JP2002503800A - 初期設定の機械的調整とこの調整に応じた自動的検定による、変形を測定するための伸び測定センサー - Google Patents
初期設定の機械的調整とこの調整に応じた自動的検定による、変形を測定するための伸び測定センサーInfo
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Abstract
(57)【要約】
薄板上に設置され位置づけられた測定ゲージ(2,23)を備えた変形自在な金属薄板(1,22)を備えた測定対象となる応力が発生する機械装置に取り付けられる伸び測定センサ。前記薄板(1,22)は内部で力が発生する機械装置と接続された2つの担持部品(4,5,20)を介して与えられ伝達される伸張と圧縮の機械的変形を感知する。センサは、センサの薄板の担持部品(4,5,20)間に、較正の間設置される機械的固定フランジ(31)を備える。
Description
【0001】 発明の分野 センサは量またはパラメータの名称で通常示される、物理現象の測定を可能に
する要素である。センサはこれらの量またはパラメータの状態または変化を電気
信号の形で示す。したがってセンサは、それらが使用されるプロセスの進行、続
いてその静的および動的挙動を知ることを可能にする。
する要素である。センサはこれらの量またはパラメータの状態または変化を電気
信号の形で示す。したがってセンサは、それらが使用されるプロセスの進行、続
いてその静的および動的挙動を知ることを可能にする。
【0002】 先行技術の説明 センサは今日広く普及し、あらゆる活動分野で使用されている。主なものだけ
を挙げても、温度、圧力、位置、高さ、などが測定できる。専門家の著作やカタ
ログがセンサの動作とその用途を説明している。これらのカタログによって、物
理量のどのような状態にセンサが対応する電気信号の値を出力するかを知ること
ができる。この場合、変換尺度という表現が用いられるが、それは物理量と電気
信号の間に一貫した関係があることを意味する。例えば、圧力センサを考えると
、ある圧力の値がセンサに導入されると、一つの電気信号の値を電圧または電流
の形で得ることができる。
を挙げても、温度、圧力、位置、高さ、などが測定できる。専門家の著作やカタ
ログがセンサの動作とその用途を説明している。これらのカタログによって、物
理量のどのような状態にセンサが対応する電気信号の値を出力するかを知ること
ができる。この場合、変換尺度という表現が用いられるが、それは物理量と電気
信号の間に一貫した関係があることを意味する。例えば、圧力センサを考えると
、ある圧力の値がセンサに導入されると、一つの電気信号の値を電圧または電流
の形で得ることができる。
【0003】 物理および、利用できる電気および電子技術の分野に応じて、センサの考案お
よび製作は多少易しくなる。センサの製作と使用の難易度によってそのコスト、
用途分野、またその結果その市場が決定される。
よび製作は多少易しくなる。センサの製作と使用の難易度によってそのコスト、
用途分野、またその結果その市場が決定される。
【0004】 センサによっては、その性質、および物理的パラメータがアクセス可能である
方法に関係する理由のために、実現が容易でないものもある。力を測定するため
のセンサの場合、金属部品内に発生する力を測定することは原理的には確かに容
易であるが、この力を捉えることは経済的には容易ではない。
方法に関係する理由のために、実現が容易でないものもある。力を測定するため
のセンサの場合、金属部品内に発生する力を測定することは原理的には確かに容
易であるが、この力を捉えることは経済的には容易ではない。
【0005】 金属部品に加えられた力の測定は、牽引、圧縮、捻れなどの機械的力の作用、
および/またはこれらの力の作用の一体となった組み合わせを受けた材料の変形
を一般的に基礎としている。
および/またはこれらの力の作用の一体となった組み合わせを受けた材料の変形
を一般的に基礎としている。
【0006】 作用する力に応じた変形の大きさによって勾配が、すなわち基本変形を評価す
る精度が決定される。したがって、部品に加えられた力に応じてミクロンまたは
ミリメートル単位の変形の対応の法則を知ることが根本である。
る精度が決定される。したがって、部品に加えられた力に応じてミクロンまたは
ミリメートル単位の変形の対応の法則を知ることが根本である。
【0007】 勾配は使用された材料の強度の数学的分析によって決定され、部品の図面に従
って、該強度に完成品のシミュレーションを組み合わせ、力に対する変形の対応
の法則を確立しなければならない。
って、該強度に完成品のシミュレーションを組み合わせ、力に対する変形の対応
の法則を確立しなければならない。
【0008】 もちろんこれは困難なことであるというのはすぐに分かり、というのも部品の
材料および形状の多様性を考えると、勾配全体を知ることは容易でないからであ
る。それぞれの部品はそれぞれ特別なケースであり、力または変形を測定するた
めのセンサを使用するにはいくつかの規則を遵守しなければならない。力が発生
する正確な場所、これらの力の合力によって生じる最大、最小変形がどの程度か
を正確に知る必要がある。
材料および形状の多様性を考えると、勾配全体を知ることは容易でないからであ
る。それぞれの部品はそれぞれ特別なケースであり、力または変形を測定するた
めのセンサを使用するにはいくつかの規則を遵守しなければならない。力が発生
する正確な場所、これらの力の合力によって生じる最大、最小変形がどの程度か
を正確に知る必要がある。
【0009】 一度これらの要素が知られると、いくつかの構成要素と技術が部品内に発生す
る変形を表す電気信号を得ることを可能にする。それは、その磁場内での運動が
部品の変形と関連して電気信号を決定する材料または強磁性構成要素の粒度配向
の変化の測定を可能にする、応力ゲージ型の構成要素、圧抵抗性、容量性要素、
光学装置、などである。
る変形を表す電気信号を得ることを可能にする。それは、その磁場内での運動が
部品の変形と関連して電気信号を決定する材料または強磁性構成要素の粒度配向
の変化の測定を可能にする、応力ゲージ型の構成要素、圧抵抗性、容量性要素、
光学装置、などである。
【0010】 今日、これらの構成部品は周知であり、利用されているが、機械装置にそれら
を導入するのは容易ではなく、センサを設置したとき、または交換したときは、
情報の値の再現性があまり正確ではない。たいていの場合は、センサを再検定し
、ゼロ点と目盛りという電気信号の値を調節することが必要になる。
を導入するのは容易ではなく、センサを設置したとき、または交換したときは、
情報の値の再現性があまり正確ではない。たいていの場合は、センサを再検定し
、ゼロ点と目盛りという電気信号の値を調節することが必要になる。
【0011】 力を測定するためのセンサは主として2つの方法で使用される。
【0012】 最初の方法は、応力ゲージで構成したブリッジを変形発生場所に張り付けるこ
とから成る。この場合、信号の値は部品上のゲージブリッジの位置と向きの正確
さ、ならびにゲージブリッジが部品と関連づけられた圧力値の均一性に大きく関
連している。その性格上、応力ゲージブリッジは部品内の力が発生する場所に対
する精密な機械的位置付けを用いる可能性を与えない。よって、抵抗応力ゲージ
ブリッジの信号は、例えば、方程式R=p L/Sで決定され、この式において
Rはゲージブリッジを構成する導体の伸張および断面積に応じて変化する抵抗の
値、pは抵抗器を構成する材料の抵抗率、Lは導体の長さ、Sは断面積である。
LおよびSの値はゲージブリッジの設置方法に応じて変わることが可能である。
これは、圧抵抗性または容量性その他の技術が何であろうと、機械的状態がその
ままの、中または大きな寸法の部品上に、ゲージを直接設置する場合、ブリッジ
について言えることである。
とから成る。この場合、信号の値は部品上のゲージブリッジの位置と向きの正確
さ、ならびにゲージブリッジが部品と関連づけられた圧力値の均一性に大きく関
連している。その性格上、応力ゲージブリッジは部品内の力が発生する場所に対
する精密な機械的位置付けを用いる可能性を与えない。よって、抵抗応力ゲージ
ブリッジの信号は、例えば、方程式R=p L/Sで決定され、この式において
Rはゲージブリッジを構成する導体の伸張および断面積に応じて変化する抵抗の
値、pは抵抗器を構成する材料の抵抗率、Lは導体の長さ、Sは断面積である。
LおよびSの値はゲージブリッジの設置方法に応じて変わることが可能である。
これは、圧抵抗性または容量性その他の技術が何であろうと、機械的状態がその
ままの、中または大きな寸法の部品上に、ゲージを直接設置する場合、ブリッジ
について言えることである。
【0013】 第二の方法は、1997年2月26日出願の、カナダ特許出願第219853
7号に記載のごとく、特性がわかっている金属薄板上にゲージブリッジを張り付
