ｔを求める場合、揺動させる角度がｓｉｎθ≒θが成り立つ程度の微小角とするので、揺動の幅を少なくして、計測時間を縮小すると共に、物体の測定時の安全性を高めることができる。
また、揺動ユニットの重量は、物体の重量に比較して十分小さく設定するので、物体の重心を正確に測定することができる。
【００１６】
また、本発明の重心高さ計測装置を自動車検査工程の一部に加えることにより、トラック車両の安定傾斜角を自動的に測定することができるので、自動車検査の検査時間を総体的に短縮することができる。
また、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求めるので、既知の値と測定した値を入力するだけで、自動的に物体の重心までの距離を演算することができる。
また、揺動ユニットのみの揺動周期Ｔａを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることができるので、予め揺動ユニットのみの重心までの距離を容易に計算することができる。
また、揺動ユニットに物体を搭載した揺動周期Ｔｂを測定することにより、揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から揺動ユニットの重心までの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることができるので、揺動ユニットに物体を搭載すると重心が移動して、それにより重心位置が変化が周期の変化として現れ、揺動ユニットと物体の合成重心高さを容易に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の重心高さ計測装置の機能を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明の重心高さ計測装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の重心位置演算手段の動作を説明するフローチャートである。
【図７】従来の前輪楊程法について説明する模式図である。
【図８】従来の空車実測による方法について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。本実施形態に係る重心高さ計測装置４０は、振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置であって、車両（物体）１を搭載する揺動ユニット１９と、揺動ユニット１９を支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイド２８と、揺動ユニット１９に応力を与えて揺動ユニット１９を揺動させる揺動手段１６と、揺動ユニット１９の揺動周期を検知する変位センサ（揺動周期検知手段）８と、変位センサ８により検知された揺動周期に基づいて車両１の重心位置を演算する重心位置演算手段１０と、を備えて構成されている。尚、揺動ユニット１９は、上面に車両１を搭載する台座２と、この台座２を凹状の上面中心部に支持する円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材３と、を備え、揺動ガイド２８は、固定ベース６と、固定ベース６上に回転自在に支持され且つ揺動部材３の底面を支持することによって揺動ユニット１９を振り子の円弧軌道に沿って揺動させる２本のローラ（転動部材）４、５から構成されている。また、変位センサ８は、揺動部材３の一部に取り付けられた磁性体７の磁力を検知する構成でも良いし、光センサにより反射部に反射した光を検知するものでも良い。また、揺動手段１６は、油圧、或いは電動により、揺動部材３の一部に応力を与える構成であれば、どのような構成でも構わない。
【００２０】
ここで、揺動部材３は、仮想円１７の円弧の一部であり、その中心をＱとする。ここでは後述する重心高さ計測方法を説明するために、各符号について説明をしておく。台座２と揺動部材３を合わせた重心をＧ１、中心Ｑから重心Ｇ１までの距離をＬ１とする。また、計測により求めた車両１の重心をＧ２、中心Ｑから重心Ｇ２までの距離をＬ３とする。また、台座２、揺動部材３及び車両１を合わせた重心をＧ３、中心Ｑから重心Ｇ３までの距離をＬｂｃとする。また、中心Ｑから台座２の上面までの距離をＬ２とし、その上面から重心Ｇ２までの距離をＬ４とする。尚、この図では、説明を簡略化するために、各重心が中心Ｑからの垂線上に有るものとする。以下、同様とする。
即ち、本発明の第１の実施形態に係る揺動ユニット１９の具体的な構成は、円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材３の中心部に物体を支持する台座２を備える。また、揺動ガイド２８の構成は、２本のローラ４、５により揺動ユニット１９を支持し、ローラ４、５が固定ベース６上に回転自在に支持されている。これにより、車体１を搭載した揺動ユニット１９を振り子の原理により容易に揺動させることができる。
