JP2023035345A - Sensitivity determination device and sensitivity determination method - Google Patents

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Abstract

To enable a change of sensitivity with time to be determined.SOLUTION: The sensitivity determination device comprises: a signal acquisition unit 301 for acquiring a signal which is outputted by a sensor element 2; an initial sensitivity acquisition unit 304 for acquiring, for each sensor element 2, sensitivity to an external force in the initial state; a coefficient acquisition unit 305 for acquiring information that indicates a coefficient regarding external force computation per sensor element; an external force computation unit 306 for calculating an external force on the basis of the signal having been acquired by the signal acquisition unit 301 and the coefficient indicated by the information having been acquired by the coefficient acquisition unit 305; a signal computation unit 307 for calculating the value of the signal outputted for each sensor element 2 when there is no change in sensitivity, on the basis of the sensitivity having been acquired by the initial sensitivity acquisition unit 304 and the external force having been calculated by the external force computation unit 306; a change amount computation unit 308 for calculating a change amount from the difference between the value of the signal having been acquired by the signal acquisition unit 301 and the value of the signal having been calculated by the signal computation unit 307; and an aging change determination unit 309 for determining whether or not an aging change has occurred to the sensitivity of the sensor element 2 from the change amount having been calculated by the change amount computation unit 308.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、感度の経時変化を判定する感度判定装置及び感度判定方法に関する。 The present invention relates to a sensitivity determination device and a sensitivity determination method for determining changes in sensitivity over time.

トルクセンサは、原理的には、1対(2つ)のセンサ素子で、トルク(トルク軸周りの加重)を計測する。ここで、トルクセンサを構成する起歪体及びセンサ素子が理想的な状態で制作されていれば、トルクセンサは原理通りの計測が可能である。しかしながら、実際には、起歪体及びセンサ素子を理想的な状態で制作することは難しく、トルクセンサは十分な計測精度が得られるとは限らない。
そこで、センサ素子の数を増やし、多軸出力を得て、演算により補正を行う手法が知られている(例えば特許文献1参照)。
A torque sensor is, in principle, a pair (two) of sensor elements, and measures torque (load around a torque axis). Here, if the strain-generating body and the sensor element that constitute the torque sensor are manufactured in an ideal state, the torque sensor can perform measurement according to the principle. However, in practice, it is difficult to manufacture the strain-generating body and the sensor element in an ideal state, and the torque sensor does not always provide sufficient measurement accuracy.
Therefore, there is known a method of increasing the number of sensor elements, obtaining multi-axis outputs, and performing correction by calculation (see, for example, Patent Document 1).

特表2008-542735号公報Japanese Patent Publication No. 2008-542735

この特許文献1に開示された従来手法では、曲げモーメントの影響を排除することはできる。しかしながら、特許文献1に開示された従来手法では、感度の経時変化を判定することはできず、誤った出力をし続けてしまう。 The conventional method disclosed in this Patent Document 1 can eliminate the influence of the bending moment. However, the conventional method disclosed in Patent Literature 1 cannot determine changes in sensitivity over time, and erroneous outputs continue to be produced.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、感度の経時変化を判定可能な感度判定装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sensitivity determination apparatus capable of determining changes in sensitivity over time.

この発明に係る感度判定装置は、起歪体に、当該起歪体の軸周りに90度間隔で取付けられ、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する4つのセンサ素子により、出力された信号を取得する信号取得部と、センサ素子毎に、初期状態での外力に対する感度を取得する初期感度取得部と、センサ素子毎の外力演算に関する係数を示す情報を取得する係数取得部と、信号取得部により取得された信号及び係数取得部により取得された情報が示す係数に基づいて、外力を算出する外力演算部と、初期感度取得部により取得された感度及び外力演算部により算出された外力に基づいて、感度に変化がない場合にセンサ素子毎に出力される信号の値を算出する信号演算部と、信号取得部により取得された信号の値と、信号演算部により算出された信号の値との差を比較することで、変動量を算出する変動量演算部と、変動量演算部により算出された変動量を閾値と比較することで、センサ素子の感度に経時変化が生じているか否かを判定する経時変化判定部とを備えたことを特徴とする。 The sensitivity determination device according to the present invention is attached to a strain body at intervals of 90 degrees around the axis of the strain body, and is output by four sensor elements that output signals corresponding to shear stress from the outside. a signal acquisition unit that acquires a signal; an initial sensitivity acquisition unit that acquires the sensitivity to an external force in an initial state for each sensor element; a coefficient acquisition unit that acquires information indicating a coefficient related to external force calculation for each sensor element; An external force calculation unit that calculates the external force based on the coefficient indicated by the signal obtained by the obtaining unit and the information obtained by the coefficient obtaining unit, and the sensitivity obtained by the initial sensitivity obtaining unit and the external force calculated by the external force calculation unit. A signal calculation unit that calculates the value of the signal output to each sensor element when there is no change in sensitivity, the value of the signal obtained by the signal acquisition unit, and the value of the signal calculated by the signal calculation unit based on A change amount calculation unit that calculates the amount of change by comparing the difference between the value and the amount of change, and the amount of change calculated by the change amount calculation unit is compared with a threshold value to determine whether the sensitivity of the sensor element has changed over time. and a change over time determination unit that determines whether or not there is a change.

