JPH01501341A - 運動測定装置 - 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】 運動測定装置゛ この発明は、相対運動する二つの物体を有する運動測定装置に関するもので、両 方の物体の間には、少なくとも一つの測定個所の両側に偏光フィルタを装備し、 少なくとも一つの光源と電子解析回路に繋がるフォトセルを有する透明材料から 成る変形体とが装着しである。

変形によって誘起される応力は、透明物体の中に光学特性の変化をもたらす。即 ち、応力の加わっていない状態で等方的な透明物体は、応力の作用の下では非等 方である。この挙動は、透明モデル物体中で一定の荷重が加わると発生する応力 を目視できるようにするため、光弾性学で利用されている。この場合、透明物体 は偏光で照明されている。

加わった応力に比例している変形体の変形を測定するために、上記の物理現象を 応力測定装置に応用することは公知である（***特許第２５１０５４５号公報） 。この場合、変形体はガリュウム燐又はガリュウム砒素の単結晶で形成されてい る。変形時に生じた非等方性によって、変形体の光学透過能が変化する。変形体 を通り抜けた偏光の明るさ変化を測定する。そして前記明るさ変化がこの変形量 に対する信号をもたらす。

公知の装置では、透過光の明るさ変化は変形体を圧縮しても、引っ張ても生じる ので、引張応力と圧縮応力を区別することはできない。それ故、この装置は単純 な応力測定装置にしか適用できない。特に、発生した応力の向きが既知である圧 力測定装置にのみ適用できる。

多くの応力測定を問題にする場合、種々な方向から加わる、例えば回転モーメン トも重畳し得る応力を測定する必要がある。それ故、上記の応力測定装置で使用 される運動測定装置は、引張応力と圧縮応力を区別できる必要がある。

この発明の課題は、引張応力と圧縮応力を区別でき、複雑な応力測定装置も設計 できる巻頭に述べた種類に属する運動測定装置を提供することにある。

上記の課題は、この発明により、透明変形体を非晶質材料で形成し、両側にそれ ぞれ４５°回転する一個の光学能動フィルタを配設し、その内の一方のフィルタ の外側に反射層を付着させ、他方のフィルタの外側に円偏光フィルタ層を配設し 、前記フィルタ層の外側に光源とフォトセルを配設し、そしてこのフォトセルに 入射した光の色の変化を検出する装置を設置することによって解決している。

変形体が変形した時生じる非等方性は、引張又は圧縮が加わる場合、光の種々の 波長に影響を及ぼす。

白色光を使用すると、出射光の色は圧縮と引張で反対方向に変わる。波長の異な る単色光を使用するれば、引張と圧縮で生じる明るさの変化は異なる。この光学 的な挙動によって、フォトセルの信号から生じた変形の大きさだけでな（、方向 も判定できる。

このようにして、変形体の各所で変形の大きさと方向を測定する応力測定装置が 形成できるので、複雑な力及び／又はモーメントも検出できる。

光の色の変化を検出する装置は、主に以下のようにして形成されている。即ち、 測定位置に波長の異なる単色光を出射する少なくとも二つの光源を隣接設置し、 これ等の光源に対してそれぞれ一個の特別なフォトセルを配設し、このフォトセ ルの出力信号を解析回路中で特別に処理して比較回路中で比較していることによ って形成されている。変形の向きに応じて、明るさの変化は一方又は他方のフォ トセルで強くなる。この現象を検出して解析できる。

この発明の要旨の他の存利な構成は、他の従属請求項の内容である。

この発明を以下に図面に示した実施例でより詳しく説明する。

第１図、複数の測定個所を有する変形体を装備した運動測定装置の縦断面図。

第２図、測定個所の領域の拡大部分断面図。

第３図、第１図の運動測定装置の一部を断面に切り出した斜視図。

第４図、解析回路を付した第１図及び第３図の運動測定装置の変形体の前方平面 図。

第５図、測定個所に対する簡単化した部分回路。

第６＋７図、それぞれ変形体の他の実施形°状の平面図。

第１図及び第３図に示す運動測定装置には、円筒状のスリーブとして形成された ケース２に配設されあ円板状の変形体１がある。ガラス製の長い伝達体３はその 一方の端部でケース２に連結している。他端では、この伝達体は変形体１の中間 領域に連結している。変形体１の外部領域はケース２に連結している。

