JP2008096315A - Method and device for evaluating elasticity of object having smooth outer periphery based on deformation of outer periphery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、滑らかな外周を持った物体の弾性又は硬さの評価技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for evaluating the elasticity or hardness of an object having a smooth outer periphery.
医療分野においては皮膚ガンや浮腫(むくみ)など病変によっては皮膚表面の硬さが変化する病気がある。このような病気の診断では皮膚表面硬さの定量的な計測方法の確立が望まれている。また、健康・福祉分野においては筋力の計測というニーズがあり、加齢と共に身体に生じる様々な衰えの中でも特に筋力の低下は高齢者の生活の質(QOL:Quality Of Life)の低下に直結する。筋力と皮膚表面で計測した身体部位の硬さとは関係することが知られており、簡便に皮膚表面の硬さを測ることが望まれている。同様にスポーツ分野においても筋力測定や、筋疲労測定などが硬さを評価することにより行われており、簡便な硬さ計測手法が望まれている。 In the medical field, there are diseases in which the hardness of the skin surface changes depending on lesions such as skin cancer and edema (swelling). In the diagnosis of such diseases, establishment of a quantitative measurement method for skin surface hardness is desired. In the health and welfare field, there is a need to measure muscle strength. Among the various declines that occur in the body with aging, particularly the decline in muscle strength directly leads to a decline in quality of life (QOL) of the elderly. . It is known that muscular strength is related to the hardness of the body part measured on the skin surface, and it is desired to easily measure the hardness of the skin surface. Similarly, in the sports field, muscle strength measurement, muscle fatigue measurement, and the like are performed by evaluating hardness, and a simple hardness measurement method is desired.
食品やゴム加工品などの産業分野では品質管理を行う際に製品の硬さが品質の指標となる製品が数多くある。例えば、食品分野では、おにぎりを自動で握る自動機械の性能評価指標として消費者が美味として受け入れられるおにぎりの硬さを実現するために硬さの測定が必要となる。本発明はこれらのニーズに適応可能であり、従来用いられている手法よりも簡便かつ安定、さらに平均的な硬さを一度で計測可能という特徴を持つ装置及び計測方法の提供を目的とする。 In the industrial field such as food and processed rubber products, there are many products whose hardness is the index of quality when quality control is performed. For example, in the food field, it is necessary to measure hardness in order to realize the hardness of a rice ball that is accepted as a delicious taste by consumers as a performance evaluation index of an automatic machine that automatically holds a rice ball. The present invention is adaptable to these needs, and an object thereof is to provide an apparatus and a measuring method that have features that are simpler and more stable than conventional methods and that can measure average hardness at a time.
医療分野における上述の目的に対応した弾性又は硬さを計測する従来技術としては、特許文献1に開示された発明があり、物体の表面に空気圧を印加しこのときの変位から弾性、粘性といった変形特性を計測するものである。この技術では1度に計測できる範囲が狭く、物体全体にわたって弾性を計測する場合は多数の点で計測を行なう必要がある。特許文献2には筋肉のような体内組織の硬軟度を定量的に把握する硬軟度測定装置とその解析プログラムが開示されている。対象部位に対してあらかじめ定められた計測位置から振動を与えることによりその周囲に発生する表面波を検出して対象部位の硬さ度合いを測定できる機能を持つ装置であるが、硬軟度の測定範囲は振動を与えた範囲に限定されるので、全体の測定を行なうには何箇所にも振動を加える必要がある。
As a conventional technique for measuring elasticity or hardness corresponding to the above-mentioned purpose in the medical field, there is an invention disclosed in
特許文献1に開示された発明では被測定対象物体の1箇所に空気圧を加え、そのレスポンスとして被測定対象物体の変形を計測するものであるが、加えた圧力と対応する変形との関連を一定に保つ必要から計測対象を拘束する作業が必要な場合がある。特に医師の臨床的な使用に供されるものとしては負担の少ない取り扱い簡便なものであることが望ましい。
In the invention disclosed in
また、上記0002及び0003に述べた弾性計測の用途においては被計測物体の全体の弾性値の平均値を得ることが重要であるが、前記の従来技術のように局所的な弾性を計測する方法においては、計測対象物体の内部の構造の非均質性、非等方性を考慮して多数箇所の計測結果から全体の平均的な弾性値を計算する必要がある。例えば、ヒトの腕の表面からみた腕の弾性を計測したい場合、腕には骨や腱、血管など弾性の異なる組織が様々存在し、局所的な弾性が位置によって変化してしまうので、平均的な弾性を求めるには従来手法では腕の全周を何度も計測する必要がある。このように、従来の技術では物体の弾性を簡便に計測する上で問題があった。
