| 【発明の名称】 |
路面粗さ測定方法及び測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】兎沢 幸雄
【氏名】桂 直之
【氏名】飯塚 洋
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| 【要約】 |
【課題】波長が０．０１〜１ｍｍ程度の凹凸や高さが１０ｍｍ程度の凹凸を有する路面について表面粗さを精度良く測定する路面粗さ測定方法及び測定装置を提供する。
【解決手段】半球状の先端部６ａを有する接触針６を基準位置から路面Ｓに接触するまで垂直方向に移動させ、（ｉ−１）番目の測定点で基準位置Ａからの垂直移動距離Ｄi-1 を測定した後、基準位置Ａに戻して横移動距離ΔＬに基づいて横方向に移動させ、ｉ番目の測定点で再び路面Ｓに接触するまでの垂直移動距離Ｄi を測定し、接触針６の垂直移動距離Ｄi-1 ，Ｄi 及び横移動距離ΔＬと、その先端部の曲率半径Ｒに基づいて、ｉ番目の測定点における基準位置Ａから路面Ｓまでの距離Ｍi を算出し、該距離Ｍi を路面粗さの指標とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半球状の先端部を有する接触針を基準位置から路面に接触するまで垂直方向に移動させ、前記基準位置からの垂直移動距離を測定した後、前記基準位置に戻して横方向に移動させ、任意の測定点で再び路面に接触するまでの垂直移動距離を測定し、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて、前記任意の測定点における基準位置から路面までの距離を算出し、該距離を路面粗さの指標とする路面粗さ測定方法。
【請求項２】 半球状の先端部を有する接触針を基準位置と路面との間で垂直方向に移動させる垂直移動手段と、前記接触針を横方向に移動させる横移動手段と、これら垂直移動手段及び横移動手段を交互に駆動させる制御手段と、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離を記録する記録手段とを備えた路面粗さ測定装置。
【請求項３】 前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて、任意の測定点における基準位置から路面までの距離を算出する演算手段を備えた請求項２に記載の路面粗さ測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、路面の表面粗さを測定する方法及び装置に関し、さらに詳しくは、波長が０．０１〜１ｍｍ程度の凹凸や高さが１０ｍｍ程度の凹凸を含む路面について、その表面粗さを精度良く測定するようにした路面粗さ測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用道路等の路面の表面粗さは、タイヤ走行時の騒音や摩耗特性に大きな影響を与えることが知られている。そのため、タイヤの騒音性能や摩耗特性を路面粗さに対する相関性を考慮しながら研究するには、その路面粗さをミクロ的かつマクロ的に精度良く測定することが要求される。
【０００３】従来、路面粗さを測定する方法には、大別して接触式のものと非接触式のものがある。接触式の路面粗さ測定方法では、接触針を測定対象路面に押し付けながら表面に沿って移動させ、その接触針の変位又はそれに加わる荷重を機械的、光学的、或いは電気的に測定することにより、表面の凹凸形状を検出している。一方、非接触式の路面粗さ測定方法では、路面にレーザ光線を照射しながら光源を表面に沿って移動させ、その反射波を測定することにより、表面の凹凸形状を検出している。
【０００４】しかしながら、上述した接触式の路面粗さ測定方法は、路面の凹凸の高さが小さい場合には有効であるが、例えば凹凸の高さが１０ｍｍ程度まである路面の表面粗さを測定する場合は、その接触針を表面に沿って連続的に移動させることができないという問題があった。一方、非接触式の路面粗さ測定方法は、凹凸の高さが大きい場合でも表面に沿って連続的に測定を行うことが可能であり、また１ｍｍ程度の大きな波長の凹凸を測定する場合にはノイズが少ないものの、０．０１ｍｍ程度の小さな波長の凹凸では測定時のノイズが大きくなり、路面粗さを精度良く測定することができないという問題点があった。
【０００５】これに対して、一般的な路面は波長が０．０１〜１ｍｍ程度の凹凸や高さが１０ｍｍ程度の凹凸を含み、凹凸寸法の変動範囲が極めて広いため、このような路面の表面粗さをミクロ的かつマクロ的に精度良く測定可能な方法及び装置の開発が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、波長が０．０１〜１ｍｍ程度の凹凸や高さが１０ｍｍ程度の凹凸を有する路面について、その表面粗さを精度良く測定することを可能にした路面粗さ測定方法及び測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明の路面粗さ測定方法は、半球状の先端部を有する接触針を基準位置から路面に接触するまで垂直方向に移動させ、前記基準位置からの垂直移動距離を測定した後、前記基準位置に戻して横方向に移動させ、任意の測定点で再び路面に接触するまでの垂直移動距離を測定し、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて、前記任意の測定点における基準位置から路面までの距離を算出し、該距離を路面粗さの指標とすることを特徴とするものである。
