JPS63238440A

JPS63238440A - 曲げモーメントおよびねじりモーメント用の変換器

Info

Publication number: JPS63238440A
Application number: JP63060659A
Authority: JP
Inventors: ベルナルド　レラ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1988-10-04
Also published as: EP0291365B1; EP0291365A1; DE3866157D1; FR2612635B1; US4879913A; FR2612635A1

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、２つの機械的組立体間に加えられる曲げモー
メントとねじりモーメントを一定することのできる変換
器に関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題）ねじ
り装置の色々な力の分力をａ＋１１定できる変換器は多
数知られている。それらの変換器は、−一般に２つの機
械的組立体の間に置かれるビームの平衡状態の組立体で
あって、すべての力または応力に応動する。従来の構造
のものにおいては、ひずみ計がこれらのビームの上に置
かれ、それらの情報は電気回路とコンピュータによる数
値計算の助けにより、それからねじれの分力を推定する
。これらの色々なビームからの語情報は、明らかに結合
されなければならない。従って、ねじり装置のある分力
は不要とされるか、または無視されるようになるけれど
も、それでも装置の構造は複雑となる。

従って、本発明の目的は、前述のように複雑とならず、
２つの機械的組立体の結合点での曲げモーメントとねじ
りモーメントの値を供与するだけの変換器を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段および作用）この変換器は
、力を受ける２つの機械的組立体と、所望分力の１つを
それぞれ測定する装置とを連結する構造体からなる。こ
れらの情報は、この場合、相互に結合されず独立してい
るので、変換装置が著しく簡単になる。

本発明の第１の型の場合、これらの測定装置は変位変換
器である。この変換器は比較的に融通性があるが、ある
用途では有利でない、変換器の他の型の場合、測定装置
は力測定手段、例えば圧電手段またはひずみ計を装備し
た棒である。この棒は初期応力を与えられても、与えら
れなくてもよい。本発明のこれら各種の型の場合、これ
らの装置は張力および圧縮応力を受けるのに適している
。

更に詳しく言えば、本発明は２つの機械的組立体間に加
えられる曲げモーメントとねじりモーメント用の変換器
に関し、これらの変換器は１組立体の一方に結合された
２つの実質的に平行な剛性板と、２つの剛性板を連結し
それに実質的に垂直の可撓性のビームと、ビームのねじ
りモーメントを測る第１変位測定装置または力測定装置
と、ビームの曲げモーメントの１つを測る第２の力測定
装置または変位測定装置とからなり、これらの測定装置
は２つの剛性板に連結されている。

これらの装置の各々はそれぞれ−２つの別々の部品から
なり、各部品は剛性板の一方に連結され、それらの剛性
板の相対変位が測定される。各装置はまた、不変形の棒
により各剛性板に連結された変形自在の部材からなる。

この装置に寄生応力が表われないようにするために１球
継手により測定装置を各剛性板に連結することができる
。

最後に、適宜便利な装置により４１す窓装置に初期応力
を与え、２つの機械的組立体間に加えられる力の方向如
何に拘らず、常に上記力と同じ方向の応力を測定するよ
うにさせることができる。

（実施例）本発明を以下、次の実施例と添付図面について更に詳細
に説明するが、本発明はこれらに限られるものではない
。

第１図ないし第３図は、本発明の理解を容易にするため
の分解図である。

第１図において、先ず、提案された色々な実施例に共通
な部分について説明する。この変換器は。

先ず、２つの機械的組立体Ｐ、Ｑにそれぞれ連結された
２つの剛性板１，２からなり、その組立体Ｐ、Ｑの間に
、軸線ＺのまわりのねじりモーメントＣＺと、軸線Ｙの
まわりの曲げモーメントＣＹが加えられる。剛性板１と
２は、変形自在の可撓ビーム３により相互に連結されて
いる。ビーム３はここでは円形で示されているが、任意
の外形で構成でき、例えば円錐形のものでもよい、各剛
性板１と２はそれぞれその周辺部に剛性の棒４と５とを
備え、それらの棒は他の剛性板の方向に延び。

略中間距離で止まっている。２つの棒４，５間に間隙が
あり、その間に剛性板１，２に平行で且つ剛性板１，２
間のねじりモーメントＣ７ｔｔ８Ｉｇ定する装置６が設
置されている。２つの剛性板１，２の間にはまた、可撓
ビーム３に平行な装置７が設置され、その装置７が連結
されている剛性板ｌと２の点を相互に遠近させようとす
る曲げモーメン１−　ＣＹを測定する。

