JP2007139522A - Load displacement calculation device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物を種々の方向に変形させたときの変形量と荷重との関係を精度良く求める技術に関する。 The present invention relates to a technique for accurately obtaining a relationship between a deformation amount and a load when an object is deformed in various directions.
従来、対象物を種々の方向に変形させたときの変形量と荷重との関係を求める方法として、対象物に、互いに直交する三つの軸(X軸、Y軸、Z軸)の軸線方向および該三つの軸の周方向の変形を付与し、互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸の周方向の変形量および荷重を六分力計により検出し、検出された変形量および荷重に係る情報に基づいて変形量から荷重を算出するための変換行列を生成する方法が知られている。例えば、特許文献1および特許文献2に記載の如くである。
しかし、上記従来の方法は、以下の問題を有する。
第一に、対象物に互いに直交する三つの軸(X軸、Y軸、Z軸)の軸線方向および該三つの軸の周方向の変形(振動)を付与する場合には、通常は該三つの軸の軸線方向にそれぞれ並進運動する三つのアクチュエータおよび該三つの軸の周方向にそれぞれ回転運動する三つのアクチュエータを必要する。従って、装置が具備するアクチュエータの数が少なくとも六個以上となり、装置が大型化・複雑化するとともに高価なものとなる。
第二に、六分力計で互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸の周方向の変形量に係る情報、および該互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および該三つの軸の周方向の荷重に係る情報に基づいて変形量から荷重を算出するための変換行列を生成する場合、同時に取得される情報量が多くなるために高性能の演算装置を必要とするため、設備コストが増大したり、あるいは演算に要する時間が長くなる。
第三に、従来の方法や特許文献1に記載の方法は、通常は演算の負担を軽減して所要時間を短縮するために互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の成分が互いに干渉しない、あるいは一部の成分のみが互いに干渉すると仮定して変換行列を生成するが、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)には、生成された変換行列の信頼性が低くなる、すなわち当該変換行列を用いて変形量から荷重を算出した場合の算出結果の精度が良くない。
However, the conventional method has the following problems.
First, in the case where an axial direction of three axes (X axis, Y axis, Z axis) perpendicular to each other and deformation (vibration) in the circumferential direction of the three axes are given to an object, usually the three Three actuators that translate in the axial direction of one axis and three actuators that rotate in the circumferential direction of the three axes are required. Therefore, the number of actuators included in the apparatus is at least six, which increases the size and complexity of the apparatus and increases the cost.
Second, information on the amount of deformation in the axial direction of the three axes orthogonal to each other in the six force meter and the amount of deformation in the circumferential direction of the three axes, and the load in the axial direction of the three axes orthogonal to each other, and When generating a transformation matrix for calculating the load from the deformation amount based on the information related to the load in the circumferential direction of the three axes, a high-performance computing device is required because the amount of information acquired simultaneously increases. Therefore, the equipment cost increases or the time required for the calculation becomes longer.
Thirdly, the conventional method and the method described in
本発明は以上の如き状況に鑑み、装置構成の小型化・簡素化を可能とし、かつ、高い信頼性を有する荷重から変形量を算出するための変換行列を生成可能な荷重変位算出装置および荷重変位算出方法を提供するものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention enables a reduction in size and simplification of the device configuration, and a load displacement calculation device and a load capable of generating a transformation matrix for calculating a deformation amount from a highly reliable load. A displacement calculation method is provided.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、
対象物を互いに直交する複数の姿勢で支持可能な支持手段と、
前記対象物を少なくとも一方向に並進変形させるとともに少なくとも一方向に捻り変形させる変形手段と、
前記変形手段により対象物が並進変形する方向の並進変形量および捻り変形する方向の捻り変形量を経時的に検出する変形量検出手段と、
前記変形手段により対象物が並進変形する方向の並進荷重および捻り変形する方向の捻り荷重を経時的に検出する荷重検出手段と、
前記変形量検出手段により経時的に検出された対象物の各姿勢における並進変形量および捻り変形量に係る情報、および、前記荷重検出手段により経時的に検出された対象物の各姿勢における並進荷重および捻り荷重に係る情報、に基づいて、前記対象物の並進荷重および捻り荷重から並進変形量および捻り変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成手段と、
を具備するものである。
That is, in
Support means capable of supporting the object in a plurality of postures orthogonal to each other;
Deformation means for translating and deforming the object in at least one direction and twisting and deforming in at least one direction;
Deformation amount detection means for detecting over time the translation deformation amount in the direction in which the object is deformed in translation and the twist deformation amount in the direction in which the object is torsionally deformed by the deformation means;
Load detecting means for detecting over time a translation load in a direction in which the object is deformed in translation by the deformation means and a torsion load in a direction in which the object is torsionally deformed;
Information relating to the translational deformation amount and torsional deformation amount in each posture of the object detected over time by the deformation amount detection means, and the translational load in each posture of the object detected over time by the load detection means And a transformation matrix generating means for generating a transformation matrix for calculating the translational deformation amount and the torsional deformation amount from the translational load and the torsional load of the object based on the information relating to the torsional load,
It comprises.
請求項2においては、
対象物を第一の姿勢、該第一の姿勢から互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に90度回転した第二の姿勢、および該第二の姿勢から互いに直交する三つの軸の残り二つの軸のいずれか一方の軸の周方向に90度回転した第三の姿勢で支持する支持手段と、
前記対象物を互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させる変形手段と、
前記対象物の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出する変形量検出手段と、
前記対象物の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する荷重検出手段と、
前記変形量検出手段により経時的に検出された対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における変形量に係る情報および前記荷重検出手段により経時的に検出された対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の荷重から変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成手段と、
を具備するものである。
In
The first posture, the second posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of any one of the three axes orthogonal to each other from the first posture, and the three postures orthogonal to each other from the second posture Support means for supporting in a third posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of one of the remaining two shafts of the two shafts;
Deformation means for deforming the object in the axial direction of three axes orthogonal to each other and in the circumferential direction of any one of the three axes;
Deformation amount detecting means for detecting the deformation amount in the axial direction of three axes orthogonal to each other of the object and the deformation amount in the circumferential direction of any one of the three axes,
Load detecting means for detecting the load in the axial direction and the load in the circumferential direction of the three orthogonal axes of the object over time;
Information on the deformation amount in the first posture, the second posture, and the third posture of the object detected over time by the deformation amount detection means, and information on the object detected over time by the load detection means. Conversion matrix generation means for generating a conversion matrix for calculating a deformation amount from the load of the object based on information on the load in the first posture, the second posture, and the third posture;
It comprises.
請求項3においては、
前記変形手段は、並進アクチュエータおよび該並進アクチュエータの伸長運動および収縮運動を回転運動に変換するリンク機構により、前記対象物を互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させるものである。
In claim 3,
The deformation means deforms the object in the circumferential direction of any one of three axes orthogonal to each other by a translation actuator and a link mechanism that converts the expansion and contraction movements of the translation actuator into a rotation movement. It is.
請求項4においては、
前記変換行列生成手段により生成された変換行列に基づいて、前記対象物の変形量から荷重を算出するための逆変換行列を生成する逆変換行列生成手段を具備するものである。
In
Inverse transformation matrix generation means for generating an inverse transformation matrix for calculating a load from the deformation amount of the object based on the transformation matrix generated by the transformation matrix generation means.
請求項5においては、
対象物の姿勢を互いに直交する複数の姿勢で支持し、前記複数の姿勢の各姿勢について、少なくとも一方向に並進変形させるとともに少なくとも一方向に捻り変形させ、前記対象物が並進変形する方向の並進変形量および捻り変形する方向の捻り変形量を経時的に検出するとともに、前記対象物が並進変形する方向の並進荷重および捻り変形する方向の捻り荷重を経時的に検出することを行う荷重変位検出工程と、
前記荷重変位検出工程において経時的に検出された対象物の各姿勢における並進変形量および捻り変形量に係る情報、および、前記対象物の各姿勢における並進荷重および捻り荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の並進荷重および捻り荷重から並進変形量および捻り変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成工程と、
を具備するものである。
In claim 5,
The posture of the object is supported in a plurality of postures orthogonal to each other, and each posture of the plurality of postures is translated and deformed in at least one direction and twisted and deformed in at least one direction. Load displacement detection that detects the amount of deformation and the amount of twist deformation in the direction of torsional deformation over time, and detects the translational load in the direction of translational deformation of the object and the torsional load in the direction of torsional deformation over time. Process,
Based on information relating to the translational deformation amount and torsional deformation amount in each posture of the object detected over time in the load displacement detection step, and information relating to the translational load and torsional load in each posture of the object, A transformation matrix generating step for generating a transformation matrix for calculating the translational deformation amount and the torsional deformation amount from the translational load and the torsional load of the object;
It comprises.
