-
HINTERGRUND
-
(a) Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sechs-Achsen-Kraft-/Momentensensor bzw. Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs, der miniaturisiert werden kann und eine verbesserte Abtastleistung aufweist, und ein Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentmessgerät, das denselben verwendet.
-
(b) Beschreibung der verwandten Technik
-
Im Allgemeinen enthält ein Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor eine Vielzahl von Dehnungsmessstreifen, die an einem Strukturkörper angebracht sind, und ist zum Erzeugen einer mechanischen Verformung und Messen einer angelegten Kraft und eines angelegten Drehmomentes konfiguriert. Auf diese Weise müssen die Dehnungsmesssteifen unter Berücksichtigung einer Richtung, in der Kraft angelegt wird, und einer Position, an der die maximale Verformung auftritt, angebracht werden. Die zuvor erwähnte Weise kann jedoch einen Fehler verursachen und dieser Fehler kann zu einem Messfehler innerhalb eines Bereiches von 2% bis 5% führen. Daher wird die Installation einer Vorrichtung zur Kalibrierung erfordert, um den Messfehler zu verhindern, aber es bestehen Schwierigkeiten hinsichtlich der Anlageinvestition aufgrund hoher Kosten der Ausrüstung.
-
In letzter Zeit wurde ein Verfahren erforscht, das ein piezoresistives Muster auf einer Siliziumoberfläche durch einen Halbleiterprozess herstellt, das piezoresistive Muster an einem Strukturkörper anbringt, wobei eine Verformung erzeugt wird, und eine Kraft und ein Drehmoment misst. Dieses Verfahren misst jedoch eine Dehnung, die an einer Oberfläche des Strukturkörpers auftritt, aber erfordert die Verwendung eines Wheatstone-Brücken-Schaltkreises, um ein(e) Sechs-Achsen-Kraft/Drehmoment auszumachen. Bei der Verwendung des Wheatstone-Brücken-Schaltkreises wird jedoch eine Verdrahtung zwischen Widerständen komplex und die Anzahl resistiver Muster nimmt zu.
-
Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der jemandem mit gewöhnlichen technischen Fähigkeiten hierzulande bereits bekannt ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die vorliegende Erfindung liefert einen Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs, der zum Messen einer Verformung eines Strukturkörpers durch Bestätigen einer/eines Sechs-Achsen-Kraft/Drehmomentes ohne Verwendung eines Wheatstone-Brücken-Schaltkreises konfiguriert ist, und ein Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentmessgerät, das denselben verwendet.
-
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert einen Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs, der Folgendes enthalten kann: ein Sensorsubstrat, das an einem zu messenden Strukturkörper angebracht ist; eine erste Messeinheit, die an einer Seite in Bezug auf einen Mittelabschnitt des Sensorsubstrates installiert ist und zum Messen einer Dehnung konfiguriert ist; eine zweite Messeinheit, die auf dem Sensorsubstrat an einer Position installiert ist, die der ersten Messeinheit in Bezug auf den Mittelabschnitt gegenüberliegt, und zum Messen einer Dehnung konfiguriert ist; eine dritte Messeinheit, die an einer Position orthogonal zu einer Verbindungslinie installiert ist, die die erste Messeinheit und zweite Messeinheit verbindet, und zum Messen einer Dehnung konfiguriert ist; und eine vierte Messeinheit, die an einer Position installiert ist, die der dritten Messeinheit in Bezug auf den Mittelabschnitt gegenüberliegt, und zum Messen einer Dehnung konfiguriert ist.
-
Die erste Messeinheit, die zweite Messeinheit, die dritte Messeinheit und die vierte Messeinheit können in Bezug auf den Mittelabschnitt radial angeordnet sein und eine Dehnungsmesseinheit, die eine Vielzahl von Abschnitten eines piezoresisitven Musters enthält, kann vorgesehen sein. Das Sensorsubstrat kann ein Siliziumwafer sein. Die Abschnitte eines piezoresistiven Musters können Dehnungsmessstreifen enthalten.
