CN107966168A - 负载传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够实现测量精度的进一步提高的负载传感器。本发明的一个方式的负载传感器包括形变体、第一光学组件、第二光学组件、检测器和运算部。上述第一光学组件包括光源、来自上述光源的光所入射的第一衍射光栅、受光部。上述第一光学组件固定在上述形变体的第一端部，并配置在上述形变体的中空部中。上述第二光学组件具有通过入射从上述第一衍射光栅射出的衍射光，生成由上述受光部受光的干涉光的第二衍射光栅。上述第二光学组件固定在上述形变体的第二端部，并且配置在上述中空部中。上述检测器检测上述干涉光。上述运算部基于由上述检测器得到的信号，计算上述第二衍射光栅相对上述第一衍射光栅的相对位移量。
Description
技术领域
本发明涉及负载传感器，特别涉及负载传感器的测量精度的提高。
背景技术
例如专利文献1中公开了关于二对形变仪粘贴在被称为形变体的弹性体块的形变仪式负载传感器的技术。在电子秤或负载传感器的技术领域中，已知如专利文献1所示将形变仪粘贴在形变体的应力集中部，检测负荷时的形变，通过计算来求取与所检测的形变相应的重量的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-212255号公报
发明内容
发明想要解决的技术课题
近年来，要求对负载传感器的测量精度的提高。然而，在形变仪式负载传感器中，SN比(S/N)的提高存在界限，所以，难以实现测量精度的进一步提高。
鉴于以上的情况，本发明的目的在于提供一种能够实现测量精度的进一步提高的负载传感器。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方式的负载传感器包括形变体、第一光学组件、第二光学组件、检测器、运算部。上述形变体包括第一端部、与上述第一端部在一个轴方向上相对的第二端部、设置在上述第一端部与上述第二端部之间的中空部。
上述第一光学组件包括光源、来自上述光源的光入射的第一衍射光栅和受光部。上述第一光学组件固定在上述第一端部，并且配置在上述中空部中。
上述第二光学组件具有因从上述第一衍射光栅射出的衍射光入射而生成被上述受光部受光的干涉光的第二衍射光栅。上述第二光学组件固定上述第二端部，并且配置在上述中空部中。
上述检测器检测上述干涉光。
上述运算部基于由上述检测器得到的信号，计算上述第二衍射光栅相对于上述第一衍射光栅的相对位移量。
上述负载传感器基于通过第一衍射光栅和第二衍射光栅生成的衍射光的干涉光，计算第二端部相对于第一端部的相对位移量，因此，能够进行分辨率高且S/N高的高精度的负荷测量。
上述第二衍射光栅可以分别配置在与上述一个轴方向平行的上述形变体的中心轴上。该结构在测量对象相对形变体的相对位置不一样的情况等中，能够抑制测量对象物的偏置误差进行高精度的负荷测量。
在该情况下，上述负载传感器还具有固定在上述第二端部的用于载置测量对象物的载置台。在该情况下，上述第二衍射光栅配置在上述载置台的重心的正下方的位置。
另一方面，上述第二衍射光栅可以分别配置在从与上述一个轴方向平行的上述形变体的中心轴在上述形变体的宽度方向上偏置了的位置。这样的构成，在测量对象相对形变体的相对位置一样的情况等中，能够抑制形变体的蠕动导致的测量值的变动，进行高精度的负荷测量。
上述形变体典型的是，还具有将上述第一端部与上述第二端部相互连结并且隔着上述中空部相对的一对架设部。在该情况下，上述一对架设部的至少1者可以在上述形变体的宽度方向上具有不同的厚度。
发明的效果
如以上的方式，根据本发明，能够实现测量精度的进一步提高。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的负载传感器的外观立体图。
图2是具有上述负载传感器的负荷测量系统的概略侧面图。
