JPH01136042A - 多軸力検出装置 - Google Patents
多軸力検出装置Info
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- JPH01136042A JPH01136042A JP62294832A JP29483287A JPH01136042A JP H01136042 A JPH01136042 A JP H01136042A JP 62294832 A JP62294832 A JP 62294832A JP 29483287 A JP29483287 A JP 29483287A JP H01136042 A JPH01136042 A JP H01136042A
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Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えばテンションゲージ、3方向ロードセル
等の力計測装置、更には機械系内部の力計測・制御等に
適した多軸力検出装置に関する。
等の力計測装置、更には機械系内部の力計測・制御等に
適した多軸力検出装置に関する。
従来の技術
一般に、物体に加わる力の計測を行なう場合、その力の
大きさと同時に力の向きをも測定し得る、ことが重要で
ある。例えば、加えた力を管理したい時などにおいて、
力の向きを考慮しないと正確な所望値を得ることができ
ないことがあるからである。この点、従来の力検出装置
では、1つの力のみの計測しか行なうことができない。
大きさと同時に力の向きをも測定し得る、ことが重要で
ある。例えば、加えた力を管理したい時などにおいて、
力の向きを考慮しないと正確な所望値を得ることができ
ないことがあるからである。この点、従来の力検出装置
では、1つの力のみの計測しか行なうことができない。
よって、プローブを測定物に斜めに当てたような場合に
は、正しい測定を行なうことができない。即ち、正しい
測定を行なうためには力の方向を測定装置の検出方向と
一致させる必要があり、測定が困難なものとなっている
。
は、正しい測定を行なうことができない。即ち、正しい
測定を行なうためには力の方向を測定装置の検出方向と
一致させる必要があり、測定が困難なものとなっている
。
目的
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、空間的
に3次元的な力を、基準とする面に対する力の大きさと
向き、即ち3次元の各々の軸方向に対する力の成分及び
それらの角度、更には実際に加わる合力の計測が可能な
多軸力検出装置を得ることを目的とするものである。
に3次元的な力を、基準とする面に対する力の大きさと
向き、即ち3次元の各々の軸方向に対する力の成分及び
それらの角度、更には実際に加わる合力の計測が可能な
多軸力検出装置を得ることを目的とするものである。
構成
本発明は、力又はトルクの作用点を一部に有するプロー
ブと拡散型半導体歪ゲージを有する半導体チップとから
なり前記作用点に作用する力を多成分力に分離して検出
する力覚センサを設け、この力覚センサから出力される
多成分力出力値に基づき作用点に作用する合力又は直交
3軸となす角度を演算出力する処理手段を設けたことを
特徴とするものである。
ブと拡散型半導体歪ゲージを有する半導体チップとから
なり前記作用点に作用する力を多成分力に分離して検出
する力覚センサを設け、この力覚センサから出力される
多成分力出力値に基づき作用点に作用する合力又は直交
3軸となす角度を演算出力する処理手段を設けたことを
特徴とするものである。
本発明の第一の実施例を第1図ないし第11図に基づい
て説明する。
て説明する。
本実施例は、本出願人により例えば特願昭62−144
316号として既に提案されている力検出装置を応用す
るものである。概略的には、県結晶シリコンを用いた超
小型の力覚センサで互いに直交する3軸中の2軸の軸回
りのモーメントと残すの1軸方向の力を検出するという
ものであり、その構造・作用を第2図ないし第9図によ
り説明する。
316号として既に提案されている力検出装置を応用す
るものである。概略的には、県結晶シリコンを用いた超
小型の力覚センサで互いに直交する3軸中の2軸の軸回
りのモーメントと残すの1軸方向の力を検出するという
ものであり、その構造・作用を第2図ないし第9図によ
り説明する。
まず、半導体チップである単結晶基板lはシリコンj1
″L結晶体よりなり正方形状をしている。この単結晶基
板1の一面は検出面2とされ、この検出面2には後述す
る手段により拡散型半導体歪ゲージである検出素子3が
形成されている。
″L結晶体よりなり正方形状をしている。この単結晶基
板1の一面は検出面2とされ、この検出面2には後述す