変形体１の前に配設した前面側のシートバー４は、光源、フォトセル及び解析回 路の一部を有する。、この解析回路はケース２の端部で伝達コイル５に接続して いる。この伝達コイル５は、図示していない付属する伝達コイルにケース２の外 で誘導結合している。

測定個所での変形体１とこの変形体に取り付けた偏光用被膜の構造は、第２図に 示しである。変形体１は、透明な非晶質物質、例えばガラスから形成しであるが 、応力の無い状態で光学的に等方性の何らか他の物質、例えば全て透過性非晶質 固体物質も使用できる。

変形体１の両側には、測定位置で光を４５°回転させるそれぞれ一個の光学能動 フィルタ６又は７がある。一方のフィルタフの外側には、反射層８が取り付けで ある。他方のフィルタ６には、光を円偏光させるフィルタ層９が配設しである。

光源１０、例えばフォトダイオードから出射した光は、円偏光するフィルタ層と ４５°回転する光学能動フィルタ７を経由して変形体１に入射する。この光は、 ４５゜回転する光学能動フィルタ７を通過して反射層８に達し、そこで反射され 、フィルタ７、変形体１、フィルタ６及び円偏光フィルタ層９を通り抜けてフォ トセル１１に達する。このフォトセルは、その明るさに応じた信号を出力する。

変形体１が変形していない時には、光は簡単に反射する。出射光は、入射光と同 じ波長を有する。自白光を使用し、変形体１を変形させると、出射光は変色する 。これは、波長に依存する種々の吸収の結果である。どの波長が吸収され、その 強さがどの程度になるかは、変形の向きと強さによる。圧縮応力下にある圧搾で は、変色は青又は緑色の方で生じるが、引張応力下にある伸長では、変色は黄色 と赤色の方に生じる。

これに反して、単色光を使用すると、変形体１が圧縮するか伸長するかに応じて 、異なる波長に対して異なる明るさ変化が生じる。光源１０としてとにかく相当 単色な光を出射する効果的なフォトダイオードを使用するので、波長の異なる光 を出射し、しかもそれぞれ特別なフォトセル１１を付設した少なくとも二個の光 源１０が各測定個所に使用されている。

第３図及び第４図から分かるように、変形体１には一個の中心円板１２とこれに 対して半径方向の間隔で同心的な一個のリング１３がある。両者は、測定片１４ を介して互いに連結している。測定個所は、この測定片の領域にある。

第４図に示した実施例の場合、外周に対して等しい間隔で分布している三つの個 所で、それぞれ二つの測定片１４が配設しである。これ等の二つの片は、半径方 向に対して近似的に４５°の角度を呈している。

第５図は、一つの測定個所に対する測定装置の構造を模式的に示したものである 。測定片１４には、それぞれ異なる光に作用し異なった色の明るさ変化を測定す る三組にした光源１０と、例えばフォトダイオードのフォトセル１１とが配設し である。アナログ・デジタル変換器１５と復号器１６を介して、発生している運 動の大きさと向きを表す信号として個々のフォトセルから出力された信号を解析 回路のマイクロプロセッサ１７に供給する。

多数の測定個所を解析することによって、複雑な運動も測定できる。第４図に示 した実施例の六つの測定個所で測定した変形から、マイクロプロセッサ１７の助 けで三角関数計算によって、全体の運動測定装置（第１図）の変形が決定される 。適切なプログラミングによって、個々の変形状態の外に他の量も監視できる、 例えば変形とその期間から導ける量及び限界値を通過することを監視できること が達成される。運動測定装置をできる限り広範囲に使用するため、どんな時でも 校正でき、しかも零点の設定がで、同じように限界値又は変形から導いた量を予 め与えることができるように、人々はマイクロプロセッサ１７をプログラムする 。これに対して必要な絶対値、測定点の状態等の様なデータは、ＥＰＲＯＭ１８ に収納しておく。電源装置２０に接続している復号器１９を介して、出力信号が 伝送コイル５に達する。

運動測定装置又はセンサが、例えば工具のホルダに組み込んである場合には、校 正するため先ずそれに相当する命令をこの運動測定装置に入力する。そうすると 、この装置は校正に対して準備状態になる。