この発明によれば、上記のように構成したので、感度の経時変化を判定可能となる。 According to this invention, since it is configured as described above, it is possible to determine the change in sensitivity over time.

実施の形態1に係るトルクセンサの構成例を示す図である。2 is a diagram showing a configuration example of a torque sensor according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係る演算部の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a calculation unit according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係る演算部で用いられる係数の演算動作例を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing an example of calculation operation of coefficients used in the calculation unit according to Embodiment 1; 実施の形態1におけるセンサ素子の状態例を示す図である。4A and 4B are diagrams showing examples of states of sensor elements according to Embodiment 1. FIG. 図5A、図5Bは、第1の信号群及び第2の信号群の一例を示す図である。5A and 5B are diagrams showing examples of the first signal group and the second signal group. 実施の形態1に係る演算部によるトルクの演算動作例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of torque calculation operation by a calculation unit according to Embodiment 1; 実施の形態1に係る演算部による感度の経時変化の判定動作例を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing an example of a determination operation of a change in sensitivity over time by a calculation unit according to Embodiment 1;

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係るトルクセンサの構成例を示す図である。
トルクセンサは、図1に示すように、起歪体1、2対(4つ)のセンサ素子2、及び、演算部3を備えている。以下では、2対のセンサ素子2を、センサ素子(第1のセンサ素子~第4のセンサ素子)2a~2dと区別して示す場合もある。また、図1では、演算部3の図示を省略している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a torque sensor according to Embodiment 1. FIG.
The torque sensor, as shown in FIG. In the following description, the two pairs of sensor elements 2 may be distinguished from sensor elements (first to fourth sensor elements) 2a to 2d. Moreover, in FIG. 1, illustration of the calculating part 3 is abbreviate|omitted.

起歪体1は、例えばステンレスにより構成される。 The strain-generating body 1 is made of stainless steel, for example.

図1に示す起歪体1は、軸心に孔を有するディスク状部材である。この起歪体1は、図1に示すように、締結部(第1の締結部)11、締結部(第2の締結部)12、センシング部13及び外力精製部14を有している。 A strain-generating body 1 shown in FIG. 1 is a disk-shaped member having a hole in its axis. As shown in FIG. 1, the strain generating body 1 has a fastening portion (first fastening portion) 11, a fastening portion (second fastening portion) 12, a sensing portion 13, and an external force refining portion .

締結部11は、一方の面(起歪体1の一方の面)に外部機器(不図示)が締結される部位である。図1では、締結部11は、起歪体1の外周側に設けられている。また図1では、締結部11に、孔111が周方向に複数設けられている。孔111は、ボルト等の締結部材の軸部を挿入可能に構成されている。そして、この孔111を介して、外部機器が締結部材により締結部11に締結される。 The fastening portion 11 is a portion to which an external device (not shown) is fastened to one surface (one surface of the strain generating body 1). In FIG. 1 , the fastening portion 11 is provided on the outer peripheral side of the strain generating body 1 . Further, in FIG. 1 , a plurality of holes 111 are provided in the fastening portion 11 in the circumferential direction. The hole 111 is configured so that a shaft portion of a fastening member such as a bolt can be inserted. An external device is fastened to the fastening portion 11 by a fastening member through the hole 111 .

締結部12は、一方の面(起歪体1の他方の面)に、上記外部機器とは異なる外部機器(不図示)が締結される部位である。図1では、締結部12は、起歪体1の内周側に設けられている。また図1では、締結部12に、孔121が周方向に複数設けられている。孔121は、ボルト等の締結部材の軸部を挿入可能に構成されている。そして、この孔121を介して、外部機器が締結部材により締結部12に締結される。 The fastening portion 12 is a portion to which an external device (not shown) different from the external device is fastened to one surface (the other surface of the strain generating body 1). In FIG. 1 , the fastening portion 12 is provided on the inner peripheral side of the strain generating body 1 . Further, in FIG. 1 , a plurality of holes 121 are provided in the fastening portion 12 in the circumferential direction. The hole 121 is configured so that a shaft portion of a fastening member such as a bolt can be inserted. An external device is fastened to the fastening portion 12 by a fastening member through the hole 121 .

センシング部13は、締結部11と締結部12との間に設けられ、センサ素子2が設けられた部位である。 The sensing portion 13 is provided between the fastening portion 11 and the fastening portion 12 and is a portion where the sensor element 2 is provided.

外力精製部14は、締結部11及び締結部12のうちの少なくとも一方とセンシング部13との間に設けられた部位である。図1では、外力精製部14は、締結部12とセンシング部13との間に設けられている。 External force refining portion 14 is a portion provided between at least one of fastening portion 11 and fastening portion 12 and sensing portion 13 . In FIG. 1 , the external force refining section 14 is provided between the fastening section 12 and the sensing section 13 .