图3是上述负载传感器的概略平面截面图。
图4是说明上述负载传感器的光学系统的概略立体图。
图5是说明上述负载传感器的光学系统的概略侧面图。
图6(a)～图6(b)是表示利用上述负载传感器进行负载的检测方式的图。
图7(a)～图7(b)是说明上述负载传感器的作用的概略俯视图。
图8(a)～图8(b)是说明图7(a)～图7(b)所示的负载传感器的作用的一个实验结果。
图9(a)～图9(c)是说明上述负载传感器的作用的概略主视图。
图10是本发明的另一实施方式的负载传感器的概略截面图。
图11是说明上述负载传感器的作用的一个例子的实验结果。
图12(a)～图12(b)是说明上述负载传感器的作用的一个例子的实验结果。
图13(a)是表示上述负载传感器中的形变体的结构的变形例的概略截面图，图13(b)是图13(a)中的EE′线截面图。
附图标记说明
1…负荷测量系统
12…光源
21…第一衍射光栅
22…第二衍射光栅
40…光检测器
100、200…负载传感器
101、301…形变体
102、103…架设部
104…固定台
105…载置台
110…第一端部
120…第二端部
130、230…光位移传感器
131…第一光学组件
132…第二光学组件
140…运算部
B1…第一光学模块
B2…第二光学模块
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
图1是表示本发明的第一实施方式的负载传感器100的外观的概略立体图，图2是包括负载传感器100的负荷测量系统1的概略侧面图。其中，在图中，x轴、y轴和z轴表示相互正交的3轴方向，x轴和y轴对应于水平方向，z轴对应于高度方向。
如图1所示，负载传感器100包括形变体101、光位移传感器130和运算部140。如图2所示，负荷测量系统1包括负载传感器100、固定台104和载置台105。
[形变体]
形变体101构成为在x轴方向具有长度方向、在y轴方向具有宽度方向、在z轴方向具有高度(厚度)方向的长方体或者以此为基准的形状。形变体101由与外部应力成比例地变形的弹性体构成，典型来说，由铝合金等的金属块构成。此外，在图中，AA′轴表示通过形变体101的中心且与x轴方向平行的中心轴。
形变体101具有第一端部110、第二端部120、中空部S和2个架设部102、103。
第一端部110和第二端部120在x轴方向上彼此相对。第一端部110对应于形变体101的固定侧的端部(固定端)，如图2所示，固定于设置在操作台、基座等的静止系统的固定台104。另一方面，第二端部120对应于形变体101的可动侧的端部(自由端)，如图2所示，固定于用于载置测量对象的载置台105的底部。
中空部S设置在第一端部110和第二端部120之间，由在将形变体101在其宽度方向(y轴方向)上贯通的、在x轴方向上由较长的贯通孔构成。中空部S如后文所述用于收纳光位移传感器130的至少一部分。
架设部102、103由隔着中空部S在z轴方向上彼此相对的板部构成。架设部102、103将第一端部110和第二端部120相互连结，一方的架设部102构成形变体101的上表面，另一方的架设部103构成形变体101的下表面。架设部102、103构成在施加负荷时使第二端部120相对于第一端部110在z轴方向上相对位移的、形变体101的主要的变形区域。
此外，第一端部110和第二端部120在施加负荷时不变形或即使发生变形其变形量小到与架设部102、103的变形相比也能够无视的程度。
固定台104固定在第一端部110的下表面。在第一端部110，设置有多个螺纹孔113a，该多个螺纹孔113a螺合用于将第一端部110和固定台104之间结合的紧固件(省略图示)。另一方面，载置台105固定在第二端部120的上表面。在第二端部120设置有多个螺纹孔123a，该多个螺纹孔123a螺合用于将第二端部120和载置台105之间结合的螺钉等的紧固件(省略图示)。