-
Die Dehnungsmesseinheit kann Folgendes enthalten: einen ersten Dehnungsmessstreifen, der auf dem Sensorsubstrat installiert ist und mit einer ersten Widerstandserfassungseinheit verbunden ist; einen zweiten Dehnungsmessstreifen, der mit dem ersten Dehnungsmessstreifen über eine erste Signalleitung auf dem Sensorsubstrat verbunden ist und mit einer zweiten Widerstandserfassungseinheit verbunden ist; einen dritten Dehnungsmessstreifen, der mit der Signalleitung über eine Zweigleitung auf dem Sensorsubstrat verbunden ist und mit einer dritten Widerstandserfassungseinheit verbunden ist; und einen vierten Dehnungsmessstreifen, der mit dem dritten Dehnungsmessstreifen über eine zweite Signalleitung verbunden ist und mit einer vierten Widerstandserfassungseinheit verbunden ist.
-
Bei der Dehnungsmesseinheit können zwei Dehnungsmessstreifen, die aus dem ersten Dehnungsmessstreifen, dem zweiten Dehnungsmessstreifen, dem dritten Dehnungsmessstreifen und dem vierten Dehnungsmessstreifen ausgewählt werden, zum Abtasten eines Widerstandssignals unter Verwendung von zwei Erfassungseinheiten konfiguriert sein, die aus der ersten Widerstandserfassungseinheit, der zweiten Widerstandserfassungseinheit, der dritten Widerstandserfassungseinheit und der vierten Widerstandserfassungseinheit ausgewählt werden.
-
Nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können zwei Dehnungsmessstreifen, die aus den sechzehn Dehnungsmessstreifen ausgewählt werden, zum Abtasten eines kombinierten Signals unter Verwendung eines schaltenden Typs konfiguriert sein, wobei dadurch ein Widerstandssignal maximiert wird, das zum Messen einer vorbestimmten Kraft erfordert wird, und ein Widerstandssignal minimiert wird, das zum Messen einer vorbestimmten Kraft nicht erfordert wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die oben erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen eindeutiger verständlich, in denen:
-
1 eine beispielhafte Draufsichtansicht ist, die einen Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
2 eine beispielhafte Ansicht ist, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die ein Widerstandssignal eines ersten Dehnungsmessstreifens und eines dritten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung einer ersten Widerstandserfassungseinheit und einer dritten Widerstandserfassungseinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst;
-
3 eine beispielhafte Ansicht ist, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die ein Widerstandssignal eines zweiten Dehnungsmessstreifens und eines vierten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung einer zweiten Widerstandserfassungseinheit und einer vierten Widerstandserfassungseinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst;
-
4 eine beispielhafte Ansicht ist, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die ein Widerstandssignal des zweiten Dehnungsmessstreifens und dritten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der zweiten Widerstandserfassungseinheit und dritten Widerstandserfassungseinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst;
-
5 eine beispielhafte Ansicht ist, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die ein Widerstandssignal des ersten Dehnungsmessstreifens und vierten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der ersten Widerstandserfassungseinheit und vierten Widerstandserfassungseinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst;
-
6 eine beispielhafte Ansicht ist, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die ein Widerstandssignal des ersten Dehnungsmessstreifens und zweiten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der ersten Widerstandserfassungseinheit und zweiten Widerstandserfassungseinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst;
-
7 eine beispielhafte Ansicht ist, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die ein Widerstandssignal des dritten Dehnungsmessstreifens und vierten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der dritten Widerstandserfassungseinheit und vierten Widerstandserfassungseinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst;
-
8 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Zugverformungszustand aufgrund von Kraft in einer Fx-(Fz-)Richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
9 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Druckverformungszustand aufgrund von Kraft in Fx-(Fz-)Richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
10 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Zugverformungszustand aufgrund von Kraft in Fz-Richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
11 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Druckverformungszustand aufgrund von Kraft in Fz-Richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
12 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Zugverformungszustand aufgrund eines Momentes einer Kraft, die in Mx-(My-)Richtung angelegt wird, nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
13 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Druckverformungszustand aufgrund eines Momentes einer Kraft, die in Mx-(My-)Richtung angelegt wird, nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
14 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Zugverformungszustand aufgrund von Kraft in einer Mz-Richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
-
15 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Druckverformungszustand aufgrund von Kraft in Mz-Richtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht; und
-
16 eine beispielhafte Ansicht ist, die ein Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentmessgerät nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Zwar wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben eine Vielzahl von Einheiten zum Durchführen des beispielhaften Prozesses zu verwenden, aber es ist klar, dass die beispielhaften Prozesse auch durch ein Modul oder eine Vielzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zudem ist klar, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist zum Speichern der Module vorgesehen und der Prozessor ist insbesondere zum Ausführen der Module zum Durchführen von einem oder mehreren Prozessen vorgesehen, die weiter unten beschrieben werden.