【００２１】
図２は本発明の第２の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。本実施形態に係る重心高さ計測装置４１の揺動ユニット２７は、上面に車両１５を支持する台座本体１４と、この台座本体１４によって回転自在に支持された複数の車輪（転動部材）１３と、を備え、揺動ガイド２９は、固定ベース１１と、固定ベース１１に固定され上面に円弧状の凹所を有した凹状ガイド１２と、を備え、凹状ガイド１２の上面に揺動ユニット２７を載置し、車輪１３を転動させることにより、振り子の円弧軌道に沿って揺動ユニット２７を揺動させるように構成した。尚、揺動手段１６、変位センサ８、及び重心位置演算手段１０は、図１と同じ構成であるので図示せず説明を省略する。また、各重心位置と、仮想円１８の中心Ｑからの距離は、図１と同様であるので説明を省略する。即ち、本発明の第２の実施形態に係る揺動ユニット２７の具体的な構成は、揺動ガイド２９を固定しておき、その凹状ガイド１２の上面に揺動ユニット２７を載置する構成である。これにより、揺動ユニット２７の台座本体１４が可動するため、可動部を小さく構成することができる。
【００２２】
上記、図１と図２で説明した第１の実施形態と第２の実施形態に係る重心高さ計測装置は、振り子の原理を利用するために、物体を搭載した揺動ユニット１９、２７を振り子の円弧軌道に沿って自在に揺動させる構成である。従って、従来のような物体を吊り下げる構成とは全く異なり、重量が嵩む車両等の重量物でも容易にその周期を計測することができる。即ち、本実施形態では、車両を搭載する揺動ユニット１９、２７と、揺動ユニット１９、２７を支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイド２８、２９と、応力を与えて揺動ユニット１９、２７を揺動させる揺動手段１６と、揺動ユニット１９、２７の揺動周期を検知する変位センサ８と、検知された揺動周期に基づいて物体の重心位置を演算する重心位置演算手段１０と、を備え、揺動ガイド２８、２９は、揺動ユニット１９、２７の荷重を受けつつ該揺動ユニット１９、２７の下面を支持する構成となっている。これにより、重量物であっても容易に周期を計測して、正確な重心高さを演算することができる。
【００２３】
また、揺動ユニット１９、２７と車両１、１５の夫々の合成重心高さＬｂｃ、揺動ユニット１９、２７のみの重心高さＬ１、揺動ユニット１９、２７の重量をｗｂ、車両１、１５の重量をｗｃとしたときに、揺動ユニット１９、２７の円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより計算できる。ここで、ｗｂがｗｃに比べて大きいと、車両１、１５の重心を正確に測定することができなくなる。そこで本実施形態では、揺動ユニット１９、２７の重量は、車両１、１５の重量に比較して十分小さく設定する。これにより、車両１、１５の重心を正確に測定することができる。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施形態に係る重心高さ計測装置の構成を示す図である。本実施形態に係る重心高さ計測装置４２は、上部固定部２６に固定された回転自在の回転フック２５と、回転フック２５から吊り下げられたワイヤ２４が、揺動台座２１に固定されたフック２２にそれぞれ繋がれており、揺動台座２１を自由に揺動可能な構成となっている。尚、図示しない揺動手段、揺動周期検知手段、及び重心位置演算手段は、図１と同じ構成で構わない。また、各重心位置と、回転フック２５のＱからの距離は、図１と同様であるので説明を省略する。また、回転フック２５は、車両２３を揺動台座２１に搭載するときは揺動台座２１を大地２０に接地させ、車両２３を搭載した後は、大地２０から離間する方向に上昇する構成を備えている。
【００２５】
図４は本発明の重心高さ計測装置の機能を説明するためのブロック図である。重心高さ計測装置４０〜４２には、揺動ユニット１９、２７、２１の揺動周期を検知する変位センサ（揺動周期検知手段）８と、揺動手段１６を駆動する揺動駆動部３０と、重心位置演算手段１０の結果に基づいて検査合格又は不合格の表示をする重心結果表示部３１と、検査の進行状況を表示する検査進行表示部３２と、予め測定したデータや必要な情報を格納するデータベース（ＤＢ）３３と、が接続されている。
【００２６】
図５は重心高さ計測装置の動作の概略を説明するためのフローチャートである。本説明では、図１の第１の実施形態の場合について説明する。ＤＢ３３には予め必要な初期データが格納されているものとする。初期データとしては、揺動ユニット１９の重心高さ（Ｌ１）、揺動ユニット１９の重量（ｗｂ）、車両１の重量（ｗｃ）、円弧中心Ｑから揺動部材３の台座２の上面までの距離（Ｌ２）である。まず、測定する車両１を揺動部材３の台座２に搭載する（Ｓ１）。そして、車両１が動かないようにロックし（Ｓ２）、揺動手段１６を揺動駆動部３０により駆動して揺動ユニット１９を揺動する（Ｓ３）。揺動ユニット１９が揺動すると、変位センサ８により揺動部材３の周期Ｔの信号がケーブル９を介して重心位置演算手段１０に伝達される。周期Ｔは１秒当たりに揺動部材３が変位センサ８を通過する回数であるので、例えば、１０秒間に９回通過した場合は、周期ＴはＴ＝０．９秒として求めることができる。また、画像を撮影して１秒当たりのコマ数と撮影されたコマ数との比から求めても良い（Ｓ４）。
