JP2000283873A - Device for evaluating impact response of force sensor - Google Patents

Device for evaluating impact response of force sensor

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JP2000283873A
JP2000283873A JP11090983A JP9098399A JP2000283873A JP 2000283873 A JP2000283873 A JP 2000283873A JP 11090983 A JP11090983 A JP 11090983A JP 9098399 A JP9098399 A JP 9098399A JP 2000283873 A JP2000283873 A JP 2000283873A
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movable
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Yusaku Fujii
雄作 藤井
Hiroyuki Fujimoto
弘之 藤本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately obtain a true value of the time integration value of acted force by allowing a movable part supported by the guide part of a direct- acting bearing to collide with a force sensor, and by measuring a true force acted on the force sensor according to speed change during the collision. SOLUTION: An entire movable part (movable part) 3 supported by a guide part 2 of a direct-acting bearing is manually moved, and is allowed to collide with a force sensor 4 fixed to a surface plate 6. The time integration value of force acted on the sensor is measured by a measuring instrument (a light wave interferometer, or the like) 8 for measuring the speed of the movable part 3 before and after collision, a measuring instrument (an automatic collimator, or the like) 9 for measuring the attitude of the movable part 3, and a measuring instrument (the automatic collimator, or the like) 10 for measuring the attitude of a guide part 2. Also, a direct-acting static pressure air bearing is used as the direct-acting bearing. Then, a straight line for connecting the center- of-gravity position of the movable part 3 and a collision point 17 is set in parallel with the movable direction of the direct-acting bearing, thus substituting a time integration value of force given to the force sensor 4 as the speed change of the movable part 3 for measuring, and hence achieving accurate measurement.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は力センサーの衝撃応
答の評価装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for evaluating the impact response of a force sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、破壊試験などの分野において、力
センサーの動的応答性の評価に対する要望が強まってい
る。従来より、力センサーの動的応答評価方法として、
変動力が加わっている環境下での弾性体の歪みを正確に
計測しようとする方法、加振器と分銅の間に力センサー
をセットし分銅の慣性力を既知の変動力として利用しよ
うとする方法などが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in fields such as a destructive test, a demand for evaluation of dynamic response of a force sensor has been increased. Conventionally, as a dynamic response evaluation method of force sensor,
A method to accurately measure the distortion of an elastic body in an environment where a fluctuating force is applied. To set a force sensor between the vibrator and the weight and use the inertia force of the weight as a known fluctuating force. Methods have been proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者で
は、弾性体の歪みを2つの全く異なる方法(歪ゲージと
静電容量変位センサ)で比較測定することにより、系統
誤差要因の排除に努めており、0.001〜100Hzの範囲内で
0.4%の不確かさで測定できるとしている。ただし、動的
な力と静的な力とで、弾性体の変形の様子がヒステリス
などにより変わる可能性など、問題点も残る。
However, in the former, the strain of the elastic body is compared and measured by two completely different methods (a strain gauge and a capacitance displacement sensor) to eliminate the systematic error factor. Within the range of 0.001 to 100Hz
It can be measured with 0.4% uncertainty. However, problems remain, such as the possibility that the state of deformation of the elastic body is changed by hysteresis due to the dynamic force and the static force.

【0004】後者では、力センサー自身をも振動させて
しまうため、センサ自身の慣性力の補正、その他、測定
(校正)環境の違いによる影響、などに問題点がある。
また、衝撃応答のような一発大波的な現象に関して知り
たい場合には、単一周波数の連続した振動における応答
からそれをどこまで予測できるかという問題点も残る。
In the latter case, since the force sensor itself also vibrates, there are problems such as correction of the inertia force of the sensor itself, and other effects due to differences in the measurement (calibration) environment.
Further, when one wants to know about a one-shot large wave phenomenon such as an impact response, there remains a problem of how much the response can be predicted from a response in a continuous vibration of a single frequency.

【0005】一般に、見逃される系統誤差要因、もしく
は、Type-Bの不確かさ要因を排除する為には、可能な限
り様々な方法が、様々な機関・人により試みられるべき
である。力センサーの衝撃応答評価方法の確立過程の途
上にある現状においては、与えられた力積、すなわち、
作用した力の時間積分値、の真値を極めて高精度に知る
ことのできる方法は、力センサーの衝撃応答評価に使え
るだけでなく、各種動的校正方法を衝撃応答に適用する
上での妥当性の評価を行う上で役立ち、産業上のメリッ
トは極めて大きい。
Generally, in order to eliminate the systematic error factor or the Type-B uncertainty factor that is overlooked, various methods should be tried by various organizations and persons as much as possible. At present, in the process of establishing a method for evaluating the impact response of a force sensor, a given impulse,
A method that can determine the true value of the time integrated value of the applied force with extremely high accuracy can be used not only for evaluating the impact response of a force sensor, but also for applying various dynamic calibration methods to the impact response. It is useful for assessing gender and has a great industrial advantage.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、直動軸受のガイド部に支持された可動部
を力センサーに衝突させ、その間の速度変化から、力セ
ンサーに作用した真の力を測定することを特徴とする、
力センサーの衝撃応答の評価装置を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention collides a movable portion supported by a guide portion of a linear motion bearing with a force sensor, and acts on the force sensor from a change in speed during the collision. Measuring the true force of
Provided is a device for evaluating the impact response of a force sensor.

【0007】この力センサーの衝撃応答の評価装置で
は、対向させた2台の衝突装置の可動部を互いに衝突さ
せ、そのときの両者の速度変化より、衝突時に摩擦異常
が発生する条件を調べることができる。
[0007] In this device for evaluating the impact response of a force sensor, the movable parts of two opposing collision devices collide with each other, and a condition under which frictional abnormality occurs at the time of collision is examined based on a change in speed at that time. Can be.

【0008】この力センサーの衝撃応答の評価装置で
は、直動軸受に直動静圧空気軸受を用いてもよい。
In the apparatus for evaluating the impact response of the force sensor, a direct acting static pressure air bearing may be used as the direct acting bearing.

【0009】この力センサーの衝撃応答の評価装置で
は、可動部の重心の位置と衝突点とを結ぶ直線を、直線
軸受けの可動方向と平行に設定してもよい。
In the apparatus for evaluating the impact response of the force sensor, a straight line connecting the position of the center of gravity of the movable part and the collision point may be set in parallel with the movable direction of the linear bearing.

【0010】この力センサーの衝撃応答の評価装置で
は、可動部に平面鏡を取付け、その傾きの変化を姿勢測
定器によりモニターする構成としてもよい。
In the apparatus for evaluating the impact response of the force sensor, a plane mirror may be attached to the movable part, and a change in the inclination may be monitored by a posture measuring device.