請求項6においては、
対象物を第一の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する第一荷重変位検出工程と、
前記対象物を前記第一の姿勢から互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に90度回転した第二の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する第二荷重変位検出工程と、
前記対象物を前記第二の姿勢から互いに直交する三つの軸の残り二つの軸のいずれか一方の軸の周方向に90度回転した第三の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する第三荷重変位検出工程と、
前記第一荷重変位検出工程、前記第二荷重変位検出工程および前記第三荷重変位検出工程において経時的に検出された対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における変形量に係る情報および対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の荷重から変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成工程と、
を具備するものである。
In claim 6,
The object is supported in a first posture, deformed in the axial direction of three axes orthogonal to each other and the circumferential direction of any one of the three axes, and the deformation amount in the axial direction of the three axes orthogonal to each other And a first load that detects the amount of deformation in the circumferential direction of any one of the three shafts over time and detects the load in the axial direction and the load in the circumferential direction of the three axes orthogonal to each other over time. A displacement detection step;
The object is supported in a second posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of any one of the three axes orthogonal to each other from the first posture, and the axial directions of the three axes orthogonal to each other and the three axes. By deforming in the circumferential direction of any one of the three axes, the amount of deformation in the axial direction of three axes orthogonal to each other and the amount of deformation in the circumferential direction of any one of the three axes are detected over time. And a second load displacement detection step for detecting the axial load and the circumferential load of the three axes orthogonal to each other over time,
The object is supported in a third posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of one of the remaining two axes orthogonal to each other from the second posture, and the three axes orthogonal to each other are supported. Deform in the axial direction and the circumferential direction of any one of the three axes, and determine the amount of deformation in the axial direction of the three axes orthogonal to each other and the amount of deformation in the circumferential direction of any one of the three axes. A third load displacement detecting step for detecting the load in the axial direction and the load in the circumferential direction of the three axes orthogonal to each other with time,
Deformation amounts in the first posture, the second posture, and the third posture of the object detected over time in the first load displacement detection step, the second load displacement detection step, and the third load displacement detection step A transformation matrix for generating a transformation matrix for calculating a deformation amount from the load of the object based on the information on the object and the information on the load in the first attitude, the second attitude, and the third attitude of the object Generation process;
It comprises.
請求項7においては、
前記変換行列生成工程において生成された変換行列に基づいて、前記対象物の変形量から荷重を算出するための逆変換行列を生成する逆変換行列生成工程を具備するものである。
In claim 7,
An inverse transformation matrix generation step of generating an inverse transformation matrix for calculating a load from the deformation amount of the object based on the transformation matrix generated in the transformation matrix generation step.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、対象物を並進変形または捻り変形させるためのアクチュエータを少なくすることが可能である。従って、装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
According to the first aspect, it is possible to reduce the number of actuators for translating or twisting the object. Therefore, it is possible to reduce the size and simplification of the apparatus, which in turn contributes to a reduction in equipment costs.
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
請求項2においては、対象物を互いに直交する三つの軸の周方向に変形させるためのアクチュエータを一つとすることが可能である。従って、装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
In
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
請求項3においては、簡便な構成で対象物に周方向の変形(捻り変形またはこじり変形)を付与することが可能であり、設備コストの削減に寄与する。 According to the third aspect, it is possible to impart circumferential deformation (twist deformation or twist deformation) to the object with a simple configuration, which contributes to a reduction in equipment costs.
請求項4においては、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(変形量から荷重を算出した場合の算出結果の精度が良い)逆変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
In
請求項5においては、対象物を並進変形または捻り変形させるためのアクチュエータを少なくすることが可能である。従って、装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
According to the fifth aspect, it is possible to reduce the number of actuators for translating or twisting the object. Therefore, it is possible to reduce the size and simplification of the apparatus, which in turn contributes to a reduction in equipment costs.
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
請求項6においては、対象物を互いに直交する三つの軸の周方向に変形させるためのアクチュエータを一つとすることが可能である。従って、当該荷重変位算出方法を行う装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to have one actuator for deforming the object in the circumferential direction of three axes orthogonal to each other. Therefore, it is possible to reduce the size and simplification of the apparatus that performs the load displacement calculation method, which contributes to the reduction of the equipment cost.
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
請求項7においては、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(変形量から荷重を算出した場合の算出結果の精度が良い)逆変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。 In claim 7, a highly reliable inverse transformation matrix is generated in consideration of the interference components in the axial direction and the circumferential direction of three axes orthogonal to each other (the calculation result is accurate when the load is calculated from the deformation amount). Is possible. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
以下では、図1を用いて本発明に係る荷重変位算出装置の実施の一形態である荷重変位算出装置1の全体構成について説明する。
荷重変位算出装置1は、ゴムブッシュ2の荷重変位算出試験を行うための装置であり、加振装置3および制御装置4を具備する。
なお、以下では便宜上、互いに直交する荷重変位算出装置1の前後方向(図1における紙面に垂直な方向)をX1方向、左右方向をY1方向、上下方向をZ1方向とする右手系の三次元座標を定義し、これを用いて説明を行うこととする。
Below, the whole structure of the load
The load
In the following, for the sake of convenience, a right-handed three-dimensional coordinate system in which the longitudinal direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1) of the load
以下では、図2、図3および図4を用いてゴムブッシュ2について説明する。
ゴムブッシュ2は本発明に係る対象物の実施の一形態である。ここで、本発明に係る「対象物」は、荷重変位算出(受けた荷重と変形量の関係の算出)の対象となるものである。
ゴムブッシュ2は、制振のために自動車のエンジンとフレームの間や自動車のサスペンションとフレームの間等に介装される部材であり、ブッシュ部2a、内筒2b、外筒2cを具備する。
ブッシュ部2aはゴムからなる略円柱形状の部材である。ブッシュ部2aの略中央部には上下の平面を貫通する貫通孔が形成され、該貫通孔に内筒2bが貫装される。また、ブッシュ部2aには外筒2cが外嵌される。さらに、ブッシュ部2aには上下の平面を貫通する空洞2d・2eが形成される。
内筒2bおよび外筒2cは鉄鋼材料からなる略円筒形状の部材である。
なお、本実施例のブッシュ部2aはゴムで構成されるが、弾性変形し得る他の材料、例えばエラストマーや樹脂等で構成しても良い。
また、本実施例の内筒2bおよび外筒2cは鉄鋼材料で構成されるが、ブッシュ部2aよりも高い強度を有する他の材料、例えばチタン合金やアルミニウム合金等で構成しても良い。
なお、以下では便宜上、ゴムブッシュ2の内筒2bの軸線方向をX2方向、X2方向と直交する方向をY2方向、X2方向およびY2方向の両方と直交する方向をZ2方向とする右手系の三次元座標を定義し、これを用いて説明を行うこととする。
Below, the
The
The
The
The
In addition, although the
Moreover, although the
In the following, for the sake of convenience, a right-handed tertiary system in which the axial direction of the