ビーム３は剛性板１，２に垂直で、モーメントＣＹとＣ
Ｚに対し殆ど抵抗を与えないような寸法にされていると
共に、加えられるねじりの他の分力、即ち垂直ひずみと
せん断ひずみは勿論、恐らく曲げモーメントＣＹに垂直
に加えられる曲げモーメントＣｘに対して剛性にされて
いる。

本発明の第１実施例の新規な点は、各種の測定装置が２
つの別々の部品、即ち装ｖ１６用の捧４の一方、および
装置！７用の剛性板１の一方にそれぞ゛れ連結された磁
心１０または１０′と、それぞれ第２の板２と第２の棒
５に連結されている１つ以上の誘導コイル１１．１１’
を備え、その結果、磁心１０゜１０′の端部がコイル１
１．１１’を貫通するようにさせる支持体１２．１２’
とから形成されている変位変換器を組込んでいることに
ある。

コイル１１．１１’を流通する電流は、ねじりモーメン
ト測定装！！６の組立体１６と１曲げモーメント測定装
ｆｉ７の組立体１７とにより、それぞれ誘起され測定さ
れる。

ビーム３だけが２つの機械的組立体ＰとＱの間に加えら
れる力を受ける。そのビーム３の変形は装置６と７に作
用する。コイル１１．１１’内の磁心１０、１０’の位
置の変動は誘起され、コイルを流通する電流の特性を変
える。従って、ねじりモーメントＣＺと曲げモーメント
ＣＹが起こす変位に関する情報を容易に得ることができ
る。

モーメントＣＹまたはＣＺのうちの一方の印加は、単一
の測定装置に対しては磁心ｌＯまたは１０′のコイル１
１または１１′への貫入を変えるだけであることは直ち
に明白である６他の測定装置に対するその唯一の作用は
、コイル１１’または１１内の磁心１０’または１０の
半径方向位置を変えることである。しかし、この半径方
向位置の変更は、前記の他方の測定装置に誘起される電
流を顕著に変更するのには不適当である。従って、これ
らの測定装置が互いに無関係の状態で作用し、その結果
、個別に処理できる情報を供給することが考えられる。

本発明の範囲を越えずに曲げモーメントＣＸを測定する
ために、９０’の角度だけ変位された、装置７と同一の
装置を導入することができる。その位置は、剛性板１と
２にこのような装置の接続線４１、４２で表わされてい
る。それは、ここでは示されていないが、その装置が装
置１７と正に同じように恐らく造ることができるからで
ある。三装置の変形の各測定値は独立のままにされてい
る。

本発明の実施例の′主要の欠点は１機械加工に適用され
る場合、変換器が比較的可撓性があるかまたは柔軟で、
従って１行なわれる作業の性質に対しては過大と考えら
れる変形を起こすことができることにある０次の実施例
が考えられたのは、この短所を無くするためである。

第２図において、今、装置ｉ！６または７が１対の捧２
０．２１または２０’、　２１’により構成され、各棒
はそれぞれ棒４と５の一方または剛性板１と２の一方に
連結されると共に、センサ２２または２２′により相互
に連結されるが、センサ２２または２２’は捧２０、２
１または２０’、　２１’が受ける張力または圧縮力を
測定することができ、例えば圧電検知器とすることがで
きる。捧２０と２１または２０′と２１′はひずみ計を
設置する単−棒が構成する同等の装置と取替えることが
できるが、この構造はここでは示されていない。

従って、第２図に示す装置６と７とは、変換器に著しく
強力な剛性を与える。異なる装置６と７の情報間の独立
性は、この実施例では維持される。

しかし、剛性板１，２上に棒２０と２１または２０′と
２１′を組立てる間に起こされる寄生応力または力に抗
する処置をとることは好ましい、この目的のために、棒
４と５または剛性板１と２への連結を行なう棒２０．２
１または２０’、　２１’の端部は１線維手２３または
２３′を備えているが、それは張力と圧縮の場合の装置
！！６と７との動作を変更しない。