【0011】この力センサーの衝撃応答の評価装置は、
リニアアクチュエータにより可動部に所望の初速度を与
えるようにしてもよい。
An apparatus for evaluating the impact response of this force sensor is as follows.
A desired initial speed may be given to the movable part by the linear actuator.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明に係る力センサーの衝撃応
答の評価装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参
照して説明する。図1、2は実施例1を説明する図であ
る。図1の可動方向に垂直な面で切った断面図にあるよ
うに、ガイド部(2)から給気するタイプの直線軸受
(1)を用いた。可動部(3)が数μmの空気膜(2
1)で支持された静圧空気軸受(1)を用いた。可動部
(3)に所望の1cm/sから10cm/sの初速を与
えるために、リニアアクチュエータ(19)を導入して
いる。可動部(3)の質量を11kgとし、衝突点(1
7)において可動部(3)が静止するように、傾斜ステ
ージ(7)の傾きを調節した。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an apparatus for evaluating the impact response of a force sensor according to the present invention. 1 and 2 are diagrams for explaining the first embodiment. As shown in a sectional view taken along a plane perpendicular to the movable direction in FIG. 1, a linear bearing (1) of a type that supplies air from a guide portion (2) was used. The movable part (3) has an air film (2
The static pressure air bearing (1) supported in 1) was used. A linear actuator (19) is introduced to give a desired initial velocity of 1 cm / s to 10 cm / s to the movable part (3). The mass of the movable part (3) is 11 kg, and the collision point (1
In 7), the tilt of the tilt stage (7) was adjusted so that the movable section (3) was stationary.

【0013】衝突の前後における可動部の速度の変化か
ら、可動部(3)に作用した力積、および、力センサ
(4)の受感部(5)に作用した力積を推定する方法に
おいては、2つの速度測定時刻の間に作用する外力の時
間積分量について考慮する必要がある。また、可動部
(3)の加速度から作用力の瞬時値を推定し、これと力
センサーの出力を比較しようとする場合には、ダンパー
(18)の慣性力のほか、そのとき可動部(3)あるい
は力センサーに働いている外力の瞬時値について考慮す
る必要がある。外力として、可動部(3)の運動に伴う
室内空気から受ける空気抵抗、ガイド部(2)と可動部
(3)間に作用する摩擦抵抗などが挙げられるが、特に
後者が支配的となる場合が多い。なお,センサー(4)
の受感部(5)の質量分布,加速度分布による,慣性質
量の影響は力センサー(4)を含めた力計測系側の問題
であり,本実施低ではそれ全体を校正対象とする.
A method for estimating an impulse acting on a movable part (3) and an impulse acting on a sensing part (5) of a force sensor (4) from a change in speed of the movable part before and after a collision. Needs to consider the time integration amount of the external force acting between the two speed measurement times. Further, when an instantaneous value of the acting force is estimated from the acceleration of the movable part (3) and the output of the force sensor is to be compared with the estimated value, the inertia force of the damper (18) and the movable part (3) ) Or the instantaneous value of the external force acting on the force sensor. Examples of the external force include an air resistance received from indoor air due to the movement of the movable portion (3), a frictional resistance acting between the guide portion (2) and the movable portion (3), and the like, particularly when the latter is dominant. There are many. In addition, sensor (4)
The influence of the inertial mass due to the mass distribution and acceleration distribution of the sensing part (5) is a problem on the force measurement system side including the force sensor (4).

【0014】図2に示すような、直動軸受(1)のガイ
ド部(2)に支持された質量がM kgの可動部(3)を手
で動かし適当な初速度を与え、定盤に固定された力セン
サーに衝突させ、衝突前後の速度(v、 v [m/s])
を光波干渉計で測定する。一方、衝突時における力セン
サーの出力Foutの時系列を記録する。直動軸受とし
ては摩擦抵抗の小さいもの、または、その大きさに再現
性があり補正ができるものが好ましい。 摩擦など外力
が無視できる条件下では、可動部の運動量変化M(v-v
)は、可動部が力センサーに与える力積に等しい。
As shown in FIG. 2, a movable portion (3) having a mass of M kg supported by a guide portion (2) of a linear motion bearing (1) is moved by hand to give an appropriate initial speed, and the platen is mounted on a surface plate. collide with a fixed force sensor, before and after the collision velocity (v 1, v 2 [m / s])
Is measured with a light wave interferometer. On the other hand, the time series of the output F out of the force sensor at the time of the collision is recorded. It is preferable that the linear motion bearing has a small frictional resistance, or has a reproducible size and can be corrected. Under conditions where external forces such as friction are negligible, the momentum change M (v 1 -v
2 ) is equal to the impulse given to the force sensor by the movable part.

【0015】ここで、静的な方法、あるいは、前述のよ
うな加振器を用いた方法などの動的な方法で校正された
力センサーの出力の時間積分∫Fout dtと、可動部の
運動量変化として置換測定された真の力積∫Freal
dtとの差分が、その衝突における力センサーの誤差して
知れる。
Here, the time integral ∫F out dt of the output of the force sensor calibrated by a static method or a dynamic method such as a method using a vibrator as described above, True impulse 置換 F real measured displacement as momentum change
The difference from dt is known as the error of the force sensor in the collision.

【0016】衝撃力の時系列の形状は、可動部の質量、
与える初速などの他、力センサー(4)の受感部
(5)、または、可動部(3)の衝突部(17)に取り
付けたダンパー(18)の、形状、材質、大きさなどに
より調節できる。
The shape of the time series of the impact force is the mass of the movable part,
In addition to the initial velocity to be given, adjustment is made by the shape, material, size, etc. of the damper (18) attached to the sensing part (5) of the force sensor (4) or the collision part (17) of the movable part (3). it can.

【0017】また、可動部(3)の加速度αを測定する
ことにより、力の瞬時値をMαとして推定することがで
きる。ダンパーの密度分布および加速度分布を考慮する
ことにより、さらに高精度に力センサー(4)の受感部
(5)に作用する力の瞬時値を推定することができる。
Further, by measuring the acceleration α of the movable part (3), the instantaneous value of the force can be estimated as Mα. By considering the density distribution and the acceleration distribution of the damper, the instantaneous value of the force acting on the sensing part (5) of the force sensor (4) can be estimated with higher accuracy.

【0018】単一周波数で連続した振動を与える加振器
による動的応答校正法では、各周波数、各振幅に対する
振幅変化比、位相変化量が校正結果として与えられる。
そこで得られた力センサー出力Foutの時系列をフー
リエ変換し、それぞれの周波数成分に対して真値を推定
し、それら再合成することにより、力センサーに作用し
た力の真値の時系列を推定することができる。これと、
本方法で高精度に求められる力の時系列との違いを比較
することにより、力センサーの校正方法に内在する問題
点に関する情報が得られる。
In a dynamic response calibration method using a vibrator that gives continuous vibration at a single frequency, an amplitude change ratio and a phase change amount for each frequency and each amplitude are given as calibration results.
The time series of the force sensor output F out obtained therefrom is subjected to a Fourier transform, the true values of the respective frequency components are estimated, and these are recombined to obtain the time series of the true values of the forces acting on the force sensors. Can be estimated. This and
By comparing the difference of the force with the time series required with high accuracy by the present method, information on problems inherent in the calibration method of the force sensor can be obtained.