外力精製部14は、円状の不連続開口部141を多重に有している。図1では、不連続開口部141は、トルク軸(トルクセンサの軸心)の径方向に沿って多重に設けられている。不連続開口部141は、回転対称に位置する非スリット部142、及び、非スリット部142間に設けられた円弧状のスリット部143から成る。図1では、外力精製部14は、8つの非スリット部142及び8つのスリット部143から成る不連続開口部141をトルク軸の径方向に3重に有している。 The external force refiner 14 has multiple circular discontinuous openings 141 . In FIG. 1, the discontinuous openings 141 are provided in multiples along the radial direction of the torque shaft (the axial center of the torque sensor). The discontinuous opening 141 is composed of non-slit portions 142 positioned rotationally symmetrically and arcuate slit portions 143 provided between the non-slit portions 142 . In FIG. 1 , the external force refining section 14 has three discontinuous openings 141 consisting of eight non-slit sections 142 and eight slit sections 143 in the radial direction of the torque shaft.

なお、非スリット部142のうちの少なくとも一部は、トルク軸に垂直な面におけるトルク軸周りの配置角度が、不連続開口部141のうちの隣り合う不連続開口部141における非スリット部142の配置角度とは異なる。この際、非スリット部142は、トルク軸に垂直な面におけるトルク軸周りの配置角度が、不連続開口部141のうちの隣り合う不連続開口部141におけるスリット部143の中央に一致(略一致の意味を含む)することが望ましい。 At least a part of the non-slit portions 142 has an arrangement angle around the torque axis in a plane perpendicular to the torque axis. Different from the placement angle. At this time, in the non-slit portion 142, the arrangement angle around the torque axis in the plane perpendicular to the torque axis coincides (substantially coincides) with the center of the slit portion 143 in the adjacent discontinuous openings 141 among the discontinuous openings 141. (including the meaning of

また、不連続開口部141のうちのセンシング部13に最も近い不連続開口部141における非スリット部142のうちの少なくとも一部は、トルク軸に垂直な面におけるトルク軸周りの配置角度が、センサ素子2の配置角度と一致(略一致の意味を含む)することが望ましい。 Further, at least a part of the non-slit portions 142 in the discontinuous opening 141 closest to the sensing portion 13 among the discontinuous openings 141 has an arrangement angle around the torque axis in a plane perpendicular to the torque axis that is the same as that of the sensor. It is desirable to match (including the meaning of approximately matching) the arrangement angle of the element 2 .

なお、図1に示す起歪体1の構成は一例であり、起歪体1の構成はこれに限らない。 The configuration of the strain-generating body 1 shown in FIG. 1 is an example, and the configuration of the strain-generating body 1 is not limited to this.

センサ素子2は、起歪体1(図1ではセンシング部13)に、起歪体1の軸周りに90度(略90度の意味を含む)間隔で取付けられている。このセンサ素子2は、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する。センサ素子2としては、例えば半導体歪ゲージ又は金属歪ゲージを用いることができる。 The sensor elements 2 are attached to the strain-generating body 1 (the sensing portion 13 in FIG. 1) at intervals of 90 degrees (including the meaning of approximately 90 degrees) around the axis of the strain-generating body 1 . This sensor element 2 outputs a signal corresponding to shear stress from the outside. As the sensor element 2, for example, a semiconductor strain gauge or a metal strain gauge can be used.

図1では、センサ素子2a及びセンサ素子2cは第1の軸に沿って設けられ、センサ素子2b及びセンサ素子2dは第2の軸に沿って設けられている。第2の軸は、軸方向が、第1の軸の軸方向とは起歪体1の軸回りに90度異なる。図1において、符号101は第1の軸を示し、符号102は第2の軸を示している。 In FIG. 1, sensor element 2a and sensor element 2c are provided along a first axis and sensor element 2b and sensor element 2d are provided along a second axis. The axial direction of the second axis differs from the axial direction of the first axis by 90 degrees around the axis of the strain body 1 . In FIG. 1, reference numeral 101 indicates a first axis and reference numeral 102 indicates a second axis.

演算部3は、センサ素子2により出力された信号に基づいて、トルクを演算する。
また、演算部3は、センサ素子2により出力された信号に基づいて、外力に対する感度の経時変化を判定する機能(感度判定装置の機能)も有している。
The computation unit 3 computes torque based on the signal output from the sensor element 2 .
The calculation unit 3 also has a function (function of a sensitivity determination device) to determine a change in sensitivity with respect to external force over time based on the signal output from the sensor element 2 .

この演算部3は、図2に示すように、信号取得部301、係数取得部302、トルク演算部303、初期感度取得部304、係数取得部305、外力演算部306、信号演算部307、変動量演算部308及び経時変化判定部309を備えている。
なお、演算部3は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。
As shown in FIG. 2, the calculation unit 3 includes a signal acquisition unit 301, a coefficient acquisition unit 302, a torque calculation unit 303, an initial sensitivity acquisition unit 304, a coefficient acquisition unit 305, an external force calculation unit 306, a signal calculation unit 307, a fluctuation A quantity calculation unit 308 and a time-dependent change determination unit 309 are provided.
The calculation unit 3 is implemented by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration) or a CPU (Central Processing Unit) that executes programs stored in a memory or the like.

信号取得部301は、センサ素子2により出力された信号を取得する。 A signal acquisition unit 301 acquires a signal output by the sensor element 2 .