-
Zudem kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-transitorische computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Datenträger ausgeführt werden, der ausführbare Programmbefehle enthält, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder Ähnliches ausgeführt werden. Beispiele computerlesbarer Datenträger enthalten Festwertspeicher, Direktzugriffsspeicher, Compact-Disc-Festwertspeicher (CD-ROMs), Magnetbänder, Disketten, Flash-Laufwerke, Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das computerlesbare Aufnahmemedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
-
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder” jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
-
Sofern nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck „ca.”, wie hierin verwendet, als innerhalb eines Bereiches einer normalen Toleranz in der Technik, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwertes, zu verstehen. „Ca.” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext klar, sind alle hierin gelieferten numerischen Werte durch den Ausdruck „ca.” modifiziert.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden, in denen die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie wohl jemand mit technischen Fähigkeiten erkennt, können die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen auf viele verschiedene Weisen modifiziert werden ganz ohne von dem Wesen oder Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Zeichnungen und Beschreibung gelten als veranschaulichender Art und nicht beschränkend. Überall in der Beschreibung bezeichnen ähnliche Bezugsnummern ähnliche Elemente.
-
1 ist eine beispielhafte Draufsichtansicht, die einen Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, kann ein Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor 100 des schaltenden Typs ein Sensorsubstrat 10 enthalten, das an einem zu messenden Strukturkörper angebracht ist, eine erste Messeinheit 20 an einer Seite (z. B. eine erste Seite) in Bezug auf einen im Wesentlichen mittleren Abschnitt A des Sensorsubstrates 10 installiert sein und zum Messen einer Dehnung konfiguriert sein, eine zweite Messeinheit 30 auf dem Sensorsubstrat 10 an einer Position installiert sein, die der ersten Messeinheit 20 in Bezug auf den im Wesentlichen mittleren Abschnitt A gegenüberliegt, und zum Messen einer Dehnung konfiguriert sein, eine dritte Messeinheit 40 an einer Position installiert sein, die zu einer Verbindungslinie orthogonal ist, die die erste Messeinheit 20 und zweite Messeinheit 30 verbindet, und zum Messen einer Dehnung konfiguriert sein und eine vierte Messeinheit 60 an einer Position installiert sein, die der dritten Messeinheit 40 in Bezug auf den im Wesentlichen mittleren Abschnitt A gegenüberliegt, und zum Messen einer Dehnung konfiguriert sein.
-
Das Sensorsubstrat 10 kann an einer Messposition installiert sein, an der eine Kraft, ein Drehmoment und Ähnliches gemessen werden können, und ein Siliziumwafer kann als Sensorsubstrat 10 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform angewandt werden. Die erste Messeinheit 20, zweite Messeinheit 30, dritte Messeinheit 40 und vierte Messeinheit 60 können auf dem Sensorsubstrat 10 in Bezug auf den im Wesentlichen mittleren Abschnitt A des Sensorsubstrates 10 radial positioniert sein. Folglich kann das Sensorsubstrat 10 eine orthogonale Form aufweisen, um die erste Messeinheit 20, die zweite Messeinheit 30, die dritte Messeinheit 40 und die vierte Messeinheit 60 radial zu positionieren. Das Sensorsubstrat 10 ist jedoch nicht unbedingt auf die orthogonale Form beschränkt und kann verschiedene Formen aufweisen, wobei Positionen entsprochen wird, an denen das Sensorsubstrat 10 angebracht werden kann.