【0019】衝突時に衝突点で作用する力によるモーメ
ントにより、可動部(3)の姿勢が変化する可能性に対
しては注意する必要がある。その理由は、可動部(3)
とガイド部(2)間の空気膜の形状が変化すると気流の
状態が変化し、上述のような方法で求めた摩擦特性が当
てはまらない状態となる可能性があること、具体的に
は、可動部(3)がガイド部(2)に機械的に接触する
可能性もあることが挙げられる。
It is necessary to pay attention to the possibility that the posture of the movable part (3) changes due to the moment due to the force acting at the collision point at the time of the collision. The reason is that the moving part (3)
When the shape of the air film between the guide and the guide portion (2) changes, the state of the airflow changes, and the friction characteristics obtained by the above-described method may not be applicable. There is a possibility that the part (3) may come into mechanical contact with the guide part (2).

【0020】そこで、後述のように図3に示す実施例2
では、衝突点(17)と可動部(3)の重心を結ぶ直線
が、可動部の運動の方向と平行となるように設定するこ
とにより、衝突において生じる力が可動部(3)の姿勢
変化に及ぼす影響を小さくするようにしている。ただ
し、特にダンパー(18)による衝撃の緩和が小さくし
たい場合、すなわち、衝撃を急峻にしピーク値を大きく
したい場合には、衝突時に衝突点(17)で生じる力の
運動方向以外の成分が無視できない大きさになることが
ある。その場合には、衝突点(17)と可動部(3)の
重心を完全に一致させる構造を取ることが有効である。
例えば、ガイド部を2本に分けるなどして可動部の重心
位置から外し、かつ、可動部を刳り抜きその重心位置に
衝突点(17)を形成する。
Therefore, the second embodiment shown in FIG.
By setting the straight line connecting the collision point (17) and the center of gravity of the movable part (3) to be parallel to the direction of movement of the movable part, the force generated in the collision causes the posture change of the movable part (3). To reduce the effect on However, especially when it is desired to reduce the impact by the damper (18), that is, when it is desired to make the impact steep and increase the peak value, components other than the motion direction of the force generated at the collision point (17) during the collision cannot be ignored. May be large. In that case, it is effective to adopt a structure in which the center of gravity of the collision point (17) and the center of gravity of the movable part (3) are completely matched.
For example, the guide portion is separated from the center of gravity of the movable portion by dividing it into two, and the movable portion is hollowed out to form a collision point (17) at the position of the center of gravity.

【0021】実施例1および実施例2は、可動部(3)
に取付けた平面鏡の傾き変化をオートコリメータ
(9),(10)で測定している。本実施例では可動方
向に垂直な面に鏡を取りつけ、その2自由度の傾きを測
定しているが、可動方向に平行な面にも鏡を取付けて、
可動部(39の剛体としての3自由度の角度すべてを測
定できるようにしてもよい。
In the first and second embodiments, the movable part (3)
The change in the tilt of the plane mirror attached to is measured by the autocollimators (9) and (10). In this embodiment, a mirror is mounted on a plane perpendicular to the movable direction, and the inclination of the two degrees of freedom is measured.
It may be possible to measure all three degrees of freedom of the movable part (39 as a rigid body).

【0022】姿勢測定器(9),(10)としては、平
行光線の被測定物からの反射光を凸レンズで集光し、そ
の焦点面上での光点の変位から傾きを求める原理のオー
トコリメータなどが適当である。光点の面内変位の測定
には、4分割センサーなどを用いてもよい。この実施例
の場合、姿勢が10マイクロラジアン以上変動した場合に
は異常と判定し、衝突点(17)の再設定、ダンパー
(18)の形状、位置の再設定を行うことにしている。
ただし,4分割センサーを用いる場合には,戻り光のク
オリティに十分に注意し,ターゲット以外からの戻り光
が無視できるほど微弱であることを確認する必要があ
る.
The attitude measuring devices (9) and (10) are based on an automatic principle based on the principle of converging parallel light reflected from an object to be measured by a convex lens and calculating the inclination from the displacement of the light spot on the focal plane. A collimator or the like is appropriate. For measuring the in-plane displacement of the light spot, a four-division sensor or the like may be used. In the case of this embodiment, when the posture fluctuates by 10 microradians or more, it is determined to be abnormal, and the collision point (17) is reset and the shape and position of the damper (18) are reset.
However, when using a quadrant sensor, it is necessary to pay close attention to the quality of the return light and to confirm that the return light from sources other than the target is negligible.

【0023】以下、実施例1を例にとって本発明の作用
を説明する。力センサ(4)に与えられる力積、すなわ
ち、力の瞬時値の時間積分値を正確に知ることを可能と
する、力センサーの衝撃応答評価方法である。図1に示
すような、リニアガイドに支持された可動部(質量:M
kg)を手で動かし、定盤に固定された力センサーに衝突
させそこに作用する力積∫F dt [kg m/s]と、衝突前後
の速度(v、 v [m/s])を光波干渉計で測定する。
摩擦抵抗の小さなリニアベアリングとして、静圧空気直
線軸受け“エアスライド”(NTN(株)の登録商品名)を
用いる。摩擦力が無視できる条件下では、可動部の運動
量変化M(v-v)は、可動部が力センサー(4)に与え
る力積∫F dt に等しく、 ∫F dt = M(v-v) [kg m/
s] となる。
The operation of the present invention will be described below with reference to the first embodiment. An impulse response evaluation method for a force sensor, which makes it possible to accurately know the impulse given to the force sensor (4), that is, the time integral of the instantaneous value of the force. A movable part (mass: M) supported by a linear guide as shown in FIG.
kg) by hand and collide with a force sensor fixed to the surface plate, and the impulse ∫F dt [kg m / s] acting on it and the velocity before and after the collision (v 1 , v 2 [m / s] ) Is measured with a light wave interferometer.
As a linear bearing with small frictional resistance, a static pressure air linear bearing "Air Slide" (registered trade name of NTN Corporation) is used. Under the condition where the frictional force is negligible, the momentum change M (v 1 -v 2 ) of the movable part is equal to the impulse ∫F dt given to the force sensor (4) by the movable part, and ∫F dt = M (v 1 -v 2 ) [kg m /
s].

【0024】M=10.955kgでのある衝突実験における、力
センサー(4)に作用した衝撃力の時系列、および、可
動部の速度変化を見てみると、衝突により可動部の運動
エネルギーは約70% 熱エネルギーに変換されているが、
力センサーで計測した力積と光波干渉計で計測した可動
部(3)の運動量は0.5%程度の差で一致した。
Looking at the time series of the impact force acting on the force sensor (4) and the change in the speed of the movable part in a collision experiment with M = 10.955 kg, the kinetic energy of the movable part due to the collision is about 70% converted to heat energy,
The impulse measured by the force sensor and the momentum of the movable part (3) measured by the light wave interferometer coincided with a difference of about 0.5%.