【０００８】このように接触針を路面の表面に沿って非連続的に移動させ、任意の測定点毎に基準位置から路面までの距離を求めることにより、レーザ光線を用いた非接触式の路面粗さ測定方法とは異なって、波長が０．０１〜１ｍｍ程度の凹凸を精度良く検出することができ、しかも高さが１０ｍｍ程度の凹凸が接触針の移動を阻害することはなく、これら大きな凹凸も精度良く検出することができる。
【０００９】また、測定対象となる路面は軟質又は硬質の種々の材料から構成されるが、上述のように接触針の先端部を半球状にすることにより、接触針の垂直移動距離を測定する際にその接触圧により接触針の先端部が路面に埋没することを回避できるので、路面の構成材料に拘らず良好な検出精度を確保することができる。なお、接触針の先端部を半球状とした場合、基準位置から路面までの距離は、接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて算出することができる。
【００１０】一方、本発明の路面粗さ測定装置は、半球状の先端部を有する接触針を基準位置と路面との間で垂直方向に移動させる垂直移動手段と、前記接触針を横方向に移動させる横移動手段と、これら垂直移動手段及び横移動手段を交互に駆動させる制御手段と、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離を記録する記録手段とを備えたことを特徴とするものである。また、本発明の路面粗さ測定装置においては、接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて、任意の測定点における基準位置から路面までの距離を算出する演算手段を設けることが好ましい。
【００１１】このように構成される路面粗さ測定装置によれば、路面に対する接触針の垂直移動距離と横移動距離を交互に測定し、これら垂直移動距離及び横移動距離と、予め設定された先端部の曲率半径に基づいて、任意の測定点における基準位置から路面までの距離を簡単に求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】図１は本発明の実施形態からなる路面粗さ測定装置を例示するものであり、図２はその部分拡大図を示すものである。図１に示すように、左右一対の台座１，１上には両者に跨がるプラットホーム２が配設されている。プラットホーム２はその長手方向に延長するガイド３と、該ガイド３に沿って軸支された送りネジ４とを備えており、その送りネジ４が駆動モータ５により回転駆動するようになっている。これらプラットホーム２、ガイド３、送りネジ４、駆動モータ５が横移動手段１１を構成している。
【００１４】横移動手段１１のプラットホーム２にはガイド３を介して垂直移動手段１２が配設されている。垂直移動手段１２は送りネジ４の回転に伴ってガイド３に沿って移動するようになっている。この垂直移動手段１２は接触針６を下方から突出させ、その接触針６を基準位置と路面Ｓとの間で垂直方向に往復移動させるように構成されている。また、接触針６の先端部６ａは半球状に成形されている。この先端部６ａの曲率半径Ｒは０．００５〜０．０５ｍｍの範囲にすることが好ましく、例えば０．０１ｍｍにすることができる。
【００１５】上記路面粗さ測定装置においては、横移動手段１１の駆動モータ５を制御して垂直移動手段１２をガイド３に沿って移動させると、図２に示すように接触針６が路面Ｓに対して横方向（水平方向）Ｘに移動する。接触針６の横移動距離は０．００５〜０．０５ｍｍの範囲にすることが好ましく、例えば０．０１ｍｍにすることができる。また、垂直移動手段１２を制御することにより、接触針６が垂直方向Ｙに移動する。接触針６の垂直移動距離は３〜３０ｍｍの範囲にすることが好ましく、例えば１０ｍｍにすることができる。
【００１６】図３は本実施形態からなる路面粗さ測定装置のブロック構成図である。図３において、制御手段１３ は横移動手段１１と垂直移動手段１２とが交互に駆動すように制御を行う。また、横移動手段１１に基づく接触針６の横移動距離と垂直移動手段１２に基づく接触針６の垂直移動距離はそれぞれ記録手段１４，１５に記憶される。演算手段１６は記録手段１４，１５に記録された横移動距離及び垂直移動距離と、接触針６の先端部６ａの曲率半径Ｒに基づいて、任意の測定点における基準位置から路面Ｓまでの距離を算出する。
【００１７】例えば、測定開始からｉ番目の測定点について具体的に説明する。図４において、Ａは基準位置、ΔＬは横移動距離、Ｄi はｉ番目の測定点における垂直移動距離、ｄi はｉ番目の測定点における曲率半径Ｒの中心位置Ｏから路面Ｓまでの垂直方向の距離である。但し、横移動距離ΔＬは全て測定点について一定にしても良く、或いは測定点毎に異ならせても良い。横移動距離ΔＬを測定点毎に異ならせる場合には、ｉ番目の測定点における横移動距離ΔＬi を用いれば良い。
【００１８】上述のように接触針６の先端部６ａを半球状に成形した場合、ｉ番目の測定点における基準位置Ａから路面Ｓまでの距離Ｍi は下記（１）式で表される。
【００１９】Ｍi ＝Ｄi ＋ｄi ・・・（１）
ここで、図５に示すように、ｉ番目の測定点における曲率半径Ｒの中心位置Ｏと（ｉ−１）番目の測定点における曲率半径Ｒの中心位置Ｏとを結ぶ線分をＳiとし、該線分Ｓi の水平方向Ｘに対する傾斜角度をαi とし、ｉ番目の測定点において路面Ｓとの接点を通る法線の垂直方向Ｙに対する傾斜角度をθi とし、ｉ番目の測定点の法線と（ｉ−１）番目の測定点の法線とがなす交差角度をδi とすると、θi ＝αi −δi ／２，δi ＝θi-1 −θi であるから、傾斜角度θiは下記（２）式で表される。また、Ｃｏｓθi ＝Ｒ／ｄi であるから、距離ｄiは下記（３）式で表される。