る手段により拡散型半導体歪ゲージである検出素子3が
形成されている。
これらの検出素子3は応力を受けて変形することにより
抵抗率が変化する原理、即ち、ピエゾ抵抗効果を利用す
るものであり、例えば、単結晶基板1がn−3i(11
0)ウェハである場合、第4図中に示すRL 、R’X
z + RX) r RX4とRvl、RY2゜R
Yz、RY4なる検出素子3は<110>方向に対して
45度の方向に配置され、RZI + RZI1
RZs+RZ4なる検出素子3は<110>方向に配置
されている。そして、それぞれの検出素子3は、第6図
に拡大してその形状を示すが、X軸、Y軸及びこれらと
45度をなす方向に電流iが流れるように幅がQlで長
さがQ2であり、かつ、Q、(Q、であるように設定さ
れている。
抵抗率が変化する原理、即ち、ピエゾ抵抗効果を利用す
るものであり、例えば、単結晶基板1がn−3i(11
0)ウェハである場合、第4図中に示すRL 、R’X
z + RX) r RX4とRvl、RY2゜R
Yz、RY4なる検出素子3は<110>方向に対して
45度の方向に配置され、RZI + RZI1
RZs+RZ4なる検出素子3は<110>方向に配置
されている。そして、それぞれの検出素子3は、第6図
に拡大してその形状を示すが、X軸、Y軸及びこれらと
45度をなす方向に電流iが流れるように幅がQlで長
さがQ2であり、かつ、Q、(Q、であるように設定さ
れている。
つぎに、このような検出素子3の製造方法を第9図に基
づいて説明する。ここで、第9図に示すものは、ウェハ
処理工程の概略とその工程における断面図である。
づいて説明する。ここで、第9図に示すものは、ウェハ
処理工程の概略とその工程における断面図である。
n−3L(110)ウェハを酸化し、表面に5iO7を
形成する。SiC2は次工程の拡散のマスクとして使う
。
形成する。SiC2は次工程の拡散のマスクとして使う
。
選択拡散を行うためにSiC2を除去し、拡散窓明けを
行う。
行う。
BN固体拡散源等により拡散を行う。ボロンはシリコン
面が露出しているところのみ拡散し、n型からp型に変
わる。
面が露出しているところのみ拡散し、n型からp型に変
わる。
(CVD−3i、N、]
両面にCVD−3i、N、をデポジションする。
表面は外部からの汚染に対するバリアとし、裏面はシリ
コン基板をエツチングする時のマスクとして使う。
コン基板をエツチングする時のマスクとして使う。
検出素子3を電気的に接続するためのコンタクトホール
をエツチングで明ける。
をエツチングで明ける。
アルミニウムにより検出素子3の相互接続及び外部回路
への電気的接続を図る。
への電気的接続を図る。
アルミニウムとゲージ抵抗のオーミック性を改善するた
めにシンタリングを行う。
めにシンタリングを行う。
シリコン処理工程を完了した後、個々のセンサチップに
分離する。
分離する。
又、前記単結晶基板lを補強する補強基板として作用す
る起歪体4が設けられている。二の起歪体4は円板状を
なしており、外周部が固定用ネジ穴5を備えた支持部6
とされている。又、中心部7には力伝達体(ロッド)8
が形成され、この力伝達体8の周囲には円形の凹部9が
形成されて薄肉状の弾性変形面10が形成されている。
る起歪体4が設けられている。二の起歪体4は円板状を
なしており、外周部が固定用ネジ穴5を備えた支持部6
とされている。又、中心部7には力伝達体(ロッド)8
が形成され、この力伝達体8の周囲には円形の凹部9が
形成されて薄肉状の弾性変形面10が形成されている。
この弾性変形面10の表面に前記単結晶基板lが接着固
定されている。
定されている。
しかして、これらの12個の検出素子3はその検出素子
3に接続して形成された接続端子部11を介して外部に
接続されるも′のである。即ち、外部接続端子12が形
成されたフレキシブルプリント基板13が前記起歪体4
に接着固定され、このフレキシブルプリント基板13に
形成された中継端子14にワイヤーボンド15を介して
前記接続端子部11が接続されている。
3に接続して形成された接続端子部11を介して外部に
接続されるも′のである。即ち、外部接続端子12が形
成されたフレキシブルプリント基板13が前記起歪体4
に接着固定され、このフレキシブルプリント基板13に
形成された中継端子14にワイヤーボンド15を介して
前記接続端子部11が接続されている。
このようにして起歪体4に単結晶基板1を接着固定して
からその検出面2側にキャップ16を設けて単結晶基板
lを外気から遮断している。
からその検出面2側にキャップ16を設けて単結晶基板
lを外気から遮断している。
ここで、力伝達体8に作用する力としては、各軸方向、
即ち、互いに三次元的に直交する3軸X。
即ち、互いに三次元的に直交する3軸X。
Y、Z方向に沿う力(F X+ F V+ Fz)
と、各軸回りのモーメント(M x 、 M y 、