【0025】ここでは、本方法の原理を説明する目的
で、ダンパー(18)として厚み約5mm、断面積約1cm
のスポンジを用い衝撃応答をかなり緩和させ、力センサ
ー(4)の静的特性と動的特性の違いがなるべくでない
ような条件とした。ここでは、力センサーとしては、半
導体歪ゲージを弾性体に張付けた構造のもの(容量9.8
N、 昭和測器(株)製)を用いた。
Here, for the purpose of explaining the principle of the present method, the damper (18) has a thickness of about 5 mm and a sectional area of about 1 cm 2.
The sponge was used to considerably reduce the impact response, and the conditions were such that the difference between the static and dynamic characteristics of the force sensor (4) was minimized. Here, the force sensor has a structure in which a semiconductor strain gauge is attached to an elastic body (capacity 9.8
N, manufactured by Showa Sokki Co., Ltd.).

【0026】使用したエアスライドの静的摩擦特性、お
よび、動的摩擦特性は十分に注意深く評価されるべきで
ある。実施例1の場合、可動部(39に作用する動摩擦
力は可動部速度に比例し、可動部速度が2cm/sの時に動
摩擦抵抗は約10-Nであった。速度に比例することか
ら、衝突の前後での速度測定点が同じであれば、動摩擦
力の時間積分値は行きと帰りで相殺してゼロになる。エ
アスライド(1)のガイド部(2)と可動部(3)の間
に作用する静的な力は、約10-N/mmであった。この静
的な力は、空気膜(21)と通気溝(23)などガイド
部と可動部の間の気流の左右非対称に起因すると考えら
れる。特に、ガイド部の内側に掘られた通気溝の両サイ
ドの圧力差に起因すると考えられる。
The static friction characteristics and dynamic friction characteristics of the used air slide should be evaluated carefully. In the case of Example 1, the dynamic friction force acting on the movable portion (39) was proportional to the speed of the movable portion, and the dynamic frictional resistance was about 10 -3 N when the speed of the movable portion was 2 cm / s. If the speed measurement points before and after the collision are the same, the time integrated value of the dynamic friction force cancels out in the going and returning directions and becomes zero.The guide part (2) and the movable part (3) of the air slide (1) the static force acting between was about 10- 4 N / mm. the static force, airflow between the ventilation grooves (23) such as a guide portion and a movable portion air film (21) It is thought to be caused by the pressure difference between the two sides of the ventilation groove dug inside the guide part.

【0027】傾斜ステージ(7)は、可動部(3)がス
ポンジ(18)にちょうど接する位置において、可動部
(3)が静止する見掛け上の水平な傾斜に設定してあ
る。この時の角度は,シリコンオイル,水銀などの液面
などを用いた水平面をリファレンスとして,オートコリ
メータ(10)により測定される.可動部に作用するこ
の力の接触している時間に渡る時間積分は、約0.00016k
gm/sとなり、これは全運動量変化量の約0.03%に相当す
る。もしも、スポンジを薄くして衝撃応答をより急峻な
ものとすれば、この静的な力による部分は減少する。力
センサー(4)に与えられる力積測定における相対標準
不確かさは、10-よりよいと推定される。
The tilt stage (7) is set to have an apparent horizontal tilt at which the movable section (3) stops at a position where the movable section (3) just contacts the sponge (18). The angle at this time is measured by an autocollimator (10) using a horizontal surface using a liquid surface of silicon oil, mercury or the like as a reference. The time integral over the contact time of this force acting on the moving part is about 0.00016k
gm / s, which corresponds to about 0.03% of the total momentum change. If the sponge is made thinner to make the impact response steeper, the portion due to this static force is reduced. Relative standard uncertainty in impulse measurement given to the force sensor (4) is estimated to be better than 10 3.

【0028】この発明では、動的な力の周波数及び振幅
の任意設定性という観点では劣るものの、力センサー
(4)に与えられる力積を可動部(3)の速度変化とし
て置換測定することにより極めて高精度に測定できると
いう、決定的長所を有している。さらに、測定対象とな
る力センサーは定盤(6)に固定されるという大きな長
所を持つ。この方法は、力センサーの衝撃応答特性の校
正に、また、一般的な動特性評価法を衝撃応答に適用す
る場合の誤差評価に、有効である。
According to the present invention, the impulse applied to the force sensor (4) is replaced and measured as a change in the speed of the movable part (3), although it is inferior from the viewpoint of arbitrary setting of the frequency and amplitude of the dynamic force. It has the decisive advantage of being able to measure with extremely high accuracy. Further, the force sensor to be measured has a great advantage that it is fixed to the surface plate (6). This method is effective for calibrating the impact response characteristics of the force sensor, and for evaluating errors when a general dynamic characteristic evaluation method is applied to the impact response.

【0029】実験では、力センサー(4)に作用した力
積の総量を、衝突前後における可動部(3)の運動量変
化として置換測定した。しかしながら、衝突期間中の可
動部の加速度を測定することにより、力センサー(4)
に作用している力の瞬時値を置換測定することも可能で
ある。さらに高精度に力の瞬時値を推定したい場合、ダ
ンパー内部の慣性質量分布、および、その加速度分布を
考慮しその影響を補正することも考えられる。
In the experiment, the total amount of impulse acting on the force sensor (4) was replaced and measured as the change in the momentum of the movable part (3) before and after the collision. However, by measuring the acceleration of the movable part during the collision period, the force sensor (4)
It is also possible to replace and measure the instantaneous value of the force acting on. When it is desired to estimate the instantaneous value of the force with higher accuracy, it is conceivable to consider the inertial mass distribution inside the damper and its acceleration distribution and correct its influence.

【0030】実際の校正装置デザインにおいては、衝突
点(17)と可動部(3)の重心を結ぶ直線が、可動方
向と平行となるように設定することにより、衝突時にお
ける可動部の姿勢変化を小さく押さえられる。衝突時に
おける可動部の姿勢変化、可動部とガイド部の機械的接
触、それにより生じるガイド部と可動部との間の力の作
用に対しては十分な注意を払う必要がある。
In an actual calibration device design, by setting a straight line connecting the collision point (17) and the center of gravity of the movable part (3) to be parallel to the movable direction, the posture change of the movable part at the time of collision is achieved. Can be kept small. Sufficient attention must be paid to changes in the attitude of the movable part during a collision, mechanical contact between the movable part and the guide part, and the resulting action of the force between the guide part and the movable part.

【0031】可動部(3)の姿勢角度は、運動の状態に
よって、オートコリメータ以外の方法も用いることが出
来る。鏡はオートコリメータの測定光に対して殆ど垂直
である必要があり使用時に、オートコリメータまたは鏡
をかなり正確に、アライメント(光軸合せ)する必要が
あるために、測定環境が安定せず鏡、オートコリメータ
の方向がドリフトしやすい(ズレやすい)場合には、取
り扱いにくい物となってしまう。その場合には、運動方
向に対して垂直の面内に配置された、複数のコーナーキ
ューブプリズムの移動距離を光干渉計で同時に測定し、
その差から角度変化を導出する方法が有利になるであろ
う。
The posture angle of the movable portion (3) can be changed by a method other than the autocollimator, depending on the state of movement. The mirror needs to be almost perpendicular to the measurement light of the autocollimator, and when used, the autocollimator or the mirror needs to be aligned quite accurately (optical axis alignment). If the direction of the autocollimator easily drifts (is easily shifted), it becomes difficult to handle. In that case, the moving distances of a plurality of corner cube prisms arranged in a plane perpendicular to the direction of movement are measured simultaneously by an optical interferometer,
A method of deriving the angle change from the difference would be advantageous.