けること、例えば抵抗ブリッジを使用したときにブリッジの要素の抵抗の変動に
対する薄板の機械的変形の関係の再現性をそれによって保証すること、ついで、
力が発生する機械装置に薄板を取り付けることから成る。この場合の問題は、薄
板の材料が機械装置を構成する材料と必ずしも同じ性質のものではないというこ
と、および機械装置への薄板取り付けの適合は、物理量と製造の際に検定された
電気信号の間の対応の信頼性を確保しながら機械的環境にセンサを設置するため
の障害となる。したがって、力から電気信号への力学的変換尺度を最適化するた
めにはセンサの取り付けを考慮に入れる必要がある。
7号に記載のごとく、特性がわかっている金属薄板上にゲージブリッジを張り付
けること、例えば抵抗ブリッジを使用したときにブリッジの要素の抵抗の変動に
対する薄板の機械的変形の関係の再現性をそれによって保証すること、ついで、
力が発生する機械装置に薄板を取り付けることから成る。この場合の問題は、薄
板の材料が機械装置を構成する材料と必ずしも同じ性質のものではないというこ
と、および機械装置への薄板取り付けの適合は、物理量と製造の際に検定された
電気信号の間の対応の信頼性を確保しながら機械的環境にセンサを設置するため
の障害となる。したがって、力から電気信号への力学的変換尺度を最適化するた
めにはセンサの取り付けを考慮に入れる必要がある。
【0014】 発明の目的 これらの制約を考慮に入れて、上述の問題の解消を試みることおよび、機械部
品とセンサとの間の関係をできる限り正確にする。
品とセンサとの間の関係をできる限り正確にする。
【0015】 本発明では伸び測定を力測定手段と考える。測定する装置内にセンサを設置す
ること、および再現性を得ることを可能にする方法を記載する。
ること、および再現性を得ることを可能にする方法を記載する。
【0016】 発明の概略 反復性は、センサが受ける変形の関係の再現性と、センサが発生する電気信号
の再現性である。この反復性には測定される受容部品の変形の対応法則がセンサ
内部の薄板の変形と対応していること、およびセンサの初期調整およびその変換
段階の調節が、したがって、受容部品への取り付けの前後で整合していることが
条件となる。
の再現性である。この反復性には測定される受容部品の変形の対応法則がセンサ
内部の薄板の変形と対応していること、およびセンサの初期調整およびその変換
段階の調節が、したがって、受容部品への取り付けの前後で整合していることが
条件となる。
【0017】 例えば、MultiDyn社は既存の文献に記載されているようなゲージブリ
ッジを取り付けた薄板の、2つの担持部品を備えたセンサを市販している。機械
装置にセンサを取り付けるときに、センサ内に発生した変形は薄板担持部品に伝
わり、それが薄板の伸張または圧縮を引き起こす。これはゲージブリッジ内でブ
リッジの分岐を構成する部品の抵抗の変化、したがって、ブリッジ端子の電気信
号の変化となって現れる。製造の際に確定したセンサの較正曲線はこのためにゆ
がみ、現場で再度検定する必要が生じるが、それをもって物理量と電気信号の対
応の信頼性を保証することはできず、取り付け時間とコストが増大する。
ッジを取り付けた薄板の、2つの担持部品を備えたセンサを市販している。機械
装置にセンサを取り付けるときに、センサ内に発生した変形は薄板担持部品に伝
わり、それが薄板の伸張または圧縮を引き起こす。これはゲージブリッジ内でブ
リッジの分岐を構成する部品の抵抗の変化、したがって、ブリッジ端子の電気信
号の変化となって現れる。製造の際に確定したセンサの較正曲線はこのためにゆ
がみ、現場で再度検定する必要が生じるが、それをもって物理量と電気信号の対
応の信頼性を保証することはできず、取り付け時間とコストが増大する。
【0018】 本発明はこれらの伸び測定計の全てのタイプに有利に代わることが可能で、応
力、トルクセンサとして、また場合によっては移動センサとして使用することが
できる。
力、トルクセンサとして、また場合によっては移動センサとして使用することが
できる。
【0019】 以上が、本発明が代わることのできる既存のセンサの主たる問題点である。こ
れらの伸張測定装置のいくつもが特定のタイプの用途に適合しているが、どれも
欠点がある。測定される構造に直接張り付け、または溶接した抵抗ゲージはきわ
めて信頼性が高く、正確である。しかしながらその直接設置は実験室の仕事であ
り、細心の注意と、多大なコストを払わない限り不可能であり、そのため通常の
測定では、より設置が容易な試験体の上に通常固定される。表面処理の有無を問
わず、構造の「外部の」観察手段、例えば、光弾性測定計、モアレ、ひび割れラ
ッカー、ホログラフィー、X線回折などはどちらかといえば実験室での応力分析
技術である。
れらの伸張測定装置のいくつもが特定のタイプの用途に適合しているが、どれも
欠点がある。測定される構造に直接張り付け、または溶接した抵抗ゲージはきわ
めて信頼性が高く、正確である。しかしながらその直接設置は実験室の仕事であ
り、細心の注意と、多大なコストを払わない限り不可能であり、そのため通常の
測定では、より設置が容易な試験体の上に通常固定される。表面処理の有無を問
わず、構造の「外部の」観察手段、例えば、光弾性測定計、モアレ、ひび割れラ
ッカー、ホログラフィー、X線回折などはどちらかといえば実験室での応力分析
技術である。
【0020】 構造要素に代わる、あるいは応力伝達点に介在させたゲージを備えた試験体は
きわめて高価であり、設置が困難であり、しばしば構造を弱くする。構造に固定
した試験体は一般的に剛性が大きく、アバットメントに対する応力が極めて高く
、構造に対する影響が大きくなる可能性がある。摺動は防止が困難であり、リセ
ットや、ヒステリシスなどの大きな誤差を招く。機械的伸び測定計は設置が困難
であり、強度がなく、高価である。圧電センサは圧縮のときしか作動せず、高い
圧力を必要とし、取り付けが複雑である。くわえて、動的信号しか考慮に入れら
れない。最後に、圧電抵抗センサは壊れやすく(ケイ素のセル)温度に大きく左
右される。
きわめて高価であり、設置が困難であり、しばしば構造を弱くする。構造に固定
した試験体は一般的に剛性が大きく、アバットメントに対する応力が極めて高く
、構造に対する影響が大きくなる可能性がある。摺動は防止が困難であり、リセ
ットや、ヒステリシスなどの大きな誤差を招く。機械的伸び測定計は設置が困難
であり、強度がなく、高価である。圧電センサは圧縮のときしか作動せず、高い
圧力を必要とし、取り付けが複雑である。くわえて、動的信号しか考慮に入れら
れない。最後に、圧電抵抗センサは壊れやすく(ケイ素のセル)温度に大きく左
右される。
【0021】 本発明の目的は、検定台でセンサを較正するときから機械装置への取り付けま
での間、固定金属板担持部品を維持することによって上述の問題を解決すること
である。
での間、固定金属板担持部品を維持することによって上述の問題を解決すること
である。
【0022】 本発明は、担持部品の軸の間の数値を機械的に変動させてオフセットとゲイン
を調節し、ついで曲線の線形性の調節が得られたら、既知の数値に対応する電気
信号の値についてオフセットを調節し、ストラップを用いて恒久的機械装置によ
って自由度を固定することから成る。ストラップは金属、複合またはポリマー材
料のフィルムで構成され、担持部品の間に配置される。それは台上の較正から、
接着、溶接、などの既知の従来の工業的方法による機械装置上へのセンサの取り
付けまで調節を保存する。センサと機械装置が結合されたとき、したがって厳密
に一体になったとき、ストラップを破断し、それによって取り付けの際の調節な
しに調整が保証される。ストラップの破断によってセンサの作動を開始させるこ
とができる。
を調節し、ついで曲線の線形性の調節が得られたら、既知の数値に対応する電気
信号の値についてオフセットを調節し、ストラップを用いて恒久的機械装置によ
って自由度を固定することから成る。ストラップは金属、複合またはポリマー材
料のフィルムで構成され、担持部品の間に配置される。それは台上の較正から、
接着、溶接、などの既知の従来の工業的方法による機械装置上へのセンサの取り
付けまで調節を保存する。センサと機械装置が結合されたとき、したがって厳密
に一体になったとき、ストラップを破断し、それによって取り付けの際の調節な
しに調整が保証される。ストラップの破断によってセンサの作動を開始させるこ
とができる。
【0023】 今日存在する他のすべての装置に対するこの装置の改良点は、優れた精度と信
頼性を損なわずに、設置が容易になり、コストが削減されることである。くわえ
て、堅牢、可搬、再使用可能であり、機械的変動の影響を受けにくい。
頼性を損なわずに、設置が容易になり、コストが削減されることである。くわえ
て、堅牢、可搬、再使用可能であり、機械的変動の影響を受けにくい。
【0024】 本発明のもう一つの実施態様によれば、伸張測定センサは、測定される機械装