この周期Ｔが求まると、車両１と揺動ユニット１９を合わせた重心Ｌｂｃを計算する（Ｓ５）。この重心Ｌｂｃが求まると、車両１の重心高さＬ３を後述する式から求める（Ｓ６）。求めたＬ３から実際に必要な台座２の上面から車両１の重心高さＬ４を求め、計算結果が規定値に入っているか否かをチェックする（Ｓ７）。規定値に入っていなければ重心結果表示部３１に検査不合格を表示する（Ｓ１１）。規定値に入っていれば重心結果表示部３１に検査合格を表示して（Ｓ８）、車両１のロックを解除して（Ｓ９）、車両１を台座２から移動する（Ｓ１０）。そして、検査進行表示部３２に次の車両の検査を促す表示を行う。
【００２７】
図６は本発明の重心位置演算手段の動作を説明するフローチャートである。本説明では、図１の第１の実施形態の場合について説明する。まず、揺動ユニット１９を揺動手段１６によりｓｉｎθ≒θが成り立つ角度で揺動させ、そのときの周期Ｔａを測定する（Ｓ２０）。即ち、振り子の原理を利用した場合、車両１の周期をＴ、重力の加速度をｇとすると、車両１の重心までの距離Ｌは、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２から計算することができる。ただし、この式が成り立つ条件は、周期Ｔを求める場合、揺動させる角度がｓｉｎθ≒θが成り立つ程度の微小角である必要がある。これにより、揺動の幅を少なくして、計測時間を縮小すると共に、物体の測定時の安全性を高めることができる。
次に計測した周期Ｔａと、重力の加速度ｇ（９８ｍ／Ｓ２）から、揺動ユニット１９の重心高さＬ１をＬ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２より求める（Ｓ２１）。次に揺動ユニット１９に車両１を載せ、揺動手段１６によりｓｉｎθ≒θが成り立つ角度で揺動させたときの周期Ｔｂを測定する（Ｓ２２）。そして、揺動ユニット１９と車両１を合わせたときの重心の高さＬｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２より求める（Ｓ２３）。
【００２８】
ここで、回転慣性モーメントが無視できる場合、揺動ユニット１９の重量をｗｂ、車両１の重量をｗｃとすると、Ｌｂｃ＝（ｗｃ×Ｌ３＋ｗｂ×Ｌ１）／（ｗｃ＋ｗｂ）となるので、この式からＬ３をＬ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃから求める（Ｓ２４）。そして、台座２から車両１の重心Ｇ２までの距離Ｌ４を、Ｌ４＝Ｌ２−Ｌ３により求める（Ｓ２５）。
即ち、本発明の重心高さ計測方法は、予め揺動ユニット１９のみの重心高さＬ１を測定し、揺動ユニット１９の重量ｗｂ、及び車両１の重量ｗｃは既知なので予め入力しておく。この状態で、揺動ユニット１９に車両１を搭載して揺動周期Ｔｂを測定して、揺動ユニット１９と車両１の合成重心高さＬｂｃを計算する。その結果、揺動ユニット１９の円弧を形成する円の中心から物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求める。これにより、既知の値と測定した値を入力するだけで、自動的に車両１の重心までの距離を演算することができる。
【００２９】
また、振り子の原理による周期Ｔは、Ｔ＝２π（Ｌ／ｇ）１／２により計算することができる。この式をＬについて解くと、Ｌ＝（Ｔ２×ｇ）／４π２となる。従って、揺動ユニット１９のみの揺動周期Ｔａを測定することにより、揺動ユニット１９の円弧を形成する円の中心から揺動ユニット１９の重心Ｇ１までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることができる。更に、揺動ユニット１９に車両１を搭載した揺動周期Ｔｂを測定することにより、揺動ユニット１９の円弧を形成する円の中心から揺動ユニット１９の重心Ｇ３までの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることができる。これにより、予め、揺動ユニット１９のみの重心Ｇ１までの距離Ｌ１と、揺動ユニット１９に車両１を搭載した重心Ｇ３までの距離Ｌｂｃを容易に計算することができる。
