CN108474639B - 位移计测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移计测装置，其具备：测量组件，其为整体能够伸缩的套管式伸缩结构；计测部，其计测所述测量组件的顶端相对于基端的位移量，所述测量组件由一个圆筒体或直径不同的多个圆筒体，以及圆柱状或圆筒状的顶端部件构成，所述顶端部件进退自如地插入在所述一个圆筒体或所述多个圆筒体中的直径最小的圆筒体中，且所述顶端部件的顶端固定安装于位移计测对象物上，所述一个或多个圆筒体以及所述顶端部件具备旋转施加机构，当内侧的圆筒体或顶端部件相对于外侧的圆筒体沿伸缩方向进行进退动作时，所述旋转施加机构与该进退动作联动地施加旋转动作。

Description

位移计测装置

技术领域

本发明涉及一种直线地伸缩并对位移计测对象物的位移量进行计测的位移计测装置。

背景技术

作为与进行相对位移的位移计测对象物相连，并例如对相对的三维位移的位移进行计测的计测装置，已知三维位移计测系统(参照下述专利文献1)。该三维位移计测系统，能够准确地计测位移计测对象物的6个自由度的举动，与非接触式的装置相比成本低且能实现小型的系统，在位移计测对象物上安装时的位置确定更加容易。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-315815号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1公开的现有技术的三维位移计测系统中，在构成系统的三维位移检测单元中，对安装固定于位移计测对象物的测量组件的位移进行检测的位移计测装置，是检测出随着连接杆的伸缩而伸缩的线的移动量的线类型的装置。

因此，例如计测在汽车的冲击试验等中使用的安全性评价用假人的肋骨部的位移量的情况下，在线类型的位移计测装置中，线的收缩速度赶不上冲击时的肋骨部的位移速度。另外，当朝向肋骨部冲击的力的输入方向，是相对于将设置位移计测装置的2点之间相连的线段，朝向位移计测装置的固定点倾斜的方向时，连接杆的收缩会受到妨碍。在这种情况下，存在不能够线性地且稳定地对位移计测对象物的位移量进行计测的问题。

本发明的目的在于，消除上述现有技术中的问题点，提供一种能够线性地且稳定对位移计测对象物的位移量进行计测的位移计测装置。

解决技术问题的方法

本发明所涉及的位移计测装置，其特征在于，具备：测量组件，其为整体能够伸缩的套管式伸缩结构；计测部，其计测所述测量组件的顶端相对于基端的位移量，所述测量组件由一个圆筒体或直径不同的多个圆筒体，以及圆柱状或圆筒状的顶端部件构成，所述顶端部件进退自如地插入在所述一个圆筒体或所述多个圆筒体中直径最小的圆筒体中，且所述顶端部件的顶端固定安装于位移计测对象物上，所述一个或多个圆筒体以及所述顶端部件具备旋转施加机构，当内侧的圆筒体或顶端部件相对于外侧的圆筒体沿伸缩方向进行进退动作时，所述旋转施加机构与该进退动作联动地施加旋转动作。

在本发明的一实施方式中，所述计测部具有：位移检测单元，其包括旋转位移计，所述旋转位移计安装在所述测量组件上并检测出直径最大的所述圆筒体相对于所述顶端部件的旋转角度；运算单元，其基于所述位移检测单元的输出值计算出所述位移计测对象物的位移量。

在本发明的另一实施方式中，所述计测部具有：位移检测单元，其包括可变电阻器，所述可变电阻器安装在所述测量组件上并检测出直径最大的所述圆筒体与配置于其内侧的圆筒体沿所述伸缩方向的位移，运算单元，其基于所述位移检测单元的输出值计算出所述位移计测对象物的位移量。

在本发明的又一实施方式中，所述旋转施加机构具有：槽部，其设置在所述外侧的圆筒体上，且相对于所述伸缩方向倾斜；突起部，其设置在所述内侧的圆筒体或顶端部件的外周部上，且松动地嵌入所述槽部。

在本发明的又一实施方式中，沿所述圆筒体以及所述顶端部件的圆周方向等间隔地配置所述突起部，且设置在彼此邻接的圆筒体或邻接的圆筒体以及顶端部件上的所述突起部被配置成从所述伸缩方向观察时在所述圆周方向上错开。

在本发明的又一实施方式中，所述计测部具有由多个旋转位移计形成的倾斜角检测单元，所述旋转位移计分别检测出绕与所述测量组件的轴垂直且彼此垂直的轴旋转的角度，作为装置整体的倾斜角。