[光位移传感器]
光位移传感器130具有固定在形变体101的第一端部110的第一光学组件131和固定在形变体101的第二端部120的第二光学组件132。
第一光学组件131和第二光学组件132各自具有在形变体101的中空部S中在x轴方向上相对配置的第一光学模块B1和第二光学模块B2。
第一光学模块B1与螺纹固定在第一端部110的一侧面的第一支承臂114一体连接，在中空部S中与其内壁面非接触地配置。
第二光学模块B2与螺纹固定在第二端部120的一侧面的第二支承臂124一体连接，在中空部S中与其内壁面和第一光学模块B1非接触地配置。
图3是表示负载传感器100(光位移传感器130)的内部构造的沿着中心轴AA′的平行于xy平面的概略截面图，图4是说明光位移传感器130的光学系统的概略立体图，图5是说明光位移传感器130的光学系统的平行于xz平面的概略侧面图。
如图3所示，第一光学模块B1具有光源12、准直透镜14、18、光圈部件16和第一衍射光栅21、光学部件30和光检测器(PD：PhotoDetector(或者Photo Diode))40。第二光学模块B2具有第二衍射光栅22。此外，在图5中，省略光源12、准直透镜14、18、光圈部件16、光检测器40的图示。
本实施方式的负载传感器100中，第一衍射光栅21由第一光学模块B1支承，第二衍射光栅22由能够相对于第一光学模块B1在z轴方向上相对位移的第二光学模块B2支承。即负载传感器100基于上述2个衍射光栅21、22间的z轴方向的相对位移量，检测施加到形变体101的负荷、或者形变体101的形变、或者载置在载置台105的测量对象的重量。
光源12是LD(Laser Diode)或者LED(Light Emitting Diode)，由未图示的驱动器驱动。光源12例如是发出具有设定在400nm～900nm的中心波长的激光的发光元件，但是，当然不限于上述的构成。
准直透镜14使从光源12射出的光成为平行光。至少通过上述光源12和准直透镜14构成产生平行光的光学系统。光圈部件16具有将从准直透镜14射出的光的光束直径缩小为规定的光束直径的功能。在原理上可以没有准直透镜14、光圈部件16。
第一衍射光栅21和第二衍射光栅22都具有以相同的节距P(参照图5)在相同的方向上形成的多个光栅线(光栅槽)21a、22a。第一衍射光栅21和第二衍射光栅22构成为能够在光栅线21a、22a的排列方向(在图中为z轴方向)上相对地位移。该光位移传感器130测量其相对位移。
第一衍射光栅21是透射型的衍射光栅。如图5所示，第一衍射光栅21接收从光源12射出的、来自光圈部件16的光，射出衍射光23(23A、23B)。该衍射光包括多级衍射光，即±1级、±2级、…±n(n为自然数)级的各衍射光。另外，该衍射光也包括相对于第一衍射光栅21垂直于其光栅面地透射的0级衍射光(以下称为0级光。)26。
为了说明的方便，参照图5相对于沿x轴的线、即通过第一衍射光栅21和第二衍射光栅22的中心的轴线，在图中右侧产生的衍射光23A为正(+)的衍射光，在左侧产生的衍射光23B为负(-)的衍射光。
光学部件30反射从第一衍射光栅21射出的各级衍射光中的、作为特定的一级的衍射光的±m级衍射光23，并导向第二衍射光栅22。±m级衍射光23典型来讲是±1级衍射光，但是，例如可以为±2级、或之后的其它的衍射光。
光学部件30具有例如长方体形状的导光部件31和与其连接的棱镜35。即，导光部件31和棱镜35一体地设置。
棱镜35例如安装在导光部件31的x轴方向的一个侧面。棱镜35如图1所示，具有在透明部件的内部相对于x轴例如成45°地配置的反射镜部35a。棱镜35如后文所述，具有将在第二衍射光栅22所反射的光向光检测器40呈直角地反射的功能。另外，棱镜35作为向光检测器40的相反侧进行反射的反射部件发挥作用，以使得将从第一衍射光栅21射出的0级光26不导向第二衍射光栅22一侧。