置と一体に固定することのできる2つのアバットメントと、弾性のある薄板が座
屈によってたわみ状態に維持された2つのアバットメントの間にその末端が均衡
当接した弾性のある薄板と、機械装置内の断面を決定するためにアバットメント
の移動に起因する弾性のある薄板の変形を測定するための手段とを含んでいる。
置と一体に固定することのできる2つのアバットメントと、弾性のある薄板が座
屈によってたわみ状態に維持された2つのアバットメントの間にその末端が均衡
当接した弾性のある薄板と、機械装置内の断面を決定するためにアバットメント
の移動に起因する弾性のある薄板の変形を測定するための手段とを含んでいる。
【0025】 図面の簡単な説明 以下に、付属の図面を参照して本発明による装置を、参考かつ非制限的な例と
して、詳しく説明する。
して、詳しく説明する。
【0026】 図1は上にゲージブリッジが設置された薄板の立面図である。
【0027】 図2は薄板の斜視図である。
【0028】 図3は回路図である。
【0029】 図4はセンサが制動台に取り付けられた際に出力する電気信号を示す図表であ
る。
る。
【0030】 図5はゲージブリッジと固定ストラップを備えた薄板の立面図である。
【0031】 図6はアバットメントによって保持された座屈した薄板の立面図である。
【0032】 図6aは試作品として用いられた金属板の平面図である。
【0033】 図7は薄板の支点の図である。
【0034】 図8は装置の立面図である。
【0035】 図9は図8の線9−9に沿った断面図である。
【0036】 図10は薄板を除き、一部切り取った装置の上面の部分断面図である。
【0037】 図11は側面の一つの図である。
【0038】 図12は破断可能なプレートを備えた装置の中心断面図である。
【0039】 図13は破断板を備えた側面の一つの立面図である。
【0040】 図14は熱補償の原理図である。
【0041】 図15はホール効果センサを補足した装置の立面図である。
【0042】 発明の推奨実施態様の詳細な説明
【0043】 センサ(図1)の説明によって、本発明をよりよく理解できる。センサはその
上に抵抗性、ピエゾ抵抗性、容量性その他の半導体のゲージブリッジ2が設置さ
れた薄板1によって構成される。ブリッジの位置、そして接着膜3が要素1と2
の一体化を可能にする。薄板の端は担持部品4と5を備えている。変形自在な軟
質6がゲージブリッジと、ゲージブリッジ2から出力された信号の増幅電子装置
7の保護を保証する。ゲージブリッジと電子装置の間の連結は当該技術の規則に
従って導体によって実現される。
上に抵抗性、ピエゾ抵抗性、容量性その他の半導体のゲージブリッジ2が設置さ
れた薄板1によって構成される。ブリッジの位置、そして接着膜3が要素1と2
の一体化を可能にする。薄板の端は担持部品4と5を備えている。変形自在な軟
質6がゲージブリッジと、ゲージブリッジ2から出力された信号の増幅電子装置
7の保護を保証する。ゲージブリッジと電子装置の間の連結は当該技術の規則に
従って導体によって実現される。
【0044】 増幅電子装置は担持部品4と5の中に組み込まれ、情報はコネクタ9を備えた
導体8によってセンサの外に出力される。接続ポイントは3または4である。情
報はまた、用途分野によっては、モトローラ社またはSGSトムソンによって製
造されたようなものなどの追加の通信モジュールを増幅電子装置7のモジュール
に追加すると、無線波、マイクロ波、などの伝達手段を用いて出力することもで
きる。
導体8によってセンサの外に出力される。接続ポイントは3または4である。情
報はまた、用途分野によっては、モトローラ社またはSGSトムソンによって製
造されたようなものなどの追加の通信モジュールを増幅電子装置7のモジュール
に追加すると、無線波、マイクロ波、などの伝達手段を用いて出力することもで
きる。
【0045】 センサの動作は次の通りである。薄板は図2の図面に従った薄板を意味する。
それぞれのゲージで測定された変形はe=6Fl/Eae.eの形であり、ここ
で F:加えられた力 e:薄板の厚み ε:変形 l:ゲージ力距離 a:薄板の幅 E:ヤング率
それぞれのゲージで測定された変形はe=6Fl/Eae.eの形であり、ここ
で F:加えられた力 e:薄板の厚み ε:変形 l:ゲージ力距離 a:薄板の幅 E:ヤング率
【0046】 変形は図3の図面に従うゲージの抵抗の変動を決定する。ブリッジの端子で測
定した電圧は次の法則に従う。 De=E/4(DR1/R1−DR2/R2+DR3/R3− DR4 /R4) R1とR3 ゲージは引っぱりで作動 R2とR4 ゲージは圧縮で作動
定した電圧は次の法則に従う。 De=E/4(DR1/R1−DR2/R2+DR3/R3− DR4 /R4) R1とR3 ゲージは引っぱりで作動 R2とR4 ゲージは圧縮で作動
【0047】 ブリッジの隣接する分岐線のゲージが反対方向に作動し、および対向する分岐
のゲージが同一方向に作動し、全ての抵抗変動が加算されることを選択すること
も可能である。この場合、 De=E/4(DR1/R1+DR2/R2+DR3/R3+DR4/R4)
=KE/4 Dl/l Eはブリッジ励起電圧 K ゲージ係数 Dl/l 4つのゲージの総変形。
のゲージが同一方向に作動し、全ての抵抗変動が加算されることを選択すること
も可能である。この場合、 De=E/4(DR1/R1+DR2/R2+DR3/R3+DR4/R4)
=KE/4 Dl/l Eはブリッジ励起電圧 K ゲージ係数 Dl/l 4つのゲージの総変形。
【0048】 ゲージはWishay N2A 06 T006Q 350二重ゲージである
。
。
【0049】 信号Deは、入力信号増幅器内に取り付けられたバー・ブラウン社のアナログ
式構成部品である回路1B31Anのポイント1と2に接続される。増幅ゲイン
の調節は回路のポイント3と4の間に取り付けられた可変抵抗器によって保証さ
れ、オフセットの調節は、正負の2つの基準電圧の間で給電され、その中点が端
子11上に入る調節自在な抵抗分割ブリッジの調節によって保証される。増幅さ
れた信号は回路の端子14に与えられる。基準連続変換回路TUC12215が
増幅回路とゲージブリッジに給電する。
式構成部品である回路1B31Anのポイント1と2に接続される。増幅ゲイン
の調節は回路のポイント3と4の間に取り付けられた可変抵抗器によって保証さ
れ、オフセットの調節は、正負の2つの基準電圧の間で給電され、その中点が端
子11上に入る調節自在な抵抗分割ブリッジの調節によって保証される。増幅さ
れた信号は回路の端子14に与えられる。基準連続変換回路TUC12215が
増幅回路とゲージブリッジに給電する。
【0050】 本発明による方法の基本的機能の詳細な説明 実施は、一つのセンサを採り、担持部品4と5の間で締め付け道具を使って圧
縮を行うことから成る。締め付け道具の位置は調節プロセスの制御コンピュータ
によって操作される位置自動装置によって制御される。薄板は締め付けまたは弛
緩の応力に応じて変形し、ゲージブリッジ2はそれぞれの締め付け値によって電
子回路によって増幅された信号を発信する。2つの締め付け点は圧縮力を再現し
、オフセット調節に、ついで電子回路のゲインに作用してオフセットと曲線の線
形性を調節し、それによって点A.B.C.D(図4)を得ることを可能にする
。つぎに、点A(図4)に対応する電気信号の値を得るようにベースとなる値v
1を得るために、最小締め付け力がセンサに加えられる。所望の曲線が得られた
ときに、ベースとなる値で固定ストラップを実現する。そのストラップを備えた
センサは図5に示した。
縮を行うことから成る。締め付け道具の位置は調節プロセスの制御コンピュータ
によって操作される位置自動装置によって制御される。薄板は締め付けまたは弛
緩の応力に応じて変形し、ゲージブリッジ2はそれぞれの締め付け値によって電
子回路によって増幅された信号を発信する。2つの締め付け点は圧縮力を再現し
、オフセット調節に、ついで電子回路のゲインに作用してオフセットと曲線の線
形性を調節し、それによって点A.B.C.D(図4)を得ることを可能にする
。つぎに、点A(図4)に対応する電気信号の値を得るようにベースとなる値v
1を得るために、最小締め付け力がセンサに加えられる。所望の曲線が得られた
ときに、ベースとなる値で固定ストラップを実現する。そのストラップを備えた
センサは図5に示した。
【0051】 この調節は担持部品の間の恒久的距離を決定するストラップによって実施され
る。したがって、機械装置に取り付ける前の薄板の圧縮または伸張率は一定であ
る。ストラップの寸法はセンサを台上に調節する間に、常に等しい電気信号値v
1を得ることを可能にする薄板の、ほぼ常に等しい、きわめて小さな伸張に対応
する長さL1に決定される。接着方法は、例えば、機械装置上のセンサの固定を
保証することができる。2つの要素が互いに溶接されたとき、あるいは機械装置
とセンサの間に摺動の可能性がなくなったとき、ストラップは切断されセンサは