M z )との6成分であるが、これらの内のFZ、M
X、MYの3成分を検出するためのブリッジ回路が第7
図(a)(b)(c)に示すように形成されている。
と、各軸回りのモーメント(M x 、 M y 、
M z )との6成分であるが、これらの内のFZ、M
X、MYの3成分を検出するためのブリッジ回路が第7
図(a)(b)(c)に示すように形成されている。
このような構成において、力伝達体8に外力を作用させ
ることにより起歪体4が変形し、この起歪体4の変形に
対応して単結晶基板1には内部応力が発生し、これに基
づく歪により検出素子3が変形してピエゾ抵抗効果によ
り抵抗変化ΔRが生じる。即ち、力伝達体8に作用する
外力は起歪体4により受けられてその起歪体4が変形す
ることにより単結晶基板1を変形させるので、単結晶基
板1では受けることができない大きさの荷重を受けるこ
とができる。又、衝撃荷重が力伝達体8に印加されても
、その衝撃は単結晶基板lに直接伝達されることがなく
、起歪体4により緩衝されるので、単結晶基板1が脆性
の高い材質であっても十分に保護される。
ることにより起歪体4が変形し、この起歪体4の変形に
対応して単結晶基板1には内部応力が発生し、これに基
づく歪により検出素子3が変形してピエゾ抵抗効果によ
り抵抗変化ΔRが生じる。即ち、力伝達体8に作用する
外力は起歪体4により受けられてその起歪体4が変形す
ることにより単結晶基板1を変形させるので、単結晶基
板1では受けることができない大きさの荷重を受けるこ
とができる。又、衝撃荷重が力伝達体8に印加されても
、その衝撃は単結晶基板lに直接伝達されることがなく
、起歪体4により緩衝されるので、単結晶基板1が脆性
の高い材質であっても十分に保護される。
ここで、応ノJが存在するときの抵抗変化ΔRは。
ΔR/R=πΩσQ+πtσt+πSσS・・・・・・
(1)πQ:縦ピエゾ抵抗係数 πし:横ピエゾ抵抗係数 πS:剪断ピエゾ抵抗係数 σα:縦方向応力 σL=横方向応力 σS:剪断方向応力 となる。
(1)πQ:縦ピエゾ抵抗係数 πし:横ピエゾ抵抗係数 πS:剪断ピエゾ抵抗係数 σα:縦方向応力 σL=横方向応力 σS:剪断方向応力 となる。
ここでは、剪断応力σSがσQ、σtに比べて小さいこ
とから、以後はこの剪断応力σSを無視して考察する。
とから、以後はこの剪断応力σSを無視して考察する。
又、前述のように検出素子3の形状が第5図に示すよう
に、Q、(Q、に設定されているので、式(1)のπt
+’tを無視することができる。従って、式(1)は次
の式(2)のようになる。
に、Q、(Q、に設定されているので、式(1)のπt
+’tを無視することができる。従って、式(1)は次
の式(2)のようになる。
ΔR/R=πaσα ・・・・・・・・・・
・・・・・(2)この時、力伝達体8にFz、Mx+
MVの3成分の力が作用したとすれば、検出素子3の抵
抗の変化は第4図及び第8図から次に示すようになる。
・・・・・(2)この時、力伝達体8にFz、Mx+
MVの3成分の力が作用したとすれば、検出素子3の抵
抗の変化は第4図及び第8図から次に示すようになる。
即ち、
[M xが加わった時I
RX++ RXsは減少、RXi + RX4は増
加RY19.RYt、RYs+ RY、は変化なしR
Z+ + RZsは減少、RZz * RZ4は増
加[MYが加わった時I RX+ + RXi+ RXs+ RX4は変化なし
RY++ RYsは減少、RYx 、RY4は増加R
Z++ RZsは減少、RZll RZ4は増加[F
zが加わった時] Rx1l RX4は減少、RXz+ RXsは増加”
h、R’lqは減少、RYa、RVsは増加RZII
FZ4は減少、RZz + RZiは増加する。
加RY19.RYt、RYs+ RY、は変化なしR
Z+ + RZsは減少、RZz * RZ4は増
加[MYが加わった時I RX+ + RXi+ RXs+ RX4は変化なし
RY++ RYsは減少、RYx 、RY4は増加R
Z++ RZsは減少、RZll RZ4は増加[F
zが加わった時] Rx1l RX4は減少、RXz+ RXsは増加”
h、R’lqは減少、RYa、RVsは増加RZII
FZ4は減少、RZz + RZiは増加する。
このような抵抗変化を纏めると、次の第1表のようにな
る。
る。
第1表
このような力の3成分(M X 、 M y 、 F
7. )を検出するために、第7図に示すようにブリ
ッジ回路が構成されているので、互いの力成分に干渉さ
れることなく各回路毎にMX、My、Fzの出力が得ら
れる。
7. )を検出するために、第7図に示すようにブリ
ッジ回路が構成されているので、互いの力成分に干渉さ
れることなく各回路毎にMX、My、Fzの出力が得ら
れる。
例えば、MXが加わった時の第7図(a)(b)(c)
の出力は次のようになる。