【0032】移動距離の差をコーナーキューブプリズム
の間隔で割り算した物が、角度変化となる。速度測定に
用いる干渉計を併用することが出来るなどの利点もあ
る。特に急峻な衝撃応答における姿勢変動を測定したい
場合、光波干渉計は高速サンプリングに対応しやすいの
で、複数のコーナーキューブプリズムの相対位置から姿
勢を求める方法は有効である。
An angle change is obtained by dividing the difference in the moving distance by the distance between the corner cube prisms. There is also an advantage that an interferometer used for velocity measurement can be used together. In particular, when it is desired to measure a posture change in a steep shock response, a method of obtaining a posture from the relative positions of a plurality of corner cube prisms is effective because the light wave interferometer easily supports high-speed sampling.

【0033】可動部の速度測定に用いる干渉計を構成す
るコーナーキューブプリズムは、可動部の姿勢変化に対
するサイン誤差(別名アッベ誤差)と呼ばれる測定誤差
を少なくするためには、運動方向に関して被校正力セン
サーと同軸上にあることが望ましい。こうすることによ
ってコサイン誤差のみになり、姿勢変化に極めて強くな
る。
In order to reduce a measurement error called a sine error (also called Abbe error) with respect to a change in the posture of the movable portion, the corner cube prism constituting the interferometer used for measuring the speed of the movable portion has a force to be calibrated in the direction of motion. Desirably it is coaxial with the sensor. By doing so, only the cosine error occurs, and it becomes extremely resistant to a change in posture.

【0034】速度測定に用いる干渉計は高速の場合に
は、ドップラーシフトを測定する物、低速の場合には、
干渉出力の光の明暗の位相を直接読みとる方法が有利と
なる。双方を組み合わせて用い、その信号の状態によ
り、より高精度な信号を選び出しながら用いると、一般
的な場合に応用範囲が広がる。
The interferometer used for velocity measurement measures the Doppler shift at high speeds, and measures the Doppler shift at low speeds.
A method of directly reading the light and dark phases of the light of the interference output is advantageous. If both are used in combination and a signal with higher precision is selected and used depending on the state of the signal, the application range is expanded in a general case.

【0035】次ぎに、図3を用いて実施例2について説
明する。姿勢変化量の許容範囲の探索には、図2のよう
に、互いに対向させ2つの直動軸受(1)、(1')の
可動部(3)、(3')を衝突させ、そのときの両者の
加速度の時系列、運動量の変化量から、摩擦状態の異常
を検知する方法を用いている。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. To search for the allowable range of the posture change amount, as shown in FIG. 2, the movable portions (3) and (3 ′) of the two linear motion bearings (1) and (1 ′) are caused to collide with each other. The method of detecting the abnormality of the frictional state from the time series of the acceleration and the amount of change in the momentum is used.

【0036】衝突点(17),(17’)の位置、ダン
パー(18)の形状,材質,個数、可動部質量、初速な
どを変えて衝突させ、そのときの姿勢変化挙動と、運動
量変化を計測する。通常のやり方で摩擦の影響を補正し
た2つの可動部の運動量の変化量の和が十分に小さくな
い場合、それは姿勢変化による機械的接触が発生したた
めとみなされる。
The positions of the collision points (17) and (17 '), the shape, the material, the number of the dampers (18), the mass of the movable part, the initial velocity, and the like are changed to cause a collision. measure. If the sum of the changes in the momentum of the two movable parts, corrected for the influence of friction in the usual manner, is not sufficiently small, it is considered that mechanical contact has occurred due to a change in posture.

【0037】ダンパー(18)としては、スポンジ、ゴ
ム、紙、プラスチック、バネ、などいろいろな材質、お
よび、構造が適用できる。急峻な衝撃力を微妙に整形し
たい場合には、薄くて堅いダンパーに、ピエゾ素子を直
列に張り付け、衝突期間中にその電圧をコントロールす
る方法も有効である。
As the damper (18), various materials and structures such as sponge, rubber, paper, plastic, and spring can be applied. When it is desired to finely shape a steep impact force, it is also effective to attach a piezo element to a thin and hard damper in series and control the voltage during a collision period.

【0038】また、本実施例では、衝撃力の形の調整は
主としてダンパー(18)で行った。しかし、実際の破
壊試験など力センサーが使われる場面では、一発大波的
な衝撃以外にも、ごく短い時間の間に段階的に違った形
の衝撃力が作用するということもある。そのような場合
に対応するために、可動部を一体型の剛体でなく、弾性
体、機械構造体などの複雑な内部構造を持たせることも
有効である。
In this embodiment, the shape of the impact force is adjusted mainly by the damper (18). However, when a force sensor is used, such as in an actual destructive test, besides a single large-impact impact, a different form of impact force may be applied gradually in a very short time. In order to cope with such a case, it is also effective to provide the movable portion with a complicated internal structure such as an elastic body or a mechanical structure instead of an integral rigid body.

【0039】こうして、衝突により可動部(3)の内部
構造が適当な変形・破壊をするようにして、衝突により
力センサー(4)に作用する力の時系列の形を複雑なも
のとすることができる。こうした場合には、衝突の前と
後とでの定常状態、あるいは、弾性体の場合には振動中
心が分かり、衝突の前後での可動部全体の運動量変化の
総量が分かれば、それが力センサに作用した力積の総量
に等しい。さらに、可動部各部の加速度と慣性力の瞬時
値を見積もることができれば、力センサーに作用する力
の瞬時値についても知ることができる。
In this way, the internal structure of the movable part (3) is appropriately deformed and destroyed by the collision, and the time series of the force acting on the force sensor (4) by the collision is complicated. Can be. In such a case, the steady state before and after the collision, or the center of vibration in the case of an elastic body is known, and if the total amount of change in the momentum of the entire movable part before and after the collision is known, it is the force sensor Equal to the total amount of impulse acting on Furthermore, if the instantaneous value of the acceleration and the inertial force of each part of the movable part can be estimated, the instantaneous value of the force acting on the force sensor can be known.