-
Die erste Messeinheit 20, zweite Messeinheit 30, dritte Messeinheit 40 und vierte Messeinheit 60 können installiert sein, um ungefähr die gleiche Form und gleiche Konfiguration aufzuweisen, und die Dehnungsmesseinheiten 50 mit ungefähr der gleichen Konfiguration können jeweils in den Messeinheiten installiert sein. Die Dehnungsmesseinheit 50 bezieht sich auf einen Abschnitt, an dem der Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform konfiguriert sein kann, um ein(e) Kraft/Drehmoment und Ähnliches an einer Position abzutasten, an der der Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs installiert ist. Die Dehnungsmesseinheit 50 wird in Bezug auf die 2 bis 7 nachstehend genauer beschrieben werden.
-
Die Dehnungsmesseinheit 50 kann einen ersten Dehnungsmessstreifen 51, einen zweiten Dehnungsmessstreifen 53, einen dritten Dehnungsmessstreifen 55 und einen vierten Dehnungsmessstreifen 57 enthalten. Der erste Dehnungsmessstreifen 51 kann mit einer ersten Widerstandserfassungseinheit 51a verbunden sein. Die erste Widerstandserfassungseinheit 51a kann mit dem ersten Dehnungsmessstreifen 51 verbunden sein und zum Abtasten einer Veränderung des Wertes eines Widerstands basierend auf einer Verformung des ersten Dehnungsmessstreifens 51 konfiguriert sein. Der zweite Dehnungsmessstreifen 53 kann an einer Position in der Nähe des ersten Dehnungsmessstreifens 51 angeordnet sein und mit dem ersten Dehnungsmessstreifen 51 über eine erste Signalleitung 52 verbunden sein. Der zweite Dehnungsmessstreifen 53 kann angeordnet sein, um eine im Wesentlichen lange Länge (z. B. eine vorbestimmte Länge) in Horizontalrichtung ähnlich der Länge des ersten Dehnungsmessstreifens 51 aufzuweisen. Eine zweite Widerstandserfassungseinheit 53a kann mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen 53 verbunden sein.
-
Die zweite Widerstandserfassungseinheit 53a kann mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen 53 verbunden sein und zum Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes basierend auf einer Verformung des zweiten Dehnungsmessstreifens 53 konfiguriert sein. Der dritte Dehnungsmessstreifen 55 kann unter dem ersten Dehnungsmessstreifen 51 und in der Nähe des ersten Dehnungsmessstreifens 51 angeordnet sein. Der dritte Dehnungsmessstreifen 55 kann durch eine Zweigleitung 54 verbunden sein, die mit der ersten Signalleitung 52 verbunden ist. Zudem kann eine dritte Widerstandserfassungseinheit 55a mit dem dritten Dehnungsmessstreifen 55 verbunden sein und zum Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes konfiguriert sein.
-
Der vierte Dehnungsmessstreifen 57 kann unter dem dritten Dehnungsmessstreifen 55 und in der Nähe des dritten Dehnungsmessstreifens 55 angeordnet sein. Der vierte Dehnungsmessstreifen 57 kann durch eine zweite Signalleitung 54 verbunden sein, die mit der Zweigleitung 54 verbunden ist. Eine vierte Widerstandserfassungseinheit 57a kann mit dem vierten Dehnungsmessstreifen 57 verbunden sein und zum Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes konfiguriert sein.
-
Wie oben beschrieben wurde, können vier Dehnungsmessstreifen in jeder Messeinheit der ersten Messeinheit 20, zweiten Messeinheit 30, dritten Messeinheit 40 und vierten Messeinheit 60 angeordnet sein. Daher kann der Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor 100 des schaltenden Typs der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zum Abtasten einer Veränderung des Wertes der Kraft/des Drehmoments unter Verwendung von sechzehn Dehnungsmessstreifen konfiguriert sein.
-
Bei der Dehnungsmesseinheit 50 können zwei Dehnungsmessstreifen, die aus dem ersten Dehnungsmessstreifen 51, zweiten Dehnungsmessstreifen 53, dritten Dehnungsmessstreifen 55 und vierten Dehnungsmessstreifen 57 ausgewählt werden, zum Abtasten eines Widerstandssignals unter Verwendung von zwei Erfassungseinheiten konfiguriert sein, die aus der ersten Widerstandserfassungseinheit 51a, zweiten Widerstandserfassungseinheit 53a, dritten Widerstandserfassungseinheit 55a und vierten Widerstandserfassungseinheit 57a ausgewählt werden.