の出力は次のようになる。
まず、第7図(a)において、
となる。
ここで、簡単化するために、Rx + =RX 2 =
RX 3=RX4=Rとすると、式(3)は、V=Oと
なる。
RX 3=RX4=Rとすると、式(3)は、V=Oと
なる。
又、MXによる抵抗の増加分をΔR,減少分を一ΔRと
すると、第1表よりMXによる出力はとなる。
すると、第1表よりMXによる出力はとなる。
即ち、MXによる出力変化(感度へ■)は、Δ■=ΔR
−I ・・・・旧・自・・・・・・・・・・
(5)となる。
−I ・・・・旧・自・・・・・・・・・・
(5)となる。
次に、第7図(b)において、
となる。
ここで、Rvl=Rv2=R■、=Rv4=Rとすると
、式(6)は、V=Oとなる。
、式(6)は、V=Oとなる。
又、Mxによる抵抗変化はないとすると、即ち、MXに
よる感度へVは、 Δ■=O・・・・・・・旧・・(8) となる。
よる感度へVは、 Δ■=O・・・・・・・旧・・(8) となる。
つぎに、第7図(c)において、
ここで、RZ+ = RZx = RZs = FZ4
= Rとすると、式(9)は、V=Oとなる。
= Rとすると、式(9)は、V=Oとなる。
又、MXによる抵抗の増加分をへR,減少分を一ΔRと
すると、 =0 ・・・・・・・曲面・・・
・・・・・・(10)となる。即ち、MXによる感度Δ
Vは、V=O・・・・・・・・・・・・(11)となる
。
すると、 =0 ・・・・・・・曲面・・・
・・・・・・(10)となる。即ち、MXによる感度Δ
Vは、V=O・・・・・・・・・・・・(11)となる
。
以上の事項は、MXについて述べたが、MY、FZにつ
いても同様に考えられる。
いても同様に考えられる。
このように第7図(a)(b)(c)のブリッジ回路は
、 (i) 各検出素子3の抵抗は等しい。
、 (i) 各検出素子3の抵抗は等しい。
(ji) 検出素子3の抵抗の増減ΔRが等しい。
と云う条件の下で、MX、MY、FZの3成分は互いに
干渉されることなく検出することができるものである。
干渉されることなく検出することができるものである。
しかして、本実施例では、このような検出素子3を有す
る単結晶板1をベースとし、先端(下端)に検出すべき
力又はトルクの作用点19を有するロッド8を備えてな
る力覚センサ20をセンサとして用いるものである。第
2図において21は起歪体4の外周を固定保持する台座
である。
る単結晶板1をベースとし、先端(下端)に検出すべき
力又はトルクの作用点19を有するロッド8を備えてな
る力覚センサ20をセンサとして用いるものである。第
2図において21は起歪体4の外周を固定保持する台座
である。
ここで、ロッド8の長さを一定にしておき、かつ、ロッ
ド8の作用点19にはモーメントが加わらないようにす
ると、単結晶板1の平面、即ち検出面2に平行な力、つ
まりX−Y平面の力として検出することが可能となる。
ド8の作用点19にはモーメントが加わらないようにす
ると、単結晶板1の平面、即ち検出面2に平行な力、つ
まりX−Y平面の力として検出することが可能となる。
従って、空間的に互いに直交する3軸方向の多成分ノア
FX+ FYI FZの検出が可能となることが判る。
FX+ FYI FZの検出が可能となることが判る。
今、ロッド8の先端の作用点19をOとして任意の力F
が加わった時の力関係等の様子を第10図に示す。図中
、Fxは力FのX軸方向の分力、Fvは力FのY軸方向
の分力、FZは力FのZ軸方向の分力、αは力Fと分力
FXとのなす角度、βは力Fと分力FYとのなす角度、
γは力Fと分力Fzとのなす角度である。
が加わった時の力関係等の様子を第10図に示す。図中
、Fxは力FのX軸方向の分力、Fvは力FのY軸方向
の分力、FZは力FのZ軸方向の分力、αは力Fと分力
FXとのなす角度、βは力Fと分力FYとのなす角度、
γは力Fと分力Fzとのなす角度である。
この時、上述した如く、本実施例の力覚センサ20を用
いれば多成分力FX+ FyI FZを検出するこ
とができるので、これらにより作用点19に作用する合
力Fは F=JIFxビ+IFYビ+1Fzl”なる演算処理に
より求められる。
いれば多成分力FX+ FyI FZを検出するこ
とができるので、これらにより作用点19に作用する合
力Fは F=JIFxビ+IFYビ+1Fzl”なる演算処理に
より求められる。
又、力Fについての直交3軸となす各々の角度α、β、
γについても、方向余弦の定理からFx FY
FZ cosα= −−、cosβ= 、cosγ=F−
F F として求めることができる。
γについても、方向余弦の定理からFx FY
FZ cosα= −−、cosβ= 、cosγ=F−
F F として求めることができる。
このようなことから、例えば第11図に示すように力覚
センサ20から出力される多成分力FX+FY、F7.