滑らかな形状の外周を持つ物体の弾性を計測し、評価を行なう方法及び装置に関し、計測対象の大きさに影響されず、計測対象の平均的な弾性評価を簡便かつ安定的に行なう手法を提供することを課題とする。すなわち材料固有の硬さが同じで大きさの異なる計測対象を単純に力と変形量だけで評価すると、対象の弾性を正確に評価することができない。大きい物体は弾性が見かけ上軟らかくなり、小さい物体ではその逆となる。このことは、ヒトの腕など個体差がある計測対象においては問題となるため、計測対象の大きさに影響されない弾性評価手法を提供することが重要な課題である。なお、上記で滑らかな形状の外周を持つ物体とは、評価対象物体の断面の外周の形状が鋭い凸部や小さい角度の稜等を有するものでないことを意味する。例えば断面が3角柱、4角柱は対象としないが、それ以上の多角柱については本発明における滑らかな形状とみなすことができる場合がある。 A method and apparatus for measuring and evaluating the elasticity of an object having a smooth outer periphery, and providing a simple and stable method for evaluating the average elasticity of a measurement object regardless of the size of the measurement object. The task is to do. In other words, if a measurement object having the same hardness inherent in the material but different in size is simply evaluated by only the force and the deformation amount, the elasticity of the object cannot be accurately evaluated. Large objects appear to be soft, and vice versa for small objects. This is a problem for a measurement target having individual differences such as a human arm. Therefore, it is an important issue to provide an elasticity evaluation method that is not affected by the size of the measurement target. Note that the above-described object having a smooth outer periphery means that the shape of the outer periphery of the cross section of the object to be evaluated does not have a sharp convex portion, a small-angle ridge, or the like. For example, a triangular prism or a quadrangular prism is not a target in cross section, but a polygonal prism having a larger cross section may be regarded as a smooth shape in the present invention.
滑らかな外周を持った物体の弾性を評価する装置又は評価方法であって、弾性を評価する対象である物体に帯を巻き付け、該巻き付けられた帯の端部を引っ張ることにより引張力を加える手段に接続し、該引張力を加える手段によって前記帯に生じる引張力を計測する手段と、前記帯が弾性評価対象に巻き付いた部分の長さの変化量を取得する手段を備える構成である。前記構成において、引張力を加える手段により前記帯に引張力を与え、該引張力が所定の張力に達したことを前記張力計測手段が検知した時点と、引張力を加え続けて前記帯が弾性評価対象に巻き付いた部分の長さに変化が生じなくなる状態に達した時点の間における前記評価対象物体に巻き付いている帯の長さの変化量を計測し、該帯の長さの変化量と引張力計測値により被評価物体の弾性を評価することを特徴とする。すなわち、弾性評価対象物体に巻き付けた帯を引っ張って被評価部に圧縮力を加えることにより生ずる被評価部の断面外周の長さの減少度合いが、該部分の硬さ、又は弾性に対応するという現象を利用し、前記被評価物体に巻いた帯の端部の位置の計測データにより、前記断面外周長さの減少度合いを演算し、該演算した値と引張力計測値の比により硬さ又は弾性評価を行なうよう構成したことを特徴とする。なお、弾性評価対象物体に巻く帯を引っ張ることによる帯の端部の位置が変化するが、該端部位置の計測値を「帯の引張距離」、「帯の端部位置」と呼ぶことにする。 An apparatus or an evaluation method for evaluating the elasticity of an object having a smooth outer periphery, in which a band is wound around an object whose elasticity is to be evaluated, and a tensile force is applied by pulling an end of the wound band And means for measuring the tensile force generated in the band by means for applying the tensile force, and means for acquiring the amount of change in the length of the portion where the band is wound around the elastic evaluation object. In the above-described configuration, a tensile force is applied to the belt by means for applying a tensile force, and when the tension measuring means detects that the tensile force has reached a predetermined tension, and the belt is elastic when the tensile force is continuously applied. Measure the amount of change in the length of the band wound around the object to be evaluated during the time when the state where the length of the portion wrapped around the evaluation object is no longer changed, and the amount of change in the length of the band The elasticity of the object to be evaluated is evaluated based on the measured tensile force. That is, the degree of reduction in the length of the outer periphery of the cross section of the evaluated portion, which is caused by applying a compressive force to the evaluated portion by pulling the belt wound around the elastic evaluation target object, corresponds to the hardness or elasticity of the portion. Using the phenomenon, the degree of decrease in the outer circumferential length of the cross section is calculated from the measurement data of the position of the end of the band wound around the object to be evaluated, and the hardness or the ratio of the calculated value and the tensile force measurement value is calculated. It is configured to perform elasticity evaluation. Note that the position of the end of the band is changed by pulling the band wound around the object to be evaluated for elasticity, and the measured value of the end position is referred to as “the tensile distance of the band” and “the end position of the band”. To do.