以下では、図1および図5を用いて加振装置3について説明する。
加振装置3は、主として支持脚10・10・10・10(図1において紙面奥側の支持脚10は紙面手前側の支持脚10に隠れている)、メインフレーム11、加振台12、X軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、回転盤15、加振台側固定治具16、Z軸並進シリンダ17・17・17・17、アッパーフレーム18、六分力計19、六分力計側固定治具20、リンク機構21、Z軸回転シリンダ22等を具備する。
なお、図5においては説明の便宜上、加振台側固定治具16、紙面手前側のZ軸並進シリンダ17、アッパーフレーム18、六分力計19、六分力計側固定治具20を省略している。
Below, the vibration apparatus 3 is demonstrated using FIG. 1 and FIG.
The vibration device 3 mainly includes
In FIG. 5, for convenience of explanation, the vibration table
支持脚10・10・10・10は荷重変位算出装置1の下部を成す構造体である。支持脚10・10・10・10は下端が地面に固定され、上端にはブッシュ10a・10a・10a・10aが設けられている。
The
メインフレーム11は荷重変位算出装置1の上下略中央部を成す構造体である。メインフレーム11はブッシュ10a・10a・10a・10aを介して支持脚10・10・10・10に支持される。メインフレーム11の内部にはメインフレーム11の上面略中央部に開口した空間が設けられる。
The
加振台12はメインフレーム11に設けられた空間に水平面上でスライド可能(X1軸の方向およびY1軸の方向に移動可能)かつ鉛直方向に移動不能に収容される部材である。加振台12の上面はメインフレーム11の上面に突出している。
The vibration table 12 is a member that is slidable on a horizontal plane in a space provided in the main frame 11 (movable in the X1 axis direction and the Y1 axis direction) and immovable in the vertical direction. The upper surface of the vibration table 12 protrudes from the upper surface of the
X軸並進シリンダ13は復動式の油圧シリンダである。X軸並進シリンダ13のシリンダ本体は加振台12の一側面に固定され、シリンダロッドの先端部は加振台12に係合する。X軸並進シリンダ13が伸長および収縮を行うことにより、加振台12はX1方向に並進運動(振動)する。
The
Y軸並進シリンダ14は復動式の油圧シリンダである。Y軸並進シリンダ14のシリンダ本体は加振台12の一側面に固定され、シリンダロッドの先端部は加振台12に係合する。Y軸並進シリンダ14が伸長および収縮を行うことにより、加振台12はY1方向に並進運動(振動)する。
The Y-
回転盤15は略円盤形状の部材であり、加振台12の上面の略中央部にZ1軸の周方向に回転可能かつZ1軸の軸線方向に摺動不能に軸支される。
The
加振台側固定治具16はゴムブッシュ2を加振台12に固定し、所望の姿勢(後述する「第一の姿勢」、「第二の姿勢」および「第三の姿勢」)に支持するための部材であり、回転盤15の上面に固定される。
The vibration table
Z軸並進シリンダ17・17・17・17は復動式の油圧シリンダである。Z軸並進シリンダ17・17・17・17の下端はそれぞれメインフレーム11の上面の四隅に固定される。
Z軸並進シリンダ17・17・17・17が伸長および収縮を行うことにより、アッパーフレーム18、六分力計19および六分力計側固定治具20はZ1方向に並進運動(振動)する。
The Z-
When the Z-
アッパーフレーム18は荷重変位算出装置1の上部を成す構造体であり、Z軸並進シリンダ17・17・17・17の上端に固定されて加振台12の上方に配置される。
The
六分力計19はX1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向の荷重(並進荷重)、並びにX1軸、Y1軸およびZ1軸の周方向の荷重(回転荷重)の計六つの荷重を経時的に検出するものであり、アッパーフレーム18の下面略中央部に設けられる。
六分力計19は専用品でも良く、市販の六分力計で構成しても良い。
The six-
The six
六分力計側固定治具20はゴムブッシュ2を六分力計19に固定し、所望の姿勢(後述する「第一の姿勢」、「第二の姿勢」および「第三の姿勢」)に支持するための部材であり、六分力計19の下面に固定される。
The six-component force meter
本実施例の場合、六分力計19は、六分力計側固定治具20に加わるX1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向の荷重(並進荷重)、並びにX1軸、Y1軸およびZ1軸の周方向の荷重(回転荷重;トルク)の計六つの荷重を検出することにより、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に支持されたゴムブッシュ2に加わるX1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向の荷重(並進荷重)、並びにX1軸、Y1軸およびZ1軸の周方向の荷重(回転荷重;トルク)の計六つの荷重を検出する。
In the case of the present embodiment, the six-
図5に示す如く、リンク機構21はロッド21a、ロッド21b、回動アーム21c等を具備する。
ロッド21aおよびロッド21bは棒状の部材であり、その一端はそれぞれ回転盤15の周縁部に回動可能に枢着される。
回動アーム21cは背の低い二等辺三角形状の部材であり、回動アーム21cの底辺の長さは回転盤15の直径と略同じである。回動アーム21cの底辺の両端部にはロッド21aおよびロッド21bの他端が回動可能に枢着される。回動アーム21cの底辺の略中央部は加振台12の上面の周縁部にZ1軸の周方向に回転可能に軸支される。
As shown in FIG. 5, the
The
The
Z軸回転シリンダ22は復動式の油圧シリンダである。Z軸回転シリンダ22のシリンダ本体はステー22aにより加振台12に固定され、Z軸回転シリンダ22のシリンダロッドの先端部は回動アーム21cの頂点部に回動可能に枢着される。
Z軸回転シリンダ22が伸長および収縮を行うことにより、回動アーム21cがZ1軸の周方向に往復回動し、これに連動して回転盤もZ1軸の周方向に往復回動する。
The Z-
When the Z-
X軸並進センサ23はX軸並進シリンダ13の伸長量(または収縮量)、ひいては、ゴムブッシュ2のX1軸の軸線方向の変形量を経時的に検出するものである。
本実施例のX軸並進センサ23は光学式のリニアスケールで構成されるが、電磁気式の差動トランス、電磁気式のリニアスケール、電磁気式のマグネスケール、直動型のポテンショメータ、光学式のリニアエンコーダ等、直線運動の変位量を検出可能な別のセンサで構成しても良い。
また、本実施例ではX軸並進シリンダ13の伸長量を検出することによりゴムブッシュ2のX1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としているが、メインフレーム11に対する加振台12のX1軸の軸線方向の移動量を検出することによりゴムブッシュ2のX1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としても良い。
The
The
In this embodiment, the amount of deformation in the axial direction of the X1 axis of the
Y軸並進センサ24はY軸並進シリンダ14の伸長量(または収縮量)、ひいては、ゴムブッシュ2のY1軸の軸線方向の変形量を経時的に検出するものである。
本実施例のY軸並進センサ24は光学式のリニアスケールで構成されるが、電磁気式の差動トランス、電磁気式のリニアスケール、電磁気式のマグネスケール、直動型のポテンショメータ、光学式のリニアエンコーダ等、直線運動の変位量を検出可能な別のセンサで構成しても良い。
また、本実施例ではY軸並進シリンダ14の伸長量を検出することによりゴムブッシュ2のY1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としているが、メインフレーム11に対する加振台12のY1軸の軸線方向の移動量を検出することによりゴムブッシュ2のY1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としても良い。
The Y-
The Y-
In this embodiment, the amount of deformation in the axial direction of the Y1 axis of the
Z軸並進センサ25はZ軸並進シリンダ17・17・17・17の伸長量(または収縮量)、ひいては、ゴムブッシュ2のZ1軸の軸線方向の変形量を経時的に検出するものである。
本実施例のZ軸並進センサ25は光学式のリニアスケールで構成されるが、電磁気式の差動トランス、電磁気式のリニアスケール、電磁気式のマグネスケール、直動型のポテンショメータ、光学式のリニアエンコーダ等、直線運動の変位量を検出可能な別のセンサで構成しても良い。
また、本実施例ではZ軸並進シリンダ17・17・17・17の伸長量を検出することによりゴムブッシュ2のZ1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としているが、メインフレーム11に対するアッパーフレーム18のZ1軸の軸線方向の移動量を検出することによりゴムブッシュ2のZ1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としても良い。
The Z-
The Z-
In this embodiment, the amount of deformation in the axial direction of the Z1 axis of the
Z軸回転センサ26はZ軸回転シリンダ22の伸長量(または収縮量)、ひいては、ゴムブッシュ2のZ1軸の周方向の変形量を経時的に検出するものである。
本実施例のZ軸回転センサ26は光学式のリニアスケールで構成されるが、電磁気式の差動トランス、電磁気式のリニアスケール、電磁気式のマグネスケール、直動型のポテンショメータ、光学式のリニアエンコーダ等、直線運動の変位量を検出可能な別のセンサで構成しても良い。
また、本実施例ではZ軸回転シリンダ22の伸長量を検出することによりゴムブッシュ2のZ1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としているが、加振台12に対する回転盤15のZ1軸の周方向の回転量(回転角)を検出することによりゴムブッシュ2のZ1軸の軸線方向の変形量を検出する構成としても良い。この場合、Z軸回転センサ26の他の実施例としては電磁気式のシンクロやレゾルバ、回転型のポテンショメータ、光学式のエンコーダやポテンショメータ等が挙げられる。
The Z-
The Z-
In this embodiment, the amount of deformation in the axial direction of the Z1 axis of the
以下では、図1、図6、図7、図8、図9、図10および図11を用いて加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20へのゴムブッシュ2の固定方法について説明する。
本実施例の加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20は、ゴムブッシュ2を「第一の姿勢」、「第二の姿勢」および「第三の姿勢」の三つの姿勢で固定することが可能である。以下、「第一の姿勢」、「第二の姿勢」および「第三の姿勢」について説明する。
Hereinafter, the
The vibration table
図6および図7に示す如く、本実施例における「第一の姿勢」は、加振装置3のX1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のX2軸の軸線方向とが略平行となり、加振装置3のY1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のY2軸の軸線方向とが略平行となり、加振装置3のZ1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のZ2軸の軸線方向とが略平行となる姿勢である。
図6に示す如く、ゴムブッシュ2の内筒2bは、六分力計側固定治具20に対して、X1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向に相対移動不能、かつZ1軸の周方向に相対回転不能に固定される。また、ゴムブッシュ2の外筒2cは、加振台側固定治具16に対して、X1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向に相対移動不能、かつZ1軸の周方向に相対回転不能に固定される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the “first posture” in the present embodiment is such that the axial direction of the X1 axis of the vibration device 3 and the axial direction of the X2 axis of the
As shown in FIG. 6, the
ゴムブッシュ2が本実施例における「第一の姿勢」で固定されているとき、X軸並進シリンダ13およびY軸並進シリンダ14が伸長および収縮を行うことにより加振台12がメインフレーム11に対してX1軸およびY1軸の軸線方向に移動すると、加振台側固定治具16が六分力計側固定治具20に対してX1軸およびY1軸の軸線方向に移動する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、X1軸およびY1軸の軸線方向、より厳密にはゴムブッシュ2のX2軸およびY2軸の軸線方向に変形する。
When the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
また、ゴムブッシュ2が本実施例における「第一の姿勢」で固定されているとき、Z軸並進シリンダ17・17・17・17が伸長および収縮を行うことによりアッパーフレーム18が加振台12に対してZ1軸の軸線方向に移動すると、六分力計側固定治具20が加振台側固定治具16に対してZ1軸の軸線方向に移動する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、Z1軸の軸線方向、より厳密にはゴムブッシュ2のZ2軸の軸線方向に変形する。
Further, when the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
さらに、ゴムブッシュ2が本実施例における「第一の姿勢」で固定されているとき、Z軸回転シリンダ22が伸長および収縮を行うことにより回転盤15がZ1軸の周方向に回転すると、加振台側固定治具16が六分力計側固定治具20に対してZ1軸の周方向に回転する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、Z1軸の周方向、より厳密にはゴムブッシュ2のZ2軸の周方向に捻り変形する。
Further, when the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
図8および図9に示す如く、本実施例における「第二の姿勢」は、加振装置3のX1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のX2軸の軸線方向とが略平行となり、加振装置3のY1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のZ2軸の軸線方向とが略平行となり、加振装置3のZ1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のY2軸の軸線方向とが略平行となる姿勢である。