ここで６言すれば、接続線４１と４２の間に第１図と同
じ状態下で曲げモーメントＣｘの測定を可能にする装置
を置くことができるが、この装置は。

第２図に示されている曲げモーメントＣＹの測定を可能
にする装置７のようにすることができる。

第３図は、第２図のものが改良された実施例を示すが、
これによれば、装置６と７には弾性手段により初期応力
が与えられている。１１１０ずモーメントＣＺとねじり
モーメントＣＹが方向を変えることができるある用途の
場合、この装置は装置６と７上の同符号の変形値の測定
だけ、例えば圧縮応力測定装置の使用だけを可能にする
。これらの値はその場合、一定の既知係数により補正し
、初期応力を与えた影響を除去することができる。

装置７に初期応力を与えることは１例えばカップ状の座
金の積重ねにより確実に行なわれるが。

その軸線は可撓ビーム３に対し装置７とは反対の位置で
２つの剛性板１，２間に置かれ、可撓ビームの軸線に平
行になっている。

装置６は、剛性板１，２にそれぞれ連結された２つの捧
３１．３２間で剛性板１，２の中間にある平面内に置か
れているカップ状座金の積重ねにより同様に初期応力を
与えられる。この積重ねはビーム３の軸線に垂直な軸線
を有し、装置１２６とは直径上反対の位置にある。従っ
て、積重ね３０は初期応力モーメントを起こし、それが
ここでは装置７を圧縮することになると共に、積重ね３
３は可撓ビーム３のねじり初期応力モーメントを起こし
、これが装置６を圧縮することになる。この実施例は２
つの利点をもつ。

先ず１縁続手機構の存在は、第２図に示すものと同様に
、棒２０．２１または２０’、　２１’に固く連結され
た伸張−圧縮変換器には必須であるが、この場合、何等
の機能も果たさない。それは、圧縮初期応力の場合、伸
張−圧縮で作用するセンサ２２または２２′がセンサ３
５または３５′と取替えることができ、センサ３５また
は３５′が捧２０または２０′の一方だけに圧縮当接す
る時にのみ作用し１球面３６．３６’になり得る面を介
して他方の棒２１または２１′と接触し、平行でない捧
２０．２１または棒２０’、　２１’の端部に適合でき
るからである。従って、棒２０．２１または棒２０’、
　２１’をそれぞれ捧４と５か、またはそれらの各剛性
板１と２に嵌め込むことにより、固く固定することがで
きる。これにより、変換器の構造をかなり簡単にするこ
とができる。

本発明により初期応力を与えられた変換器は。

温度変化に対して比較的感応しないので、特に剛性板１
，２と可撓ビーム３の膨張または収縮は積重ね３０．３
３の同等な変形を伴い、従って、装置７と６の初期応力
の値は変更されない。

ここで６言すれば、直交曲げモーメントＣＹを測定する
装置７に対し９０°の角度だけ変位した曲げモーメント
ＣＸ８Ｉ！Ｉ定装置を、装置７のようにして接続線４１
．４２の間に導入することができる。それは、ここでは
示されていないが、２つの剛性板１．２と接続する線５
１．５２間に置かれているカップ状座金の積重ねにより
初期応力を与えられ、前記積重ねの軸線は可撓ビーム３
の軸線に平行で、曲げモーメントＣＸの測定装置とは直
径上反対の位置にある。可撓ビーム３は、その場合、軸
線Ｘのまわりに限られた曲げ剛性を明らかに持つに違い
ない。

その場合、変換器はとりわけ高い剛性を有し、第３１５
１１の構造は特に興味を引くものと見做されるに違いな
い。

本文で説明されたすべての実施例の場合、本発明による
変換器は簡単な装置による簡単で高品質の測定を可能に
する。

かかる変換器の好適な用途は機械加工の場合にある。第
４図に示すのは、カッターＧを装備するロボットによる
ビードのぼり取りや面取り場合で、工具Ｈに作用する半
径方向の力ＦＲと接線方向の力ＦＴは、それぞれロボッ
トのアームの端部に曲げモーメントＣＹとねじりモーメ
ントＣＺを起こすのに対し、ねじりの他の分力はこの場
合はるかに小さい。機械的組立体ＰとＱがそれぞれロボ
ットのアームとカッターが固定されるその掴み部とを表
わす場合、本発明の変換器Ａは機械加工中の切削パラメ
ータを相互に作用するように制御するために使用するこ
とができる。