図1は本発明の基本的構成とその作用を示す図である。図1において、1は弾性を計測評価する対象の物体の断面である。典型的な被計測対象物体としてはヒトの腕であり、皮膚ガンや浮腫(むくみ)など病変によっては皮膚表面の硬さが変化しているかどうかを診断するために皮膚表面硬さを定量的に計測、評価する場合である。図1において2は弾性評価用の帯であって、紐状又はテープ状の形状を有し、被評価物体に巻き付けることのできる柔軟性を持った材質であり、かつ帯2に加えられた引張力により、弾性評価に影響を与えるような伸びを生じないものであることを必要とする。また、帯は被測定対象の表面に局部的に過大な面圧を生じさせないよう充分な幅を有することを必要とする。以下の記載及び特許請求範囲の記載において「帯」とは以上の要件を満たす紐、テープ状の物を意味するものとする。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration and operation of the present invention. In FIG. 1,
図1では被評価物体1の弾性評価対象部位の周囲に巻き付けられた帯2に引張力を加える手段として、帯2を評価対象部位に巻き付け後、その一端を固定点6に接続し、他端を駆動装置により直線的に移動するアクチュエータ3aを有する移動機構(以後リニアスライダーと呼ぶ)から成る引張手段3に接続した例を示す。引張手段3のアクチュエータ3aは図1の右方向に帯2の端部を引っ張り、引張力を加えることができる。またアクチュエータ3aと帯2の接続点には引張力計測手段4(例えばストレンゲージ、ロードセル等の力センサ)を組み込んで帯2に加わる引張力計測を可能にする。引張手段3にはアクチュエータ3aの位置計測手段5a(例えば磁気距離センサ、エンコーダ等位置又は距離センサ)が組み込まれ引張距離計測を行なう。すなわち引張手段であるリニアスライダのアクチュエータ3aの移動距離を前記位置計測手段5aで計測することにより、帯2の端部の移動距離を計測し、同帯2の引張距離とする。なお図1において、被評価部位1の周囲に巻付けた帯2の両端がAにおいて交差するように見える箇所は、帯2の両端部を図1の裏表方向にずらして相互の接触を避けるか、図1に示すA−A矢視図のように帯2の一方の端部に口型または他の適当形状の環13を接続し、帯2他の端部を同環に通すように配置して相互の接触を避ける等の配慮を払う。
In FIG. 1, as a means for applying a tensile force to the
図4において制御装置14は、前記リニアスライダを適用した引張手段3を駆動する信号を出力すると共に、前記の引張力計測手段4及びアクチュエータ3aの位置計測手段5aの信号を入力して弾性評価演算を行なう。先ず帯2を被弾性評価物体に巻き付け、リニアスライダ駆動制御部14aからアクチュエータ3aに、帯2を引っ張る方向に駆動する信号を出力する。弾性評価部14bは、引張力計測値とアクチュエータ3aの位置をモニターし、引張力計測手段4の計測値があらかじめ設定した引張力f1に達した時のアクチュエータ3aの位置を記憶し(記憶した位置をL1とする)、その後もアクチュエータ3aの位置変化を監視して同位置の変化量が所定の値以内になった時のアクチュエータ3aの位置を計測、記憶する(記憶した位置をL2とする)。ここで|L1−L2|の値(Δxとする)は帯2に加わった引張力が設定値(f1)に達した時点、すなわち弾性被評価対象に巻き付けた帯2に引張力が加わったとみなされる時点から、帯2を巻き付けた被評価対象物体が帯2に加わる引張力によって締め付けられてその半径が減少する結果アクチュエータ3aに生じていた位置変化が止まる時点までの間の、アクチュエータ3a(すなわち帯2の端部)の移動距離であって帯2の引張距離に相当する。また、Δx=|L1−L2|の値は、帯2の引張力がf1である時点における帯2を巻いた被評価対象の部分の断面外周長さと、その後さらに帯2に引張力を加えるによって減少した後の前記外周長さの差に比例する。さらに、弾性評価部14bは、アクチュエータ3aの位置がL2になった時点に帯2に加わる引張力(f2とする)を記憶する。図4に示すように、制御装置14には最大引張力(fm)を設定できるようになっており、引張力がfmに達すると引張手段3(図4の場合はリニアスライダ)の駆動を停止する。ここで制御手段14は単一の装置であることを必要とせず、上記の機能を有する装置やユニットの集合体とすることもできる。
In FIG. 4, the
上記のようにして計測した帯2を巻き付けた被評価対象部分の断面外周長さの変化に比例する量(Δx=|L1−L2|)と引張力の変化(f2−f1)の比((f2−f1)/Δxによって対象物体の弾性係数を評価することが可能である。 The ratio of the amount (Δx = | L1-L2 |) proportional to the change in the outer peripheral length of the cross-section of the part to be evaluated and the change in tensile force (f2-f1) (( It is possible to evaluate the elastic coefficient of the target object by f2-f1) / Δx.