係数取得部302は、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号、及び、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号に基づいて、制約事項に従い演算された、センサ素子2毎のトルク演算に関する係数を示す情報を取得する。
第1の曲げモーメントは、第1の軸周りの荷重である。第2の曲げモーメントは、第2の軸周りの荷重である。トルク演算に関する係数は、トルクの演算において用いられる重み係数であり、センサ素子2毎に設けられている。図1において、符号103は第1の曲げモーメントを示し、符号104は第2の曲げモーメントを示している。
The coefficient acquisition unit 302 obtains a signal output from the sensor element 2 when a first bending moment is applied to the strain-generating body 1 and a sensor element when a second bending moment is applied to the strain-generating body 1 Based on the signal output by the element 2, information is obtained that indicates a coefficient relating to torque calculation for each sensor element 2, which is calculated according to the restrictions.
A first bending moment is a load about a first axis. A second bending moment is a load about a second axis. A coefficient related to torque calculation is a weighting coefficient used in torque calculation, and is provided for each sensor element 2 . In FIG. 1, reference numeral 103 indicates the first bending moment and reference numeral 104 indicates the second bending moment.

なお以下では、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号を、第1の信号群とも称す。また、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号を、第2の信号群とも称す。
センサ素子2毎のトルク演算に関する係数の演算方法例については後述する。
In the following description, the signals output by the sensor element 2 when the first bending moment is applied to the strain-generating body 1 are also referred to as a first signal group. Signals output from the sensor element 2 when the second bending moment is applied to the strain-generating body 1 are also referred to as a second signal group.
An example of a calculation method of coefficients relating to torque calculation for each sensor element 2 will be described later.

トルク演算部303は、係数取得部302により取得された情報が示す係数を用いて、信号取得部301により取得された信号に基づいて、トルクを演算する。 Torque calculation section 303 calculates torque based on the signal obtained by signal obtaining section 301 using the coefficient indicated by the information obtained by coefficient obtaining section 302 .

初期感度取得部304は、センサ素子2毎に、初期状態での外力に対する感度を取得する。上記外力に対する感度は、温度の関数である。また、上記外力に対する感度としては、トルクに対する感度、第1の曲げモーメントに対する感度、及び、第2の曲げモーメントに対する感度が挙げられる。 The initial sensitivity acquisition unit 304 acquires the sensitivity to external force in the initial state for each sensor element 2 . The sensitivity to the external force is a function of temperature. The sensitivity to the external force includes sensitivity to torque, sensitivity to the first bending moment, and sensitivity to the second bending moment.

係数取得部305は、センサ素子2毎の外力演算に関する係数を示す情報を取得する。上記外力演算に関する係数としては、トルク演算に関する係数、第1の曲げモーメント演算に関する係数、及び、第2の曲げモーメント演算に関する係数が挙げられる。
第1の曲げモーメント演算に関する係数は、第1の曲げモーメントの演算において用いられる重み係数であり、センサ素子2毎に設けられている。第2の曲げモーメント演算に関する係数は、第2の曲げモーメントの演算において用いられる重み係数であり、センサ素子2毎に設けられている。
The coefficient acquisition unit 305 acquires information indicating coefficients related to external force calculation for each sensor element 2 . The coefficients related to the external force calculation include a coefficient related to torque calculation, a coefficient related to first bending moment calculation, and a coefficient related to second bending moment calculation.
A coefficient related to the calculation of the first bending moment is a weighting coefficient used in the calculation of the first bending moment, and is provided for each sensor element 2 . A coefficient related to the calculation of the second bending moment is a weighting coefficient used in the calculation of the second bending moment, and is provided for each sensor element 2 .

なお、係数取得部305は、トルク演算に関する係数を示す情報の取得方法については、係数取得部302による取得方法と同じ方法で取得可能である。 Note that the coefficient obtaining unit 305 can obtain the information indicating the coefficient related to the torque calculation by the same method as the method used by the coefficient obtaining unit 302 .

また、係数取得部305は、第1の曲げモーメント演算に関する係数、及び、第2の曲げモーメント演算に関する係数を示す情報の取得方法についても、係数取得部302による取得方法と同様の方法で取得可能である。
すなわち、係数取得部305は、起歪体1にトルクが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号、及び、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号に基づいて、制約事項に従い演算された、センサ素子2毎の第1の曲げモーメント演算に関する係数を示す情報を取得する。
同様に、係数取得部305は、起歪体1にトルクが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号、及び、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号に基づいて、制約事項に従い演算された、センサ素子2毎の第2の曲げモーメント演算に関する係数を示す情報を取得する。
In addition, the coefficient acquisition unit 305 can also acquire the information indicating the coefficient related to the first bending moment calculation and the coefficient related to the second bending moment calculation in the same manner as the acquisition method by the coefficient acquisition unit 302. is.
That is, the coefficient acquisition unit 305 obtains the signal output from the sensor element 2 when torque is applied to the strain-generating body 1 and the sensor element 2 when the second bending moment is applied to the strain-generating body 1 . obtains information indicating the coefficient for the first bending moment calculation for each sensor element 2, which is calculated according to the constraints, based on the signal output by .
Similarly, the coefficient acquisition unit 305 obtains the signal output by the sensor element 2 when torque is applied to the strain-generating body 1 and the sensor element when the first bending moment is applied to the strain-generating body 1 . 2, information indicating the coefficients for the second bending moment calculation for each sensor element 2, calculated according to the constraints, is obtained.