发明的效果

根据本发明，能够直线地且稳定地计测位移计测对象物的位移量。

附图说明

图1是示出透视安全性评价用假人的一部分而示出的整体外观立体图，该安全性评价用假人具备本发明的第一实施方式所涉及的位移计测装置。

图2是示出该位移计测装置在安全性评价用假人的躯干骨骼部内的配置状态的俯视图。

图3是示出该位移计测装置延伸最长时的状态的主视图。

图4是示出该位移计测装置的俯视图。

图5是剖切表示该位移计测装置的一部分的俯视图。

图6是图5的部分放大图。

图7是沿图4的A-A'线的剖视图。

图8是沿图4的B-B'线的剖视图。

图9是示出该位移计测装置收缩最大时的状态的剖视图。

图10是示出本发明的第二实施方式所涉及的位移计测装置的主视图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式所涉及的位移计测装置。但是，以下的实施方式不对各权利要求所涉及的发明进行限定，另外，并非实施方式中说明的特征的全部组合都是发明的解決方法所必须的。需要说明的是，以下的实施方式用于列举通过将本发明所涉及的位移计测装置应用于安全性评价用假人的躯干骨骼部的内部来构成安全性评价系统的情况。

图1是示出透视安全性评价用假人的一部分而示出的整体外观立体图，该安全性评价用假人具备本发明的第一实施方式所涉及的位移计测装置。图2是示出该位移计测装置在安全性评价用假人的躯干骨骼部内的配置状态的俯视图。图3是示出该位移计测装置延伸最长时的状态的主视图。

另外，图4是示出该位移计测装置的俯视图，图5是示出剖切表示该位移计测装置的一部分的俯视图。进一步，图6是图5的部分放大图，图7是沿图4的A-A'线的剖视图，图8是沿图4的B-B'线的剖视图。而且，图9是示出该位移计测装置收缩最大时的状态的剖视图。

如图1所示，安全性评价用假人(以下，简写为“假人”)100例如具备具有颈骨部105的头部101和设置该头部101的躯干部102。另外，假人100具备安装于该躯干部102的一对臂部103和同样安装于该躯干部102的一对腿部104。躯干部102例如构成假人100的胸部、腹部以及腰部。

躯干部102内具备躯干骨骼部110。躯干骨骼部110设置在例如坐下姿势或站立姿势的假人100的躯干部102内。另外，躯干骨骼部110例如通过颈骨部105与头部101相连。该躯干骨骼部110例如具备与人体的脊椎近似的脊椎部120和与人体的胸廓近似的胸廓部130。

脊椎部120例如具备多个椎骨部121。胸廓部130具有多个肋骨部131，每一组肋骨部131相对于每一个椎骨部121在假人100的左右方向配置。而且，在躯干骨骼部110的内部，设置有多个本发明的第一实施方式所涉及的位移计测装置10。

具体地，如图2所示，各位移计测装置10的测量组件20以整体能够伸缩的状态设置在假人100的左右方向，以能够将冲击试验等中来自假人100的左右方向的冲击等导致的肋骨部131的变形作为位移量计测出来。即，以躯干骨骼部110的中心部为中心，例如穿过该中心沿上述左右方向在椎骨部121与左右的各肋骨部131之间分别配置位移计测装置10。

如图2所示，各位移计测装置10构成为具备：分别在左右方向的整体能够伸缩的套管式伸缩结构的测量组件20，和对该测量组件20的顶端(肋骨部131侧)相对于基端(椎骨部121侧)的位移量进行计测的计测部40。因此，位移计测装置10，在本实施方式中，分别计测作为位移计测对象物的左右的肋骨部131的位移量。

如图3～图5以及图7～图9所示，位移计测装置10的计测部40具有板状的安装基座41。该安装基座41例如通过安装螺栓41a(参照图2)固定安装于椎骨部121。安装基座41上具备朝向测量组件20的方向竖立设置的一对安装板41b。

在安装板41b之间安装有旋转框架部41c，该旋转框架部41c例如形成为沿测量组件20的伸缩方向(Z方向)观察时呈“口”字框架状，该旋转框架部41c例如与安装基座41的主面平行且能够绕与Z方向的z轴垂直的x轴旋转。另外，在安装板41b的一边的外侧安装有旋转位移计51，该旋转位移计51检测该旋转框架部41c的旋转轴41d的旋转角度。