前記の比((f2−f1)/Δx)は評価対象物体の大きさに依存した値であって、被評価対象の大きさによる補正を必要とする。以下にその補正の方法を説明する。なお、式(1)〜(6)に使用する変数及び係数の意味は特許請求範囲の記載においても同様の意味で使用されるものとする。図1において被評価対象物体1の部分の体積であって、該部分に巻き付いた帯2に被覆された部分の体積をVとし、帯2により同部分に加わる圧縮圧力の変化dpにより同部分の体積にdV変化の変化が生じるものとする。帯2により外側から圧縮を受ける評価対象物体の体積弾性係数をKとすると、体積の変化量dVと圧縮圧力の変化dpとの関係は式(1)のように表される。
The ratio ((f2−f1) / Δx) depends on the size of the object to be evaluated, and requires correction based on the size of the object to be evaluated. The correction method will be described below. In addition, the meaning of the variable and coefficient used for Formula (1)-(6) shall be used by the same meaning also in description of a claim. In FIG. 1, the volume of the portion of the
弾性評価対象の断面を近似的に円とみなした時の半径をr、帯の幅をB、drを圧縮圧力の変化dpに対応する半径rの変化、fを帯に加わる引張力とすると、式(1)から式(6)の方程式を得る。 Assuming that the cross section of the elastic evaluation object is approximately a circle, the radius is r, the width of the band is B, dr is the change in radius r corresponding to the change in compression pressure dp, and f is the tensile force applied to the band. Equations (1) to (6) are obtained.
被評価対象物体の初期(帯2に引張力f1が加わった瞬時の状態)における半径をr0とし、その時の帯2に加わる引張力f1は小さい値でありf1=0と近似して方程式(6)の積分を行い、式(7)を得る。さらにσとεを式(8)及び式(9)のように表すと、被評価物体の大きさに関わり無い体積弾性係数の評価値Kを式(10)のように計算できる。σは応力、εは張力を表す。
The radius of the object to be evaluated in the initial stage (instantaneous state where the tensile force f1 is applied to the band 2) is set to r 0, and the tensile force f1 applied to the
式(10)によって求められた体積弾性係数を用いることで、物体の大きさに関係なく計測対象の弾性を評価することができる。式(10)によって弾性係数Kを得るために用いるfは、f=f2−f1であるが、f1、f2は帯2に加わる引張力として前記0011に記載したように計測される(ただし式(6)を導く過程においては簡単化のためf1=0と近似)される値である。また式(7)〜(9)における半径r0およびrは図5の状態1に示めすように帯2を弾性評価対象物体に巻き付けない状態(帯2が全体として直線になっている状態)におけるアクチュエータ3aの位置をLbとし、被弾性評価物体に巻いた帯2を引張り、引張力が前記0011に記載のf1に達した時点(状態2)のアクチュエータの位置L1を使って計算式r0=(Lb−L1)/2πで求められる。またr=r0―(L2−L1)/2πにより計算できる。
By using the bulk modulus obtained by the equation (10), the elasticity of the measurement object can be evaluated regardless of the size of the object. F used to obtain the elastic modulus K by the equation (10) is f = f2-f1, but f1 and f2 are measured as the tensile force applied to the
図4の弾性係数演算部14cにおいて上記に示した計算、ならびに上記0016に記載したr0、およびrの値の計算を行なう演算手段を持たせて、前記Lb、L1、L2、f1、及びf2を使用して弾性係数の評価値Kを演算、出力するよう構成することができる。
The elastic
帯2を引張る手段としてはリニアスライダの他に、図2の(a)に示すようにサーボモータ20で駆動するドラム21に帯2の端部を巻き、ドラムを回転させて帯2の引張力を加えることも可能である。帯2の被評価対象物体1への巻き付け長さの変化、すなわち対象物体の半径は、ドラムに付加し回転エンコーダ22により、また引張力は帯2の一部に挿入した引張力計測手段23例えばストレンゲージ、ロードセル等で計測するように配置してもよい。
As a means for pulling the