【0040】自動車など大型構造物のクラッシュ試験に
おいては、構造物全体を直動ベアリング上に乗せて、全
運動量変化を精密測定することにより、それを力センサ
ーで測定した力積と比較することにより、力センサー出
力の誤差を総量において知ることができる。また,本実
施例において,片方または両方の衝突点(17),(1
7’)に力センサーを取付け,衝突時の応答波形を速
度,姿勢などのデータとともに記録することにより,力
センサー(4)が固定されていない場合の応答について
調べることもできる.この場合,力センサーのリード線
(信号線,電源線)を可動部から取り出すに当たって
は,力が掛からないように可動距離に対して十分に弛ま
せるなどの工夫が必要である.あるいは,可動部に増幅
器,送信機装置一式を乗せ,電磁波(電波,赤外線な
ど)により記録装置と繋いでもよい.
In a crash test of a large structure such as an automobile, the entire structure is placed on a linear motion bearing, and the total momentum change is precisely measured and compared with the impulse measured by a force sensor. In addition, the error of the force sensor output can be known in the total amount. In this embodiment, one or both of the collision points (17) and (1)
By attaching a force sensor to 7 ') and recording the response waveform at the time of collision together with data such as speed and attitude, it is possible to examine the response when the force sensor (4) is not fixed. In this case, when taking out the lead wire (signal line, power supply line) of the force sensor from the movable part, it is necessary to take measures such as loosening enough for the movable distance so that no force is applied. Alternatively, an amplifier and a set of transmitter devices may be placed on the movable part and connected to the recording device by electromagnetic waves (radio waves, infrared rays, etc.).

【0041】図4を用いて実施例3について説明する。
この装置の場合、2本の円柱状のガイド部(2)によ
り、直動ガイドされた可動部(3)の重心位置に衝突点
(17)を設けている。これにより、衝突時に発生する
力の可動方向に垂直な成分が、可動部の姿勢変化に寄与
する影響を小さくしている。衝突点と可動部重心位置を
一致させる理由は、衝突時の可動部の姿勢変動を小さく
押さえるためである。
Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
In this device, a collision point (17) is provided at the position of the center of gravity of the movable part (3) guided linearly by two cylindrical guide parts (2). As a result, the influence of the component of the force generated at the time of the collision perpendicular to the movable direction, which contributes to the change in the posture of the movable part, is reduced. The reason for making the collision point coincide with the position of the center of gravity of the movable part is to reduce the fluctuation of the posture of the movable part at the time of collision.

【0042】本装置の製作、使用に当たっては、使用す
る直動軸受(1)の摩擦に関しては、十分に注意を払う
必要がある。この静圧空気軸受(1)の摩擦特性評価法
については印刷工程にある参考文献(Y. Fujii、 H. Fu
jimoto: Measurements of frictional characteristics
of a pneumatic linear bearing、 Meas. Sci. Techno
l.、 Vol.10、 No.5、 pp. 362-366、 1999)に詳しく
記載している。
In the manufacture and use of this device, it is necessary to pay sufficient attention to the friction of the linear motion bearing (1) used. The method for evaluating the frictional characteristics of the hydrostatic air bearing (1) is described in the references (Y. Fujii, H. Fu
jimoto: Measurements of frictional characteristics
of a pneumatic linear bearing, Meas. Sci. Techno
l, Vol. 10, No. 5, pp. 362-366, 1999).

【0043】以下、参考として、実施例1および実施例
2で使用した直動軸受の摩擦特性評価方法について述べ
る。エアスライド(NTN(株))などのリニア空気軸受
は、高精度な運動特性、および、小さな摩擦といった特
徴を有している。エアスライドは左右対称のクエット流
れの空気膜(21)で支持されるため、理想的には静止
摩擦はゼロであり、動摩擦は空気の粘性摩擦抵抗とな
る。しかしながら、実際のエアスライドにおいては、ガ
イド部(2)の傾斜角に、可動部(3)が静止状態を保
つ範囲が存在し、かつ、その中心値は大きな変化をす
る。残念ながら、この摩擦特性に関する文献は見当たら
ない。
Hereinafter, for reference, a method for evaluating the frictional characteristics of the linear motion bearing used in Examples 1 and 2 will be described. Linear air bearings such as an air slide (NTN Corporation) have features such as high-precision motion characteristics and small friction. Since the air slide is supported by the symmetrical air flow (21) of the couette flow, the static friction is ideally zero and the dynamic friction is the viscous frictional resistance of air. However, in an actual air slide, there is a range in which the movable portion (3) keeps the stationary state at the inclination angle of the guide portion (2), and the center value thereof greatly changes. Unfortunately, no literature is available on this frictional property.

【0044】一方、本発明者らは無重力環境下における
質量測定法の研究を行っているが、地上での予備実験に
おいて摩擦の小さな直線運動を実現させる目的で、エア
スライド(1)を利用している。また、本発明者らが提
案している力センサーの衝撃応答評価方法においても、
直動静圧軸受(1)の摩擦特性は極めて重要な要素であ
る。さらに、質量の量子標準化を目指す超伝導磁気浮上
法においては、超伝導浮上体の姿勢変化が大きな問題と
なっており、その安定化のために超伝導直動ベアリング
の導入が検討されている。
On the other hand, the present inventors have been studying a mass measurement method in a zero-gravity environment, and have used an air slide (1) in a preliminary experiment on the ground to realize a linear motion with small friction. ing. Also, in the impact response evaluation method of the force sensor proposed by the present inventors,
The friction characteristics of the linear motion hydrostatic bearing (1) are extremely important factors. Furthermore, in the superconducting magnetic levitation method aiming at the quantum standardization of mass, a change in the attitude of the superconducting levitation is a major problem, and introduction of a superconducting linear motion bearing is being studied for the stabilization.

【0045】そこで、エアスライドに代表される摩擦の
小さな直動軸受(1)の、静的、および、動的な摩擦特
性の計測法として、時間的、空間的に定常な加速度場と
しての重力加速度gを利用する方法を開発した。なお、
超伝導磁気浮上法において導入予定の直動軸受は高真
空、低温(4。2K)環境下で動作する必要があるため、
この摩擦特性評価法をクライオスタット内で行うことも
検討している。
Therefore, as a method for measuring static and dynamic friction characteristics of a linear motion bearing (1) having a small friction represented by an air slide, gravity as a temporally and spatially steady acceleration field is used. A method using acceleration g was developed. In addition,
The linear motion bearing to be introduced in the superconducting magnetic levitation method must operate in a high vacuum, low temperature (4.2K) environment.
We are also considering conducting this frictional property evaluation method in a cryostat.

【0046】ガイド部給気方式の直動静圧軸受“エアス
ライド”(NTN(株)製:可動距離90mm、可動部最大質量2
7kg、無負荷時の設計空気膜圧8mm、空気膜剛性70Nmm
-、ガイド部の真直度0.3mm/100mm)を評価対象とし
た.エアスライドを可変傾斜ステージに乗せ、ステージ
上での位置は目視でスケールより読み取る。スケール上
にX=15mmから75mmまで10mm間隔で5点の測定点を設け、
X=15mmの点を基準点(Position-A)とする。可動部(3)
の速度は光波干渉計で測定する。また、その質量は分銅
の着脱により変えられる(可動部全質量:M=2kg、 6k
g)。
Guide part air supply type linear motion static pressure bearing "Air Slide" (manufactured by NTN Corporation: movable distance 90 mm, maximum mass of movable part 2)
7kg, No load design air film pressure 8mm, air film rigidity 70Nmm
-1 . The straightness of the guide part was 0.3 mm / 100 mm). The air slide is placed on the variable tilt stage, and the position on the stage is visually read from the scale. Five measurement points are provided on the scale at 10 mm intervals from X = 15 mm to 75 mm,
A point at X = 15 mm is set as a reference point (Position-A). Movable part (3)
Is measured with a light wave interferometer. The mass can be changed by attaching and detaching a weight (total mass of movable part: M = 2kg, 6k
g).