另一方面，在旋转框架部41c的内侧，安装有例如形成为矩形箱状的旋转基台41e，该旋转基台41能够绕与z轴以及x轴均垂直的y轴旋转。另外，在旋转框架部41c的沿y轴对置的部分的一边的外侧安装有旋转位移计52，该旋转位移计52检测该旋转基台41e绕旋转轴41f旋转的角度。

需要说明的是，安装基座41以及安装板41b、旋转框架部41c、旋转轴41d、旋转基台41e和旋转轴41f的各部，构成自由度为2的万向节机构。另外，旋转位移计51、52构成了倾斜角检测单元，该倾斜角检测单元分别检测出绕x轴以及y轴的旋转角度作为位移计测装置10整体的倾斜角。而且，在旋转基台41e的内部，具备通过旋转板26d与测量组件20相连的旋转位移计50。

位移计测装置10的测量组件20由直径不同的多个圆筒体22、23、24、25、26和圆柱状或圆筒状的顶端部件21形成，该顶端部件21进退自如地插入在各圆筒体22～26中的直径最小的圆筒体22中且其顶端固定安装于肋骨部131上，从而测量组件20整体能够伸缩。需要说明的是，该顶端部件21，通过设置在其顶端侧的固定环21c，例如安装固定于肋骨部131的左右端部的内侧部位。

而且，如此构成的测量组件20具备如下特征。即，测量组件20的各圆筒体22～26以及顶端部件21具有旋转施加机构，该旋转施加机构在内侧的圆筒体22～25或顶端部件21相对于外侧的圆筒体22～26沿Z方向进行进退动作时，与该进退动作联动地施加旋转动作。该旋转施加机构具备：槽部或引导部，其设置在多个圆筒体上且沿Z方向倾斜；突起部或引导销，其设置在多个圆筒体中的除直径最大的圆筒体之外的圆筒体上以及设置在顶端部件的外周部上，并且松动地嵌入与在外侧与其邻接的圆筒体的槽部中。旋转施加机构，更具体地，例如具有分别设置在均配置在外侧的圆筒体22～26上的倾斜的槽部31、32、33、34、35。

另外，旋转施加机构具有突起部11、12、13、14、15，该突起部11、12、13、14、15设置为从外周面21a、22a、23a、24a、25a突出，并且以具有游隙的状态嵌入(松动地嵌入)在外侧与其邻接的圆筒体22～26的槽部31～35中，该外周面21a、22a、23a、24a、25a是配置于内侧的圆筒体22～25以及顶端部件21的外周部。

这些突起部11～15例如沿圆筒体22～25以及顶端部件21的圆周方向等间隔配置。另外，突起部11～15设置于彼此邻接的圆筒体22～25上或邻接的圆筒体22以及顶端部件21上，并配置成从Z方向观察时在圆周方向上错开。具体地，如图4所示，例如在顶端部件21的圆周方向上间隔180°设置有两个该突起部11。在各个圆筒体22～25的圆周方向上也间隔180°分别设置有两个其他的突起部12～15。

另外，设置在彼此邻接的圆筒体22～25上的突起部12～15，配置成从Z方向观察时在圆周方向上错开。进一步，设置在邻接的圆筒体22以及顶端部件21上的突起部12、11，配置成从Z方向观察时在圆周方向上错开。更具体地，以从Z方向观察时在圆周方向上依次间隔90°的状态配置突起部11～15。

另一方面，在相对于各圆筒体22～26的轴(z轴)呈规定角度，例如呈2°～30°的范围的角度(本实施方式中为25°)倾斜的状态下，形成槽部31～35。各槽部31～35例如分别设置在与各突起部11～15对应的位置。各槽部31～35像这样被设置成以规定角度倾斜的状态，从而各槽部31～35与突起部11～15一起构成旋转施加机构，该旋转施加机构在内侧的圆筒体22～25或顶端部件21相对于外侧的圆筒体22～26沿Z方向进行进退动作时，与该进退动作联动，使外侧的各圆筒休22～26绕z轴进行旋转动作。

需要说明的是，例如沿上述的圆周方向间隔120°等间隔配置3个各突起部11～15以及3个各槽部31～35，也可以配置3个以上。通过这样在圆周方向上等间隔配置，能够尽可能地防止伸缩测量组件20的力的偏离。

需要说明的是，各槽部31～35以及各突起部11～15优选形成为如下。这里，如图6所示，列举突起部13以及槽部33作为示例进行说明，其他的槽部31、32、34、35以及突起部11、12、14、15也能够同样地形成。