-
Nachstehend wird die zuvor erwähnte Konfiguration in Bezug auf die Zeichnungen genau beschrieben werden.
-
2 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die zum Erfassen eines Widerstandssignals des ersten Dehnungsmessstreifens und dritten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der ersten Widerstandserfassungseinheit und dritten Widerstandserfassungseinheit konfiguriert ist. Wie in 2 veranschaulicht, kann eine Veränderung des Wertes des Widerstands des ersten Dehnungsmessstreifens 51 und des dritten Dehnungsmesssteifens 55 durch Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes durch die erste Widerstandserfassungseinheit 51a und die dritte Widerstandserfassungseinheit 55a abgetastet werden.
-
3 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die zum Erfassen eines Widerstandssignals des zweiten Dehnungsmessstreifens und vierten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der zweiten Widerstandserfassungseinheit und vierten Widerstandserfassungseinheit konfiguriert ist. Wie in 3 veranschaulicht, kann eine Veränderung des Wertes des Widerstands des zweiten Dehnungsmessstreifens 53 und vierten Dehnungsmesssteifens 57 durch Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes durch die zweite Widerstandserfassungseinheit 53a und vierte Widerstandserfassungseinheit 57a abgetastet werden.
-
4 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die zum Erfassen eines Widerstandssignals des zweiten Dehnungsmessstreifens und dritten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der zweiten Widerstandserfassungseinheit und dritten Widerstandserfassungseinheit konfiguriert ist. Wie in 4 veranschaulicht, kann eine Veränderung des Wertes des Widerstands des zweiten Dehnungsmessstreifens 53 und dritten Dehnungsmesssteifens 55 durch Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes durch die zweite Widerstandserfassungseinheit 53a und dritte Widerstandserfassungseinheit 55a abgetastet werden.
-
5 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die zum Erfassen eines Widerstandssignals des ersten Dehnungsmessstreifens und vierten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der ersten Widerstandserfassungseinheit und vierten Widerstandserfassungseinheit konfiguriert ist. Wie in 5 veranschaulicht, kann eine Veränderung des Wertes des Widerstands des ersten Dehnungsmessstreifens 51 und vierten Dehnungsmesssteifens 57 durch Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes durch die erste Widerstandserfassungseinheit 51a und vierte Widerstandserfassungseinheit 57a abgetastet werden.
-
6 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die zum Erfassen eines Widerstandssignals des ersten Dehnungsmessstreifens und der zweiten Messeinheit unter Verwendung der ersten Widerstandserfassungseinheit und zweiten Widerstandserfassungseinheit konfiguriert ist. Wie in 6 veranschaulicht, kann eine Veränderung des Wertes des Widerstands des ersten Dehnungsmessstreifens 51 und zweiten Dehnungsmesssteifens 53 durch Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes durch die erste Widerstandserfassungseinheit 51a und zweite Widerstandserfassungseinheit 53a abgetastet werden.
-
7 ist eine beispielhafte Ansicht, die eine Konfiguration schematisch veranschaulicht, die zum Erfassen eines Widerstandssignals des dritten Dehnungsmessstreifens und vierten Dehnungsmessstreifens unter Verwendung der dritten Widerstandserfassungseinheit und vierten Widerstandserfassungseinheit konfiguriert ist. Wie in 7 veranschaulicht, kann eine Veränderung des Wertes des Widerstands des dritten Dehnungsmessstreifens 55 und vierten Dehnungsmessstreifens 57 durch Abtasten einer Veränderung des Widerstandswertes durch die dritte Widerstanderfassungseinheit 55a und vierte Widerstandserfassungseinheit 57a abgetastet werden.