帯2の端部は図2の(a)のように、一端又はそれを延長した部分を固定点6に接続し、他の端部又はそれを延長した部分を引張手段3、例えばリニアスライダに接続し、あるいはドラム21に巻き付ける構成とすることも可能である。他の構成としては、図2の(b)に示すように、帯2の両端を引張力を加える装置に接続することも可能である。図2の(a)の場合は帯2の一方の端に設けた引張手段により引張られた帯2の端部の移動量を前記のL1、L2とするが、図2の(b)の場合は帯2の両端の移動量であって、帯2に張力が掛かって緊張した時点で計測した値各端部移動量(各々の移動量をΔxa、Δxbとする)の合計(Δxa+Δxb)を前記のL1に対応させ、両端が共に移動を生じなくなった時点の移動量合計(Δxa+Δxb)をL2に対応させる。また両端に加わった引張り力の平均値をもってf1、f2とする。すなわち、図2の(b)の引張手段10a、10bにより帯2を引張り、帯2の各々の端部に所定の引張り力(f1)が生じた時点に対応する各々の引張力計測手段(4a、4b)が検出した各々の引張力をf1a、f1b、各々の引張手段(10a、10b)の移動が止まった時点またはそれ以後の間において引張力計測手段(4a、4b)が検出した引張力をf2a、f2bとしf1=(f1a+f1b)/2、f2=(f2a+f2b)/2として得ることが可能である。
As shown in FIG. 2 (a), the end of the
引張手段3によって帯2を引張る場合、帯2と弾性被評価物体の間に大きい摩擦力が作用すると評価値に誤差を生ずる。このような誤差を防止する手段として引張手段3が帯2を引く速度、または引張り力を短時間に変化させることにより、摩擦の影響を防止する。例えば、図4において、リニアスライダの駆動制御部14aに振動信号14dを重畳し、リニアスライダ移動駆動速度信号を平均速度設定に対して遅束の変化を付けることにより、帯2に加わる引張力を振動的にするように構成する。
When the
帯2を引っ張る際にはモータ等の動力で引っ張ってもよいし、手動で引っ張ってもよい。摩擦力の影響を低減し、計測対象に対して均一に力を負荷するために帯と計測対象との間に潤滑剤を塗布したり、帯の材質として摩擦係数の低いものを選択したりすることが望まれる。
When the
帯2を評価対象物体に巻き付けて引張手段3に接続する場合、図3に示すように帯2の端部を1又は2のローラ7(又は7a、7b)を介して引張手段又は固定点に接続するように配置することが望ましい。ローラを2個(7a、7b)使用する場合、それらは評価対象物体の評価断面に出来る限り直角方向に平行にならべ、かつ、両ローラの中心間の間隔(rr)は評価対象物体の大きさ(又は半径r)と比較してなるべく小さくすることが必要である。
When the
本発明の滑らかな形状の外周を有する物体の弾性を評価する装置ならびに方法は、簡便で、被評価物体の大きさの影響を受けずに、また、評価者の技量や経験に依存せず、かつ一度の計測で評価対象物体の全周にわたる平均弾性係数を得ることが可能である。これは、これまでの方法ないしは装置では実現できなかった効果である。 The apparatus and method for evaluating the elasticity of an object having a smooth outer periphery of the present invention is simple, not affected by the size of the object to be evaluated, and does not depend on the skill and experience of the evaluator. In addition, it is possible to obtain an average elastic modulus over the entire circumference of the object to be evaluated by a single measurement. This is an effect that could not be realized by the conventional method or apparatus.
図6にヒトの腕を計測対象としてその硬さを計測するための形態を示す。計測装置は帯、張力取得装置として力センサ、変位取得装置としてリニアスライダとロータリエンコーダを組み合わせたものを用いる。スライダを移動させて計測対象である腕を帯で締め付けていく。このときの張力fとスライダ移動量xは演算装置に逐次取り込まれ記憶される。記憶された力とスライダ移動量から上述した方法により対象物体の弾性特性を評価することが出来る。 FIG. 6 shows a form for measuring the hardness of a human arm as a measurement target. The measuring device uses a band, a force sensor as a tension acquisition device, and a combination of a linear slider and a rotary encoder as a displacement acquisition device. Move the slider and tighten the arm to be measured with a belt. The tension f and the slider movement amount x at this time are sequentially taken in and stored in the arithmetic unit. The elastic characteristics of the target object can be evaluated from the stored force and slider movement amount by the method described above.