尚、図示は省略するが、本発明の重心高さ計測装置４０、４１を自動車検査場の検査工程の一部に組み込むことにより、トラック車両の安定傾斜角を自動的に測定することができる。これにより、自動車検査の検査時間を総体的に短縮することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１ 車両、２ 台座、３ 揺動部材、４ ローラ、５ ローラ、６ 固定ベース、７ 磁性体、８ 変位センサ、９ ケーブル、１０ 重心位置演算手段、１１ 固定ベース、１２ 凹状ガイド、１３ 車輪、１４ 台座本体、１５ 車両、１６ 揺動手段、１７ 仮想円、１８ 仮想円、２０ 大地、２１ 揺動台座、２２ フック、２３ 車両、２４ ワイヤ、２５ 回転フック、３０ 揺動駆動部、３１ 重心結果表示部、３２ 検査進行表示部、３３ ＤＢ、４０、４１、４２ 重心高さ計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置であって、
前記物体を搭載する揺動ユニットと、該揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドと、
該揺動ユニットに応力を与えて該揺動ユニットを揺動させる揺動手段と、
前記揺動ユニットの揺動周期を検知する揺動周期検知手段と、
該揺動周期検知手段により検知された揺動周期に基づいて前記物体の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を備え、
前記揺動ガイドは、前記揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下部を支持することを特徴とする重心高さ計測装置。
【請求項２】
前記揺動ユニットは、上面に前記物体を搭載する台座と、該台座を凹状の上面中心部に支持する円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材と、を備え、
前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベース上に回転自在に支持され且つ前記揺動部材底面を支持することによって前記揺動ユニットを前記振り子の円弧軌道に沿って揺動させる複数の転動部材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の重心高さ計測装置。
【請求項３】
前記揺動ユニットは、上面に前記物体を支持する台座本体と、該台座本体によって回転自在に支持された複数の転動部材と、を備え、
前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベースに固定され上面に円弧状の凹所を有した凹状ガイドと、を備え、
前記凹状ガイドの上面に前記揺動ユニットを載置し、転動部材を転動させることにより、前記振り子の円弧軌道に沿って前記揺動ユニットを揺動させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の重心高さ計測装置。
【請求項４】
前記揺動手段により揺動させる角度θは、ｓｉｎθ≒θが成り立つ角度であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の重心高さ計測装置。
【請求項５】
前記揺動ユニットの重量は、前記物体の重量に比較して十分小さく設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の重心高さ計測装置。
【請求項６】
前記物体が車両であり、請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置が自動車検査場の検査工程の一部に組み込まれていることを特徴とする自動車検査システム。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置の重心高さ計測方法であって、
前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａから前記揺動ユニットのみの重心高さＬ１を計算し、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂから前記揺動ユニットと前記物体の合成重心高さＬｂｃを計算し、回転慣性モーメントが無視できる場合、前記揺動ユニットの重量をｗｂ、前記物体の重量をｗｃとしたときに、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求めることを特徴とする重心高さ計測方法。
【請求項８】
前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする請求項７に記載の重心高さ計測方法。
【請求項９】
前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記合成重心高さまでの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする請求項７に記載の重心高さ計測方法。
【請求項１】
振り子の原理により物体の重心高さを計測する重心高さ計測装置であって、
前記物体を搭載する揺動ユニットと、該揺動ユニットを支持して左右対称な振り子の円弧軌道に沿って揺動させる揺動ガイドと、
該揺動ユニットに応力を与えて該揺動ユニットを揺動させる揺動手段と、