なお図2では、係数取得部305が、係数取得部302とは別に設けられた場合を示している。しかしながら、係数取得部305が有する機能のうち、トルク演算に関する係数示す情報を取得する機能については、係数取得部302が有する機能と同一である。そのため、係数取得部305は、係数取得部302と一体化して設けられていてもよい。 Note that FIG. 2 shows a case where the coefficient acquisition unit 305 is provided separately from the coefficient acquisition unit 302 . However, among the functions of the coefficient acquisition unit 305 , the function of acquiring information indicating coefficients related to torque calculation is the same as the function of the coefficient acquisition unit 302 . Therefore, the coefficient acquisition unit 305 may be integrated with the coefficient acquisition unit 302 .

外力演算部306は、信号取得部301により取得された信号及び係数取得部305により取得された情報が示す係数に基づいて、外力(現在の外力)を算出する。すなわち、外力演算部306は、現在のトルク、現在の第1の曲げモーメント、及び、現在の第2の曲げモーメントを算出する。 The external force calculation unit 306 calculates an external force (current external force) based on the coefficient indicated by the signal acquired by the signal acquisition unit 301 and the information acquired by the coefficient acquisition unit 305 . That is, the external force calculator 306 calculates the current torque, the current first bending moment, and the current second bending moment.

信号演算部307は、初期感度取得部304により取得された感度及び外力演算部306により算出された外力に基づいて、感度に変化がない場合にセンサ素子2毎に出力される信号の値を算出する。 Based on the sensitivity acquired by the initial sensitivity acquisition unit 304 and the external force calculated by the external force computation unit 306, the signal computation unit 307 computes the value of the signal output to each sensor element 2 when there is no change in sensitivity. do.

変動量演算部308は、信号取得部301により取得された信号の値と、信号演算部307により算出された信号の値との差を比較することで、変動量を算出する。 The variation calculation unit 308 calculates the variation by comparing the difference between the signal value acquired by the signal acquisition unit 301 and the signal value calculated by the signal calculation unit 307 .

経時変化判定部309は、変動量演算部308により算出された変動量を閾値と比較することで、センサ素子2の感度に経時変化が生じているか否かを判定する。この際、経時変化判定部309は、上記変動量が閾値未満であると判定した場合、当該変動量に対応するセンサ素子2の感度に経時変化は生じていないと判定する。一方、経時変化判定部309は、上記変動量が閾値以上であると判定した場合、当該変動量に対応するセンサ素子2の感度に経時変化が生じていると判定する。閾値は事前に適切な値に設定される。 The temporal change determination unit 309 determines whether or not the sensitivity of the sensor element 2 has changed over time by comparing the variation calculated by the variation calculation unit 308 with a threshold value. At this time, if the change amount over time is determined to be less than the threshold value, the change determination unit 309 determines that the sensitivity of the sensor element 2 corresponding to the change amount has not changed over time. On the other hand, when the temporal change determination unit 309 determines that the amount of variation is equal to or greater than the threshold, it determines that the sensitivity of the sensor element 2 corresponding to the amount of variation has changed with time. The threshold is set to an appropriate value in advance.

次に、センサ素子2毎のトルク演算に関する係数の演算方法例について、図3を参照しながら説明する。
実施の形態1に係るトルクセンサでは、2対のセンサ素子2を用い、実測結果から割出された係数を用い、トルクの演算を行う。また、トルク演算の係数には、制約事項が与えられる。これにより、トルクセンサは、自機の出力を維持しつつ、曲げモーメントによる影響を演算により相殺する。曲げモーメントとしては、第1の軸周りの荷重である第1の曲げモーメント、及び、第2の軸周りの荷重である第2の曲げモーメントが存在する。
Next, an example of a calculation method of coefficients relating to torque calculation for each sensor element 2 will be described with reference to FIG.
In the torque sensor according to Embodiment 1, two pairs of sensor elements 2 are used, and torque is calculated using coefficients calculated from actual measurement results. In addition, constraints are given to the torque calculation coefficients. As a result, the torque sensor cancels out the influence of the bending moment by calculation while maintaining the output of its own machine. The bending moment includes a first bending moment, which is a load about a first axis, and a second bending moment, which is a load about a second axis.

ここで、トルクセンサにより計測されたトルクをSとし、i番目のセンサ素子2により出力された信号をsとし、当該信号毎のトルク演算の係数(第1の係数~第4の係数)をaとする。この場合、トルクは下式(1)で表される。
S=(a×s)+(a×s)+(a×s)+(a×s) (1)
Here, the torque measured by the torque sensor is S, the signal output from the i-th sensor element 2 is si , and the torque calculation coefficients (first to fourth coefficients) for each signal are ai . In this case, torque is represented by the following formula (1).
S=( a1 * s1 )+( a2 * s2 )+( a3 * s3 )+( a4 * s4 ) (1)

一般的な4センサ法では、下式(2)のように、第1の係数~第4の係数を全て0.25としている。これに対し、実施の形態1に係るトルクセンサでは、調整された係数を用いることで、曲げモーメントによる計測誤差の低減を行う。
=a=a=a=0.25 (2)
In a general four-sensor method, the first to fourth coefficients are all set to 0.25 as shown in the following formula (2). In contrast, the torque sensor according to the first embodiment uses the adjusted coefficient to reduce the measurement error due to the bending moment.
a1 = a2 = a3 = a4 =0.25 (2)