その機能を保証することができる。ストラップはセンサ設置後の電気信号の値v
1の信頼性を保証する。本発明の目的は、自動的に機械装置の上に容易に設置す
ることが可能で、かつ同一の機械装置について同じ電気信号が得られることを保
証する伸び測定センサを製造することである。この方法は数多くの用途分野、と
くにブレーキ内の制動力を測定するためのセンサの設置に関するものである。
る。したがって、機械装置に取り付ける前の薄板の圧縮または伸張率は一定であ
る。ストラップの寸法はセンサを台上に調節する間に、常に等しい電気信号値v
1を得ることを可能にする薄板の、ほぼ常に等しい、きわめて小さな伸張に対応
する長さL1に決定される。接着方法は、例えば、機械装置上のセンサの固定を
保証することができる。2つの要素が互いに溶接されたとき、あるいは機械装置
とセンサの間に摺動の可能性がなくなったとき、ストラップは切断されセンサは
その機能を保証することができる。ストラップはセンサ設置後の電気信号の値v
1の信頼性を保証する。本発明の目的は、自動的に機械装置の上に容易に設置す
ることが可能で、かつ同一の機械装置について同じ電気信号が得られることを保
証する伸び測定センサを製造することである。この方法は数多くの用途分野、と
くにブレーキ内の制動力を測定するためのセンサの設置に関するものである。
【0052】 図6に示したセンサは本発明をよりよく理解するための別の実施例を表してい
る。主要要素は初期湾曲の有無を問わず、弾性材料製の薄い薄板22で構成され
る。薄板は図6aに示した。材料は、例えば、チタン合金(TA6U)またはア
ルミニウム(7075)とすることができる。この薄板はその長手方向軸に沿っ
て2つのアバットメント20の間に挟まれる。この2つのアバットメントは、座
屈によって薄板をたわんだ状態に均衡に維持する(このためには、差L47−L
48が表面最大伸張を超えるので、2つのアバットメントの間の長さL48が薄
板の初期長さL1よりわずかに短かいだけでよい)。
る。主要要素は初期湾曲の有無を問わず、弾性材料製の薄い薄板22で構成され
る。薄板は図6aに示した。材料は、例えば、チタン合金(TA6U)またはア
ルミニウム(7075)とすることができる。この薄板はその長手方向軸に沿っ
て2つのアバットメント20の間に挟まれる。この2つのアバットメントは、座
屈によって薄板をたわんだ状態に均衡に維持する(このためには、差L47−L
48が表面最大伸張を超えるので、2つのアバットメントの間の長さL48が薄
板の初期長さL1よりわずかに短かいだけでよい)。
【0053】 均衡維持を実現するために、アバットメント20は、連接部の一方25がxと
yで固定され回転自在であり、他方26がyで固定されxで自由である図7にで
きる限り近い形にして、移動の自由なもう一方の端での移動を測定可能にしなけ
ればならない。アバットメントは3つの仕方で実現できる。その第一は図6のよ
うに部品内に直接アバットメントを作ることであり、第二は図8のように部品に
アバットメントをネジ止めするか接着することであり、最後は固定点に応力をか
けないように弾性が低い材料でアバットメントを相互に連結することである。
yで固定され回転自在であり、他方26がyで固定されxで自由である図7にで
きる限り近い形にして、移動の自由なもう一方の端での移動を測定可能にしなけ
ればならない。アバットメントは3つの仕方で実現できる。その第一は図6のよ
うに部品内に直接アバットメントを作ることであり、第二は図8のように部品に
アバットメントをネジ止めするか接着することであり、最後は固定点に応力をか
けないように弾性が低い材料でアバットメントを相互に連結することである。
【0054】 アバットメント20の間の長さL0の伸縮が薄板のたわみを引き起こす。好適
には薄板22の中央で、接着剤の薄い層24またはその他の方法で付けたゲージ
ブリッジ23は、先行技術で周知のように、薄板22が受けた変形の測定を可能
にする。このゲージブリッジ23は抵抗性、ピエゾ抵抗性圧電、容量性、その他
の半導体式とすることができる。
には薄板22の中央で、接着剤の薄い層24またはその他の方法で付けたゲージ
ブリッジ23は、先行技術で周知のように、薄板22が受けた変形の測定を可能
にする。このゲージブリッジ23は抵抗性、ピエゾ抵抗性圧電、容量性、その他
の半導体式とすることができる。
【0055】 ゲージブリッジ23(図8)は、薄板22の上方に位置づけられ、かつ十分な
間隔で薄板から隔設された電子部品28の担持部品27に接続されている。担持
部品27は20上に当接する。つぎに増幅電子装置28は情報を装置の外部に導
くことを可能にするコネクタ30によって導体29に接続される。薄板22の上
下を問わず、使えるゲージブリッジは一つだけである。もっと費用をかければ、
4つのゲージブリッジを薄板のそれぞれの面に2つずつ分配して、もっと高い感
度を得ることができる。
間隔で薄板から隔設された電子部品28の担持部品27に接続されている。担持
部品27は20上に当接する。つぎに増幅電子装置28は情報を装置の外部に導
くことを可能にするコネクタ30によって導体29に接続される。薄板22の上
下を問わず、使えるゲージブリッジは一つだけである。もっと費用をかければ、
4つのゲージブリッジを薄板のそれぞれの面に2つずつ分配して、もっと高い感
度を得ることができる。
【0056】 この装置の主要な特徴は簡単な設置を可能にすることである、なぜなら部品に
固定する前に初期ゼロをプリセットできるからである。この場合、図8から11
に示したような取り付けを使用しなければならない。ストラップまたは保護カバ
ー31が付け加えられる。保護カバー31は十分な剛性を有し、2本の固定ネジ
21,アバットメント20に対する2つの傾いた外面33を有する。保護カバー
31の下面とアバットメント20の上面の間にわずかな遊び34がある。
固定する前に初期ゼロをプリセットできるからである。この場合、図8から11
に示したような取り付けを使用しなければならない。ストラップまたは保護カバ
ー31が付け加えられる。保護カバー31は十分な剛性を有し、2本の固定ネジ
21,アバットメント20に対する2つの傾いた外面33を有する。保護カバー
31の下面とアバットメント20の上面の間にわずかな遊び34がある。
【0057】 測定対象機器の上に装置を設置する前に、保護カバー31は薄板22とアバッ
トメント20を保護しながら取り付けの全ての部品を一緒に保持することができ
る。固定ネジ21は保護カバー31をアバットメント20に連結して初期ゼロの
固定を可能にする。測定対象表面に装置の下面が接着されると、固定ネジ21は
引き抜かれる。このとき保護カバー31はV字溝内で斜面33を自由に摺動でき
る。このとき、保護カバー31は乱れと、薄板22の不用意な操作に対する保護
の役割だけを果たす。自由に移動できるので、アバットメント20には新たな応
力は発生せず、装置は観察対象部品の応力を確かに測定できる。
トメント20を保護しながら取り付けの全ての部品を一緒に保持することができ
る。固定ネジ21は保護カバー31をアバットメント20に連結して初期ゼロの
固定を可能にする。測定対象表面に装置の下面が接着されると、固定ネジ21は
引き抜かれる。このとき保護カバー31はV字溝内で斜面33を自由に摺動でき
る。このとき、保護カバー31は乱れと、薄板22の不用意な操作に対する保護
の役割だけを果たす。自由に移動できるので、アバットメント20には新たな応
力は発生せず、装置は観察対象部品の応力を確かに測定できる。
【0058】 ゼロ固定は保持することがもっとも困難な制約の一つである。実際、機械的に
は非常にわずかな遊びであり、獲得するのにかなり高く付く1/100mmの緩
みは、測定範囲の1/2または3/4になる。較正、ゼロ固定、センサ設置、ゼ
ロ固定解除などの作業全体は1マイクロメートル未満の誤差で実現しなければな
らない。その原理は、設置および締め付け/弛緩の応力によって発生する薄板の
支えアバットメントの運動をなくすことにある。OzとOxに沿った回転はアバ
ットメントの上面をカバー31の下面に当接させることで除去される。この当接
は固定ネジ21によって保証される。寸法の公差を除く、通常の平行性と平坦性
の公差だけで精度を確保するのに十分である。Oyに沿った回転はアバットメン
トの側面上と保護カバー31の側面の内部に傾斜面33があることで固定される
。実際、上述の理由から、遊びを持つ単なる調整では信用できない。これらの面
は上面の直前に接触するので、回転運動が阻止される。つぎに側面の弾性が上面
との接触を可能にする。作動している間、ネジが緩みおよび/または引き抜かれ
ると、覆いはV字溝内で自由になる。
は非常にわずかな遊びであり、獲得するのにかなり高く付く1/100mmの緩
みは、測定範囲の1/2または3/4になる。較正、ゼロ固定、センサ設置、ゼ
ロ固定解除などの作業全体は1マイクロメートル未満の誤差で実現しなければな