-
Wie oben beschrieben, kann der Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor 100 des schaltenden Typs der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zum Abtasten eines kombinierten Signals in einem schaltenden Typ durch zwei Dehnungsmessstreifen konfiguriert sein, die aus den sechzehn Dehnungsmessstreifen ausgewählt werden, wobei dadurch ein Widerstandssignal maximiert wird, das zum Messen einer vorbestimmten Kraft verwendet wird, und ein Widerstandssignal minimiert wird, das zum Messen einer vorbestimmten Kraft nicht erforderlich (z. B. unnötig) ist. Zudem werden ungefähr vierzig Dehnungsmesssteifen in der verwandten Technik verwendet, aber bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können die sechzehn Dehnungsmessstreifen verwendet werden, wobei dadurch die Komplexität der Konfiguration reduziert wird.
-
An sich können bei der Dehnungsmesseinheit 50, die in jeder Messeinheit der ersten Messeinheit 20, zweiten Messeinheit 30, dritten Messeinheit 40 und vierten Messeinheit 60 installiert sein kann, sechs kombinierte Signale erfasst werden, wie in den 2 bis 7 veranschaulicht. Daher kann der Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentsensor des schaltenden Typs der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zum Erfassen von vierundzwanzig kombinierten Widerstandssignalen in den vier Messeinheiten 20, 30, 40 und 60 konfiguriert sein.
-
Nachstehend werden ein Zugverformungszustand und ein Druckverformungszustand, die in Fx-, Fy-, Fz-, Mx-, My- und Mz-Richtung angelegt werden, wenn die erste Messeinheit 20, die zweite Messeinheit 30, die dritte Messeinheit 40 und die vierte Messeinheit 60 installiert werden, in Bezug auf die 8 bis 15 und Tabelle 1 genauer beschrieben werden.
-
8 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Zugverformungszustand aufgrund von Kraft in Fx-(Fz-)Richtung schematisch veranschaulicht. Wie in 8 gezeigt, kann eine größere Zugverformung in der ersten Messeinheit 20 als in den anderen Messeinheiten auftreten.
-
9 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Druckverformungszustand aufgrund von Kraft in Fx-(Fy-)Richtung schematisch veranschaulicht. Wie in 9 gezeigt, kann eine größere Druckverformung in der zweiten Messeinheit 30 als in den anderen Messeinheiten auftreten.
-
10 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Zugverformungszustand aufgrund von Kraft in Fz-Richtung schematisch veranschaulicht. Wie in 10 gezeigt, kann eine Zugverformung aufgrund von Kraft in Fz-Richtung in allen Messeneinheiten der ersten Messeinheit 20, zweiten Messeinheit 30, dritten Messeinheit 40 und vierten Messeinheit 60 auftreten.
-
11 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Druckverformungszustand aufgrund von Kraft in Fz-Richtung schematisch veranschaulicht. Wie in 11 gezeigt, kann eine Druckverformung aufgrund von Kraft in Fz-Richtung in allen Messeinheiten der ersten Messeinheit 20, zweiten Messeinheit 30, dritten Messeinheit 40 und vierten Messeinheit 60 auftreten.
-
12 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Zugverformungszustand aufgrund eines Momentes einer Kraft, die in Mx-(My-)Richtung angelegt wird, schematisch veranschaulicht. Wie in 12 gezeigt, tritt eine größere Zugmomentverformung in der ersten Messeinheit 20 als in den anderen Messeinheiten auf.
-
13 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Druckverformungszustand aufgrund eines Momentes einer Kraft, die in Mx-(My-)Richtung angelegt wird, schematisch veranschaulicht. Wie in 13 gezeigt, tritt eine größere Druckmomentverformung in der zweiten Messeinheit 30 als in den anderen Messeinheiten auf.
-
14 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Zugverformungszustand aufgrund von Kraft in Mz-Richtung schematisch veranschaulicht. Wie in 14 gezeigt, kann eine Zugmomentverformung in allen Messeinheiten der ersten Messeinheit 20, zweiten Messeinheit 30, dritten Messeinheit 40 und vierten Messeinheit 60 auftreten.
-
15 ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Druckverformungszustand aufgrund von Kraft in Mz-Richtung schematisch veranschaulicht. Wie in 15 gezeigt, kann eine Druckmomentverformung in allen Messeinheiten der ersten Messeinheit 20, zweiten Messeinheit 30, dritten Messeinheit 40 und vierten Messeinheit 60 auftreten.