なお以下では、センサ素子2aの係数(第1の係数)及びセンサ素子2cの係数(第3の係数)が、第1の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数に相当するものとする。また、センサ素子2bの係数(第2の係数)及びセンサ素子2dの係数(第4の係数)が、第2の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数に相当するものとする。 In the following description, the coefficient of the sensor element 2a (first coefficient) and the coefficient of the sensor element 2c (third coefficient) correspond to the coefficients of the two sensor elements 2 that are greatly affected by the first bending moment. and Further, the coefficient (second coefficient) of the sensor element 2b and the coefficient (fourth coefficient) of the sensor element 2d are assumed to correspond to the coefficients of the two sensor elements 2 which are greatly affected by the second bending moment. .

センサ素子2毎のトルク演算に関する係数の演算方法例では、図3に示すように、まず、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合に、センサ素子2により出力された信号を取得する(ステップST301、第1の信号群取得ステップ)。なお以下では、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号を、第1の信号群とも称す。図4の中段に、起歪体1に定格の第1の曲げモーメントが加えられた場合でのセンサ素子2の状態例を示す。また図5Aに、起歪体1に定格の第1の曲げモーメントが加えられた場合での第1の信号群(実測値)の一例を示す。図4の中段及び図5Aに示すように、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合、センサ素子2aにより出力された信号及びセンサ素子2cにより出力された信号が逆符号で値が大きくなり、センサ素子2bにより出力された信号及びセンサ素子2dにより出力された信号は値が小さくなる(符号不問)。
なお図4の上段は、起歪体1にトルクが加えられた場合でのセンサ素子2の状態例を示している。
As shown in FIG. 3, in an example of a calculation method of a coefficient relating to torque calculation for each sensor element 2, first, when a first bending moment is applied to the strain-generating body 1, the signal output by the sensor element 2 is calculated as follows: acquisition (step ST301, first signal group acquisition step). In the following description, the signals output by the sensor element 2 when the first bending moment is applied to the strain-generating body 1 are also referred to as a first signal group. The middle part of FIG. 4 shows an example of the state of the sensor element 2 when the first rated bending moment is applied to the strain generating body 1 . FIG. 5A shows an example of the first signal group (measured values) when the rated first bending moment is applied to the strain generating body 1 . As shown in the middle part of FIG. 4 and FIG. 5A, when the first bending moment is applied to the strain-generating body 1, the signal output by the sensor element 2a and the signal output by the sensor element 2c have opposite signs. increases, and the values of the signal output by the sensor element 2b and the signal output by the sensor element 2d decrease (regardless of sign).
Note that the upper part of FIG. 4 shows an example of the state of the sensor element 2 when torque is applied to the strain generating body 1 .

また、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合に、センサ素子2により出力された信号を取得する(ステップST302、第2の信号群取得ステップ)。なお以下では、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号を、第2の信号群とも称す。図4の下段に、起歪体1に定格の第2の曲げモーメントが加えられた場合でのセンサ素子2の状態例を示す。また図5Bに、起歪体1に定格の第2の曲げモーメントが加えられた場合での第2の信号群(実測値)の一例を示す。図4の下段及び図5Bに示すように、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合、センサ素子2bにより出力された信号及びセンサ素子2dにより出力された信号が逆符号で値が大きくなり、センサ素子2aにより出力された信号及びセンサ素子2cにより出力された信号は値が小さくなる(符号不問)。 Also, when the second bending moment is applied to the strain-generating body 1, the signal output from the sensor element 2 is obtained (step ST302, second signal group obtaining step). In the following, the signals output by the sensor element 2 when the second bending moment is applied to the strain-generating body 1 are also referred to as a second signal group. The lower part of FIG. 4 shows an example of the state of the sensor element 2 when the rated second bending moment is applied to the strain generating body 1 . FIG. 5B shows an example of the second signal group (measured values) when the rated second bending moment is applied to the strain-generating body 1 . As shown in the lower part of FIG. 4 and FIG. 5B, when the second bending moment is applied to the strain-generating body 1, the signal output by the sensor element 2b and the signal output by the sensor element 2d have opposite signs. increases, and the values of the signal output by the sensor element 2a and the signal output by the sensor element 2c decrease (regardless of sign).

次いで、センサ素子2のうちの第2の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数の初期値を設定する(ステップST303、初期値設定ステップ)。図1に示すトルクセンサでは、センサ素子2bの係数(第2の係数)及びセンサ素子2dの係数(第4の係数)が、第2の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数に相当する。初期値設定ステップでは、第2の係数の初期値及び第4の係数の初期値を例えばそれぞれ0.25に設定する。 Next, the initial values of the coefficients of the two sensor elements 2 among the sensor elements 2 that are greatly affected by the second bending moment are set (step ST303, initial value setting step). In the torque sensor shown in FIG. 1, the coefficient (second coefficient) of the sensor element 2b and the coefficient (fourth coefficient) of the sensor element 2d are greatly affected by the second bending moment. corresponds to In the initial value setting step, the initial value of the second coefficient and the initial value of the fourth coefficient are each set to 0.25, for example.