図7に本計測装置を用いて、計測されたバンドの引張量と引張り力との関係を示す。引張量xは一定の速度で増加していく。この場合、8秒の時点で計測対象と帯とが密着し、力が発生していることが分かる。この時系列応答から式(4)、式(5)に従って計測対象の半径変化と力の変化に変換し、プロットしたものを図8に示す。このときの計測データから求めた体積弾性係数Kは、K=7.2x105[Pa]であった。本計測手法の有効性を検証するために、表1に示すように、直径について3種類、硬さについて2種類それぞれ異なる計6種類の計測対象についてそれぞれ弾性を求めた結果を図9に示す。軟らかい計測対象はヒト肌の硬さに合わせている。この結果から、特にヒト肌のような柔軟物体については大きさに依存することなく正確に弾性を評価できていることがわかる。 FIG. 7 shows the relationship between the measured tensile amount of the band and the tensile force using this measuring apparatus. The tensile amount x increases at a constant speed. In this case, it can be seen that the measurement object and the belt are in close contact with each other at the time of 8 seconds and a force is generated. FIG. 8 shows a plot obtained by converting the time series response into a change in radius and a change in force of the measurement object according to the equations (4) and (5). The bulk modulus K determined from the measurement data at this time was K = 7.2 × 10 5 [Pa]. In order to verify the effectiveness of this measurement technique, as shown in Table 1, FIG. 9 shows the results of obtaining the elasticity for a total of six types of measurement objects, each having three types of diameters and two types of hardnesses. The soft measurement object matches the hardness of human skin. From this result, it can be seen that the elasticity can be accurately evaluated without depending on the size especially for the flexible object such as human skin.
本発明によるヒトの腕の弾性評価を実施する工程を以下に説明する。 The process of performing the elasticity evaluation of the human arm according to the present invention will be described below.
(工程1)帯2は一方の端部を固定し、他方の端部を引張手段3に接続してあるものとする。両端部に引張手段3を接続する場合は両端部の移動量の和を後記Lbに対応させる。制御手段14の指令により引張手段3を動作させて帯2を引張り、引張力計測手段4の信号を制御手段14が受けてf1以上の引張力を検知した時点で、制御手段14は帯2の引張手段との接続点の位置を引張距離計測手段から入力し、その値をLbとして制御手段14のメモリに格納する。
(Step 1) It is assumed that the
(工程2)その後、引張手段3による帯2の引張りを一旦開放し、帯2をループ状にして、該ループ内に計測対象であるヒトの腕を挿入し、計測部上に帯2を位置させる(図5の状態1参照)。
(Step 2) After that, the tension of the
(工程3)工程1と同様に帯2の端部を引張り、制御手段14が引張力計測手段4の信号により引張力がf1に達したことを検知した時、帯2の端部位置を引張距離計測手段からの入力値をL1として制御手段14のメモリに格納する(図5の状態2を参照)。
(Step 3) When the end of the
(工程4)制御手段14により引張手段3を続けて動作させ、制御手段14が引張距離計測手段5の信号により帯2の端部位置が変化しなくなったことを検知し、その時点の引張力計測手段4の信号(引張力f2に相当する)をメモリする。なお安全のため、制御手段14には引張手段3により帯2に加える引張力の最大値が設定されており、帯2の端部位置の変化の有無にかかわらず前記設定値を超えた場合は引張手段を停止、開放する。ヒトに適用する場合は最大引張力を略25N程度とすることが望ましい。
(Step 4) The tension means 3 is continuously operated by the control means 14, and the control means 14 detects that the position of the end portion of the
(工程5)以上の工程で取得し、メモリしたLb、L1、L2により制御手段14の演算部は式(7)〜(9)の計算に使用するデータr、r1を、r1=(Lb−L1)/2π、r=r1―(L2−L1)/2πにより計算する。さらに制御手段14の演算部は前記のようにメモリしたf1、f2と前記r、r1を使用して数4による演算を行い、弾性評価対象物体の直径により影響されない弾性評価係数Kを計算し、必要な形態(表示、印字等)で出力する。なお、上記に工程は(ただし工程2を除く)制御手段14に組み込まれた制御機能として実行することが可能であり、また工程1から工程5を手動操作として引張手段3を操作し、あるいは引張力計測手段4や引張距離計測手段5の計測値を読み取り、それらデータを式(7)〜(10)に示す式の計算を行ない、弾性係数評価値Kを得ることも可能である。
Obtained in (step 5) the above steps, the memory was Lb, L1, arithmetic unit of the
ヒトの腕の硬さを評価する装置や、食品の硬さなどの評価する装置、方法は産業上重要な利用があるが、従来は簡便な方式がなく、面倒な不正確な方法によっていた、本発明による装置は産業上の要求に応える有効性の高いものであり、産業上の利用価値は高い。 The device for evaluating the hardness of the human arm, the device for evaluating the hardness of food, and the method have important industrial uses, but there was no simple method in the past, and it was a troublesome and inaccurate method. The apparatus according to the present invention is highly effective in meeting industrial demands and has high industrial utility value.