を各々アンプ22により増幅した後、A/Dコンバータ
23によりデジタル信号に変換し、処理手段としてのC
PU24により上述の如き演算処理を行ない、分力FX
+ FYI FZ 、合力F、角度α、β、γを表示
部25にて適宜数値的に表示させることができる。
センサ20から出力される多成分力FX+FY、F7.
を各々アンプ22により増幅した後、A/Dコンバータ
23によりデジタル信号に変換し、処理手段としてのC
PU24により上述の如き演算処理を行ない、分力FX
+ FYI FZ 、合力F、角度α、β、γを表示
部25にて適宜数値的に表示させることができる。
しかして、本実施例の多軸力検出装置は、前述した如く
力覚センサ20を用いて例えば第1図に示すように構成
されている。まず、力覚センサ20は把持用のケース2
6に取付けられた固定用ノツチ27に対して固定ねじ2
8により固定されている。この固定用ノツチ27は力覚
センサ20を固定して用いる際に基準となる軸(X軸又
はY軸)を参照するためのものである。この時、ケース
26に対して外方に位置するロッド8の先端側には一般
にメカリミッタと称される切欠き29を形成したプロー
ブ30がねじ31によ゛り着脱自在に取付けられ、その
先端が力の作用点19とされている。このようなプロー
ブ30ないしはロッド8回りを覆うカバー32が設けら
れ、前記固定用ノッチ27外周に取付けられている。こ
こに、プローブ30先端の作用点19は円錐形状の如く
鋭角状に形成される二とにより、作用点19、即ち力覚
センサ20にはモーメントが加わらないようにされてい
る。これにより、力のみの検出が可能とされている。又
、プローブ30に形成した切欠き29は過大なる入力に
対して力覚センサ20を保護するためのものであり、樹
脂にて形成されている。
力覚センサ20を用いて例えば第1図に示すように構成
されている。まず、力覚センサ20は把持用のケース2
6に取付けられた固定用ノツチ27に対して固定ねじ2
8により固定されている。この固定用ノツチ27は力覚
センサ20を固定して用いる際に基準となる軸(X軸又
はY軸)を参照するためのものである。この時、ケース
26に対して外方に位置するロッド8の先端側には一般
にメカリミッタと称される切欠き29を形成したプロー
ブ30がねじ31によ゛り着脱自在に取付けられ、その
先端が力の作用点19とされている。このようなプロー
ブ30ないしはロッド8回りを覆うカバー32が設けら
れ、前記固定用ノッチ27外周に取付けられている。こ
こに、プローブ30先端の作用点19は円錐形状の如く
鋭角状に形成される二とにより、作用点19、即ち力覚
センサ20にはモーメントが加わらないようにされてい
る。これにより、力のみの検出が可能とされている。又
、プローブ30に形成した切欠き29は過大なる入力に
対して力覚センサ20を保護するためのものであり、樹
脂にて形成されている。
即ち、切欠き29部分の破壊強度を力覚センサ20の許
容付加よりも小さくすることにより、力覚センサ20の
破壊を防止する働きが確保されるものであり、力覚セン
サ20の測定レンジに応じて切欠き29の深さ等が調整
される。又、前記ケース26内には前述したアンプ22
や電源回路等からなるアンプ部33が内蔵されている。
容付加よりも小さくすることにより、力覚センサ20の
破壊を防止する働きが確保されるものであり、力覚セン
サ20の測定レンジに応じて切欠き29の深さ等が調整
される。又、前記ケース26内には前述したアンプ22
や電源回路等からなるアンプ部33が内蔵されている。
なお、ケース26内においては適宜配線処理により力覚
センサ20の外部榛続端子12等(即ち、検出素子3等
)はアンプ部33に接続されている。
センサ20の外部榛続端子12等(即ち、検出素子3等
)はアンプ部33に接続されている。
一方、このようなアンプ部33からは接続ケーブル34
が引出され、コントロールボックス35に接続されてい
る。このコントロールボックス35は前記A/Dコンバ
ータ24やCPU25等を内蔵したもので、正面には表
示部26を有する。
が引出され、コントロールボックス35に接続されてい
る。このコントロールボックス35は前記A/Dコンバ
ータ24やCPU25等を内蔵したもので、正面には表
示部26を有する。
この表示部26中には電源スィッチ36の他にリセット
スイッチ37や表示切換えスイッチ38が設けられてい
る。リセットスイッチ37は風袋引き等のためのイニシ
ャライズ用であり、これを押すことにより各成分力、合
力、角度がすべて0とされる。又、表示切換えスイッチ
38は本実施例では数値表示部をFX又はα用のX軸表
示部39aと、FY又はβ用のY軸表示部39bと、F
Z又はγ用のZ軸表示部39cと、F用の合力表示部3
9dとの4つの表示部からなるため、多成分力FX+
FY+ FZ又は角度α、β、γを選択表示させる