らない。その原理は、設置および締め付け/弛緩の応力によって発生する薄板の
支えアバットメントの運動をなくすことにある。OzとOxに沿った回転はアバ
ットメントの上面をカバー31の下面に当接させることで除去される。この当接
は固定ネジ21によって保証される。寸法の公差を除く、通常の平行性と平坦性
の公差だけで精度を確保するのに十分である。Oyに沿った回転はアバットメン
トの側面上と保護カバー31の側面の内部に傾斜面33があることで固定される
。実際、上述の理由から、遊びを持つ単なる調整では信用できない。これらの面
は上面の直前に接触するので、回転運動が阻止される。つぎに側面の弾性が上面
との接触を可能にする。作動している間、ネジが緩みおよび/または引き抜かれ
ると、覆いはV字溝内で自由になる。
【0059】 全ての伸び測量計と同様に、後者は温度に応じてそれ自体の膨張と配備された
構造の膨張を受ける。この膨張はゲージに信号を発生させる。多くの場合、この
信号は不所望であり、測定対象現象による信号だけを保存するために除去しなけ
ればならない。現在、いかなる伸び測定計も、温度に応じてその固有抵抗率特性
値を操作して自動熱補償を実施することはできない。本発明の装置においては、
薄板の均衡維持により、図14に記載の原理に従ってこの不所望の膨張を容易に
相殺することができる。
構造の膨張を受ける。この膨張はゲージに信号を発生させる。多くの場合、この
信号は不所望であり、測定対象現象による信号だけを保存するために除去しなけ
ればならない。現在、いかなる伸び測定計も、温度に応じてその固有抵抗率特性
値を操作して自動熱補償を実施することはできない。本発明の装置においては、
薄板の均衡維持により、図14に記載の原理に従ってこの不所望の膨張を容易に
相殺することができる。
【0060】 次のように仮定する: L0=支点間距離 L1=薄板自由長さ L2=基枝膨張長さ L3=薄板支え3の自由膨張長さ L4=薄板支え4の自由膨張長さ α1=薄膨張係数 α2=基枝膨張係数 α3=支点アバットメント3膨張係数 α4=支点アバットメント4膨張係数 △L0(△T)=(α1+1)*L1*△Tのとき、完全なブリッジに配置さ
れたゲージは薄板の自然膨張を相殺し、信号は全く記録されない。
れたゲージは薄板の自然膨張を相殺し、信号は全く記録されない。
【0061】 △L0(T)=α*△T*L1なので、センサと表面の間の膨張差を平衡させ
るにはα2*L2−(α3*L3+α4*L4)=α1*L1で十分である。残
りの補償は、ホイートストンブリッジ内に直列または並列に配置した抵抗、また
はデジタル装置によって実現することができる。
るにはα2*L2−(α3*L3+α4*L4)=α1*L1で十分である。残
りの補償は、ホイートストンブリッジ内に直列または並列に配置した抵抗、また
はデジタル装置によって実現することができる。
【0062】 薄板を短くしてセンサ感度を上げたい場合、アバットメントにかかる応力の9
9%を示す座屈臨界応力が装置の精度およびゼロ調節精度に悪影響を与えるほど
の比率で上昇するおそれがある。一つの解決法はアバットメントを保持するバネ
によってアバットメントを押し戻そうとする薄板の応力を平衡させることである
。これによって固定点に対する合力はしたがって、応力の差を超えない。この平
衡バネを実現するきわめて安価な方法は、アバットメント結合部品と同時にセン
サの骨組みの役割も果たす、複製型プラスチックの、あるいは例えば、チタンや
アルミニウムなどの他の材料のフレーム40を使用することである(図10参照
)。フレーム40は4つの縦の柱廊41と上部の横架材42で構成される。柱廊
41はそれらの上部横架材42の中心部分によって接続される。該横架材は板バ
ネの役割を果たす。柱廊の断面にくわえて、切込み43の深さと材料(強化また
はそうでないプラスチック、金属、など)の弾性率を変更することによって横架
材の自由長さを変えることによってこのバネの堅さを調整することが可能である
。
9%を示す座屈臨界応力が装置の精度およびゼロ調節精度に悪影響を与えるほど
の比率で上昇するおそれがある。一つの解決法はアバットメントを保持するバネ
によってアバットメントを押し戻そうとする薄板の応力を平衡させることである
。これによって固定点に対する合力はしたがって、応力の差を超えない。この平
衡バネを実現するきわめて安価な方法は、アバットメント結合部品と同時にセン
サの骨組みの役割も果たす、複製型プラスチックの、あるいは例えば、チタンや
アルミニウムなどの他の材料のフレーム40を使用することである(図10参照
)。フレーム40は4つの縦の柱廊41と上部の横架材42で構成される。柱廊
41はそれらの上部横架材42の中心部分によって接続される。該横架材は板バ
ネの役割を果たす。柱廊の断面にくわえて、切込み43の深さと材料(強化また
はそうでないプラスチック、金属、など)の弾性率を変更することによって横架
材の自由長さを変えることによってこのバネの堅さを調整することが可能である
。
【0063】 以下に、図8から11に図示した単一成型のセンサの作動過程を説明する。第
一の過程は薄板の取付けと維持である。取り付けの際に、センサは薄板22の座
屈応力とフレーム40の剛性に比例した伸長を受ける。薄板とフレームの応力は
所与の伸長について均衡し、薄板をその位置に維持する。つぎに、初期作動点の
プリセットを行わなければならない。アバットメント20は、固定ネジ21を緩
めて、薄板22の所望のプレストレス値まで高い精度で互いに対してそれらを移
動することを可能にする較正台の上に固定される。このとき、そのプリセットを
維持しなければならない。ネジ21は所定のトルク値で締め付けられる。このよ
うにして、2つのアバットメント20は保護カバー31に対して固定され、薄板
は所望のゼロ値に完全に維持される。
一の過程は薄板の取付けと維持である。取り付けの際に、センサは薄板22の座
屈応力とフレーム40の剛性に比例した伸長を受ける。薄板とフレームの応力は
所与の伸長について均衡し、薄板をその位置に維持する。つぎに、初期作動点の
プリセットを行わなければならない。アバットメント20は、固定ネジ21を緩
めて、薄板22の所望のプレストレス値まで高い精度で互いに対してそれらを移
動することを可能にする較正台の上に固定される。このとき、そのプリセットを
維持しなければならない。ネジ21は所定のトルク値で締め付けられる。このよ
うにして、2つのアバットメント20は保護カバー31に対して固定され、薄板
は所望のゼロ値に完全に維持される。
【0064】 最後に配備すべき部品上に全てをに設置する。2つのアバットメントは配備す
べき表面に(13ページの10行目から20行目に記載のごとく)恒久的に接着
、溶接またはネジ止めされる。一度固定が確実になると、ネジ32が引き抜かれ
、センサはプリセット値から作動する用意ができる。フレーム40の堅さは組立
の際に薄板を維持するのに十分であるが、作動の間、固定点に小さな応力しかか
けないように計算される。
べき表面に(13ページの10行目から20行目に記載のごとく)恒久的に接着
、溶接またはネジ止めされる。一度固定が確実になると、ネジ32が引き抜かれ
、センサはプリセット値から作動する用意ができる。フレーム40の堅さは組立
の際に薄板を維持するのに十分であるが、作動の間、固定点に小さな応力しかか
けないように計算される。
【0065】 発明者がその発明を実施するために推奨する仕方は、センサの特性を変更し、
異なる測定を可能にするために若干変更することができる。例えば、以下のよう
な方法で薄板のパラメータを変更することができる。薄板22の厚みを増すと、
より大きな応力への感度が増す。大きな移動のためのコンスタントで小さい応力
には長い薄板が、または小さな変形の測定における高い感度のためには短い薄板
が用いられる。薄板の幅を減らすと、アバットメントに対する応力が減少する。
同じ薄板で軸間を増すと、感度が増す。薄板に初期塑性変形を与えることによっ
て座屈による不安定な均衡という問題を解決することが可能である。
異なる測定を可能にするために若干変更することができる。例えば、以下のよう
な方法で薄板のパラメータを変更することができる。薄板22の厚みを増すと、
より大きな応力への感度が増す。大きな移動のためのコンスタントで小さい応力
には長い薄板が、または小さな変形の測定における高い感度のためには短い薄板
が用いられる。薄板の幅を減らすと、アバットメントに対する応力が減少する。
同じ薄板で軸間を増すと、感度が増す。薄板に初期塑性変形を与えることによっ
て座屈による不安定な均衡という問題を解決することが可能である。
【0066】 さらにゲージブリッジ23を、(図15のような)ホール効果センサまたは光
学センサなどの、異なる装置に代えることも可能である。薄板22がそのコイル
52に接近または遠ざかるときにホール効果センサは、多かれ少なかれ励磁した
電磁石のように作用する。薄板にかかる変形を捕捉するために選択された仕方に