次いで、初期値設定ステップにおいて設定された係数を用い、第1の信号群取得ステップにおいて取得された第1の信号群に基づいて、制約事項に従い、トルクが0となるよう、センサ素子2のうちの第1の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数の値を演算する(ステップST304、第1の係数演算ステップ)。図1に示すトルクセンサでは、センサ素子2aの係数(第1の係数)及びセンサ素子2cの係数(第3の係数)が、第1の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数に相当する。 Next, using the coefficient set in the initial value setting step, based on the first signal group acquired in the first signal group acquisition step, according to the restrictions, so that the torque becomes 0, out of the sensor element 2 is calculated (step ST304, first coefficient calculation step). In the torque sensor shown in FIG. 1, the coefficient of the sensor element 2a (first coefficient) and the coefficient of the sensor element 2c (third coefficient) are greatly affected by the first bending moment. corresponds to

また、制約事項は、係数に対する制約事項である。この制約事項としては、トルク感度のための制約事項、及び、半径方向の外乱力影響排除のための制約事項がある。
トルク感度のための制約事項としては、例えば、全ての係数の総和が1であるという制約事項が挙げられ、下式(3)で表される。
半径方向の外乱力影響排除のための制約事項としては、例えば、90度配置のセンサ素子2は相反する影響を受ける傾向があり、対向するセンサ素子2の係数の総和を等しくするために、センサ素子2のうちの対向するセンサ素子2の係数の総和が0.5であるという制約事項が挙げられ、下式(4)で表される。
+a+a+a=1(3)
+a=a+a=0.5 (4)
Also, the constraint is a constraint on the coefficients. These constraints include a constraint for torque sensitivity and a constraint for radial disturbance force rejection.
As a constraint for torque sensitivity, for example, there is a constraint that the sum of all coefficients is 1, which is represented by the following formula (3).
Constraints for eliminating the effects of disturbance forces in the radial direction include, for example, the sensor elements 2 arranged at 90 degrees tend to be affected by opposite influences, and in order to equalize the sum of the coefficients of the opposing sensor elements 2, There is a constraint that the sum of the coefficients of the sensor elements 2 facing each other out of the elements 2 is 0.5, which is represented by the following equation (4).
a1 + a2 + a3 + a4 =1(3)
a1 + a3 = a2 + a4 =0.5 (4)

図5Aの場合、a=a=0.25であるとすると、制約事項を満たし且つSが0となるa,aの値は、a=0.256535,a=0.243465となる。 In the case of FIG. 5A, if a 2 =a 4 =0.25, the values of a 1 and a 3 that satisfy the constraints and make S equal to 0 are a 1 =0.256535 and a 3 =0.25. 243465.

また、第1の係数演算ステップでは、判定ステップにおいて少なくとも一方のトルクが設定精度外であると判定された場合、第2の係数演算ステップにおいて演算された係数を用い、第1の信号群取得ステップにおいて取得された第1の信号群に基づいて、制約事項に従い、トルクが0となるよう、センサ素子2のうちの第1の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数の値を演算する。 Further, in the first coefficient calculation step, if it is determined in the determination step that at least one of the torques is out of the set accuracy, the coefficient calculated in the second coefficient calculation step is used to perform the first signal group acquisition step. Based on the first group of signals obtained in the following constraints, the values of the coefficients of the two sensor elements 2 that are greatly affected by the first bending moment of the sensor elements 2 are changed so that the torque becomes 0. Calculate.

次いで、第1の係数演算ステップにおいて演算された係数を用い、第2の信号群取得ステップにおいて取得された第2の信号群に基づいて、制約事項に従い、トルクが0となるよう、センサ素子2のうちの第2の曲げモーメントの影響を大きく受ける2つのセンサ素子2の係数の値を演算する(ステップST305、第2の係数演算ステップ)。第2の係数演算ステップで用いる制約事項は、第1の係数演算ステップで用いる制約事項と同一である。 Next, using the coefficient calculated in the first coefficient calculation step, based on the second signal group obtained in the second signal group obtaining step, according to the constraints, the sensor element 2 is adjusted so that the torque becomes 0. The coefficient values of the two sensor elements 2 among which are greatly affected by the second bending moment are calculated (step ST305, second coefficient calculation step). The constraints used in the second coefficient calculation step are the same as the constraints used in the first coefficient calculation step.

図5Bの場合、a=0.256535,a=0.243465であるとすると、制約事項を満たし且つSが0となるa,aの値は、a=0.24654,a=0.25346となる。 In the case of FIG. 5B, if a 1 =0.256535 and a 3 =0.243465, then the values of a 2 and a 4 that satisfy the constraints and make S equal to 0 are a 2 =0.24654 and a 4 = 0.25346.

次いで、第1の係数演算ステップにおいて演算された係数及び第2の係数演算ステップにおいて演算された係数を用い、第1の信号群取得ステップにおいて取得された第1の信号群に基づいて、トルクを演算する(ステップST306、第1のトルク演算ステップ)。第1のトルク演算ステップにおいて演算されたトルクを第1のトルクとも称し、S1で表す。 Next, using the coefficient calculated in the first coefficient calculation step and the coefficient calculated in the second coefficient calculation step, the torque is calculated based on the first signal group obtained in the first signal group obtaining step. Calculate (step ST306, first torque calculation step). The torque calculated in the first torque calculation step is also referred to as first torque and denoted by S1.