工具ホルダに若干の変形を加え、その場合、運動の方向とその大きさを運動測定 装置に伝達する。その後、運動測定装置は相対運動を工具ホルダの絶対変形値に 換算することができる。これに必要なデー夕は、ＥＰＲＯＭ１Ｂに記憶されてい る。

次いで、この工具ホルダをある機械に設置し、零点を設定する命令を与えると、 瞬間的な変形が基準としてＥＦＲＯＭｌＢの中に記憶される。前記の限界値が、 運動測定装置に伝送される。使用期間中、所定の限界値を越したとき、運動測定 装置は表示を与える。対応した命令を用いて、瞬時の値、つまり変形自体だけで なくその値から誘導される量も調べることができる。

第４図には、６個の測定点Ａ−Ｄが示しである。

これ等の点では、例えば値と方向に関する次の量が測定される。その場合、変形 量は任意に設定した単位で与えである。引張は十で、また圧縮は−で示しである 。

測定個所　値　方向 この値から、中心円板１２は外部リング１３に対して約６単位はど上方に向けて 移動していることになる。

他の応用例では、次の値が測定されている。

測定個所　値　方向 このことから、外部リング１３は右回転が約３単位行われるいることになる。

第６図及び第７図では、第４図と比較して変形体１の実施形状が異なっているも のが示しである。第６図の実施形状では、三個の測定個所に放射状の測定片１４ ′のみが装備しである。これに反して、第７図の実施形状では、三個の外周個所 に放射状の測定片１４′と接線方向の測定個所１４″が形成されている。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも一個の測定位置の両側に偏光フィルタを設置し、少なくとも一個 の光源と一個のフォトセルを装備した透明材料製の変形体が取り付けてある二つ の相互に移動する物体を有する運動測定装置において、透明変形体（１）は非晶 質材料から形成され、その両側にはそれぞれ４５°回転する光学能動フィルタ（ ６又は７）を配設してあり、一方のフィルタ（７）の外側には一枚の反射層（８ ）が取り付けてあり、他方のフィルタ（６）の外側には円偏光フィルタ層（９） が配設してあり、このフィルタ層の外側には前記光源（１０）とフォトセル（１ １）が配設してあり、フォトセル（１１）に入射した光の色の変化を検出する装 置が装備してあることを特徴とする運動測定装置。 ２．光の色の変化を測定する装置は、測定個所に隣接設置した少なくとも二個の 光源（１０）が設置してあり、これ等の光源が波長の異なる単色光を出射し、し かも各々に特別なフォトセル（１１）が配設してあり、フォトセルの出力信号を 解析回路で特別に検出し、比較回路で比較するように形成してあることを特徴と する請求の範囲第１項記載の運動測定装置。 ３．変形体（１）は、一個の中心円板（１２）と同心放射状に一定間隔にしたリ ング（１３）を有し、このリングは測定個所がある測定片（１４）を介して互い に連結していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の運動測定装置。 ４．測定片（１４′）は、放射状に延びていることを特徴とする請求の範囲第３ 項記載の運動測定装置。 ５．測定片（１４）は、それぞれ主に三つの群のほぼ直角に指向している測定片 にして配設してあることを特徴とする請求の範囲第３項記載の運動測定装置。 ６．それぞれ一個の放射状及び一個の接線方向の測定片（１４′，１４′′）は 、一つの群を形成していることを特徴とする請求の範囲第５項記載の運動測定装 置。 ７．放射方向に対してほぼ４５°に延びている二つの測定片（１４）はそれぞれ 一つの群を形成していることを特徴とする請求の範囲第５項記載の運動測定装置 。 ８．変形体（１）は、その上に取り付けたフィルタ層（６，７，８，９）、光源 （１０）、フォトセル（１１）及び解析回路の少なくとも一部を有し、一価の共 通ケース（２）に配設してある測定装置。 ９．前記ケース（２）の中には、このケース（２）の外部にある付属伝送コイル に誘導連結している一つの伝送コイル（５）が配設してあることを特徴とする請 求の範囲第８項記載の運動測定装置。 １０ケース（２）は円筒状のスリーブであって、このスリーブ内には長手方向に 向いた伝達体（３）が配設してあり、この伝達体は一方の端部でスリーブに、ま た他方の端部で変形体（１）に連結していて、この変形体はその周囲でスリーブ と連結していることを特徴とする請求の範囲第８項記載の運動測定装置。