JPH0443909A - 動的変位量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば車両基本特性試験機に適用され、被測
定体の動的変位量を計測する動的変位量計測装置に関す
るものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕車両基
本特性試験機は、主として車軸め足まわりの静的剛性、
特性を計測するためのもので、各車軸（タイヤ）から加
力することを主としており、ｘ、ｙ、ｚ、θ軸の力、変
位の計測、コントロールが可能な機能を有する。従来、
車両基本特性試験機においては、静的試験のみが行われ
ていたが、最近動的領域まで拡張した試験を行う要求が
高まってきている。今まで動的領域の試験が行われなか
ったのは、被測定体の動きを、静的から動的まで正確に
計測する実用的な変位センサがなかったためである。

一般に、高サイクル域まで計測することのできる非接触
式センサは、計測有効スパンが小さい。

また大振巾を計測することのできる非接触式センサは特
殊なものであり、高価で実用的でなかった。

よって本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、非接触
式であって長スパンの変位量を計測することのできる動
的変位量計測装置を提供することを課題としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため本発明により成された動的変位
量計測装置は、アクチュエータと、該アクチュエータの
可動部に被測定体と対向して配置され、被測定体との間
の距離を計測して距離に応した信号を発生する非接触式
の短スパン測定用変位センサと、該短スパン測定用変位
センサに連動され、該短スパン測定用変位センサの変位
量を計測する長スパン測定用変位センサと、前記短スパ
ン測定用変位センサが発生する所定レベルの信号に対応
して予め設定された目標信号と前記短スパン測定用変位
センサが発生する信号との偏差を求めて前記アクチュエ
ータをサーボ制御するサーボ制御手段と、前記短スパン
測定用変位センサが発生する信号と前記長スパン測定用
変位センサが発生する信号とを加算する加算手段とを備
え、前記加算手段の出力信号によって前記被測定体の動
的変位量を測定することを特徴としている。

〔作　用］ 一般に、測定対象である例えば車両の車輻が路面から受
ける振動は、速度又は加速度の周波数スペクトル分布は
略−様であり、被測定体は短時間で大振巾変位域で移動
することがない。すなわち、高い周波数になると変位（
振巾）は小さくなる。

また、アクチュエータのサーボ制御手段の周波数応答特
性は一般に、第６図に示すように、車両のバネ上定数で
決まる約２旧以下の範囲で十分に大きな応答性を有する
。

従って、サーボ制御手段が追従することのできる周波数
範囲の大きな変位は、長スパン測定用変位センサによっ
て、サーボ制御手段が追従することのできない周波数範
囲の小さな変位は、短スパン測定用変位センサによって
それぞれ検出されるので、上記構成によって得られる、
短スパン測定用変位センサが発生する信号と長スパン測
定用変位センサが発生する信号との加算信号によって、
静的から動的までの変位量を測定することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による動的変位量計測装置の一実施例を
示す図であり、同図において、Ｘは被測定体であり、こ
の被測定体Ｘは図示しない車両基本特性試験機に載置さ
れた車両の一部分であり、車両基本特性試験機によって
車両に加えられる振動によって変位する。ｌは被測定体
Ｘと対向して配置され、被測定体Ｘとの間の距離を計測
して被測定体Ｘに対して所定距離１０より接近或いは離
間することに応して所定レベル、すなわち零レベルを中
心に相反する一方向又は十方向に変化する信号を発生す
る非接触式の短スパン測定用変位センサであり、所定の
範囲の被測定体ｘＬｙ）変位に対し、高い精度で被測定
体Ｘとの間の距離に相当する電気信号を出力し、しかも
十分己こ高い周波数応答性を有するものである。この非
接触式の短スパン測定用変位センサ１としては、第２図
に示すようなレーザ式変位センサが好ましく適用可能で
ある。

上記レーザ式変位センサにおいては、図示のように、半
導体レーザＣ１から出たレーザ光が非球面透光レンズＣ
２を通り反射板Ｃ３に照射する。

照射されたレーザ光は被測定体Ｘに固着された反射板Ｃ
３により拡散反射され、この拡散反射光の一部が受光レ
ンズＣ４を通過して光位置検出素子（ＰＳＤ）Ｃ５上に
スポットを結び、スポットは検出距離に応してＰＳＤＣ
５上を移動するので、この移動量で反射板Ｃ３までの距
離と判断している。ＰＳＤＣ５はシリコンフォトダイオ
ードを応用した光スポットの位置検出用センサで、非分
割型であるので連続的な電気信号が得られる。