かかわらず、装置の外部と通信するために、この信号は電気パルスに変換しなけ
ればならない。
学センサなどの、異なる装置に代えることも可能である。薄板22がそのコイル
52に接近または遠ざかるときにホール効果センサは、多かれ少なかれ励磁した
電磁石のように作用する。薄板にかかる変形を捕捉するために選択された仕方に
かかわらず、装置の外部と通信するために、この信号は電気パルスに変換しなけ
ればならない。
【0067】 機器の保護カバー31を若干変更することによって、その較正を現場で実施す
ることも可能である。アバットメント20の一つは保護カバー31上の外面によ
って縦方向アバットメントになる。相対するアバットメントは薄板に所望の応力
値が得られるまで、(図示されていない)ネジによって押される。
ることも可能である。アバットメント20の一つは保護カバー31上の外面によ
って縦方向アバットメントになる。相対するアバットメントは薄板に所望の応力
値が得られるまで、(図示されていない)ネジによって押される。
【0068】 ゼロを固定するために、破壊可能な棒を用いることができる。図12および1
3はこの方法を示している。発明者はガラスおよび陶器などのもろく十分に固い
材料で実現した2つのプレート35を用いるだろう。必要に応じて、破断点を作
るために一つまたは複数の切込み36が作られる。最後に、センサがその支点面
37に押しつけられ、少なくともその一つが薄板の変形を実現するために移動す
る薄板22の支点面に完全に平行なその面38によって案内されるように、調整
台はきわめて正確な移動を可能にしなければならない。この原理の操作方法は以
下の通りである。センサはその面37によって固定され、その面38によって案
内され、後者の一方が固定基準の、他方が移動基準の役割を果たす。薄板22は
面38の移動によって所望の位置に移動される。つぎに面39によって,プレー
ト35をアバットメント20に接着する。一度接着剤が固まると、プレート35
はセンサをプレストレス位置に維持し、およびそれを台から外すことが可能であ
る。つぎにセンサをその面37によって測定する部品に固定する。固定が実現し
たら、ペンチまたは衝撃によってプレート35を破壊して、センサを解放し、そ
の作動を可能にする。
3はこの方法を示している。発明者はガラスおよび陶器などのもろく十分に固い
材料で実現した2つのプレート35を用いるだろう。必要に応じて、破断点を作
るために一つまたは複数の切込み36が作られる。最後に、センサがその支点面
37に押しつけられ、少なくともその一つが薄板の変形を実現するために移動す
る薄板22の支点面に完全に平行なその面38によって案内されるように、調整
台はきわめて正確な移動を可能にしなければならない。この原理の操作方法は以
下の通りである。センサはその面37によって固定され、その面38によって案
内され、後者の一方が固定基準の、他方が移動基準の役割を果たす。薄板22は
面38の移動によって所望の位置に移動される。つぎに面39によって,プレー
ト35をアバットメント20に接着する。一度接着剤が固まると、プレート35
はセンサをプレストレス位置に維持し、およびそれを台から外すことが可能であ
る。つぎにセンサをその面37によって測定する部品に固定する。固定が実現し
たら、ペンチまたは衝撃によってプレート35を破壊して、センサを解放し、そ
の作動を可能にする。
【0069】 この方法は、使用した基本原理に関するいくつかの利点がある。最初の利点は
アバットメントにわずかな応力を与える均衡座屈の使用である。座屈の後、薄板
はもはや引っ張り圧縮ではなく撓んで作用するということから、アバットメント
に対する応力は大幅に減少する。25*5*0.3ミリの薄板および0.02m
mの移動の場合、応力は252Nから33.7Nになる。くわえて、引っ張り薄
板の場合、固定点の摺動を避けるためにこの寸法の薄板を正確に固定することは
不可能であり(測定感度は0.03マイクロメートル程度)、薄板を恒久的に変
形させてしまうような応力集中を容易に発生しうる。装置の利点は固定点にモー
メントが全くなく、応力がより小さいことで、それによって装置は接着に適した
ものになる、というのも接着剤は一般的にせん断には強く、応力は測定範囲でほ
ぼ一定であり、それによって広い測定範囲において特性が保証されるからである
。
アバットメントにわずかな応力を与える均衡座屈の使用である。座屈の後、薄板
はもはや引っ張り圧縮ではなく撓んで作用するということから、アバットメント
に対する応力は大幅に減少する。25*5*0.3ミリの薄板および0.02m
mの移動の場合、応力は252Nから33.7Nになる。くわえて、引っ張り薄
板の場合、固定点の摺動を避けるためにこの寸法の薄板を正確に固定することは
不可能であり(測定感度は0.03マイクロメートル程度)、薄板を恒久的に変
形させてしまうような応力集中を容易に発生しうる。装置の利点は固定点にモー
メントが全くなく、応力がより小さいことで、それによって装置は接着に適した
ものになる、というのも接着剤は一般的にせん断には強く、応力は測定範囲でほ
ぼ一定であり、それによって広い測定範囲において特性が保証されるからである
。
【0070】 均衡座屈非常に優れたゼロ復帰および低いヒステリシスも可能にする。あらゆ
る固定システムにおいて、応力がある閾値を超えたとき、摺動が発生する。復帰
の際に、システムの弾性復帰力が摩擦応力より小さく、システムは新しいゼロ平
衡位置を取る。この影響はサイクルごとに生じるので、応力が方向を変えたとき
はゼロ点が次第にずれる、あるいは不確実性が高くなる。本発明の場合、応力は
その値が小さく、かなり一定しているので、全測定範囲で同じ方向に常に向けら
れ、常に存在し、そのことがゼロ点の摺動可能性を最小にすることを保証する。
る固定システムにおいて、応力がある閾値を超えたとき、摺動が発生する。復帰
の際に、システムの弾性復帰力が摩擦応力より小さく、システムは新しいゼロ平
衡位置を取る。この影響はサイクルごとに生じるので、応力が方向を変えたとき
はゼロ点が次第にずれる、あるいは不確実性が高くなる。本発明の場合、応力は
その値が小さく、かなり一定しているので、全測定範囲で同じ方向に常に向けら
れ、常に存在し、そのことがゼロ点の摺動可能性を最小にすることを保証する。
【図1】 図1は上にゲージブリッジが設置された金属板の立面図である。
【図2】 図2は金属板の斜視図である。
【図3】 図3は回路図である。
【図4】 図4はセンサが制動台に取り付けられた際に出力する電気信号を示す図表であ
る。
る。
【図5】 図5はゲージブリッジと固定ストラップを備えた金属板の立面図である。
【図6】 図6はアバットメントによって保持された座屈した金属板の立面図である。図
6aは試作品として用いられた金属板の平面図である。
6aは試作品として用いられた金属板の平面図である。
【図7】 図7は薄板の支点の図である。
【図8】 図8は装置の立面図である。
【図9】 図9は図8の線9−9に沿った断面図である。
【図10】 図10は薄板を除き、一部切り取った装置の上面の部分断面図である。
【図11】 図11は側面の一つの図である。
【図12】 図12は破断可能なプレートを備えた装置の中心断面図である。
【図13】 図13は破断板を備えた側面の一つの立面図である。
【図14】 図14は熱/温度補正の原理図である。
【図15】 図15はホール効果センサを補足した装置の立面図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成11年9月7日(1999.9.7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0040
【補正方法】変更
【補正内容】
【0040】 図14は熱補償の原理図である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0041
【補正方法】変更
【補正内容】
【0041】 図15はホール効果センサを補足した装置の立面図である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0042
【補正方法】変更
【補正内容】
【0042】 発明の推奨実施態様の詳細な説明
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0043
【補正方法】変更
【補正内容】
【0043】 センサ(図1)の説明によって、本発明をよりよく理解できる。センサはその
上に抵抗性、ピエゾ抵抗性、容量性その他の半導体のゲージブリッジ2が設置さ
れた薄板1によって構成される。ブリッジの位置、そして接着膜3が要素1と2
の一体化を可能にする。薄板の端は担持部品4と5を備えている。変形自在な軟
質6がゲージブリッジと、ゲージブリッジ2から出力された信号の増幅電子装置
7の保護を保証する。ゲージブリッジと電子装置の間の連結は当該技術の規則に