図示された構造では、剛性板１と２とは可撓ビーム３と
モーメント測定装置６，７の長さよりははるかに大きい
直径をもつ、従っそ、変換器は図面で明示されるものよ
りはるかに小型で剛性のものとなるが、前記変換器は小
球の容積をもつことになるので１図面のものはできるだ
け判り易く図示されている。

（発明の効果）以上の通すセンサの示す値はすべて独立して示されるか
ら、装置の構造を従来のものより著しく簡単にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す図、第２図は本発明
の第２実施例を示す図、第３図は本発明の第３実施例を
示す図、第４図は本発明の特別な用途を示す図である。１．２・・・剛性板、　３・・・可撓ビーム、４．５・
・・剛性の棒、　６・・・ねじりモーメント測定装置、
　７・・・曲げモーメント測定装置、　１０．　１０’
・・・磁心、　１１．１１’・・・誘導コイル、　１２
．１２’・・・支持体、　２０．２１または２０’、　
２１’・・・一対の棒、　２２．２２’・・・感応部材
、　　３０．３３・・・座金積重ね、　３１．３２・・
・棒、　３６．３６’・・・球面、　４１．４２．５１
．５２・・・接続線、　Ｐ、Ｑ・・・機械的組立体、ｃ
ｘ、ｃｙ・・・曲げモーメント、　ｃｚ・・・ねじりモ
ーメント。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２つの機械的組立体（Ｐ、Ｑ）間に加えられる曲
げモーメントおよびねじりモーメント用の変換器であっ
て、組立体（Ｐ、Ｑ）の一方にそれぞれ結合された２つ
の実質的に互いに平行な剛性板（１および４、２および
５）と、２つの剛性板を相互に連結し且つ剛性板に実質
的に垂直な可撓ビーム（３）と、可撓ビームのねじりモ
ーメント（ＣＺ）を示す変位または力を測定するための
第１の変位測定装置（６）と、可撓ビームの曲げモーメ
ント（ＣＹ）の１つを示す変位または力を測定するため
の第２の変位測定装置（７）とからなり、両変位測定装
置が各剛性板（１、２）に連結されており、第２の変位
測定装置（７）が実質的に直線をなし且つ可撓ビーム（
３）に平行であることを特徴とする変換器。
（２）変位測定装置（６、７）の少なくとも一方が２つ
の別の部品（１０、１２）を有し、各部品が剛性板（１
または４、２または５）の一方に連結されていることを
特徴とする請求項（１）記載の変換器。
（３）一方の部品（１２）が少なくとも１つの電磁コイ
ル（１１）からなり、第２の部品（１０）がコイル（１
１）を貫通する磁心からなることを特徴とする請求項（
２）記載の変換器。
（４）力測定装置（６、７）の少なくとも一方が剛性板
にそれぞれ棒（２０、２１）により連結されたセンサ（
２２、３５）により構成されていることを特徴とする請
求項（１）記載の変換器。
（５）棒（２０、２１）が球継手（２３、２４）により
それぞれ各剛性板（１または４、２または５）に連結さ
れていることを特徴とする請求項（４）記載の変換器。
（６）少なくとも１つの力測定装置が初期応力を与えら
れ、棒（２０、２１）によって受ける伸張−圧縮応力と
センサ（３５）の受ける応力とが常に同方向であること
を特徴とする請求項（４）記載の変換器。
（７）力測定装置に初期応力を与える被圧縮構造物（３
０、３３）からなり、可撓ビーム（３）が構造物（３０
、３３）と力測定装置間に置かれることを特徴とする請
求項（６）記載の変換器。
（８）被圧縮構造物（３０、３３）がカップ状の弾性座
金の積重ねにより形成されていることを特徴とする請求
項（７）記載の変換器。
（９）棒（２０、２１）が受ける応力が常に圧縮応力で
あり、センサ（３５）が棒（２０）の一方に当接し、準
点状面（３６）により他方の棒（２１）と接触している
ことを特徴とする請求項（６）記載の変換器。
（１０）２つの剛性構造物（１および４、２および５）
にそれぞれ連結されている第３の変位または力測定装置
（４１、４２）からなり、曲げモーメント（ＣＸ）が第
２装置（７）によって受ける曲げモーメント（ＣＹ）に
直交することを特徴とする請求項（１）記載の変換器。