-
Wie in den 9 bis 15 veranschaulicht, können indessen die gemessenen Signale der Sechs-Achsen-Kraft in Fx-, Fy-, Fz- Mx-, My- und Mz-Richtung zum Messen von Kraft/Drehmoment durch ein Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentmessgerät 200 des schaltenden Typs konfiguriert sein, das nachstehend beschrieben werden wird.
-
16 ist eine beispielhafte Ansicht, die das Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentmessgerät 200 des schaltenden Typs nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Die gleiche Bezugsnummer in den 1 bis 15 bezieht sich auf das gleiche Element mit der gleichen Funktion. Nachstehend wird eine detaillierte Beschreibung eines Teils mit der gleichen Bezugsnummer ausgelassen werden. Wie in 16 veranschaulicht, kann das Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmomentmessgerät 200 des schaltenden Typs nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Signalspeichereinheit 110 und eine Steuerung 130 enthalten, die zum Kombinieren von Sechs-Achsen-Kraft-/Drehmoment-Messsignalen konfiguriert ist, die in der Signalspeichereinheit 110 gespeichert sind.
-
Die Signalspeichereinheit 110 kann durch die Steuerung 130 ausgeführt werden, um die gemessenen Signale der Sechs-Achsen-Kraft in Fx-, Fy-, Fz-, Mx-, My- und Mz-Richtung, wie in den 9 bis 15 veranschaulicht, zu speichern. Die Steuerung 130 kann zum Empfangen eines Steuersignals konfiguriert sein, das über die Signalspeichereinheit 110 übertragen wird, und kann zum Erfassen einer Kraft in Fx-, Fy-, Fz-, Mx-, My- und Mz-Richtung durch Kombinieren der gemessenen Signale konfiguriert sein. Die zuvor erwähnte Konfiguration wird nachstehend genauer beschrieben werden.
-
Tabelle 1 ist eine beispielhafte Tabelle, die die gemessenen Signale der Dehnungsmesseinheit
50 zeigt, die durch die erste Messeinheit
20, zweite Messeinheit
30, dritte Messeinheit
40 und vierte Messeinheit
60 nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen werden. Tabelle 1
-
In der zuvor erwähnten Tabelle bezieht sich R1 auf einen Zustand eines Abtastsignals von zwei Widerstandserfassungseinheiten der Dehnungsmesseinheit der 2, R2 auf einen Zustand eines Abtastsignals von zwei Widerstandserfassungseinheiten der Dehnungsmesseinheit der 3, R3 auf einen Zustand eines Abtastsignals von zwei Widerstandserfassungseinheiten der Dehnungsmesseinheit der 4, R4 auf einen Zustand eines Abtastsignals von zwei Widerstandserfassungseinheiten der Dehnungsmesseinheit der 5, R5 auf einen Zustand eines Abtastsignals von zwei Widerstandserfassungseinheiten der Dehnungsmesseinheit der 6 und R6 auf einen Zustand eines Abtastsignals von zwei Widerstandserfassungseinheiten der Dehnungsmesseinheit der 7.
-
Ferner bezieht sich '+' auf einen Zustand, in dem eine Dehnung in den zwei Widerstandserfassungseinheiten erhöht ist, '–' auf einen Zustand, in dem eine Dehnung in den zwei Widerstandserfassungseinheiten verringert ist, und '0' auf einen Zustand, in dem die resistive Dehnung (resistive strain) in einer der zwei Widerstandserfassungseinheiten erhöht ist und die resistive Dehnung in der anderen Widerstandserfassungseinheit der zwei Widerstandserfassungseinheiten verringert ist.