导光部件31的z轴方向的两侧面设置成相对的平行的一对反射面33a、33b。在该一对反射面33a、33b分别入射在第一衍射光栅21所生成的+m级衍射光23A和-m级衍射光23B，一对反射面33a、33b将上述的衍射光导向第二衍射光栅22。
一对反射面33a、33b可以将来自第一衍射光栅21的±m级衍射光23全反射也可以将其部分反射。是否进行全反射基于光的波长、衍射光栅的构造、各光学部件的配置设计等来决定。或者，可以在一对反射面33a、33b分别形成例如由金属膜构成的反射膜。
也可以没有导光部件31的透明材料主体，而是一对反射面物理上独立的2个反射镜。但是，导光部件31的两侧面被用作一对反射面33a、33b，即导光部件31和一对反射面33a、33b被一体地设置，由此，包括该一对反射面33a、33b的导光部件31的制造变得容易。另外，一对反射面33a、33b的相对的定位变得容易。
与上述同样，导光部件31和棱镜35可以是分别设置的部件，它们也可以一体地设置，由此，光学部件30的制造变得容易，另外，导光部件31和棱镜35的相对的定位变得容易。
构成导光部件31的材料例如是石英玻璃。但是，也可以为其它的玻璃、玻璃以外的透明材料。例如能够选择由树脂材料形成的透明材料。反射面33a、33b的面精度，在光源12射出的光的中心波长为λ(例如λ＝633nm)时，优选为λ/4以下。在这些反射面33a、33b的面精度低的情况下，无法获得所期望的形态的干涉光27(后述)，存在测量精度降低的风险。
另外，反射面33a、33b的平行度(角度)为1分以下，优选为30秒以下。反射面33a、33b的平行度也是为了获得所期望的形态的干涉光27的重要的要素。
导光部件31的反射面33a、33b的、在排列有第一衍射光栅21和第二衍射光栅22的方向(x轴方向)的长度a、和与其正交的方向(y轴方向)的长度b无特别限定。例如a＝5mm～10mm、b＝2mm～5mm，尺寸公差为±0.1mm。在该情况下，第一衍射光栅21和第二衍射光栅22的光栅线的节距为1μm～5μm，优选为1.5μm～4μm，更优选为2μm。此外，反射面33a、33b的z轴方向的长度根据光的波长、衍射光栅的构造、各光学部件的配置设计等来设定。
第二衍射光栅22是反射型的衍射光栅。第二衍射光栅22具有通过入射从光学部件30射出的±m级衍射光23而生成干涉光27并将其射出的功能。具体来说，如图5所示，+m级衍射光23A生成在第二衍射光栅22的光栅面反射后的±p级衍射光(p是包括m的自然数)。-m级衍射光23B也在第二衍射光栅22的光栅面反射，由此生成±p级衍射光。
此外，+m级衍射光23A的在第二衍射光栅22生成的0级光在-m级衍射光23B行进的光路上返回。-m级衍射光23B的在第二衍射光栅22生成的0级光在+m级衍射光23A行进的光路上返回。
此外，反射型的第二衍射光栅22可以构成为在主材料由透明材料构成的衍射光栅的光栅图案区域的表面(光栅面)形成有金属膜，或者，主材料可以由金属构成。
在图5中，仅表示了作为从第二衍射光栅22射出的衍射光的±p级衍射光中的-m'级衍射光25(25A、25B)。该“m'”是指与作为在一对反射面33a、33b反射的衍射光的级数的“m”相同的级数。为了使说明容易理解，相对于从第一衍射光栅21射出的衍射光的级数，对从第二衍射光栅22射出的衍射光的级数在形式上标注“'”，而它们的级数相同。
典型来讲，±m级衍射光23如上所述为±1级衍射光的情况下，±m'级衍射光25也是±1级衍射光。上述+m'级衍射光25A和-m'级衍射光25B发生干涉，由此生成干涉光27。干涉光27沿x轴方向入射棱镜35。