ためである。もちろん、すべての数値を同・時に表示さ
せるようにしてもよく、この場合には表示切換えスイッ
チ38は不要である。
スイッチ37や表示切換えスイッチ38が設けられてい
る。リセットスイッチ37は風袋引き等のためのイニシ
ャライズ用であり、これを押すことにより各成分力、合
力、角度がすべて0とされる。又、表示切換えスイッチ
38は本実施例では数値表示部をFX又はα用のX軸表
示部39aと、FY又はβ用のY軸表示部39bと、F
Z又はγ用のZ軸表示部39cと、F用の合力表示部3
9dとの4つの表示部からなるため、多成分力FX+
FY+ FZ又は角度α、β、γを選択表示させる
ためである。もちろん、すべての数値を同・時に表示さ
せるようにしてもよく、この場合には表示切換えスイッ
チ38は不要である。
このようにして、本実施例によれば、プローブ30の先
端の作用点19に加わる任意の力についの各成分力Fx
r F y + F z 、基憎軸とのなす角度
α、β、γないしは全体の合力Fの大きさを正確に検出
し、表示させることができる。つまり、力検出用のプロ
ーブ30が被測定力の方向に対して任意の角度を持って
いたとしても真の力情報を得ることができ、力測定が容
易となる。又、被測定力は必要に応じ直交3軸の成分力
Fx r F y ) F Zとして各成分毎に独
立して計測することも可能であり、又、これらの合力F
も容易に求めることができる。
端の作用点19に加わる任意の力についの各成分力Fx
r F y + F z 、基憎軸とのなす角度
α、β、γないしは全体の合力Fの大きさを正確に検出
し、表示させることができる。つまり、力検出用のプロ
ーブ30が被測定力の方向に対して任意の角度を持って
いたとしても真の力情報を得ることができ、力測定が容
易となる。又、被測定力は必要に応じ直交3軸の成分力
Fx r F y ) F Zとして各成分毎に独
立して計測することも可能であり、又、これらの合力F
も容易に求めることができる。
つづいて、本発明の第二の実施例を第12図により説明
する。本実施例は、交換自在なプローブ30形状を変更
するだけで選択的にトルクTの検出ができるようにした
ものである。即ち、本実施例ではプローブ3o中の中間
部に六角ナツト形部40を用いることにより、作用点1
9に力が作用した時、モーメントとして力覚センサ20
に負荷が加わるので、力覚センサ2oの検出面2とプロ
ーブ30(六角ナツト形部40)との距離を管理してお
くことにより、作用点19にかかる回転方向のトルクT
を測定することができる。このようなトルク測定可能な
ものでは、例えば第1図に示したコントロールボックス
35の表示部26中にトルク表示部が設けられる。この
ように、プローブ形状を変更するだけで簡単に力とトル
クとを選択して測定できる。
する。本実施例は、交換自在なプローブ30形状を変更
するだけで選択的にトルクTの検出ができるようにした
ものである。即ち、本実施例ではプローブ3o中の中間
部に六角ナツト形部40を用いることにより、作用点1
9に力が作用した時、モーメントとして力覚センサ20
に負荷が加わるので、力覚センサ2oの検出面2とプロ
ーブ30(六角ナツト形部40)との距離を管理してお
くことにより、作用点19にかかる回転方向のトルクT
を測定することができる。このようなトルク測定可能な
ものでは、例えば第1図に示したコントロールボックス
35の表示部26中にトルク表示部が設けられる。この
ように、プローブ形状を変更するだけで簡単に力とトル
クとを選択して測定できる。
更に、本発明の第二の実施例を第13図により説明する
。本実施例は、棒状に形成されて着脱自在なプローブ3
0の長さが異なる場合、即ち力覚センサ20の検出面2
から力の作用点1つまでの長さが変更される場合であっ
ても自動的に対処し得るようにしたものである。例えば
、第13図(a)に示すような短めのプローブ30aの
場合と、同図(b)に示すように長めのプローブ30b
の場合とでは、プローブ30 a、 30 b先端の
作用点19a、19bに同一の力が作用したとしても力
覚センサ20の出力状態は変化し、異なる力が加わった
ものとされてしまう。そこで、このような場合には自動
的にプローブ長を識別し力覚センサ20の感度を電気的
に調整し、長さ変化に関係なく検出出力が同一となるよ
うにさせるものである。
。本実施例は、棒状に形成されて着脱自在なプローブ3
0の長さが異なる場合、即ち力覚センサ20の検出面2
から力の作用点1つまでの長さが変更される場合であっ
ても自動的に対処し得るようにしたものである。例えば
、第13図(a)に示すような短めのプローブ30aの
場合と、同図(b)に示すように長めのプローブ30b
の場合とでは、プローブ30 a、 30 b先端の
作用点19a、19bに同一の力が作用したとしても力