-
Komponenten der Kraft können von Widerstandserfassungssignalen, die in der zuvor erwähnten Tabelle 1 gezeigt sind, mit Kombinationen, die in der folgenden Tabelle 2 gezeigt sind, durch die Steuerung
130 abgeleitet werden. Tabelle 2
| | A | B | C | D |
| Fx | R1 + R2 (Erste Messeinheit) | R5 + R6 (Erste Messeinheit) | R1 + R2 (Zweite Messeinheit) | R5 + R6 (Zweite Messeinheit) |
| Fy | R1 + R2 (Vierte Messeinheit) | R5 + R6 (Vierte Messeinheit) | R1 + R2 (Dritte Messeinheit) | R5 + R6 (Dritte Messeinheit) |
| Fz | R3 (Erste Messeinheit) +R3 (Vierte Messeinheit) | R3 (Zweite Messeinheit) +R3 (Dritte Messeinheit) | R1 (Erste Messeinheit) +R1 (Vierte Messeinheit) | R1 (Zweite Messeinheit) +R1 (Dritte Messeinheit) |
| Mx | R1 (Vierte Messeinheit) +R3 (Dritte Messeinheit) | R1 (Vierte Messeinheit) +R3 (Dritte Messeinheit) | R3 (Vierte Messeinheit) +R1 (Dritte Messeinheit) | R3 (Vierte Messeinheit) + Dritte Messeinheit) |
| My | R3 (Erste Messeinheit) +R1 (Zweite Messeinheit) | R3 (Erste Messeinheit) +R1 (Zweite Messeinheit) | R1 (Erste Messeinheit) +R5 (Vierte Messeinheit) | R1 (Erste Messeinheit) +R3 (Zweite Messeinheit) |
| Mz | R6 (Erste Messeinheit) +R6 (Vierte Messeinheit) | R6 (Zweite Messeinheit) +R6 (Dritte Messeinheit) | R5 (Erste Messeinheit) +R5 (Vierte Messeinheit) | R5 (Zweite Messeinheit) +R5 (Dritte Messeinheit) |
-
Wie in Tabelle 2 gezeigt, kann eine Komponente der Kraft, die auf eine vorbestimmte Kraft empfindlich reagiert, durch die Steuerung
130 durch A, B, C und DFMF abgeleitet werden. Ferner kann die Steuerung
130 zum Ableiten von Ausgangssignalen, die in der folgenden Tabelle 3 gezeigt sind, durch Durchführen einer Berechnung von (A + B) – (C + D) für jeweils Fx, Fy, Fz, Mx, My und Mz konfiguriert sein. Tabelle 3
| | Fx | Fy | Fz | Mx | My | Mz |
| Anwenden
von
Fx | 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Anwenden
von
Fy | 0 | 8 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Anwenden
von
Fz | 0 | 0 | 8 | 0 | 0 | 0 |
| Anwenden
von
Mx | 0 | 2 | 0 | 8 | 0 | 0 |
| Anwenden
von
My | –2 | 0 | 0 | 0 | 8 | 0 |
| Anwenden
von
Mz | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 |
-
Wie oben beschrieben wurde, können kombinierte Signale von zwei beliebigen kombinierten Dehnungsmessstreifen auf eine schaltende Weise, die oben beschrieben wurde, durch die Konfiguration der sechzehn Dehnungsmessstreifen erfasst werden, die die erste Messeinheit 20, zweite Messeinheit 30, dritte Messeinheit 40 bzw. vierte Messeinheit 60 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform bilden, wobei dadurch ein Widerstandssignal akkurater abgeleitet wird, das auf eine vorbestimmte Kraft empfindlich reagiert.
-
Wie oben beschrieben wurde, wurde die vorliegende Erfindung in Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform beschrieben, die in den Zeichnungen veranschaulicht ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt und zahlreiche beispielhafte Variationen oder andere beispielhafte Ausführungsformen sind innerhalb des äquivalenten Bereiches der vorliegenden Erfindung durch jemanden mit Fähigkeiten in der Technik möglich, zu der die vorliegende Erfindung gehört.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Sensorsubstrat
- 20
- Erste Messeinheit
- 30
- Zweite Messeinheit
- 40
- Dritte Messeinheit
- 50
- Dehnungsmesseinheit
- 51
- Erster Dehnungsmessstreifen
- 51a
- Erste Widerstandserfassungseinheit
- 53
- Zweiter Dehnungsmessstreifen
- 53a
- Zweite Widerstandserfassungseinheit
- 55
- Dritter Dehnungsmessstreifen
- 55a
- Dritte Widerstandserfassungseinheit
- 57
- Vierter Dehnungsmessstreifen
- 57a
- Vierte Widerstandserfassungseinheit
- 110
- Signalspeichereinheit
- 130
- Steuerung