すなわち、本実施例における「第二の姿勢」は、本実施例における「第一の姿勢」にあったゴムブッシュ2を加振装置3のX1軸の周方向に90度回転した姿勢である。
図8に示す如く、ゴムブッシュ2の内筒2bは、六分力計側固定治具20に対して、X1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向に相対移動不能、かつZ1軸の周方向に相対回転不能に固定される。また、ゴムブッシュ2の外筒2cは、加振台側固定治具16に対して、X1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向に相対移動不能、かつZ1軸の周方向に相対回転不能に固定される。
As shown in FIGS. 8 and 9, the “second posture” in the present embodiment is such that the axial direction of the X1 axis of the vibration device 3 and the axial direction of the X2 axis of the
That is, the “second posture” in the present embodiment is a posture in which the
As shown in FIG. 8, the
ゴムブッシュ2が本実施例における「第二の姿勢」で固定されているとき、X軸並進シリンダ13およびY軸並進シリンダ14が伸長および収縮を行うことにより加振台12がメインフレーム11に対してX1軸およびY1軸の軸線方向に移動すると、加振台側固定治具16が六分力計側固定治具20に対してX1軸およびY1軸の軸線方向に移動する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、X1軸およびY1軸の軸線方向、より厳密にはゴムブッシュ2のX2軸およびZ2軸の軸線方向に変形する。
When the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
また、ゴムブッシュ2が本実施例における「第二の姿勢」で固定されているとき、Z軸並進シリンダ17・17・17・17が伸長および収縮を行うことによりアッパーフレーム18が加振台12に対してZ1軸の軸線方向に移動すると、六分力計側固定治具20が加振台側固定治具16に対してZ1軸の軸線方向に移動する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、Z1軸の軸線方向、より厳密にはゴムブッシュ2のY2軸の軸線方向に変形する。
Further, when the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
さらに、ゴムブッシュ2が本実施例における「第二の姿勢」で固定されているとき、Z軸回転シリンダ22が伸長および収縮を行うことにより回転盤15がZ1軸の周方向に回転すると、加振台側固定治具16が六分力計側固定治具20に対してZ1軸の周方向に回転する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、Z1軸の周方向、より厳密にはゴムブッシュ2のY2軸の周方向にこじり変形する。
Further, when the
As a result, the rubber bush 2 (especially the
図10および図11に示す如く、本実施例における「第三の姿勢」は、加振装置3のX1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のY2軸の軸線方向とが略平行となり、加振装置3のY1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のZ2軸の軸線方向とが略平行となり、加振装置3のZ1軸の軸線方向とゴムブッシュ2のX2軸の軸線方向とが略平行となる姿勢である。
すなわち、本実施例における「第三の姿勢」は、本実施例における「第二の姿勢」にあったゴムブッシュ2を加振装置3のY1軸の周方向に90度回転した姿勢である。
図10に示す如く、ゴムブッシュ2の内筒2bは、六分力計側固定治具20に対して、X1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向に相対移動不能、かつZ1軸の周方向に相対回転不能に固定される。また、ゴムブッシュ2の外筒2cは、加振台側固定治具16に対して、X1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向に相対移動不能、かつZ1軸の周方向に相対回転不能に固定される。
As shown in FIGS. 10 and 11, the “third posture” in the present embodiment is such that the axial direction of the X1 axis of the vibration device 3 and the axial direction of the Y2 axis of the
That is, the “third posture” in the present embodiment is a posture in which the
As shown in FIG. 10, the
ゴムブッシュ2が本実施例における「第三の姿勢」で固定されているとき、X軸並進シリンダ13およびY軸並進シリンダ14が伸長および収縮を行うことにより加振台12がメインフレーム11に対してX1軸およびY1軸の軸線方向に移動すると、加振台側固定治具16が六分力計側固定治具20に対してX1軸およびY1軸の軸線方向に移動する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、X1軸およびY1軸の軸線方向、より厳密にはゴムブッシュ2のY2軸およびZ2軸の軸線方向に変形する。
When the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
また、ゴムブッシュ2が本実施例における「第三の姿勢」で固定されているとき、Z軸並進シリンダ17・17・17・17が伸長および収縮を行うことによりアッパーフレーム18が加振台12に対してZ1軸の軸線方向に移動すると、六分力計側固定治具20が加振台側固定治具16に対してZ1軸の軸線方向に移動する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、Z1軸の軸線方向、より厳密にはゴムブッシュ2のX2軸の軸線方向に変形する。
Further, when the
As a result, the rubber bush 2 (particularly the
さらに、ゴムブッシュ2が本実施例における「第三の姿勢」で固定されているとき、Z軸回転シリンダ22が伸長および収縮を行うことにより回転盤15がZ1軸の周方向に回転すると、加振台側固定治具16が六分力計側固定治具20に対してZ1軸の周方向に回転する。
その結果、ゴムブッシュ2(特にブッシュ部2a)は、Z1軸の周方向、より厳密にはゴムブッシュ2のX2軸の周方向にこじり変形する。
Further, when the
As a result, the rubber bush 2 (especially the
なお、本実施例ではゴムブッシュ2が第一の姿勢から第二の姿勢に移行するときにX1軸の周方向に90度回転し、第二の姿勢から第三の姿勢に移行するときにX1と異なるY1軸の周方向に90度回転する構成としたが、回転する軸の組み合わせは異なる二つの軸からなる別の組み合わせ(同じ軸の周方向に二度90度回転する組み合わせを除く)でも良い。例えば、第一の姿勢から第二の姿勢に移行するときにZ1軸の周方向に90度回転し、第二の姿勢から第三の姿勢に移行するときにX1軸の周方向に90度回転する構成とすることも可能である。
また、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20の形状は特に限定されず、対象物の形状等に応じて適宜選択される。
In this embodiment, the
Further, the shapes of the vibration table
以下では、図1を用いて制御装置4について説明する。
制御装置4は加振装置3の種々の動作の制御を行うとともに、後で詳述する荷重変位算出を行うものである。制御装置4は主として制御部4a、入力部4b、表示部4c等を具備する。
Below, the
The
制御部4aは、加振装置3の種々の動作に係るプログラム(加振プログラム)、荷重変位算出に係るプログラム(荷重変位算出プログラム)等を格納する格納手段、該プログラム等を展開する展開手段、該プログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、演算結果等を記憶する記憶手段等を具備する。
The
制御部4aは、より具体的にはCPU、ROM、RAM、HDD等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのLSI等からなる構成であっても良い。
また、制御部4aは専用品でも良いが、市販のパソコンやワークステーション等を用いて達成することも可能である。
More specifically, the
The
制御部4aは、加振装置3が具備する種々のセンサ群および種々のアクチュエータ群に接続され、予め格納された加振プログラムに基づいて加振装置3の種々の動作を制御することが可能である。
The
制御部4aは、X軸並進センサ23に接続され、X軸並進センサ23が検出したX軸並進シリンダ13の伸長量(または収縮量)、ひいては、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に支持されたゴムブッシュ2のX1軸の軸線方向の変形量に係る情報を取得することが可能である。
制御部4aは、Y軸並進センサ24に接続され、Y軸並進センサ24が検出したY軸並進シリンダ14の伸長量(または収縮量)、ひいては、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に支持されたゴムブッシュ2のY1軸の軸線方向の変形量に係る情報を取得することが可能である。
制御部4aは、Z軸並進センサ25に接続され、Z軸並進シリンダ17・17・17・17の伸長量(または収縮量)、ひいては、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に支持されたゴムブッシュ2のZ1軸の軸線方向の変形量に係る情報を取得することが可能である。
制御部4aは、Z軸回転センサ26に接続され、Z軸回転センサ26が検出したZ軸回転シリンダ22の伸長量(または収縮量)、ひいては、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に支持されたゴムブッシュ2のZ1軸の周方向の変形量に係る情報を取得することが可能である。
制御部4aは、六分力計19に接続され、六分力計19が検出したゴムブッシュ2に加わるX1軸、Y1軸およびZ1軸の軸線方向の荷重(並進荷重)、並びにX1軸、Y1軸およびZ1軸の周方向の荷重(回転荷重)の計六つの荷重に係る情報を取得する。
The
The
The
The
The
制御部4aは、加振装置3のX軸並進シリンダ13(より厳密には、X軸並進シリンダ13に作動油を供給する油圧配管に設けられた切替弁)に接続され、X軸並進シリンダ13に供給される作動油の方向および量、ひいてはX軸並進シリンダ13の伸長量(収縮量)を調整することが可能である。なお、本実施例の場合、X軸並進シリンダ13の伸長量(収縮量)の調整には、X軸並進センサ23から制御部4aが取得したX軸並進シリンダ13の伸長量(収縮量)に係る情報が用いられる。
制御部4aは、加振装置3のY軸並進シリンダ14(より厳密には、Y軸並進シリンダ14に作動油を供給する油圧配管に設けられた切替弁)に接続され、Y軸並進シリンダ14に供給される作動油の方向および量、ひいてはY軸並進シリンダ14の伸長量(収縮量)を調整することが可能である。なお、本実施例の場合、Y軸並進シリンダ14の伸長量(収縮量)の調整には、Y軸並進センサ24から制御部4aが取得したY軸並進シリンダ14の伸長量(収縮量)に係る情報が用いられる。
制御部4aは、加振装置3のZ軸並進シリンダ17・17・17・17(より厳密には、Z軸並進シリンダ17・17・17・17に作動油を供給する油圧配管に設けられた切替弁)に接続され、Z軸並進シリンダ17・17・17・17に供給される作動油の方向および量、ひいてはZ軸並進シリンダ17・17・17・17の伸長量(収縮量)を調整することが可能である。なお、本実施例の場合、Z軸並進シリンダ17・17・17・17の伸長量(収縮量)の調整には、Z軸並進センサ25から制御部4aが取得したZ軸並進シリンダ17・17・17・17の伸長量(収縮量)に係る情報が用いられる。
制御部4aは、加振装置3のZ軸回転シリンダ22(より厳密には、Z軸回転シリンダ22に作動油を供給する油圧配管に設けられた切替弁)に接続され、Z軸回転シリンダ22に供給される作動油の方向および量、ひいてはZ軸回転シリンダ22の伸長量(収縮量)を調整することが可能である。なお、本実施例の場合、Z軸回転シリンダ22の伸長量(収縮量)の調整には、Z軸回転センサ26から制御部4aが取得したZ軸回転シリンダ22の伸長量(収縮量)に係る情報が用いられる。
The
The
The
The
入力部4bは、作業者等が加振装置3の動作および荷重変位算出に係る種々のデータ等を制御部4aに入力するものであり、制御部4aに接続される。
入力部4bは専用品でも良いが、市販のキーボードやタッチパネル等を用いて達成することも可能である。
The
The
表示部4cは、入力部4bにより入力されたデータ等や加振装置3の動作状況、荷重変位算出の結果等を表示するものであり、制御部4aに接続される。
表示部4cは専用品でも良いが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いて達成することも可能である。
The
The
なお、本実施例では制御装置4が加振装置3の動作の制御と後述する荷重変位算出の両方を行う構成としたが、加振装置3の動作の制御と荷重変位算出を別体で行う(すなわち、荷重変位算出を制御装置4とは別の制御装置で行う)構成としても良い。
In this embodiment, the
以下では、図12、図13および図14を用いて、制御部4aが荷重変位算出プログラムに基づいて行う荷重変位算出方法の実施例について説明する。
図12に示す如く、本実施例の荷重変位算出方法は、第一荷重変位検出工程100、第二荷重変位検出工程200、第三荷重変位検出工程300、変換行列生成工程400、逆変換行列生成工程500等を具備する。
Below, the Example of the load displacement calculation method which the
As shown in FIG. 12, the load displacement calculation method of the present embodiment includes a first load
以下では第一荷重変位検出工程100について説明する。第一荷重変位検出工程100は本発明に係る第一荷重変位検出工程の実施の一形態である。
第一荷重変位検出工程100において、まず、ゴムブッシュ2が「第一の姿勢」(図6、図7参照)で加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に固定されて支持される。
次に、制御部4aはX軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、Z軸並進シリンダ17・17・17・17およびZ軸回転シリンダ22を作動(伸長および収縮)させることにより、ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に所定の時間変形させる。
本実施例の場合、ゴムブッシュ2には、実質的にはX2軸、Y2軸およびZ2軸の軸線方向およびZ2軸の周方向の変形が付与される。
Below, the 1st load
In the first load
Next, the