覚センサ20の出力状態は変化し、異なる力が加わった
ものとされてしまう。そこで、このような場合には自動
的にプローブ長を識別し力覚センサ20の感度を電気的
に調整し、長さ変化に関係なく検出出力が同一となるよ
うにさせるものである。
このため、プローブ30・力覚センサ2oの締結部近傍
には、プローブ長を識別するためにばね41とマグネッ
ト42とリードスイッチ43とが設けられている。今、
第13図に示すように2種類のプローブ30 a、
30 bの長さを識別する場合であれば、1つのリード
スイッチ43をプローブ30基部位置に設ければよい。
には、プローブ長を識別するためにばね41とマグネッ
ト42とリードスイッチ43とが設けられている。今、
第13図に示すように2種類のプローブ30 a、
30 bの長さを識別する場合であれば、1つのリード
スイッチ43をプローブ30基部位置に設ければよい。
又、短い方のプローブ30aに対しては締着用のねじ3
1aの長さを短めとし、艮い方のプローブ30bに対し
ては締着用のねじ31bの長さを長めとしておく。これ
らのねじ31a、31bの先端がマグネット42の背面
に当接し、その位置を規制することになる。すると、第
13図(a)に示すようにプローブ30aの長さが短い
場合にはマグネット42がリードスイッチ43の位置ま
で届かない位置に位置し、リードスイッチ3はオフ状態
となる。これにより、プローブ30aは短いものである
と識別され、それに見合うセンサ感度に調整される。一
方、同図(b)に示すように長いプローブ30bの場合
にはマグネット42がリードスイッチ43の位置までね
じ31bにより押されリードスイッチ43をオンさせる
位置に位置し、リードスイッチ3はオン状態となる。こ
れにより、プローブ30bは長いものであると識別され
、それに見合うセンサ感度に調整される。
1aの長さを短めとし、艮い方のプローブ30bに対し
ては締着用のねじ31bの長さを長めとしておく。これ
らのねじ31a、31bの先端がマグネット42の背面
に当接し、その位置を規制することになる。すると、第
13図(a)に示すようにプローブ30aの長さが短い
場合にはマグネット42がリードスイッチ43の位置ま
で届かない位置に位置し、リードスイッチ3はオフ状態
となる。これにより、プローブ30aは短いものである
と識別され、それに見合うセンサ感度に調整される。一
方、同図(b)に示すように長いプローブ30bの場合
にはマグネット42がリードスイッチ43の位置までね
じ31bにより押されリードスイッチ43をオンさせる
位置に位置し、リードスイッチ3はオン状態となる。こ
れにより、プローブ30bは長いものであると識別され
、それに見合うセンサ感度に調整される。
効果
本発明は、上述のように力又はトルクの作用点を一部に
有するプローブと拡散型半導体歪ゲージを有する半導体
チップとからなり作用点に作用する力を多成分力に分離
して検出する力覚センサを設け、この力覚センサから出
力される多成分力出力値に基づき作用点に作用する合力
又は直交3軸となす角度を演算出力する処理手段を設け
たので、作用点に作用する力を多成分力に分離して検出
することはもちろん、全体の合力ないしは直交3軸との
間でなす各々の角度を検出することができ、よって、プ
ローブ先端の作用点が被測定力の方向と任意の角度をな
していても真の力情報を検出することができ、力測定を
容易化することができるものである。
有するプローブと拡散型半導体歪ゲージを有する半導体
チップとからなり作用点に作用する力を多成分力に分離
して検出する力覚センサを設け、この力覚センサから出
力される多成分力出力値に基づき作用点に作用する合力
又は直交3軸となす角度を演算出力する処理手段を設け
たので、作用点に作用する力を多成分力に分離して検出
することはもちろん、全体の合力ないしは直交3軸との
間でなす各々の角度を検出することができ、よって、プ
ローブ先端の作用点が被測定力の方向と任意の角度をな
していても真の力情報を検出することができ、力測定を
容易化することができるものである。
第1図は本発明の第一の実施例を示す縦断側面図、第2
図は力覚センサの概略斜視図、第3図はその縦断側面図
、第4図はキャップを取り外した状態の平面図、第5図
はp−3i(110)におけるピエゾ抵抗係数を示す特
性図、第6図は検出素子の形状を示す平面図、第7図(
a)(b)(c)はブリッジ回路図、第8図(a)(b
)(c)は各種の応ノJの発生状態を示す特性図、第9
図は製造工程図、第10図は力関係を示すベクトル図、
第11図はブロック図、第12図は本発明の第二の実施
例を示す概略斜視図、第13図は本発明の第三の実施例
を示す概略縦断側面図である。 1・・・単結晶基板(半導体チップ)、3・・・検出素
子(拡散型半導体歪ゲージ)、19・・・作用点、20
・・・力覚センサ、30・・・プローブ、24・・・C