棱镜35具有第一面和设置在与该第一面相反一侧的第二面。第一面将透射第一衍射光栅21和导光部件31沿x轴方向行进的0级光26呈直角地向z轴方向反射，使其向配置有光检测器40的一侧的相反侧行进。第二面将在第二衍射光栅22生成的±m'级衍射光25(25A、25B)发生干涉而得到的干涉光27呈直角地向z轴方向反射，使其向光检测器40行进。
光检测器40检测从第二衍射光栅22射出的干涉光27。第一衍射光栅21和第二衍射光栅22相对地在z轴方向上移动时，光检测器40按光栅线21a(22a)的每一节距得到以明暗的组为1个周期的周期性的光量(与光强度对应)。具有该周期性的波形典型的是正弦曲线。光检测器40将所检测到的光量转换为电信号并输出到运算部140。
运算部140与光检测器40电连接。运算部140典型的是配置在形变体101的外部。运算部140例如包括AD转换器和运算电路。运算电路以输出与上述电压信号相应的位移的方式构成。AD转换器和/或运算电路可以一体地设置在光检测器40。
在如上所述构成的本实施方式的光位移传感器130中，通过设置在导光部件31的相对的平行的一对反射面33a、33b，分别反射作为特定级数的衍射光的m级衍射光，将其导向第二衍射光栅22。另外，通过棱镜35将0级光26向与光检测器40相反的一侧反射。即，实质上仅±m级衍射光23入射到第二衍射光栅22，机械地遮挡了作为包括0级光26的其它级数的衍射光的位移测量不需要的光。所以，能够实质上消除不需要的光入射到光检测器40导致的噪声的产生，能够提高位移的测量精度。
特别是根据本实施方式，能够用一个棱镜35兼有反射来自第一衍射光栅21的0级光26的功能和反射来自第二衍射光栅22的干涉光27的功能，有助于光学组件的小型化。
[本实施方式的作用]
图6(a)是作为比较例对现有的粘贴有形变仪的负载传感器施加了负荷时的测量状态的图。图6(b)是表示对本实施方式的负载传感器100施加了负荷时的测量状态的图。在图6(a)～图6(b)中，横轴表示时间，纵轴表示负荷的检测值，表示在施加了负荷(1)时和除去负荷(1)时的检测值的变化，以及施加了负荷(2)时和除去负荷(2)时的检测值的变化。如图6(b)所示，根据本实施方式的负载传感器100，与比较例相比负荷施加中的输出变化少，所以能够高精度地检测作用在形变体101的负荷。
如上所述，本实施方式的负载传感器100基于由第一衍射光栅21和第二衍射光栅22生成的衍射光的干涉光，计算出第二端部相对第一端部的相对位移量，因此，能够进行分辨率高且S/N高的高精度的负荷测量。
并且，在本实施方式的负载传感器100中，如图3所示，第二衍射光栅22配置在形变体101的中心轴AA′上。因此，能够抑制由于测量对象相对载置台105的载置位置的不同导致的测量误差(以下也称为偏置误差)。
在此，偏置误差是指因载置在载置台105的测量对象的位置的不同而出现的测量值的误差。
本发明者们，准备具有如图7(a)所示的在俯视观察时第二衍射光栅22从形变体101的中心轴AA′在y轴方向上偏置地设计的光学系统的负载传感器100A，和如图7(b)所示的在俯视观察时第二衍射光栅22位于形变体101的中心轴AA′上地设计的光学系统的负载传感器100。然后，在上述负载传感器100A、100设置平面形状为正方形的载置台105，评价在从载置台105的重心(中心)位置G偏离了的4个位置(在本例中载置台105的四个角位置)载置了规定重量的测量对象时的各负载传感器100A、100的输出(测量结果)。图8(a)、图8(b)表示其评价结果。此外，载置台105的重心位置G是与载置台105的各边的垂直二等分线对应的对称轴BB′、CC′的交点。对称轴BB′与形变体101的中心轴AA′在俯视时一致。
图8(a)是图7(a)所示的负载传感器100A的输出，图8(b)是图7(b)所示的负载传感器100的输出(Δz)。在各图中，横轴表示测量对象的载置位置，纵轴表示输出，“WL1”、“WL2”、“WR1”和“WR2”分别对应于图7(a)、图7(b)所示的载置台105上的测量对象W的载置点。各载置点在与载置台105的重心位置G等距离的位置。在本实验例中，按WL1→WL2→WR2→WR1的顺序变更测量对象的载置位置，分别测量在各载置位置的负载传感器的输出(位移量)。