槽部33能够形成为其开口部分的切开内周面36的开口直径从圆筒体24的内周面27侧朝向外周面24a侧扩大的锥台状。相应地，松动地嵌入该槽部33的突起部13，能够形成为具有与该切开内周面36配合的锥台状的突起外周面16。

需要说明的是，如图所示，突起部13隔着波形垫圈17通过安装螺栓18安装于圆筒体23的外周面23a。在安装螺栓18的头部和突起部13之间，具备平垫圈17a。通过此类结构，保证相互配合的槽部33的切开内周面36和突起部13的突起外周面16，在进行随着上述进退动作的旋转动作时的滑动中，也可处于最合适的角度以及最合适的抵接力下的面接触形成的松动嵌入的状态。

另外，虽然省略了图示，但是各突起部11～15不仅可以在圆周方向上等间隔地配置，也可以沿各槽部31～35的长边方向设置多个各突起部11～15。由此，能够更加有效地防止随着测量组件20的伸缩，顶端部件21以及各圆筒体22～26相对于z轴倾斜地进行进退动作。

而且，如上所述，由于在与顶端部件21相对的直径最大的圆筒体26的基端侧安装有旋转板26d，因此通过旋转板26d连接于测量组件20的旋转位移计50，能够检测出随着测量组件20的伸缩而旋转的各圆筒体22～26中的直径最大的圆筒体26的旋转角度，因此能够得到测量组件20顶端相对于的基端的位移量。需要说明的是，各旋转位移计50～52的输出，例如被输入到设置于安装基座41的传感电路42中。与测量组件20的总位移量对应的旋转位移计50的输出旋转角，在不超过360°的范围内尽可能地越大则解析度越高且越优选，因此与总位移量对应地，输出旋转角例如设置为60°～360°，更优选为180°～360°。

传感电路42基于旋转位移计50的输出值，计算出肋骨部131沿Z方向的位移量(距离)，该输出值表示随着肋骨部131的位移而检测出的直径最大的圆筒体26的旋转角度。另外，传感电路42基于旋转位移计51、52的输出值，计算出位移计测装置10的在x轴以及y轴上的倾斜角。然后，传感电路42基于来自这些旋转位移计50～52的输出值，计算出肋骨部131的三维的位移量。

第一实施方式所涉及的位移计测装置10，通过此类结构，在计测肋骨部131的位移量时，测量组件20能够跟随肋骨部131的位移速度整体进行收缩。另外，即使对肋骨部131冲击的力的输入方向是上述的倾斜方向，通过各突起部11～15以及槽部31～35形成的旋转施加机构的作用，也不会妨碍测量组件20的收缩。因此，能够线性地且稳定地计测各肋骨部131的位移量。需要说明的是，位移计测装置10，其测量组件20由具备上述的旋转施加机构的套管式伸缩结构形成，因此能够用于重复计测，另外，由于包括测量组件20以及计测部40的各部的机构自身也是简单的结构，因此能够以低成本制造。

图10是示出本发明的第二实施方式所涉及的位移计测装置的主视图。需要说明的是，包括图10在下述的说明中，与第一实施方式相同的构成部件标记相同的符号，故以下省略重复说明。

如图10所示，本发明的第二实施方式所涉及的位移计测装置10A的测量组件20以及计测部40的各部的结构与第一实施方式的位移计测装置10相同，但是在计测部40的旋转位移计50设于旋转基台41e的内部，以及测量组件20上还设置有可变电阻器60的点上，不同于第一实施方式。由此，能够预期以更高的精度线性地且稳定地计测位移量。

可变电阻器60例如能够检测出与顶端部件21相对的直径最大的圆筒体26与设置于其内侧的圆筒体25之间的沿Z方向的位移。具体地，可变电阻器660，由设置在圆筒体25的外周面25a上的滑动件61和设置在圆筒体26的内周面27上的电阻62构成。需要说明的是，横跨图10中的圆筒体25以及圆筒体26的曲线表示被曲线区分开的部分是与装置整体的剖面不同的部分剖面。该可变电阻器60的输出值与旋转位移计50的输出值一起被输入传感电路42，基于这些输出值计算出肋骨部131沿Z方向的位移量(距离)。需要说明的是，在传感电路42中，例如可以基于输入的输出值，将圆筒体22～26的段数用作系数，并根据乘以该系数后的结果，求出顶端部件21沿Z方向的移动距离，并计算出肋骨部131的位移量。

通过此类结构，能够起到与第一实施方式相同的作用效果。需要说明的是，可变电阻器60也可以是与第一实施方式的旋转位移计50同样地通过旋转板26d内置于旋转基台41e中，将圆筒体26的旋转位移当做阻抗值的变化进行检测并输出的类型。