PU(処理手段) 、FX+ Fv+ Fz・・・
多成分力、F・・・合力、α、β、γ・・・角度 出 願 人 株式会社 リ コ −(JO″” c
@+ん声) 〜あご 図
図は力覚センサの概略斜視図、第3図はその縦断側面図
、第4図はキャップを取り外した状態の平面図、第5図
はp−3i(110)におけるピエゾ抵抗係数を示す特
性図、第6図は検出素子の形状を示す平面図、第7図(
a)(b)(c)はブリッジ回路図、第8図(a)(b
)(c)は各種の応ノJの発生状態を示す特性図、第9
図は製造工程図、第10図は力関係を示すベクトル図、
第11図はブロック図、第12図は本発明の第二の実施
例を示す概略斜視図、第13図は本発明の第三の実施例
を示す概略縦断側面図である。 1・・・単結晶基板(半導体チップ)、3・・・検出素
子(拡散型半導体歪ゲージ)、19・・・作用点、20
・・・力覚センサ、30・・・プローブ、24・・・C
PU(処理手段) 、FX+ Fv+ Fz・・・
多成分力、F・・・合力、α、β、γ・・・角度 出 願 人 株式会社 リ コ −(JO″” c
@+ん声) 〜あご 図
Claims (1)
- 力又はトルクの作用点を一部に有するプローブと拡散型
半導体歪ゲージを有する半導体チップとからなり前記作
用点に作用する力を多成分力に分離して検出する力覚セ
ンサを設け、この力覚センサから出力される多成分力出
力値に基づき作用点に作用する合力又は直交3軸となす
角度を演算出力する処理手段を設けたことを特徴とする
多軸力検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62294832A JPH01136042A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 多軸力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62294832A JPH01136042A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 多軸力検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01136042A true JPH01136042A (ja) | 1989-05-29 |
Family
ID=17812831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62294832A Pending JPH01136042A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 多軸力検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01136042A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009145140A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | National Institute For Materials Science | 摩擦計測装置 |
JP2010008089A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 荷重センサ |
CN102605283A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-07-25 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法 |
-
1987
- 1987-11-20 JP JP62294832A patent/JPH01136042A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009145140A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | National Institute For Materials Science | 摩擦計測装置 |
JP2010008089A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 荷重センサ |
CN102605283A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-07-25 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法 |
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