如图8(a)、图8(b)所示，在图7(a)所示的负载传感器100A中，因在载置台105上的测量对象的位置而测量结果不同(偏置误差大)，与此不同，在图7(b)所示的负载传感器100中，与测量对象的位置无关能够得到大致一定(偏置误差小)的测量结果。这是因为负载传感器100A，100中的第二衍射光栅22的位置与载置台105的重心位置G之间的相对位置的不同而导致的。
特别是在本实验例中，在图7(a)所示的负载传感器100A中，第二衍射光栅22的位置配置在从载置台105的重心位置G偏离了的位置，在图7(b)所示的负载传感器100中，第二衍射光栅22的位置与载置台105的重心位置G大致一致。在作为后者的负载传感器100中，从各载置点(WL1、WL2、WR1、WR2)观察第二衍射光栅22位于对称的位置，因此，认为能够有效地抑制因测量对象的载置位置导致的输出误差(偏置误差)。
第二衍射光栅22的位置从形变体101的中心轴AA′偏离了的负载传感器100A的输出因测量对象的载置位置而不同的理由能够认为是如下所述。图9(a)～图9(c)是示意地表示负载传感器100A和载置台105的关系的主视图，图9(a)表示无负荷施加时，图9(b)、图9(c)分别表示施加了负荷时。此外，在各图中，附图标记PS是无负荷施加时的第二衍射光栅22的光轴位置所属的基准平面。
在此，如图9(b)所示，在测量对象W偏置到WL1-WL2一侧的情况下，形变体101受到关于中心轴逆时针方向的扭曲应力，从而向图中左方一侧变形。此时，根据杠杆的原理，以形变体101为支点，以测量对象W的载置点为力点，以第二衍射光栅22的设置点为作用点时，第二衍射光栅22的z轴上的位置(高度)比无负荷施加时的位置(PS)相比稍微向上方位移。其结果是，相对第一衍射光栅21的第二衍射光栅22的位移量(Δz)减少上述位移的相应的量(参照图8(a)的WL1、WL2的输出)。
另一方面，如图9(c)所示，在测量对象W偏置到WR1-WR2一侧的情况下，形变体101受到关于中心轴顺时针方向的扭曲应力，从而向图中右方一侧变形，因此，与上述相反，第二衍射光栅22的z轴上的位置(高度)比无负荷施加时的位置(PS)稍微向下方位移。其结果是，相对第一衍射光栅21的第二衍射光栅22的位移量(Δz)增加上述位移的相应的量(参照图8(a)的WR1、WR2的输出)。
如以上所述，在第二衍射光栅22的位置从形变体101的中心轴AA′(对称轴BB′)偏离了的情况下，在WL1-WL2一侧与WR1-WR2一侧之间容易产生较大的偏置误差。因此，通过将第二衍射光栅22的位置设定在中心轴AA′(对称轴BB′)上，能够减小载置台105的y轴方向的偏置误差。另一方面，通过将第二衍射光栅22的位置设定在对称轴CC′上，能够减小载置台105的x轴方向的偏置误差。并且，通将第二衍射光栅22的位置设定在中心轴AA′(对称轴BB′)与对称轴CC′的交点(即重心位置G)，能够同时减小x、y的各个轴方向的偏置误差(参照图8(b))。
以上，根据本实施方式，由于第二衍射光栅22配置在载置台105的重心位置G的正下方，因此，能够抑制偏置误差导致的测量值的偏差，从而能够进行高精度的负荷测量。所以，在测量对象W相对于形变体101的相对位置(测量对象W相对于载置台105的载置位置)不一样的测量环境等中是有利的。
<第二实施方式>
图10是表示本发明的第二实施方式的负载传感器200的构成的概略截面图。以下，主要对与第一实施方式不同的结构进行说明，对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，将其说明省略或简单化。