【００２０】θi ＝２αi −θi-1 ・・・（２）
ｄi ＝Ｒ／Ｃｏｓθi ・・・（３）
ここで、傾斜角度αi は（４）式で表される。
【００２１】
αi ＝ｔａｎ-1〔（Ｄi-1 −Ｄi ）／ΔＬ〕 ・・・（４）
よって、（２）式と（４）式からθi が求まり、（３）式からｄi が求まり、（１）式からＭi が求まる。但し、起点となる測定点（ｉ＝１）では（２）式のθi-1 がθ0 となり、θ0 ＝０として計算を行えば良い。
【００２２】従って、予め設定された曲率半径Ｒの他に、（ｉ−１）番目の測定点における垂直移動距離Ｄi-1 、ｉ番目の測定点における垂直移動距離Ｄi 、横移動距離ΔＬを測定することにより、上記の式からｉ番目の測定点における基準位置Ａから路面Ｓまでの距離Ｍi を求めることができる。
【００２３】次に、上述した路面粗さ測定装置を用いた本発明の路面粗さ測定方法について説明する。本実施形態では、上記路面粗さ測定装置を路面Ｓ上に設置した後、半球状の先端部６ａを有する接触針６を基準位置Ａから路面Ｓに接触するまで垂直方向に移動させ、（ｉ−１）番目の測定点で基準位置Ａからの垂直移動距離Ｄi-1 を測定する。
【００２４】次いで、接触針６を基準位置Ａに戻した後、これを所定の横移動距離ΔＬに基づいて横方向に移動させ、次のｉ番目の測定点で再び路面Ｓに接触するまでの垂直移動距離Ｄi を測定する。そして、接触針６の垂直移動距離Ｄi-1 ，Ｄi 及び横移動距離ΔＬと、先端部６ａの曲率半径Ｒに基づいて、上記（５）式からｉ番目の測定点における基準位置Ａから路面Ｓまでの距離Ｍi を算出する。
【００２５】このように接触針６を路面Ｓの表面に沿って非連続的に移動させ、路面Ｓの所望の領域を走査することにより、路面Ｓの表面形状を検知することができる。この場合、レーザ光線を用いた非接触式の路面粗さ測定方法とは異なって、波長が０．０１〜１ｍｍ程度のミクロ的な凹凸を精度良く検出することが可能であり、しかも高さが１０ｍｍ程度のマクロ的な凹凸が接触針の移動を阻害することはなく、これらマクロ的な凹凸も精度良く検出することが可能である。
【００２６】また、接触針６の先端部６ａは半球状に成形されているので、測定対象となる路面Ｓが軟質材料から構成されていても、接触針６の垂直移動距離を測定する際にその接触圧により接触針６の先端部６ａが路面Ｓに埋没することを回避して良好な検出精度を確保することができる。
【００２７】上述した本実施形態の路面粗さ測定装置は、距離Ｍi を算出するための演算手段１６を備えているが、この演算手段１６は必ずしも必要ではなく、記録手段１４，１５に記録された垂直移動距離及び横移動距離のデータと、先端部６ａの曲率半径Ｒとを用いて、路面粗さ測定装置とは別体の演算手段により計算を行っても良い。
【００２８】本発明において、垂直移動手段、水平移動手段、制御手段、記憶手段、演算手段の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、必要とされる機能を備える限りにおいて任意の実施形態にすることができる。
【００２９】また、本発明において測定対象となる路面は、道路等の路面自体は勿論のこと、路面の一部を切り出した試験片や路面の表面形状をシリコンゴム等に転写した転写物を用いても良い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の路面粗さ測定方法によれば、半球状の先端部を有する接触針を基準位置から路面に接触するまで垂直方向に移動させ、基準位置からの垂直移動距離を測定した後、基準位置に戻して横方向に移動させ、任意の測定点で再び路面に接触するまでの垂直移動距離を測定し、前記接触針の垂直移動距離及び横移動距離と、その先端部の曲率半径に基づいて、任意の測定点における基準位置から路面までの距離を算出し、該距離を路面粗さの指標とすることにより、波長が０．０１〜１ｍｍ程度の凹凸や高さが１０ｍｍ程度の凹凸を有する路面であっても、その表面粗さを精度良く測定することができる。
【００３１】また、本発明の路面粗さ測定装置は、半球状の先端部を有する接触針を基準位置と路面との間で垂直方向に移動させる垂直移動手段と、接触針を横方向に移動させる横移動手段と、これら垂直移動手段及び横移動手段を交互に駆動させる制御手段と、接触針の垂直移動距離及び横移動距離を記録する記録手段とを備えているので、上記路面粗さ測定方法を実施し、任意の測定点における基準位置から路面までの距離を簡単に求めることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７１４
【氏名又は名称】横浜ゴム株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１４日（１９９９．９．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６６８６５
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 信一 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２９０６（Ｐ２００１−８２９０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２６０３８０ |
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