【0047】可動部が静止状態を保つガイド部(2)の
傾斜角度の範囲(q min、 q max)を可動部の可
動各位置xにおいて測定した。合計6セットの計測を行
い、各セットにおいてPosition-Aを原点(ゼロ点)とし
た。その中心値q=(q max+q min)/2は、M=2kg
においてX=75mm点では実に150mrad以上となった。真直
度は0.3mm/100mmであることより、qにおいてガイド
部(2)に作用する流体力と重力が釣り合うと考えられ
る。その流体力Mgqの可動部各位置での変化の様子と
して、Position-Aを基準とするとX=75mm点とでは、-3mN
程度の力が作用している。
The guide part (2) in which the movable part keeps the stationary state
Range of tilt angle (qmin, Q max) For movable parts
It was measured at each position x. Measured 6 sets in total
In each set, Position-A is set as the origin (zero point).
Was. Its central value qC= (q max+ qmin) / 2 is M = 2kg
At 150 mmrad at X = 75 mm point. straight
Since the degree is 0.3 mm / 100 mm, qCGuide in
It is thought that the fluid force acting on the part (2) and gravity are balanced
You. The fluid force MgqCThe state of change at each position of the movable part
Then, based on Position-A, at X = 75mm point, -3mN
A degree of force is acting.

【0048】また、可動部(3)の質量による依存性が
小さいことから、この現象は“角度”ではなくて“力”
が本質的なものであると考えられる。この流体力の発生
原因としては、設計上唯一の非対称気流が生じる通機溝
(23)の左右両壁面の圧力差が考えられる。この場
合、力は常に可動部を中心位置X=45mmに向かわせるよう
作用し、先に述べた力の向きと一致する。
Also, since the dependence of the movable part (3) on the mass is small, this phenomenon is not "angle" but "force".
Is considered to be essential. The cause of the generation of the fluid force is considered to be a pressure difference between the left and right wall surfaces of the passage groove (23) in which only asymmetrical air flow occurs in design. In this case, the force always acts to move the movable part toward the center position X = 45 mm, and coincides with the direction of the force described above.

【0049】可動部(3)が静止状態を保つ角度範囲の
半幅q= (q max - q in)/2について
は、 Mgsinqが見かけ上の最大静止摩擦力を表す。
可動部(4)の質量による依存性が小さいことから、
“力”が本質的なものであると考えられる。この静止摩
擦力の発生原因としては、ガイド部と可動部(3)の間
に生じる微細なポテンシャルの凹凸が考えられる。すな
わち、この微細なポテンシャルの谷一つ一つを乗り越え
るのに、ある大きさの力を必要とするということが考え
られる。このポテンシャルの凹凸は,可動部(3)とガ
イド部(4)が空気膜を挟んで互いに接する面内の微小
な凹凸,オイルなどの付着物質の状態によるものと考え
られる.
The movable portion (3) is angular range remains stationary half width q H = - For (q max q m in) / 2, represents the maximum static friction force of the apparent Mgsinq H.
Because the dependence of the movable part (4) on the mass is small,
"Power" is considered to be essential. As a cause of the generation of the static friction force, minute unevenness of potential generated between the guide portion and the movable portion (3) can be considered. That is, it is conceivable that a certain amount of force is required to get over each of these minute potential valleys. The unevenness of the potential is considered to be due to the minute unevenness in the surface where the movable portion (3) and the guide portion (4) are in contact with each other across the air film, and the state of the adhered substance such as oil.

【0050】動的な摩擦特性は、ガイド部(2)の傾斜
設定角度範囲qStage=1-3mradにおいて、ガイド部
上での可動部(3)の自由落下の上りと下りにおける運
動方程式を解くことにより得られる。(上りと下りと
で、動摩擦力の方向は逆、重力の方向は同一であること
を利用する。)ガイド(2)の幾何学的傾斜角度qが小
さいとき、可動部(3)の加速度aを、動摩擦力Fをと
して、 M a = - M g q + F、 となる.
The dynamic friction characteristics are obtained by solving the equations of motion of the movable part (3) on the ascending and descending free fall of the movable part (3) in the inclination setting angle range q Stage = 1-3 mrad of the guide part (2). It can be obtained by: (Use that the direction of the dynamic friction force is opposite and the direction of gravity is the same between the up and down directions.) When the geometric inclination angle q of the guide (2) is small, the acceleration a of the movable portion (3) Let M a = −M gq + F D , where is the dynamic friction force F D.

【0051】動摩擦力Fが、クエット流の粘性摩擦抵
抗FDf に等しいとすると、 mairを空気の粘性係数
として F =FDf = - mair S v/h、
動摩擦力Fは、可動部(3)とガイド部(2)が通気
溝(23)を含む空気膜(21)を挟んで互いに接する
内面表面積S、可動部速度vに比例し、膜圧hに反比例し
たものとなる。
The dynamic friction force F D is, when equal to the viscous frictional resistance F Df of Couette flow, F and m air as the viscosity coefficient of air D = F Df = - m air S v / h,
Dynamic friction force F D is the moving part (3) and guide part (2) is proportional to the inner surface area S, the movable portion velocity v in contact with each other across an air layer (21) comprising a vent groove (23), film thickness h Is inversely proportional to

【0052】登りと降りについて時間平均化(添字:m)
を施すと、 M aup、m = - M g qup、m - |FD、up、m| M adown = - M g qdown、m + |F
D、down、m|、 (2)?式を考慮して、 FD、up、m / FD、down、m = vup、m / v
down、m.
Time averaging for climbing and descending (subscript: m)
When the applied, M a up, m = - M gq up, m - | F D, up, m | M a down = - M gq down, m + | F
D, down, m |, (2)? Considering the formula , FD, up, m / FD, down, m = v up, m / v
down, m .

【0053】登りと降りにおける傾斜角の時間平均は、
ほとんど等しく、qと置ける。従って、上記3つの方
程式は、FD、up、m、FD、down、m、q、の
3つを未知数として解ける。結果は、実験により得られ
た動摩擦力は理論値と一致した。また、同時に求められ
た傾斜角qは、見掛け上の傾斜角(-q )の時間平均
値(-q )とガイド部(2)の設定傾斜角q
Stageの和、((-q ) +qStage)、と一致
した。このことから、可動部静止状態で作用した流体力
Mgqは、可動部(3)が動いているときにも同じ様に
作用することが分かる。
The time average of the inclination angles during climbing and descending is
Almost equal, qmI can put it. Therefore, the above three
The formula is FD, up, m, FD, down, m, Qm,of
Three can be solved as unknowns. The results were obtained by experiment
The kinetic friction force agreed with the theoretical value. Also asked at the same time
Angle of inclination qmIs the apparent tilt angle (-qC ) Time average
Value (-qC )mAnd set inclination angle q of guide part (2)
Stage, ((-QC ) m + qStage), Matches
did. From this, the fluid force acting when the movable part is stationary
MgqCIs the same when the movable part (3) is moving
It turns out to work.