1 弾性評価対象物体(断面)
2 帯
3 引張手段
3a 引張手段のアクチュエータ
4 引張力計測手段
5 引張距離計測手段
5a アクチュエータ位置計測手段
6 固定点
7 ローラ
7a、7b ローラ
10 直線運動移動機構(リニアスライダ)
11 リニアスライダアクチュエータ
12 アクチュエータ位置計測手段
13 接続環
14 制御装置
20 駆動手段
21 ドラム
22 エンコーダ
23 力センサ
1 Object subject to elasticity evaluation (cross section)
2
DESCRIPTION OF
Claims (11)
帯2と、帯2の端部に接続して帯2を引っ張る引張手段3と、前記引張手段3が帯2に加える引張力を計測する引張力計測手段4と、前記引張手段3が帯2を引っ張り移動する距離を計測する引張距離計測手段5、および制御装置14から成り、
前記弾性評価対象物体1に帯2を巻き付けた後に、制御手段14により引張手段3を動作させて帯2に引張力を加えるとともに、引張力計測手段4の検出信号により帯2に加わる引張力が所定の引張力(f1)に達したと検知した時点から、引張距離計測手段5の検出信号により帯2の引張距離の変化が停止したことを検知した時点までの間に、帯2が引っ張られた距離Δxを引張距離計測手段5の信号から取得し、また、前記の帯2の引っ張り距離の変化の停止時点における引張力f2を引張力計測手段4の信号から取得し、該取得した値から(f2−f1)/Δxの値を演算し、該演算された値により弾性評価対象物体1の弾性値を評価するように構成したことを特徴とする滑らかな形状の外周を持った物体の弾性評価装置。 An apparatus for evaluating the elasticity of an object having a smooth outer periphery,
Band 2, tension means 3 connected to the end of band 2 and pulling band 2, tensile force measuring means 4 for measuring the tensile force applied to band 2 by tension means 3, and tension means 3 being band 2 A pulling distance measuring means 5 for measuring the distance of the pulling movement, and a control device 14,
After the band 2 is wound around the elastic evaluation object 1, the tension means 3 is operated by the control means 14 to apply a tensile force to the band 2, and the tensile force applied to the band 2 by the detection signal of the tensile force measuring means 4 is The band 2 is pulled between the time when it is detected that the predetermined tensile force (f1) is reached and the time when it is detected that the change in the tensile distance of the band 2 is stopped by the detection signal of the tensile distance measuring means 5. Is obtained from the signal of the tensile distance measuring means 5, and the tensile force f2 at the time of stopping the change in the tensile distance of the band 2 is obtained from the signal of the tensile force measuring means 4, and from the obtained value The value of (f2-f1) / Δx is calculated, and the elasticity of the object having a smooth shape is characterized in that the elasticity value of the object 1 to be evaluated for elasticity is evaluated based on the calculated value. Evaluation device.
引張手段3aおよび3bにより帯2の各端部を引張り、引張力計測手段(4a又は4b)により帯2の各々の側の端部に所定の引張り力(f1)が生じたことを検知した時点から、各々の引張手段(3a又は3b)による帯2の各々の端部についての引っ張り距離の変化停止までの間に、帯2の各々の端部に生じた帯2の引っ張り距離を引張距離計測手段(5a又は5b)によって得て、その距離を帯2のそれぞれの端部についてΔxa、Δxbとし、また前記の帯2の引っ張り距離変化停止時点における帯2の各々の端に掛かる引張力を各々fa、fbとし、
請求項1に記載したΔxを、Δx=(Δxa+Δxb)とし、請求項1に記載したf2を、f2=(fa+fb)/2として、(f2−f1)/Δxの値を演算することを特徴とする請求項1に記載した滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。 Each end of the band 2 according to claim 1 is connected to a tension means 3a or 3b. At each end of the band 2, a tensile force measuring means 4a or 4b and tension means 3a and 3b are connected to the band 2 A tensile distance measuring means 5a or 5b for measuring the distance of pulling
When each end of the band 2 is pulled by the pulling means 3a and 3b, and it is detected by the tensile force measuring means (4a or 4b) that a predetermined tensile force (f1) is generated at each end of the band 2 Until the stop of the change in the pulling distance at each end of the band 2 by each pulling means (3a or 3b), the tensile distance measurement of the band 2 generated at each end of the band 2 is measured. Means (5a or 5b), the distances being Δxa and Δxb for the respective ends of the band 2, and the tensile forces applied to the ends of the band 2 at the time of stopping the change in the pulling distance of the band 2 respectively. fa, fb,
Δx described in claim 1 is Δx = (Δxa + Δxb), f2 described in claim 1 is f2 = (fa + fb) / 2, and the value of (f2−f1) / Δx is calculated. The apparatus for evaluating the elasticity of an object having a smooth outer periphery according to claim 1.