従って導体によって実現される。
上に抵抗性、ピエゾ抵抗性、容量性その他の半導体のゲージブリッジ2が設置さ
れた薄板1によって構成される。ブリッジの位置、そして接着膜3が要素1と2
の一体化を可能にする。薄板の端は担持部品4と5を備えている。変形自在な軟
質6がゲージブリッジと、ゲージブリッジ2から出力された信号の増幅電子装置
7の保護を保証する。ゲージブリッジと電子装置の間の連結は当該技術の規則に
従って導体によって実現される。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0044
【補正方法】変更
【補正内容】
【0044】 増幅電子装置は担持部品4と5の中に組み込まれ、情報はコネクタ9を備えた
導体8によってセンサの外に出力される。接続ポイントは3または4である。情
報はまた、用途分野によっては、モトローラ社またはSGSトムソンによって製
造されたようなものなどの追加の通信モジュールを増幅電子装置7のモジュール
に追加すると、無線波、マイクロ波、などの伝達手段を用いて出力することもで
きる。
導体8によってセンサの外に出力される。接続ポイントは3または4である。情
報はまた、用途分野によっては、モトローラ社またはSGSトムソンによって製
造されたようなものなどの追加の通信モジュールを増幅電子装置7のモジュール
に追加すると、無線波、マイクロ波、などの伝達手段を用いて出力することもで
きる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0045
【補正方法】変更
【補正内容】
【0045】 センサの動作は次の通りである。薄板は図2の図面に従った薄板を意味する。
それぞれのゲージで測定された変形はε=6Fl/Eae.eの形であり、ここ
で F:加えられた力 e:薄板の厚み ε:変形 l:ゲージ力距離 a:薄板の幅 E:ヤング率
それぞれのゲージで測定された変形はε=6Fl/Eae.eの形であり、ここ
で F:加えられた力 e:薄板の厚み ε:変形 l:ゲージ力距離 a:薄板の幅 E:ヤング率
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年3月1日(2000.3.1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】 最初の方法は、応力ゲージで構成したブリッジを変形発生場所に張り付けるこ
とから成る。この場合、信号の値は部品上のゲージブリッジの位置と向きの正確
さ、ならびにゲージブリッジが部品と関連づけられた圧力値の均一性に大きく関
連している。その性格上、応力ゲージブリッジは部品内の力が発生する場所に対
する精密な機械的位置付けを用いる可能性を与えない。よって、抵抗応力ゲージ
ブリッジの信号は、例えば、方程式R=p L/Sで決定され、この式において
Rはゲージブリッジを構成する導体の伸張および断面積に応じて変化する抵抗の
値、pは抵抗器を構成する材料の抵抗率、Lは導体の長さ、Sは断面積である。
LおよびSの値はゲージブリッジの設置方法に応じて変わることが可能である。
これは、圧抵抗性または容量性その他の技術が何であろうと、機械的状態がその
ままの、中または大きな寸法の部品上に、ゲージを直接設置する場合、ブリッジ
について言えることである。
とから成る。この場合、信号の値は部品上のゲージブリッジの位置と向きの正確
さ、ならびにゲージブリッジが部品と関連づけられた圧力値の均一性に大きく関
連している。その性格上、応力ゲージブリッジは部品内の力が発生する場所に対
する精密な機械的位置付けを用いる可能性を与えない。よって、抵抗応力ゲージ
ブリッジの信号は、例えば、方程式R=p L/Sで決定され、この式において
Rはゲージブリッジを構成する導体の伸張および断面積に応じて変化する抵抗の
値、pは抵抗器を構成する材料の抵抗率、Lは導体の長さ、Sは断面積である。
LおよびSの値はゲージブリッジの設置方法に応じて変わることが可能である。
これは、圧抵抗性または容量性その他の技術が何であろうと、機械的状態がその
ままの、中または大きな寸法の部品上に、ゲージを直接設置する場合、ブリッジ
について言えることである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】 第二の方法は、1997年2月26日出願の、カナダ特許出願第219853
7号に記載のごとく、特性がわかっている金属薄板上にゲージブリッジを張り付
けること、例えば抵抗ブリッジを使用したときにブリッジの要素の抵抗の変動に
対する薄板の機械的変形の関係の再現性をそれによって保証すること、ついで、
力が発生する機械装置に薄板を取り付けることから成る。この場合の問題は、薄
板の材料が機械装置を構成する材料と必ずしも同じ性質のものではないというこ
と、および機械装置への薄板取り付けの適合は、物理量と製造の際に検定された
電気信号の間の対応の信頼性を確保しながら機械的環境にセンサを設置するため
の障害となる。したがって、力から電気信号への力学的変換尺度を最適化するた
めにはセンサの取り付けを考慮に入れる必要がある。 Gissingerらの米国特許第5,522,270号には機械装置に働く
応力を測定するための装置とこの装置を取り付ける方法が記載されている。ゲー
ジは部品に働く応力に応じて電流を発生する。ゲージは図5に示したごとく工場
であらかじめ折られ、折り目に4つの引張り点を有している。当業者がこの装置
で見つけた問題点は引張り点のために座屈がより不正確になることである。くわ
えて、座屈の反復が困難になる、なぜなら引張り点のためにそれぞれのの薄板の
反作用が異なるからである。点AとBで Gissingerらの装置を伸ばす
と、薄板は座屈することができるが、折り目によって力が変わるので調節の精度
はきわめて低くなる。点AとBで Gissingerらの薄板を引張すること
では薄板の線形変形は不可能である。くわえて、提案された固定法は先端が完全
に填め込まれる。それは薄板内に、とくに折り曲げ半径内に、極めて高い応力を
引き起こす可能性がある。さらにそれによって前記薄板が、設置による変形や、
測定対象部品の温度変動によって発生した熱応力などの不所望の応力の影響を非
常に受けやすくなる。これらの応力は測定量よりもはるかに大きな信号を誘発す
る可能性がある。座屈と装置構造の反復性を可能にするような薄板の形状を見つ
ける必要がある。
7号に記載のごとく、特性がわかっている金属薄板上にゲージブリッジを張り付
けること、例えば抵抗ブリッジを使用したときにブリッジの要素の抵抗の変動に
対する薄板の機械的変形の関係の再現性をそれによって保証すること、ついで、
力が発生する機械装置に薄板を取り付けることから成る。この場合の問題は、薄
板の材料が機械装置を構成する材料と必ずしも同じ性質のものではないというこ
と、および機械装置への薄板取り付けの適合は、物理量と製造の際に検定された
電気信号の間の対応の信頼性を確保しながら機械的環境にセンサを設置するため
の障害となる。したがって、力から電気信号への力学的変換尺度を最適化するた
めにはセンサの取り付けを考慮に入れる必要がある。 Gissingerらの米国特許第5,522,270号には機械装置に働く
応力を測定するための装置とこの装置を取り付ける方法が記載されている。ゲー
ジは部品に働く応力に応じて電流を発生する。ゲージは図5に示したごとく工場
であらかじめ折られ、折り目に4つの引張り点を有している。当業者がこの装置
で見つけた問題点は引張り点のために座屈がより不正確になることである。くわ
えて、座屈の反復が困難になる、なぜなら引張り点のためにそれぞれのの薄板の
反作用が異なるからである。点AとBで Gissingerらの装置を伸ばす
と、薄板は座屈することができるが、折り目によって力が変わるので調節の精度
はきわめて低くなる。点AとBで Gissingerらの薄板を引張すること
では薄板の線形変形は不可能である。くわえて、提案された固定法は先端が完全
に填め込まれる。それは薄板内に、とくに折り曲げ半径内に、極めて高い応力を
引き起こす可能性がある。さらにそれによって前記薄板が、設置による変形や、
測定対象部品の温度変動によって発生した熱応力などの不所望の応力の影響を非
常に受けやすくなる。これらの応力は測定量よりもはるかに大きな信号を誘発す
る可能性がある。座屈と装置構造の反復性を可能にするような薄板の形状を見つ
ける必要がある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0045
【補正方法】変更
【補正内容】
【0045】 センサの動作は次の通りである。薄板は図2の図面に従った薄板を意味する。そ
れぞれのゲージで測定された変形はε=6Fl/Eae.eの形であり、ここで
F:加えられた力 e:薄板の厚み ε:変形 l:ゲージ力距離 a:薄板の幅 E:ヤング率
れぞれのゲージで測定された変形はε=6Fl/Eae.eの形であり、ここで