その原理は、第３図に示すように、ＰＳＤＣ５に光スポ
ットが入射すると、入射位置には光エネルギーに比例し
た電荷が発生する。発生した電荷は光電流として抵抗層
（Ｐ層）を通り、電極より出力される。抵抗層は電極ま
での距ｇＩ（抵抗値）に逆比例して分割され、取り出さ
れる。ここで、電極間の距離を２Ｌ、光電流をＩ（１、
電極から取り出される電流を１１．Ｉ２とすれば、光電
流■。

−Ｉ　Ｉ＋Ｔｚとなり、ＰＳＤＣ５の中心を原点とした
場合には、 Ｉ＋　＝Ｉｏ　　（Ｌ　　ＸＡ）／２’ＬＴ２＝１゜（
Ｌ＋ｘａ　）　／２　Ｌ （１２−Ｉ＋　）／　（１，−Ｉ２　）＝ｘＡ／ＬＩＩ
　／Ｉｇ　＝　（Ｌ−ＸＡ　）／　（ＬｆＸＡ　）なる
式が成り立つ。

上述したレーザ式変位センサは、第４図に示すように、
反射板Ｃ３との間の距離が所定４Ｍ　ｉ　ｏにあるとき
の出力が零であり、距離の増大によって正方向に、距離
の減少によって負方向に所定範囲−ｆｆｉ、〜＋１２内
において直線的に変化する電圧をそれぞれ出力するよう
に動作し、この所定範囲外では有効な信号が得られない
。

上記短スパン測定用変位センサ１はアクチュエータ２の
可動部２ａによって支持され、このアクチュエータ２の
駆動によって、被測定体Ｘとの間の距離が調整されるよ
うになっている。アクチュエータ２は、上記可動部２ａ
とこの可動部２ａを駆動するサーボモータ２ｂとからな
り、サーボモータ２ｂの出力軸に固着されたビニオン歯
車２ｃが可動部２ａに形成されたラック２ｄに噛合され
て構成されており、サーボモータ２ｂの回転によって可
動部２ａとこれに支持された短スパン測定用変位センサ
１とが移動されるようになっている。

短スパン測定用変位センサ１は被測定体Ｘとの距離に応
じた電気信号を発生し、この電気信号をセンサアンプ３
を介して加算点４の一人力と加算点５の十人力とに供給
する。加算点４の十人力は、これに、被測定体Ｘとの距
離が所定値ｉ０のときに上記短スパン測定用変位センサ
１が発生する電気信号のレベルに相当する零電圧を印加
するためアースに接続されている。加算点４の出力に得
られるセンサアンプ３の出力の電気信号とアース電位と
の差である偏差信号はサーボアンプ６を介してサーボモ
ータ２ｂに供給され、これによってサーボモータ２ｂは
センサアンプ３の出力の電気信号が零電位となるように
回転される。すなわち、短スパン測定用変位センサ１が
発生する電気信号のレベルが零となる方向にビニオン歯
車２Ｃを介してラック２ｄを駆動し、アクチュエータ２
の可動部２ａ及びこれに支持された短スパン測定用変位
センサｌを移動する。

以上によって、上記加算点４及びサーボアンプ６は、短
スパン測定用変位センサｌが発生する所定レベルの信号
に対応して予め設定された目標信号（アース電位）と短
スパン測定用変位センサ１が発生する信号との偏差を求
めてアクチュエータ２をサーボ制御するサーボ制御手段
として働いている。

上記短スパン測定用変位センサ１を支持している可動部
２ａには、この可動部２ａの変位量を計測する長スパン
測定用変位センサ７が連結されている。長スパン測定用
変位センサ７は接触式のセンサによって構成され、可動
部２ａの変位量に相当する大きさの電気信号を発生し、
これをセンサアンプ８を介して上記加算点５の十人力に
印加する。これによって加算点５の出力には、長スパン
測定用変位センサ７が発生する信号と上記短スパン測定
用変位センサ１が発生する信号とを加算した被測定体Ｘ
の変位量に相当する電気信号を出力する。

以上説明した構成において、装置の動作を以下説明する
と、全被測定体Ｘが任意の位置に静止しているときには
、短スパン測定用変位センサｌはその出力が零となるよ
うにアクチュエータ２によって移動されて被測定体Ｘと
短スパン測定用変位センサ１との距離が所定値１０とな
るようにされているが、このとき長スパン測定用変位セ
ンサ７が出力する電気信号は零になるように設定してお
く。