负载传感器200的光位移传感器230的构成与上述的第一实施方式不同。即本实施方式的光位移传感器230中，第二衍射光栅22配置在从形变体101的中心轴AA′在形变体101的宽度方向(y轴方向)上偏离了的位置。
为了将第二衍射光栅22设定在上述位置，在本实施方式中，第一光学模块B1和第二光学模块B2的光轴设定在比中心轴A在形变体101的宽度方向(y轴方向)上偏离了规定距离的位置。由此，不改变第一光学模块B1和第二光学模块B2的结构，就能够将第二衍射光栅22配置在任意的位置，并且不需要光源12、第一衍射光栅21、光检测器40等相对于第二衍射光栅22的独立的对准。
如以上所述构成的本实施方式的负载传感器200，对应于参照图7(a)所说明的负载传感器100A。根据本实施方式的负载传感器200，能够抑制因蠕变现象导致的、与经过时间相应的位移量的误差。参照图11说明蠕变现象(Creep phenomenon)。
图11表示在图7(a)中在载置台105的中央部载置5kg的测量对象之后保持了30分钟时的、光位移传感器230的输出(位移量)的时间变化的一个例子。如图11所示，位移量伴随时间的经过而变化的现象被称为蠕变现象，是因光传感器230的光轴(从第一光学模块B1向第二光学模块B2去的光束(光线)。以下相同)的偏置导致的负载传感器200的非对称结构而产生的现象。如本例所示，伴随时间经过而位移量上升的现象，是基于作用在第二衍射光栅22的向下的位移导致的，在此也称为正方向的蠕变。
蠕变现象导致的位移量的时间变化的情况，因施加负荷的位置，换言之，因测量对象相对于形变体101的位置而不同。图12(a)表示测量对象偏置到WL1-WL2一侧的情况的蠕变现象的一个例子，图12(b)表示测量对象偏置到WR1-WR2一侧的情况的蠕变现象的一个例子。
光位移传感器230的光轴，如图7(a)所示偏到WR1-WR2一侧。此时，在测量位移量的位置较远的WL1-WL2一侧放置了测量对象的情况下的蠕变现象导致的位移量向变小的方向进展(图12(a))，相反，在测量位移量的位置较近的WR1-WR2一侧放置了测量对象的情况下的蠕变现象导致的位移量向变大的方向进展(图12(b))。其理由是，如在第一实施方式中所说明，是因杠杆原理，作用在第二衍射光栅22的位移引起的蠕变现象导致的(参照图9(b)、图9(c))。
即，在测量对象放置在WL1-WL2一侧的情况下，向上的力矩作用在第二衍射光栅22，因此，如图12(a)所示因蠕变现象导致的位移量的变化变小(以下也称为负蠕变)。另一方面，在测量对象放置在WR1-WR2一侧的情况下，向下的力矩作用在第二衍射光栅22，因此，如图12(b)所示因蠕变现象导致的位移量的变化变大(以下也称为正蠕变)。
在图11和图12(a)～图12(b)所示的例子中，在向上的力矩作用在第二衍射光栅22时，能够减小因蠕变现象导致的位移量的时间变化。所以，关于形变体101的中心轴AA′，将测量对象载置在偏置到与设定光位移传感器230的光轴的方向相反一侧的区域，由此抑制基于蠕变现象的负载传感器200的输出的时间变化，能够稳定地进行测量对象的高精度的重量测量。
根据本实施方式的负载传感器200，在测量对象相对于形变体101的相对位置一样的情况下等，能够抑制因形变体101的蠕变导致的测量值的变动，来进行高精度的负荷测量。例如在带输送机上组装负载传感器200，利用负载传感器200检测放置在带输送机上的已确定的位置的物体的重量的情况下是有利的。
此外，在本实施方式中，通过使光位移传感器230的光轴相对于形变体101的光轴AA′的偏置量最佳化，能够调整为不容易受到上述蠕变现象的影响的负载传感器200的输出特性。上述偏置量能够根据形变体101的形状、大小、测量对象的载置位置等来适当设定。
(变形例)