In the case of the present embodiment, the
このとき、制御部4aはX軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、Z軸並進シリンダ17・17・17・17およびZ軸回転シリンダ22をそれぞれ独立して(ランダムに)作動させることにより、ゴムブッシュ2に種々の方向および大きさの変形を付与することが可能である。また、荷重変位算出の目的に応じてゴムブッシュ2に付与する変形の大きさ(変形量)をある程度指定することも可能である。
例えば、大きな変形のみを付与することによりゴムブッシュ2が具備される自動車に大きな外力が付与された場合(自動車が障害物と衝突した場合等)のゴムブッシュ2の変形挙動を調べたり、小さな変形のみを付与することによりゴムブッシュ2が具備される自動車の通常の走行時の変形挙動を調べることも可能である。
At this time, the
For example, when a large external force is applied to an automobile equipped with the
ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させている間、制御部4aは、X軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26により経時的に検出されたゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(Z1軸)の周方向の変形量、並びに六分力計19により経時的に検出されたゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および周方向の荷重に係る情報を取得する(図13参照)。
本実施例の場合、制御部4aは、実質的にはゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向およびZ2軸の周方向の変形量に係る情報と、X2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向およびX2軸、Y2軸、Z2軸の周方向の荷重に係る情報と、を取得する。
所定の時間経過後、第一荷重変位検出工程100は終了し、第二荷重変位検出工程200に移行する。
The
In the case of the present embodiment, the
After a predetermined time elapses, the first load
以下では第二荷重変位検出工程200について説明する。第二荷重変位検出工程200は本発明に係る第二荷重変位検出工程の実施の一形態である。
第二荷重変位検出工程200において、まず、ゴムブッシュ2が「第二の姿勢」(図8、図9参照)で加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に固定されて支持される。
次に、制御部4aはX軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、Z軸並進シリンダ17・17・17・17およびZ軸回転シリンダ22を作動(伸長および収縮)させることにより、ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に所定の時間変形させる。
本実施例の場合、ゴムブッシュ2には、実質的にはX2軸、Y2軸およびZ2軸の軸線方向およびY2軸の周方向の変形が付与される。
Below, the 2nd load
In the second load
Next, the
In the case of the present embodiment, the
ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させている間、制御部4aは、X軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26により経時的に検出されたゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(Z1軸)の周方向の変形量、並びに六分力計19により経時的に検出されたゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および周方向の荷重に係る情報を取得する(図13参照)。
本実施例の場合、制御部4aは、実質的にはゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向およびY2軸の周方向の変形量に係る情報と、X2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向およびX2軸、Y2軸、Z2軸の周方向の荷重に係る情報と、を取得する。
所定の時間経過後、第二荷重変位検出工程200は終了し、第三荷重変位検出工程300に移行する。
The
In the case of the present embodiment, the
After the elapse of a predetermined time, the second load
以下では第三荷重変位検出工程300について説明する。第三荷重変位検出工程300は本発明に係る第三荷重変位検出工程の実施の一形態である。
第三荷重変位検出工程300において、まず、ゴムブッシュ2が「第三の姿勢」(図10、図11参照)で加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20に固定されて支持される。
次に、制御部4aはX軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、Z軸並進シリンダ17・17・17・17およびZ軸回転シリンダ22を作動(伸長および収縮)させることにより、ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に所定の時間変形させる。
本実施例の場合、ゴムブッシュ2には、実質的にはX2軸、Y2軸およびZ2軸の軸線方向およびX2軸の周方向の変形が付与される。
Below, the 3rd load
In the third load
Next, the
In this embodiment, the
ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させている間、制御部4aは、X軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26により経時的に検出されたゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(Z1軸)の周方向の変形量、並びに六分力計19により経時的に検出されたゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および周方向の荷重に係る情報を取得する(図13参照)。
本実施例の場合、制御部4aは、実質的にはゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向およびX2軸の周方向の変形量に係る情報と、X2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向およびX2軸、Y2軸、Z2軸の周方向の荷重に係る情報と、を取得する。
所定の時間経過後、第三荷重変位検出工程300は終了し、変換行列生成工程400に移行する。
The
In the case of the present embodiment, the
After a predetermined time elapses, the third load
以下では変換行列生成工程400について説明する。変換行列生成工程400は本発明に係る第三荷重変位検出工程の実施の一形態である。
変換行列生成工程400において、制御部4aは、第一荷重変位検出工程100においてX軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26から取得したゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量に係る経時的な情報および一つの軸の周方向の変形量に係る経時的な情報と、六分力計19から取得したゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重に係る経時的な情報および三つの軸の周方向の荷重に係る経時的な情報と、に基づいて、以下の数1で表される第一変換行列を作成する。
Hereinafter, the transformation
In the conversion
ここで、Dx、Dy、Dzはそれぞれゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向の変形量(変位)を表し、Azはゴムブッシュ2のZ2軸の周方向の変形量(変位)を表す。また、Fx、Fy、Fzはそれぞれゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向の荷重を表し、Mx、My、Mzはそれぞれゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸、Z2軸の周方向の荷重を表す。さらに、(Fx)2、(Fy)2、(Fz)2はそれぞれFx、Fy、Fzの2乗を表し、d(Fx)、d(Fy)、d(Fz)はそれぞれFx、Fy、Fzを時間で一回微分したものを表す。
Here, Dx, Dy, and Dz represent the amount of deformation (displacement) of the
図14に示すゴムブッシュ2の第一の姿勢におけるY2軸方向の変形量DyとY2軸方向の荷重Fyとの関係を例にとると、ゴムブッシュ2の第一の姿勢におけるY2軸方向の変形量DyとY2軸方向の荷重Fyとの関係は一本の直線となっておらず、DyをFyの一次関数(Dy=b2×Fy)として表した場合に信頼性が低いのは明らかである。
また、ゴムブッシュ2の第一の姿勢におけるY2軸方向の変形量DyとY2軸方向の荷重Fyとの関係は一本の曲線(図14中の太い実線)となっておらず、複数の曲線が重なった状態である(図14中の点線)ことから、DyをFyの関数(Dy=b2×Fy+b8×(Fy)2+b14×d(Fy))として表した場合に信頼性が低いのは明らかである。
従って、本実施例では、ゴムブッシュ2の変形量を、X2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向および周方向の荷重の一次成分、高次成分および微分成分の和として求めるべく第一変換行列を規定している。
このとき、第一変換行列中の各成分(a1〜a18、b1〜b18、c1〜c18、d1〜d18)は、ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量に係る経時的な情報および一つの軸の周方向の変形量に係る経時的な情報と、ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重に係る経時的な情報および三つの軸の周方向の荷重に係る経時的な情報に基づき、最小二乗法を用いて求められる。
Taking the relationship between the deformation amount Dy in the Y2 axis direction and the load Fy in the Y2 axis direction in the first posture of the
Further, the relationship between the deformation amount Dy in the Y2 axis direction and the load Fy in the Y2 axis direction in the first posture of the
Therefore, in this embodiment, the first transformation matrix is used to obtain the deformation amount of the
At this time, each component (a1 to a18, b1 to b18, c1 to c18, d1 to d18) in the first transformation matrix is time-dependent on the amount of deformation in the axial direction of three mutually orthogonal axes of the
次に、制御部4aは、第二荷重変位検出工程200においてX軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26から取得したゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量に係る経時的な情報および一つの軸の周方向の変形量に係る経時的な情報と、六分力計19から取得したゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重に係る経時的な情報および三つの軸の周方向の荷重に係る経時的な情報と、に基づいて、以下の数2で表される第二変換行列を作成する。
Next, in the second load
本実施例では、ゴムブッシュ2の変形量を、X2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向および周方向の荷重の一次成分、高次成分および微分成分の和として求めるべく第二変換行列を規定している。
このとき、第二変換行列中の各成分(a1〜a18、b1〜b18、c1〜c18、e1〜e18)は、ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量に係る経時的な情報および一つの軸の周方向の変形量に係る経時的な情報と、ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重に係る経時的な情報および三つの軸の周方向の荷重に係る経時的な情報に基づき、最小二乗法を用いて求められる。
In this embodiment, the second transformation matrix is defined to obtain the deformation amount of the
At this time, each component (a1 to a18, b1 to b18, c1 to c18, and e1 to e18) in the second transformation matrix is temporally related to the amount of deformation in the axial direction of the three axes of the
続いて、制御部4aは、第二荷重変位検出工程300においてX軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26から取得したゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量に係る経時的な情報および一つの軸の周方向の変形量に係る経時的な情報と、六分力計19から取得したゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重に係る経時的な情報および三つの軸の周方向の荷重に係る経時的な情報と、に基づいて、以下の数3で表される第三変換行列を作成する。
Subsequently, in the second load
本実施例では、ゴムブッシュ2の変形量を、X2軸、Y2軸、Z2軸の軸線方向および周方向の荷重の一次成分、高次成分および微分成分の和として求めるべく第二変換行列を規定している。
このとき、第三変換行列中の各成分(a1〜a18、b1〜b18、c1〜c18、f1〜f18)は、ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量に係る経時的な情報および一つの軸の周方向の変形量に係る経時的な情報と、ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重に係る経時的な情報および三つの軸の周方向の荷重に係る経時的な情報に基づき、最小二乗法を用いて求められる。