以上，虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是它们仅作为示例被提出，不意在限定发明的范围。在这些新颖的实施方式，也能够以其他各种各样的状态实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换和改变。这些实施方式及其变形，包含在发明的范围和要旨中，同时包含在专利的权利要求所记载的发明及其等同物的范围内。

例如，在上述的实施方式中，虽然在位移计测装置10的情况下用旋转位移计50检测位移计测装置10的测量组件20的顶端相对于基端的位移量，另外在位移计测装置10A的情况下用旋转位移计50以及可变电阻器60检测位移计测装置10A的测量组件20的顶端相对于基端的位移量，但是代替旋转位移计50仅具备可变电阻器60从而构成位移计测装置也可以。即使在这种情况下，由于随着测量组件20的伸缩，测量组件20的基端侧在旋转施加机构的作用下旋转，因此与仅使用直线动作进行计测相比，难以受到间隙或倾斜的影响，能够正确地进行计测。另外，关于旋转施加机构，槽部31～35可以形成为相对于圆筒体22～26呈螺旋状(spiral、helical)，或者突起部11～15和槽部31～35的形成位置关系与上述示例相反也可以。另外，上述的实施方式的突起部11～15和槽部31～35的形状，只要能够维持松动地嵌入的状态即可，能够采用其他各种方式。此外，测量组件20也能够由一个圆筒体和进退自如地插入在该圆筒体中的顶端部件构成。

附图标记说明

10，10A 位移计测装置

11～15 突起部

16 突起外周面

20 测量组件

21 顶端部件

21a 外周面

21c 固定环

22～26 圆筒体

22a～26a 外周面

26d 旋转板

27 内周面

31～35 槽部

36 切开内周面

40 计测部

41 安装基座

41c 旋转框架部

41e 旋转基台

42 传感电路

50～52 旋转位移计

60 可变电阻器

61 滑动件

62 电阻

100 安全性评价用假人

102 躯干部

110 躯干骨骼部

120 脊椎部

121 椎骨部

130 胸廓部

131 肋骨部

Claims (5)

1.一种位移计测装置，其特征在于，具备：

测量组件，其为整体能够伸缩的套管式伸缩结构；

计测部，其计测所述测量组件的顶端相对于基端的位移量，

所述测量组件由一个圆筒体或直径不同的多个圆筒体，以及圆柱状或圆筒状的顶端部件构成，所述顶端部件进退自如地插入在所述一个圆筒体或所述多个圆筒体中的直径最小的圆筒体中，且所述顶端部件的顶端固定安装于位移计测对象物上，

所述一个或多个圆筒体以及所述顶端部件具备旋转施加机构，当内侧的圆筒体或顶端部件相对于外侧的圆筒体沿伸缩方向进行进退动作时，所述旋转施加机构与该进退动作联动地施加以所述伸缩方向为轴向的旋转动作，

所述旋转施加机构具有：

槽部，其设置在所述外侧的圆筒体上，且相对于所述伸缩方向倾斜；

突起部，其设置在所述内侧的圆筒体或顶端部件的外周部上，且松动地嵌入所述槽部。

2.如权利要求1所述的位移计测装置，其特征在于，

所述计测部具有：

位移检测单元，其包括旋转位移计，所述旋转位移计安装在所述测量组件上并检测出直径最大的所述圆筒体相对于所述顶端部件的旋转角度；

运算单元，其基于所述位移检测单元的输出值计算出所述位移计测对象物的位移量。

3.如权利要求1所述的位移计测装置，其特征在于，

所述计测部具有：

位移检测单元，其包括可变电阻器，所述可变电阻器安装在所述测量组件上并检测出直径最大的所述圆筒体与配置于其内侧的圆筒体沿所述伸缩方向的位移；

运算单元，其基于所述位移检测单元的输出值计算出所述位移计测对象物的位移量。

4.如权利要求1所述的位移计测装置，其特征在于，

沿所述圆筒体以及所述顶端部件的圆周方向等间隔配置所述突起部，且设置在彼此邻接的圆筒体或邻接的圆筒体以及顶端部件上的所述突起部被配置成从所述伸缩方向观察时在所述圆周方向上错开。

5.如权利要求1所述的位移计测装置，其特征在于，

所述计测部具有：

由多个旋转位移计构成的倾斜角检测单元，所述多个旋转位移计分别检测出绕与所述测量组件的轴垂直且彼此垂直的轴旋转的角度，作为装置整体的倾斜角。

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