在本实施方式中，如图13(a)、图13(b)所示，使形变体的至少1个架设部的厚度在宽度方向上不同，由此可以抑制蠕变现象的影响。图13(a)是形变体的侧截面图，图13(b)是图13(a)中的EE′线截面图。该图所示的形变体301形成为，架设部102的壁厚在形变体301的各侧面不同，L侧(WL1-WL2侧)的壁厚比R侧(WR1-WR2侧)的壁厚小。
在上述构成的形变体301中，偏向L侧载置测量对象时，形变体301的z轴方向的位移量增加，因此，作用在偏置于R侧地配置的第二衍射光栅22的向上位移量(负蠕变)变小。另一方面，偏向R侧载置测量对象时，形变体301的z轴方向的位移量减少，因此，作用在偏置于R侧地配置的第二衍射光栅22的向下位移量(正蠕变)变小。根据上述构成，负荷作用在L侧和R侧的任一者，都能够消除蠕变现象，因此，具有扩展了载置台105的有效区域的优点。
架设部102的壁厚如图13(b)所示，向架设部102的宽度方向去连续地变化。由此，能够防止对架设部102的一部分的区域的集中负荷。架设部102的壁厚无特别限定，能够根据测量对象的重量、光位移传感器230的位置等适当设定。通过使架设部102的L侧和R侧的壁厚最佳化，能够不依赖于载置台105上的测量对象的位置地进行稳定的负荷测量。此外，可以替代架设部102或者进一步使架设部103的壁厚在L侧和R侧不同。
并且，根据上述构成的形变体301，在负荷作用在L侧时和负荷作用在R侧时的任一种情况，能够相对于绕x轴的扭曲应力获得R侧的高变形阻力。因此，能够实现测量对象相对载置台105的载置位置的不同导致的测量误差(偏置误差)的降低。因此，根据本例，能够获得与第一实施方式相同的作用效果。
并且，在以上的实施方式中，第二衍射光栅22由反射型的衍射光栅构成，但是不限于此，可以由透射型的衍射光栅构成。在该情况下，光检测器40可以配置在第二衍射光栅的背面侧。另外，连结第一衍射光栅21和第二衍射光栅2的光学系统路径可以直线地构成，但是，该光学系统路径可以通过反射镜、棱镜等适当折曲。
Claims (5)
1.一种负载传感器，其特征在于，包括：
形变体，其具有第一端部、与所述第一端部在一个轴方向上相对的第二端部、设置在所述第一端部与所述第二端部之间的中空部；
固定在所述第一端部的、并且配置在所述中空部中的第一光学组件，所述第一光学组件具有光源和来自所述光源的光所入射的第一衍射光栅；
固定在所述第二端部的、并且配置在所述中空部中的第二光学组件，所述第二光学组件具有因从所述第一衍射光栅射出的衍射光入射而生成干涉光的第二衍射光栅；
检测所述干涉光的检测器；和
运算部，其基于通过所述检测器得到的信号来计算所述第二衍射光栅相对所述第一衍射光栅的相对位移量。
2.如权利要求1所述的负载传感器，其特征在于：
所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅分别配置在通过所述中空部的中心并且与所述一个轴方向平行的中心轴上。
3.如权利要求2所述的负载传感器，其特征在于：
还包括固定在所述第二端部的、用于载置要测量重量的对象物体的载置台，
所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅配置在所述载置台的重心的正下方的位置。
4.如权利要求1所述的负载传感器，其特征在于：
所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅分别配置在从通过所述中空部的中心并且与所述一个轴方向平行的中心轴在所述形变体的宽度方向上偏离了的位置。
5.如权利要求4所述的负载传感器，其特征在于，还包括：
所述形变体还包括将所述第一端部与所述第二端部彼此连结的、并且隔着所述中空部相对的一对架设部，
所述一对架设部的至少1者在与所述一个轴方向正交的所述形变体的宽度方向上具有不同的厚度。
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