In this embodiment, the second transformation matrix is defined to obtain the deformation amount of the
At this time, each component (a1 to a18, b1 to b18, c1 to c18, and f1 to f18) in the third transformation matrix is related to the amount of deformation in the axial direction of the three axes perpendicular to each other of the
続いて、制御部4aは、上記第一変換行列、第二変換行列および第三変換行列を合成することにより、以下の数4で表される変換行列Hを生成する。
Subsequently, the
変換行列生成工程400が終了したら、逆変換行列生成工程500に移行する。
なお、本実施例では変換行列Hを生成するための成分として、荷重の一次成分と、荷重の二次成分と、荷重の微分成分とを用いたが、対象物の材質や形状に応じて三次以上の高次成分や二回微分以上の微分成分、あるいは定数を用いることにより、変換行列Hの信頼性を向上することが可能である。
また、本実施例では第一変換行列(数1参照)、第二変換行列(数2参照)および第三変換行列(数3参照)でそれぞれゴムブッシュ2のX2軸、Y2軸およびZ2軸の軸線方向の変形量を算出するための成分(a1〜a18、b1〜b18、c1〜c18)が重複して求められることとなるが、変換行列H(数4参照)におけるこれらの成分としては、第一変換行列、第二変換行列および第三変換行列のいずれかで求めたものを用いても良く、あるいは平均値を用いても良い。
When the transformation
In the present embodiment, the primary component of the load, the secondary component of the load, and the differential component of the load are used as the components for generating the transformation matrix H. However, the tertiary is used depending on the material and shape of the object. The reliability of the transformation matrix H can be improved by using the above higher-order components, differential components greater than or equal to the second derivative, or constants.
In this embodiment, the X2 axis, the Y2 axis, and the Z2 axis of the
以下では逆変換行列生成工程500について説明する。逆変換行列生成工程500は本発明に係る逆変換行列生成工程の実施の一形態である。
逆変換行列生成工程500において、制御部4aは、変換行列生成工程400において生成されたゴムブッシュ2の荷重から変形量を算出するための変換行列H(数4参照)に基づいて、ゴムブッシュ2の変形量から荷重を算出するための逆変換行列H−1を生成する。
逆変換行列H−1は以下の数5で表される。
Hereinafter, the inverse transformation
In the inverse transformation
The inverse transformation matrix H −1 is expressed by the following formula 5.
以上の如く、荷重変位算出装置1は、
ゴムブッシュ2を第一の姿勢、該第一の姿勢から互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)のいずれか一つの軸(本実施例の場合、X1軸)の周方向に90度回転した第二の姿勢、および該第二の姿勢から互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の残り二つの軸(Y1軸、Z1軸)のいずれか一方の軸(本実施例の場合、Y1軸)の周方向に90度回転した第三の姿勢で支持する支持手段(本実施例の場合、加振台側固定治具16および六分力計側固定治具20が支持手段に相当する)と、
ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させる変形手段(本実施例の場合、加振台12、X軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、回転盤15、Z軸並進シリンダ17・17・17・17、リンク機構21およびZ軸回転シリンダ22がこれに相当する)と、
ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の変形量(Dx、DyおよびDz)および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向の変形量(Ax、AyまたはAz)を経時的に検出する変形量検出手段(本実施例の場合、X軸並進センサ23、Y軸並進センサ24、Z軸並進センサ25およびZ軸回転センサ26が変形量検出手段に相当する)と、
ゴムブッシュ2の互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の荷重(Fx、FyおよびFz)および周方向の荷重(Mx、MyおよびMz)を経時的に検出する荷重検出手段(本実施例の場合、六分力計19が荷重検出手段に相当する)と、
前記変形量検出手段により経時的に検出されたゴムブッシュ2の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における変形量に係る情報および前記荷重検出手段により経時的に検出されたゴムブッシュ2の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における荷重に係る情報に基づいて、ゴムブッシュ2の荷重から変形量を算出するための変換行列Hを生成する変換行列生成手段(本実施例の場合、荷重変位算出プログラムが格納された制御装置4の制御部4aが変換行列生成手段に相当する)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸の周方向に変形させるためのアクチュエータを一つとすることが可能である。従って、装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
なお、本実施例の変形手段の実施例であるX軸並進シリンダ13、Y軸並進シリンダ14、Z軸並進シリンダ17・17・17・17、Z軸回転シリンダ22はいずれも油圧シリンダであるが、本発明に係る変形手段は伸長運動および収縮運動が可能なアクチュエータであれば別の構成でも良い。例えば、空圧シリンダで構成しても良く、ボールネジとモータを組み合わせたもので構成しても良い。
As described above, the load
The circumferential direction of one of the axes (X1 axis, Y1 axis, Z1 axis) of the
The
Deformation amount (Dx, Dy and Dz) in the axial direction of three mutually orthogonal axes (X1 axis, Y1 axis, Z1 axis) of
Axial load (Fx, Fy and Fz) and circumferential load (Mx, My and Mz) of three axes (X1 axis, Y1 axis and Z1 axis) perpendicular to each other of
Information on the deformation amount in the first posture, the second posture, and the third posture of the
It comprises.
By comprising in this way, it is possible to use one actuator for deforming the
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
The
また、荷重変位算出装置1は、
並進アクチュエータ(伸長および収縮するアクチュエータであり、本実施例ではZ軸回転シリンダ22が並進アクチュエータに相当する)および該並進アクチュエータの伸長運動および収縮運動を回転運動に変換するリンク機構21により、ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させるものである。
このように構成することにより、簡便な構成でゴムブッシュ2に周方向の変形(捻り変形またはこじり変形)を付与することが可能であり、設備コストの削減に寄与する。
The load
A rubber bush is provided by a translation actuator (an actuator that extends and contracts, and in this embodiment, the Z-
With this configuration, it is possible to impart circumferential deformation (twist deformation or twist deformation) to the
また、荷重変位算出装置1は、
前記変換行列生成手段により生成された変換行列Hに基づいて、ゴムブッシュ2の変形量から荷重を算出するための逆変換行列H−1を生成する逆変換行列生成手段(本実施例の場合、荷重変位算出プログラムが格納された制御装置4の制御部4aが逆変換行列生成手段に相当する)を具備するものである。
このように構成することにより、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(変形量から荷重を算出した場合の算出結果の精度が良い)逆変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
The load
Based on the transformation matrix H generated by the transformation matrix generation means, the inverse transformation matrix generation means for generating the inverse transformation matrix H −1 for calculating the load from the deformation amount of the rubber bush 2 (in this embodiment, The
By configuring in this way, an inverse transformation matrix having high reliability in consideration of interference components in the axial direction and the circumferential direction of three axes orthogonal to each other (the accuracy of the calculation result when the load is calculated from the deformation amount is good). Can be generated. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
なお、本発明に係る荷重変位算出装置は本実施例の荷重変位算出装置1に限定されず、
対象物を互いに直交する複数の姿勢で支持可能な支持手段と、
前記対象物を少なくとも一方向に並進変形させるとともに少なくとも一方向に捻り変形させる変形手段と、
前記変形手段により対象物が並進変形する方向の並進変形量および捻り変形する方向の捻り変形量を経時的に検出する変形量検出手段と、
前記変形手段により対象物が並進変形する方向の並進荷重および捻り変形する方向の捻り荷重を経時的に検出する荷重検出手段と、
前記変形量検出手段により経時的に検出された対象物の各姿勢における並進変形量および捻り変形量に係る情報、および、前記荷重検出手段により経時的に検出された対象物の各姿勢における並進荷重および捻り荷重に係る情報、に基づいて、前記対象物の並進荷重および捻り荷重から並進変形量および捻り変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成手段と、
を具備する荷重変位算出装置としても良い。
The load displacement calculation device according to the present invention is not limited to the load
Support means capable of supporting the object in a plurality of postures orthogonal to each other;
Deformation means for translating and deforming the object in at least one direction and twisting and deforming in at least one direction;
Deformation amount detection means for detecting over time the translation deformation amount in the direction in which the object is deformed in translation and the twist deformation amount in the direction in which the object is torsionally deformed by the deformation means;
Load detecting means for detecting over time a translation load in a direction in which the object is deformed in translation by the deformation means and a torsion load in a direction in which the object is torsionally deformed;
Information relating to the translational deformation amount and torsional deformation amount in each posture of the object detected over time by the deformation amount detection means, and the translational load in each posture of the object detected over time by the load detection means And a transformation matrix generating means for generating a transformation matrix for calculating the translational deformation amount and the torsional deformation amount from the translational load and the torsional load of the object based on the information relating to the torsional load,
It is good also as a load displacement calculation apparatus which comprises.