F:加えられた力 e:薄板の厚み ε:変形 l:ゲージ力距離 a:薄板の幅 E:ヤング率
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0046
【補正方法】変更
【補正内容】
【0046】 変形は図3の図面に従うゲージの抵抗の変動を決定する。ブリッジの端子で測
定した電圧は次の法則に従う。 De=E/4(DR1/R1−DR2/R2+DR3/R3− DR4
/R4) R1とR3 ゲージは引っぱりで作動 R2とR4 ゲージは圧縮で作動
定した電圧は次の法則に従う。 De=E/4(DR1/R1−DR2/R2+DR3/R3− DR4
/R4) R1とR3 ゲージは引っぱりで作動 R2とR4 ゲージは圧縮で作動
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0047
【補正方法】変更
【補正内容】
【0047】 ブリッジの隣接する分岐線のゲージが反対方向に作動し、および対向する分岐
のゲージが同一方向に作動し、全ての抵抗変動が加算されることを選択すること
も可能である。この場合、 De=E/4(DR1/R1+DR2/R2+DR3/R3+DR4/R4)
=KE/4 Dl/l Eはブリッジ励起電圧 K ゲージ係数 Dl/l 4つのゲージの総変形。
のゲージが同一方向に作動し、全ての抵抗変動が加算されることを選択すること
も可能である。この場合、 De=E/4(DR1/R1+DR2/R2+DR3/R3+DR4/R4)
=KE/4 Dl/l Eはブリッジ励起電圧 K ゲージ係数 Dl/l 4つのゲージの総変形。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0048
【補正方法】変更
【補正内容】
【0048】 ゲージはWishay N2A 06 T006Q 350二重ゲージである
。もちろん、既知の技術による撓んだ薄板について信号の正確な組み合わせを可
能にするブリッジの配置と分岐を尊重することを条件に、適切な寸法とタイプの
あらゆるゲージを用いることができる。
。もちろん、既知の技術による撓んだ薄板について信号の正確な組み合わせを可
能にするブリッジの配置と分岐を尊重することを条件に、適切な寸法とタイプの
あらゆるゲージを用いることができる。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0049
【補正方法】変更
【補正内容】
【0049】 信号Deは、入力信号増幅器内に取り付けられたバー・ブラウン社のアナログ
式構成部品である回路1B31Anのポイント1と2に接続される。増幅ゲイン
の調節は回路のポイント3と4の間に取り付けられた可変抵抗器によって保証さ
れ、オフセットの調節は、正負の2つの基準電圧の間で給電され、その中点が端
子11上に入る調節自在な抵抗分割ブリッジの調節によって保証される。増幅さ
れた信号は回路の端子14に与えられる。基準連続変換回路TUC12215が
増幅回路とゲージブリッジに給電する。
式構成部品である回路1B31Anのポイント1と2に接続される。増幅ゲイン
の調節は回路のポイント3と4の間に取り付けられた可変抵抗器によって保証さ
れ、オフセットの調節は、正負の2つの基準電圧の間で給電され、その中点が端
子11上に入る調節自在な抵抗分割ブリッジの調節によって保証される。増幅さ
れた信号は回路の端子14に与えられる。基準連続変換回路TUC12215が
増幅回路とゲージブリッジに給電する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ランクール,イヴォン カナダ共和国,ケベック ジー7セー 3 ヴェー3,ブランヴィル,ブルヴァール アンデュストゥリエル,779 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC60 DD01 EE11 FF14 GG11 2F063 AA26 CA06 DA02 EC00 LA27
Claims (16)
- 【請求項1】 内部で測定対象となる応力が発生する機械装置上に取り付
けられる伸び測定センサであって、該センサが変形可能な金属薄板を有し、該金
属薄板が薄板上に設置され位置づけられた測定ゲージを備え、前記薄板が内部で
力が発生する機械装置と接続された2つの担持部品を介して与えられ伝達される
伸長と圧縮の機械的変形を感知し、かつセンサの薄板の担持部品間の較正の間、
センサが機械的固定ストラップを備えることを特徴とする伸び測定センサ。 - 【請求項2】 ストラップ設置特性に関連して、電気値信号を発生する固
定ストラップを備えた、請求項1に記載の伸び測定センサー。 - 【請求項3】 ストラップがセンサの薄板の担持部品間に取り付けられた
、請求項1または2に記載の伸び測定センサー。 - 【請求項4】 センサが装置に取付けられた後にストラップが破壊される
よう決められ、薄板が受けるプレストレスの力の値とストラップの破断の前にセ
ンサから出力される電気信号の電気値との間に対応がある、請求項1から3のい
ずれか一つに記載の伸び測定センサ。 - 【請求項5】 電子較正、調節および固定ストラップが調節台で実現され
る請求項1から4のいずれか一つに記載の伸び測定センサ。 - 【請求項6】 ストラップが、伸び測定センサが機械装置上に固定された
ときに切断することができる硬い要素である請求項1に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項7】 機械式固定ストラップが硬い保護カバーの形であり、セン
サの薄板の担持部品が調節の際に該保護カバーの中に一体に固定されることがで
きることを特徴とする、請求項1に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項8】 保護カバーが、アバットメント形の担持部品が薄板方向に
長手方向軸に沿って保護カバー内を摺動することを可能にする手段と、保護カバ
ーに対するこれらの部品の運動を制約するために担持部品を固定するための手段
とが備えられた、請求項7に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項9】担持部品がアバットメントであり、薄板が、アバットメント
上にその先端で均衡当接して弾性的であり、座屈によってたわみを維持されてい
る、請求項1または8に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項10】 薄板が、初期湾曲を得るための恒久的変形を受ける、請
求項9に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項11】 センサが機械装置に取り付けられた後の作動の自由を確
保するために、アバットメントが解放されることができる、請求項8から10の
いずれか一つに記載の伸び測定センサ。 - 【請求項12】 保護カバーが、保護カバーの内部で傾斜した面を有する
少なくとも2つの平行な側面を備え、該側面がそれぞれのアバットメントに対応
して当接し、側面の内面が長手方向軸に沿ったアバットメントの運動を可能にす
るための長手方向溝を有する請求項11に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項13】 アバットメントが薄板に拮抗するバネを形成する装置に
よって接続される、請求項8から12のいずれか一つに記載の伸び測定センサ。 - 【請求項14】 バネが切込みによって弾性が与えられた平らなな部材に
よって構成される、請求項13に記載の伸び測定センサ。 - 【請求項15】 2つのアバットメント間で、その先端が均衡当接し、座
屈によってたわみが維持された弾性薄板と、アバットメントと一体になった部品
の変形を測定する手段を備えた伸び測定センサ。 - 【請求項16】 アバットメントが薄板に拮抗するバネを形成する装置に
よって接続される、請求項14に記載の伸び測定センサ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA2,230,001 | 1998-02-16 | ||
CA2230001 | 1998-02-16 | ||
PCT/CA1999/000136 WO1999041565A1 (fr) | 1998-02-16 | 1999-02-16 | Capteur d'extensiometrie destine a mesurer des deformations a calage mecanique de premiere pose et calibrage automatique en fonction de ce calage |
Publications (1)
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