このような状態において、被測定体Ｘが図示しない出力
基本特性試験機によって第５図（ａ）に示すように変位
されると、短スパン測定用変位センサｌの出力信号に基
づいてアクチュエータ２がサーボ制御され、アクチュエ
ータ２の変位を測定している長スパン測定用変位センサ
７の出力には、第５図ら）に示すような電気信号が発生
される。しかし、サーボ制御系の周波数応答性によりア
クチュエータ２による短スパン測定用変位センサｌの移
動は被測定体Ｘの変位に追従せず、長スパン測定用変位
センサ７の出力の電気信号は被測定体Ｘの変位に追従し
たものとならず、この追従できなかった変位に相当する
第５図（Ｃ）に示すような電気信号が短スパン測定用変
位センサ１の出力に発生される。従って、短スパン測定
用変位センサｌの出力の電気信号と長スパン測定用変位
センサ７の出力の電気信号とを加算した第５図（ｄ）に
示す電気信号を得ることによって、被測定体Ｘの変位量
を正確に測定することができる。

上述のように、長スパン計測のための計測用長スパンの
アクチュエータ２を設け、この長スパン計測用のアクチ
ュエータ２の可動部２ａの先端に非接触式の短スパン測
定用変位センサｌを取付けている。非接触式の短スパン
測定用変位センサＩと被測定体Ｘとの間の距離は、この
短スパン測定用変位センサ１の出力をモニタすることで
測定可能である。また、長スパンのアクチュエータ２に
取付けられた長スパン測定用変位センサ７は接触式のも
のであり、アクチュエータ２の可動部２ａすなわち短ス
パン測定用変位センサ１の動きをこの出力で正確に計測
することができる。従って、アクチュエータ２の可動部
２ａ上の短スパン測定用変位センサ１と被計測体Ｘとの
間の距離すなわち真の計測値は、長スパン測定用変位セ
ンサ７と短スパン測定用変位センサ１の出力の和から求
めることができる。

ところで、短スパン測定用変位センサｌは、その出力信
号が常に零になるように、これを支持しているアクチュ
エータ２により零追尾制御される。

すなわち、アクチュエータ２はその可動部２ａに支持し
た短スパン測定用変位センサ１と被測定体Ｘとの距離が
ｉｏとなるようにサーボ制御されるが、第６図の特性図
から明らかなようにサーボ制御の応答時間が有限である
ので、被測定体Ｘの移動速度により速度偏差が生しるよ
うになる。この速度偏差によって生しる変位偏差が短ス
パン測定用変位センサｌの有効測定範囲一２．〜＋１２
内に入っているときには正確な距離測定ができるので、
被測定体Ｘが周波数の高い成分を含んで大きな振巾で変
位されても、その真の計測値は、長スパン測定用変位セ
ンサ７と短スパン測定用変位センサ１の出力の和から求
めることができる。

〔効　果〕

以上説明したように本発明によれば、非接触式の短スパ
ン測定用変位センサと長スパン測定用変位センサとを組
み合わせて使用しているので、短スパン測定用変位セン
サが発生する信号と長スパン測定用変位センサが発生す
る信号との加算手段によって、非接触式のセンサであっ
ても静的から動的までの長スパンの変位量を計測するこ
とのできる。

【図面の簡単な説明】

第１ｅは本発明−二よる動的変位量計測装置の一実施例
を示す図、 第２図は第１図中の短スパン測定用変位センサの詳細を
示す図、 第３図は第２図のセンサの原理を説明するための図、 第４図は第２図のセンサの出力特性を示すグラ乙 第５図は第１図の装置の動作時の各部の状態を示す波形
図、 第６図はサーボ系の周波数特性を示すグラフである。 １・・・短スパン測定用変位センサ、２・・・アクチュ
エータ、２ａ・・・可動部、３・・・センサアンプ、４
・・・加算点、５・・・加算点、６・・・サーボアンプ
、７・・・長スパン測定用変位センサ、Ｘ・・・被測定
体。 第 図 第３図 第４図 第２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アクチュエータと、 該アクチュエータの可動部に被測定体と対向して配置さ
   れ、被測定体との間の距離を計測して距離に応じた信号
   を発生する非接触式の短スパン測定用変位センサと、 該短スパン測定用変位センサに連動され、該短スパン測
   定用変位センサの変位量を計測する長スパン測定用変位
   センサと、 前記短スパン測定用変位センサが発生する所定レベルの
   信号に対応して予め設定された目標信号と前記短スパン
   測定用変位センサが発生する信号との偏差を求めて前記
   アクチュエータをサーボ制御するサーボ制御手段と、 前記短スパン測定用変位センサが発生する信号と前記長
   スパン測定用変位センサが発生する信号とを加算する加
   算手段とを備え、 前記加算手段の出力信号によって前記被測定体の動的変
   位量を測定する、 ことを特徴とする動的変位量計測装置。