上記「複数の姿勢」の数の最小値は、並進変形の方向の数と捻り変形の方向の数のうち、少ない方の数(並進変形の方向の数と捻り変形の方向の数が同じ場合はその数)を4から引いた値である。また、本発明に係る荷重変位算出装置は、対象物を互いに直交する三方向に並進変形させるとともに互いに直交する三方向に捻り変形させる変形手段を具備する構成は除かれる。
例えば、対象物を三つの軸(X1軸、Y1軸およびZ1軸)の軸線方向に並進変形させるとともに、二つの軸(Y1軸およびZ1軸)の周方向に捻り変形させる構成の荷重変位算出装置の場合、少なくとも二つの姿勢において対象物を並進変形および捻り変形させれば良い。
また、対象物を一つの軸(Z1軸)の軸線方向に並進変形させるとともに、一つの軸(Z1軸)の周方向に捻り変形させる構成の荷重変位算出装置の場合、少なくとも三つの姿勢において対象物を並進変形および捻り変形させれば良い。
The minimum value of the number of “plural postures” is the smaller of the number of translational deformation directions and the number of twisting deformation directions (when the number of translational deformation directions and the number of twisting deformation directions are the same) Is a value obtained by subtracting the number from 4). In addition, the load displacement calculation apparatus according to the present invention excludes a configuration including a deformation unit that translates and deforms an object in three orthogonal directions and twists and deforms in three orthogonal directions.
For example, a load displacement calculation device configured to translate an object in the axial direction of three axes (X1 axis, Y1 axis, and Z1 axis) and torsionally deform in the circumferential direction of two axes (Y1 axis and Z1 axis). In this case, the object may be translated and twisted in at least two postures.
In addition, in the case of a load displacement calculation device configured to translate an object in the axial direction of one axis (Z1 axis) and torsionally deform in the circumferential direction of one axis (Z1 axis), the object in at least three postures What is necessary is just to translate and torsionally deform an object.
このような構成とすることにより、対象物を並進変形または捻り変形させるためのアクチュエータを(三方向の並進変形および三方向の捻り変形を行う荷重変位算出装置よりも)少なくすることが可能である。従って、装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
By adopting such a configuration, it is possible to reduce the number of actuators for translating or twisting the object (in comparison with a load displacement calculating device that performs translational deformation in three directions and twisting deformation in three directions). . Therefore, it is possible to reduce the size and simplification of the apparatus, which in turn contributes to a reduction in equipment costs.
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
また、本発明に係る荷重変位算出方法の実施例は、
ゴムブッシュ2を第一の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の変形量(Dx、Dy、Dz)および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向の変形量(Az)を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の荷重(Fx、Fy、Fz)および周方向の荷重(Mx、My、Mz)を経時的に検出する第一荷重変位検出工程100と、
ゴムブッシュ2を前記第一の姿勢から互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、X1軸)の周方向に90度回転した第二の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の変形量(Dx、Dy、Dz)および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向の変形量(Ay)を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の荷重(Fx、Fy、Fz)および周方向の荷重(Mx、My、Mz)を経時的に検出する第二荷重変位検出工程200と、
ゴムブッシュ2を前記第二の姿勢から互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の残り二つの軸(本実施例の場合、Y1軸およびZ1軸)のいずれか一方の軸(本実施例の場合、Y1軸)の周方向に90度回転した第三の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の変形量(Dx、Dy、Dz)および該三つの軸のいずれか一つの軸(本実施例の場合、Z1軸)の周方向の変形量(Ax)を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)の軸線方向の荷重(Fx、Fy、Fz)および周方向の荷重(Mx、My、Mz)を経時的に検出する第三荷重変位検出工程300と、
第一荷重変位検出工程100、第二荷重変位検出工程200および第三荷重変位検出工程300において経時的に検出されたゴムブッシュ2の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における変形量に係る情報および対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における荷重に係る情報に基づいて、ゴムブッシュ2の荷重から変形量を算出するための変換行列Hを生成する変換行列生成工程400と、
を具備するものである。
このように構成することにより、ゴムブッシュ2を互いに直交する三つの軸の周方向に変形させるためのアクチュエータを一つとすることが可能である。従って、当該荷重変位算出方法を行う装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
An embodiment of the load displacement calculation method according to the present invention is as follows:
The
The
One of the remaining two axes (in this embodiment, the Y1 axis and the Z1 axis) of the three axes (X1, Y1, and Z1 axes) orthogonal to each other from the second posture of the rubber bush 2 (In the case of the present embodiment, the Y1 axis) is supported in a third posture rotated 90 degrees in the circumferential direction, and the three axes (X1, Y1, and Z1 axes) orthogonal to each other and the three axes Is deformed in the circumferential direction of any one of the axes (in this example, the Z1 axis), and the axial deformation amount (Dx, Dy, Dz) and the amount of deformation (Ax) in the circumferential direction of any one of the three axes (in this example, the Z1 axis) are detected over time, and three axes (X1 axis, Y1 axis, Z1 axis) axial load (Fx, Fy, Fz) and circumferential load (Mx) My, Mz) and the third load
Deformation of the
It comprises.
By comprising in this way, it is possible to use one actuator for deforming the
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
また、本発明に係る荷重変位算出方法の実施例は、
変換行列生成工程400において生成された変換行列に基づいて、ゴムブッシュ2の変形量から荷重を算出するための逆変換行列H−1を生成する逆変換行列生成工程500を具備するものである。
An embodiment of the load displacement calculation method according to the present invention is as follows:
Based on the transformation matrix generated in the transformation
このように構成することにより、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(変形量から荷重を算出した場合の算出結果の精度が良い)逆変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。 By configuring in this way, an inverse transformation matrix having high reliability in consideration of interference components in the axial direction and the circumferential direction of three axes orthogonal to each other (the accuracy of the calculation result when the load is calculated from the deformation amount is good). Can be generated. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
なお、本発明に係る荷重変位算出方法は、本実施例の荷重変位算出方法の実施の一形態に限定されず、
対象物の姿勢を互いに直交する複数の姿勢で支持し、前記複数の姿勢の各姿勢について、少なくとも一方向に並進変形させるとともに少なくとも一方向に捻り変形させ、前記対象物が並進変形する方向の並進変形量および捻り変形する方向の捻り変形量を経時的に検出するとともに、前記対象物が並進変形する方向の並進荷重および捻り変形する方向の捻り荷重を経時的に検出することを行う荷重変位検出工程と、
前記荷重変位検出工程において経時的に検出された対象物の各姿勢における並進変形量および捻り変形量に係る情報、および、前記対象物の各姿勢における並進荷重および捻り荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の並進荷重および捻り荷重から並進変形量および捻り変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成工程と、
を具備する荷重変位算出方法としても良い。
In addition, the load displacement calculation method according to the present invention is not limited to one embodiment of the load displacement calculation method of the present embodiment,
The posture of the object is supported in a plurality of postures orthogonal to each other, and each posture of the plurality of postures is translated and deformed in at least one direction and twisted and deformed in at least one direction. Load displacement detection that detects the amount of deformation and the amount of twist deformation in the direction of torsional deformation over time, and detects the translational load in the direction of translational deformation of the object and the torsional load in the direction of torsional deformation over time. Process,
Based on information relating to the translational deformation amount and torsional deformation amount in each posture of the object detected over time in the load displacement detection step, and information relating to the translational load and torsional load in each posture of the object, A transformation matrix generating step for generating a transformation matrix for calculating the translational deformation amount and the torsional deformation amount from the translational load and the torsional load of the object;
It is good also as a load displacement calculation method comprising.
上記「複数の姿勢」の数の最小値は、並進変形の方向の数と捻り変形の方向の数のうち、少ない方の数(並進変形の方向の数と捻り変形の方向の数が同じ場合はその数)を4から引いた値である。また、本発明に係る荷重変位算出方法は、対象物を互いに直交する三方向に並進変形させるとともに互いに直交する三方向に捻り変形させる構成は除かれる。
例えば、対象物を三つの軸(X1軸、Y1軸およびZ1軸)の軸線方向に並進変形させるとともに、二つの軸(Y1軸およびZ1軸)の周方向に捻り変形させる構成の荷重変位算出方法の場合、少なくとも二つの姿勢において対象物を並進変形および捻り変形させれば良い。
また、対象物を一つの軸(Z1軸)の軸線方向に並進変形させるとともに、一つの軸(Z1軸)の周方向に捻り変形させる構成の荷重変位算出方法の場合、少なくとも三つの姿勢において対象物を並進変形および捻り変形させれば良い。
The minimum value of the number of “plural postures” is the smaller of the number of translational deformation directions and the number of twisting deformation directions (when the number of translational deformation directions and the number of twisting deformation directions are the same) Is a value obtained by subtracting the number from 4). Further, the load displacement calculation method according to the present invention excludes a configuration in which the object is translated and deformed in three directions orthogonal to each other and twisted in three directions orthogonal to each other.
For example, a load displacement calculation method having a configuration in which an object is translated and deformed in the axial direction of three axes (X1 axis, Y1 axis, and Z1 axis) and twisted in the circumferential direction of two axes (Y1 axis and Z1 axis). In this case, the object may be translated and twisted in at least two postures.