【0054】この方法では、直動静圧空気軸受(1)の
静的、および、動的な摩擦特性の計測に、時間的、空間
的に定常な加速度場としての重力加速度gを利用する。
可動部(3)に作用する力としては、静止摩擦力、動摩
擦力のほか、気流の非対称性により生じる力について
も、考慮する必要がある。
In this method, the gravitational acceleration g as a temporally and spatially steady acceleration field is used for measuring the static and dynamic friction characteristics of the direct-acting static pressure air bearing (1).
As the force acting on the movable portion (3), it is necessary to consider not only the static friction force and the dynamic friction force but also the force generated by the asymmetry of the air flow.

【0055】以上の測定により、ガイド部(2)と可動
部(3)とが空気膜(21)を介して互いに作用させあ
う力を見積もり、それが無視できないほど大きい場合に
は補正する必要がある。一般的に衝突時間が短く、衝突
の前後における速度測定の時間間隔が小さければ、この
摩擦に関する補正は不要である場合が多い。例えば、力
センサー(4)の衝撃応答特性評価の目標精度が0.1%程
度である場合には、この摩擦に関する補正は不要である
場合が多い。
From the above measurements, the force of the guide portion (2) and the movable portion (3) acting on each other via the air film (21) is estimated, and if it is not negligible, it is necessary to correct the force. is there. In general, if the collision time is short and the time interval between the speed measurements before and after the collision is small, it is often unnecessary to correct the friction. For example, when the target accuracy of the impact response characteristic evaluation of the force sensor (4) is about 0.1%, it is often unnecessary to correct the friction.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明により、力センサー(4)に与え
られた力積、すなわち、作用した力の時間積分値、の真
値を極めて高精度に知ることのできる装置を提供するこ
とが可能となった この装置は、力センサー(4)の衝
撃応答評価に使えるだけでなく、各種動的校正方法を衝
撃応答に適用する上での妥当性の評価を行う上で役立
ち、産業上のメリットは極めて大きい。
According to the present invention, it is possible to provide an apparatus which can know the true value of the impulse given to the force sensor (4), that is, the time integral value of the applied force, with extremely high accuracy. This device can be used not only to evaluate the impact response of the force sensor (4), but also to evaluate the validity of applying various dynamic calibration methods to the impact response. Is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1を説明するための図FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の実施例1を説明するための図FIG. 2 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の実施例2を説明するための図FIG. 3 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例3を説明するための図FIG. 4 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直動軸受 2 直動軸受のガイド部 3 直動軸受の可動部全体 4 力センサー 5 力センサーの受感部 6 定盤(台座) 7 可変傾斜ステージ 8 可動部の速度を測定するための測定器(光波干渉計
など) 9 可動部の姿勢を測定するための測定器(オートコリ
メータなど) 10 ガイド部の姿勢を測定するための測定器(オート
コリメータなど) 11 コーナー・キューブ・プリズム(可動部の速度を
測定するための測定点を与える.) 12 傾斜角度を測定するために可動部に取付けられた
平面鏡 13 傾斜角度を測定するためにガイド部に取付けられ
た平面鏡 14 光波干渉計のレーザ光線 15 オートコリメータの平行光線 16 オートコリメータの平行光線 17 可動部に設けられた衝突点 18 ダンパー(可動部上,もしくは,衝突点上に張付
ける) 19 リニアアクチュエータ 20 ガイド部の内部を通る通気管 21 空気膜 22 空気吹き出し口 23 通気溝 24 空気導入口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear bearing 2 Guide part of linear bearing 3 The whole movable part of a linear bearing 4 Force sensor 5 Sensing part of a force sensor 6 Surface plate (pedestal) 7 Variable tilt stage 8 Measurement for measuring the speed of a movable part 9 (Measuring instrument for measuring the attitude of the movable part (such as an autocollimator)) 10 Measuring instrument for measuring the attitude of the guide section (such as an autocollimator) 11 Corner cube prism (movable part) A measurement point for measuring the velocity of the object is given.) 12 A plane mirror attached to the movable part to measure the inclination angle 13 A plane mirror attached to the guide part to measure the inclination angle 14 Laser beam of the light wave interferometer 15 Parallel light beam of autocollimator 16 Parallel light beam of autocollimator 17 Collision point provided on movable part 18 Damper (on movable part or on collision point Attached) 19 linear actuator 20 vent pipe through the interior of the guide portion 21 air film 22 air outlet 23 air groove 24 air inlet openings

フロントページの続き (72)発明者 藤井 雄作 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 藤本 弘之 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院 計量研究所内Continuing from the front page (72) Inventor Yusaku Fujii 1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref., National Institute of Metrology (72) Inventor Hiroyuki Fujimoto 1-1-4, Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref. In the laboratory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直動軸受のガイド部に支持された可
動部を力センサーに衝突させ、その間の速度変化から、
上記力センサーに作用した真の力を測定することを特徴
とする力センサーの衝撃応答の評価装置。
1. A movable portion supported by a guide portion of a linear motion bearing is caused to collide with a force sensor.
An apparatus for evaluating the impact response of a force sensor, wherein a true force acting on the force sensor is measured.
【請求項2】 対向させた2台の衝突装置の可動部
を互いに衝突させ、そのときの両者の速度変化より、衝
突時に摩擦異常が発生する条件を調べることを特徴とす
る請求項1記載の力センサーの衝撃応答の評価装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the movable portions of the two opposing collision devices collide with each other, and a condition under which a friction abnormality occurs at the time of collision is examined based on a change in speed of the two at that time. Evaluation device for impact response of force sensor.
【請求項3】 直動軸受に直動静圧空気軸受を用い
ることを特徴とする請求項1または2記載の力センサー
の衝撃応答の評価装置。
3. The impact response evaluation apparatus for a force sensor according to claim 1, wherein a linear motion static pressure air bearing is used as the linear motion bearing.
【請求項4】 可動部の重心の位置と衝突点とを結
ぶ直線を、直線軸受けの可動方向と平行に設定すること
を特徴とする請求項1または2記載の力センサーの衝撃
応答の評価装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein a straight line connecting the position of the center of gravity of the movable portion and the collision point is set in parallel with the movable direction of the linear bearing. .
【請求項5】 可動部に平面鏡を取付け、その傾き
の変化を姿勢測定器によりモニターすることを特徴とす
る請求項1または2記載の力センサーの衝撃応答の評価
装置。
5. The evaluation device for impact response of a force sensor according to claim 1, wherein a plane mirror is attached to the movable portion, and a change in the inclination is monitored by a posture measuring device.
【請求項6】 リニアアクチュエータにより可動部
に所望の初速度を与えることを特徴とする請求項1また
は2記載の力センサーの衝撃応答の評価装置。
6. The evaluation apparatus for impact response of a force sensor according to claim 1, wherein a desired initial velocity is given to the movable section by a linear actuator.
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