(工程1)制御手段14の指令により引張手段3を動作させて帯2を引張り、引張力計測手段4の信号を受けてf1以上の引張力を検知した時点で、制御手段14は帯2の引張距離を入力し、その値をLbとしてメモリに格納する。
(工程2)引張手段3による帯2の引張りを一旦開放し、帯2をループ状にして、該ループ内に弾性評価対象を挿入し、該物体の評価対象部位上に帯2を位置させる。
(工程3)工程1と同様に帯2の端部を引張り、引張力計測手段4の信号により引張力がf1に達したことを検知した時、帯2の引張距離を引張距離計測手段5から入力し、その値をL1としてメモリに格納する。
(工程4)制御手段14により引張手段3を続けて動作させ、制御手段14が引張距離計測手段5の信号により帯2の引張距離変化がなくなったことを検知し、引張距離を引張距離計測手段4から取得してL2と、その時点の引張力計測手段4の信号をf2としてメモリする。
(工程5)以上の工程で取得し、メモリしたLb、L1、L2、f2により請求項8に記載の数1により、弾性評価対象物体の断面の大きさに影響されない弾性評価係数Kを計算する。 The configuration according to any one of claims 1 to 8, comprising a control means that operates according to the following steps (1) to (5), and evaluates the elasticity of an object having a smooth outer periphery. Device to do. However, step 2 can be manually operated.
(Step 1) When the tension means 3 is operated in accordance with a command from the control means 14 to pull the belt 2 and when the tensile force measuring means 4 is received and a tensile force of f1 or more is detected, the control means 14 The tensile distance is input and the value is stored in the memory as Lb.
(Step 2) The tension of the belt 2 by the tension means 3 is once released, the belt 2 is made into a loop shape, an elastic evaluation target is inserted into the loop, and the belt 2 is positioned on the evaluation target portion of the object.
(Step 3) When the end of the band 2 is pulled in the same manner as in Step 1 and it is detected that the tensile force has reached f1 by the signal from the tensile force measuring means 4, the tensile distance of the band 2 is determined from the tensile distance measuring means 5. Input the value and store it in memory as L1.
(Step 4) The tension means 3 is continuously operated by the control means 14, and the control means 14 detects that the change in the tension distance of the belt 2 has disappeared by the signal from the tension distance measurement means 5, and the tension distance is measured. 4, L2 and the signal of the tensile force measuring means 4 at that time are stored as f2.
(Step 5) The elastic evaluation coefficient K that is not influenced by the cross-sectional size of the object to be elastically evaluated is calculated from the Lb, L1, L2, and f2 obtained in the above steps and stored in memory according to the equation (1). .
(工程1)引張手段3を動作させて帯2を引張り、引張力計測手段4の信号がf1以上の引張力を検知した時点で、帯2の引引張距離を入力し、その値をLbとする。
(工程2)引張手段3による帯2の引張りを一旦開放し、帯2をループ状にして、該ループ内に弾性評価対象を挿入し、該物体の評価対象部分上に帯2を位置させる。
(工程3)工程1と同様に帯2の端部を引張り、引張力計測手段4の信号により引張力がf1に達したことを検知した時、帯2の引張距離を引張距離計測手段5から取得し、その値をL1とする。
(工程4)引張手段3を続けて動作させ、引張距離計測手段5の信号により帯2の引張距離変化がなくなったことを検知し、引張距離を引張距離計測手段4から取得してL2と、その時点の引張力計測手段4の信号をf2とする。
(工程5)以上の工程で取得し、メモリしたLb、L1、L2、f2により請求項8に記載の数1により、弾性評価対象物体の断面の大きさに影響されない弾性評価係数Kを計算する。 Using the apparatus having the configuration according to any one of claims 1 to 8, the elasticity of an object having a smooth outer periphery is evaluated by the operations of the following steps (1) to (5). Elasticity evaluation method.
(Step 1) When the tension means 3 is operated to pull the band 2 and when the tensile force measuring means 4 detects a tensile force of f1 or more, the pulling distance of the band 2 is input, and the value is set to Lb To do.
(Step 2) The tension of the belt 2 by the pulling means 3 is once released, the belt 2 is made into a loop shape, an elastic evaluation target is inserted into the loop, and the belt 2 is positioned on the evaluation target portion of the object.
(Step 3) When the end of the band 2 is pulled in the same manner as in Step 1 and it is detected that the tensile force has reached f1 by the signal from the tensile force measuring means 4, the tensile distance of the band 2 is determined from the tensile distance measuring means 5. Acquire and set the value to L1.
(Step 4) The tension means 3 is continuously operated, and it is detected by the signal of the tension distance measurement means 5 that the change in the tension distance of the belt 2 has disappeared, the tension distance is acquired from the tension distance measurement means 4 and L2, The signal of the tensile force measuring means 4 at that time is assumed to be f2.
(Step 5) The elastic evaluation coefficient K that is not influenced by the cross-sectional size of the object to be elastically evaluated is calculated from the Lb, L1, L2, and f2 obtained in the above steps and stored in memory according to the equation (1). .
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