In addition, in the case of the load displacement calculation method configured to translate the object in the axial direction of one axis (Z1 axis) and torsionally deform in the circumferential direction of one axis (Z1 axis), the object is measured in at least three postures. What is necessary is just to translate and torsionally deform an object.
このような構成とすることにより、対象物を並進変形または捻り変形させるためのアクチュエータを(三方向の並進変形および三方向の捻り変形を行う荷重変位算出装置よりも)少なくすることが可能である。従って、装置の小型化・簡素化を図ることが可能であり、ひいては設備コストの削減に寄与する。
また、互いに直交する三つの軸の軸線方向および周方向の干渉成分を考慮した信頼性の高い(荷重から変形量を算出した場合の算出結果の精度が良い)変換行列を生成することが可能である。特に、対象物の変形量が大きい場合や、対象物を構成する材料が非線形性の強いものである場合(変形挙動にヒステリシスを有するものである場合)に効果が大きい。
By adopting such a configuration, it is possible to reduce the number of actuators for translating or twisting the object (in comparison with a load displacement calculating device that performs translational deformation in three directions and twisting deformation in three directions). . Therefore, it is possible to reduce the size and simplification of the apparatus, which in turn contributes to a reduction in equipment costs.
In addition, it is possible to generate a transformation matrix with high reliability (highly accurate calculation results when the deformation is calculated from the load) in consideration of the axial and circumferential interference components of three axes orthogonal to each other. is there. In particular, the effect is great when the deformation amount of the object is large, or when the material constituting the object is highly nonlinear (when the deformation behavior has hysteresis).
1 荷重変位算出装置
2 ゴムブッシュ(対象物)
4a 制御部(変換行列生成手段)
12 加振台(変形手段)
13 X軸並進シリンダ(変形手段)
14 Y軸並進シリンダ(変形手段)
15 回転盤(変形手段)
16 加振台側固定治具(支持手段)
17 Z軸並進シリンダ(変形手段)
19 六分力計(荷重検出手段)
20 六分力計側固定治具(支持手段)
21 リンク機構(変形手段)
22 Z軸回転シリンダ(変形手段)
23 X軸並進センサ(変形量検出手段)
24 Y軸並進センサ(変形量検出手段)
25 Z軸並進センサ(変形量検出手段)
26 Z軸回転センサ(変形量検出手段)
1 Load
4a Control unit (conversion matrix generation means)
12 Excitation table (deformation means)
13 X-axis translation cylinder (deformation means)
14 Y-axis translation cylinder (deformation means)
15 Turntable (deformation means)
16 Shaking table side fixing jig (support means)
17 Z-axis translation cylinder (deformation means)
19 Six-component force meter (load detection means)
20 Six-component force meter side fixing jig (support means)
21 Link mechanism (deformation means)
22 Z-axis rotating cylinder (deformation means)
23 X-axis translation sensor (deformation amount detection means)
24 Y-axis translation sensor (deformation amount detection means)
25 Z-axis translation sensor (deformation detection means)
26 Z-axis rotation sensor (deformation amount detection means)
Claims (7)
前記対象物を少なくとも一方向に並進変形させるとともに少なくとも一方向に捻り変形させる変形手段と、
前記変形手段により対象物が並進変形する方向の並進変形量および捻り変形する方向の捻り変形量を経時的に検出する変形量検出手段と、
前記変形手段により対象物が並進変形する方向の並進荷重および捻り変形する方向の捻り荷重を経時的に検出する荷重検出手段と、
前記変形量検出手段により経時的に検出された対象物の各姿勢における並進変形量および捻り変形量に係る情報、および、前記荷重検出手段により経時的に検出された対象物の各姿勢における並進荷重および捻り荷重に係る情報、に基づいて、前記対象物の並進荷重および捻り荷重から並進変形量および捻り変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成手段と、
を具備する荷重変位算出装置。 Support means capable of supporting the object in a plurality of postures orthogonal to each other;
Deformation means for translating and deforming the object in at least one direction and twisting and deforming in at least one direction;
Deformation amount detection means for detecting over time the translation deformation amount in the direction in which the object is deformed in translation and the twist deformation amount in the direction in which the object is torsionally deformed by the deformation means;
Load detecting means for detecting over time a translation load in a direction in which the object is deformed in translation by the deformation means and a torsion load in a direction in which the object is torsionally deformed;
Information relating to the translational deformation amount and torsional deformation amount in each posture of the object detected over time by the deformation amount detection means, and the translational load in each posture of the object detected over time by the load detection means And a transformation matrix generating means for generating a transformation matrix for calculating the translational deformation amount and the torsional deformation amount from the translational load and the torsional load of the object based on the information relating to the torsional load,
A load displacement calculation device comprising:
前記対象物を互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させる変形手段と、
前記対象物の互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出する変形量検出手段と、
前記対象物の互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する荷重検出手段と、
前記変形量検出手段により経時的に検出された対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における変形量に係る情報および前記荷重検出手段により経時的に検出された対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の荷重から変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成手段と、
を具備する荷重変位算出装置。 The first posture, the second posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of any one of the three axes orthogonal to each other from the first posture, and the three postures orthogonal to each other from the second posture Support means for supporting in a third posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of one of the remaining two shafts of the two shafts;
Deformation means for deforming the object in the axial direction of three axes orthogonal to each other and in the circumferential direction of any one of the three axes;
Deformation amount detecting means for detecting the deformation amount in the axial direction of three axes orthogonal to each other of the object and the deformation amount in the circumferential direction of any one of the three axes,
Load detecting means for detecting the load in the axial direction and the load in the circumferential direction of the three orthogonal axes of the object over time;
Information on the deformation amount in the first posture, the second posture, and the third posture of the object detected over time by the deformation amount detection means, and information on the object detected over time by the load detection means. Conversion matrix generation means for generating a conversion matrix for calculating a deformation amount from the load of the object based on information on the load in the first posture, the second posture, and the third posture;
A load displacement calculation device comprising:
前記荷重変位検出工程において経時的に検出された対象物の各姿勢における並進変形量および捻り変形量に係る情報、および、前記対象物の各姿勢における並進荷重および捻り荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の並進荷重および捻り荷重から並進変形量および捻り変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成工程と、
を具備する荷重変位算出方法。 The posture of the object is supported in a plurality of postures orthogonal to each other, and each posture of the plurality of postures is translated and deformed in at least one direction and twisted and deformed in at least one direction. Load displacement detection that detects the amount of deformation and the amount of twist deformation in the direction of torsional deformation over time, and detects the translational load in the direction of translational deformation of the object and the torsional load in the direction of torsional deformation over time. Process,
Based on information relating to the translational deformation amount and torsional deformation amount in each posture of the object detected over time in the load displacement detection step, and information relating to the translational load and torsional load in each posture of the object, A transformation matrix generating step for generating a transformation matrix for calculating the translational deformation amount and the torsional deformation amount from the translational load and the torsional load of the object;
A load displacement calculation method comprising:
前記対象物を前記第一の姿勢から互いに直交する三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に90度回転した第二の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する第二荷重変位検出工程と、
前記対象物を前記第二の姿勢から互いに直交する三つの軸の残り二つの軸のいずれか一方の軸の周方向に90度回転した第三の姿勢で支持し、互いに直交する三つの軸の軸線方向および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向に変形させ、互いに直交する三つの軸の軸線方向の変形量および該三つの軸のいずれか一つの軸の周方向の変形量を経時的に検出するとともに、互いに直交する三つの軸の軸線方向の荷重および周方向の荷重を経時的に検出する第三荷重変位検出工程と、
前記第一荷重変位検出工程、前記第二荷重変位検出工程および前記第三荷重変位検出工程において経時的に検出された対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における変形量に係る情報および対象物の第一の姿勢、第二の姿勢および第三の姿勢における荷重に係る情報に基づいて、前記対象物の荷重から変形量を算出するための変換行列を生成する変換行列生成工程と、
を具備する荷重変位算出方法。 The object is supported in a first posture, deformed in the axial direction of three axes orthogonal to each other and the circumferential direction of any one of the three axes, and the deformation amount in the axial direction of the three axes orthogonal to each other And a first load that detects the amount of deformation in the circumferential direction of any one of the three shafts over time and detects the load in the axial direction and the load in the circumferential direction of the three axes orthogonal to each other over time. A displacement detection step;
The object is supported in a second posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of any one of the three axes orthogonal to each other from the first posture, and the axial directions of the three axes orthogonal to each other and the three axes. By deforming in the circumferential direction of any one of the three axes, the amount of deformation in the axial direction of three axes orthogonal to each other and the amount of deformation in the circumferential direction of any one of the three axes are detected over time. And a second load displacement detection step for detecting the axial load and the circumferential load of the three axes orthogonal to each other over time,
The object is supported in a third posture rotated 90 degrees in the circumferential direction of one of the remaining two axes orthogonal to each other from the second posture, and the three axes orthogonal to each other are supported. Deform in the axial direction and the circumferential direction of any one of the three axes, and determine the amount of deformation in the axial direction of the three axes orthogonal to each other and the amount of deformation in the circumferential direction of any one of the three axes. A third load displacement detecting step for detecting the load in the axial direction and the load in the circumferential direction of the three axes orthogonal to each other with time,
Deformation amounts in the first posture, the second posture, and the third posture of the object detected over time in the first load displacement detection step, the second load displacement detection step, and the third load displacement detection step A transformation matrix for generating a transformation matrix for calculating a deformation amount from the load of the object based on the information on the object and the information on the load in the first attitude, the second attitude, and the third attitude of the object Generation process;
A load displacement calculation method comprising:
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