前記揺動ユニットの揺動周期を検知する揺動周期検知手段と、
該揺動周期検知手段により検知された揺動周期に基づいて前記物体の重心位置を演算する重心位置演算手段と、を備え、
前記揺動ガイドは、前記揺動ユニットの荷重を受けつつ該揺動ユニットの下部を支持することを特徴とする重心高さ計測装置。
【請求項２】
前記揺動ユニットは、上面に前記物体を搭載する台座と、該台座を凹状の上面中心部に支持する円弧状に湾曲した板材から成る揺動部材と、を備え、
前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベース上に回転自在に支持され且つ前記揺動部材底面を支持することによって前記揺動ユニットを前記振り子の円弧軌道に沿って揺動させる複数の転動部材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の重心高さ計測装置。
【請求項３】
前記揺動ユニットは、上面に前記物体を支持する台座本体と、該台座本体によって回転自在に支持された複数の転動部材と、を備え、
前記揺動ガイドは、固定ベースと、固定ベースに固定され上面に円弧状の凹所を有した凹状ガイドと、を備え、
前記凹状ガイドの上面に前記揺動ユニットを載置し、転動部材を転動させることにより、前記振り子の円弧軌道に沿って前記揺動ユニットを揺動させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の重心高さ計測装置。
【請求項４】
前記揺動手段により揺動させる角度θは、ｓｉｎθ≒θが成り立つ角度であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の重心高さ計測装置。
【請求項５】
前記揺動ユニットの重量は、前記物体の重量に比較して十分小さく設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の重心高さ計測装置。
【請求項６】
前記物体が車両であり、請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置が自動車検査場の検査工程の一部に組み込まれていることを特徴とする自動車検査システム。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の重心高さ計測装置の重心高さ計測方法であって、
前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａから前記揺動ユニットのみの重心高さＬ１を計算し、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂから前記揺動ユニットと前記物体の合成重心高さＬｂｃを計算し、回転慣性モーメントが無視できる場合、前記揺動ユニットの重量をｗｂ、前記物体の重量をｗｃとしたときに、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記物体の重心までの距離Ｌ３を、Ｌ３＝Ｌｂｃ＋ｗｂ（Ｌｂｃ−Ｌ１）／ｗｃにより求めることを特徴とする重心高さ計測方法。
【請求項８】
前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットのみを前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔａ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記揺動ユニットの重心までの距離Ｌ１を、Ｌ１＝（Ｔａ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする請求項７に記載の重心高さ計測方法。
【請求項９】
前記重心位置演算手段は、前記揺動ユニットに前記物体を搭載して前記揺動手段により揺動させたときの前記揺動周期検知手段により検知された揺動周期Ｔｂ、重力の加速度をｇとしたとき、前記揺動ユニットの円弧を形成する円の中心から前記合成重心高さまでの距離Ｌｂｃを、Ｌｂｃ＝（Ｔｂ２×ｇ）／４π２により求めることを特徴とする請求項７に記載の重心高さ計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８３１９４（Ｐ２０１２−８３１９４Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９４９０（Ｐ２０１０−２２９４９０）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（５９１２８０１９７）株式会社構造計画研究所 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（５９１２８０１９７）株式会社構造計画研究所 (59)
【Ｆターム（参考）】
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