次いで、第1の係数演算ステップにおいて演算された係数及び第2の係数演算ステップにおいて演算された係数を用い、第2の信号群取得ステップにおいて取得された第2の信号群に基づいて、トルクを演算する(ステップST307、第2のトルク演算ステップ)。第2のトルク演算ステップにおいて演算されたトルクを第2のトルクとも称し、S2で表す。 Next, using the coefficient calculated in the first coefficient calculation step and the coefficient calculated in the second coefficient calculation step, the torque is calculated based on the second signal group obtained in the second signal group obtaining step. calculation (step ST307, second torque calculation step). The torque calculated in the second torque calculation step is also called a second torque and denoted by S2.

次いで、第1のトルク演算ステップにおいて演算されたトルク及び第2のトルク演算ステップにおいて演算されたトルクが共に設定精度内(図3では、S1,S2≦α)であるかを判定する(ステップST308、判定ステップ)。設定精度(図3に示すα)は、判定ステップにおいて係数の妥当性を判定するための閾値であり、事前に設定される。 Next, it is determined whether the torque calculated in the first torque calculation step and the torque calculated in the second torque calculation step are both within the set accuracy (S1, S2≤α in FIG. 3) (step ST308). , decision step). The setting accuracy (α shown in FIG. 3) is a threshold for judging the validity of the coefficient in the judging step, and is set in advance.

判定ステップにおいてS1,S2のうちの少なくとも一方がαより大きいと判定した場合、シーケンスはステップST304に戻る。
判定ステップにおいてS1,S2が共にα以下であると判定した場合、設定を完了する。
If it is determined in the determination step that at least one of S1 and S2 is greater than α, the sequence returns to step ST304.
If it is determined in the determination step that both S1 and S2 are less than or equal to α, the setting is completed.

次に、図1,2に示す実施の形態1に係る演算部3によるトルクの演算動作例について、図6を参照しながら説明する。
図1,2に示す実施の形態1に係る演算部3によるトルクの演算動作例では、図6に示すように、まず、信号取得部301は、センサ素子2により出力された信号を取得する(ステップST601、信号取得ステップ)。
Next, an example of torque calculation operation by the calculation unit 3 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG.
1 and 2, the signal acquisition unit 301 first acquires the signal output from the sensor element 2 as shown in FIG. 6 ( step ST601, signal acquisition step).

また、係数取得部302は、起歪体1に第1の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号、及び、起歪体1に第2の曲げモーメントが加えられた場合にセンサ素子2により出力された信号に基づいて、制約事項に従い演算された、センサ素子2毎のトルク演算に関する係数を示す情報を取得する(ステップST602、係数取得ステップ)。 Further, the coefficient acquisition unit 302 obtains the signal output from the sensor element 2 when the first bending moment is applied to the strain-generating body 1 and the signal output when the second bending moment is applied to the strain-generating body 1. Based on the signal output from the sensor element 2, information indicating the coefficient related to the torque calculation for each sensor element 2 calculated according to the restrictions is obtained (step ST602, coefficient obtaining step).

次いで、トルク演算部303は、係数取得部302により取得された情報が示す係数を用いて、信号取得部301により取得された信号に基づいて、式(1)からトルクを演算する(ステップST603、トルク演算ステップ)。 Next, torque calculation section 303 uses the coefficient indicated by the information obtained by coefficient obtaining section 302 to calculate the torque from equation (1) based on the signal obtained by signal obtaining section 301 (step ST603, torque calculation step).

なお上記では、係数取得部302が、図3に示すフローチャートに沿って得られた係数を示す情報を取得する場合を示した。しかしながら、これに限らず、係数取得部302は、一般的な4センサ法と同様に、事前に設定された係数(例えば全て0.25)を示す情報を取得してもよい。 In the above description, the coefficient acquiring unit 302 acquires information indicating coefficients obtained according to the flowchart shown in FIG. 3 . However, the coefficient acquisition unit 302 is not limited to this, and may acquire information indicating preset coefficients (for example, all 0.25) in the same manner as in a general 4-sensor method.

次に、図1,2に示す実施の形態1に係る演算部3による感度の経時変化の判定動作例について、図7を参照しながら説明する。
図1,2に示す実施の形態1に係る演算部3による感度の経時変化の判定動作例では、図7に示すように、まず、初期感度取得部304は、センサ素子2毎に、初期状態での外力に対する感度を取得する(ステップST701)。上記外力に対する感度は、温度の関数である。また、上記外力に対する感度としては、トルクに対する感度、第1の曲げモーメントに対する感度、及び、第2の曲げモーメントに対する感度が挙げられる。
Next, an example of the determination operation of the change in sensitivity over time by the calculation unit 3 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG.
1 and 2, the initial sensitivity acquisition unit 304 obtains the initial state of each sensor element 2 as shown in FIG. is obtained (step ST701). The sensitivity to the external force is a function of temperature. The sensitivity to the external force includes sensitivity to torque, sensitivity to the first bending moment, and sensitivity to the second bending moment.

また、係数取得部305は、センサ素子2毎の外力演算に関する係数を示す情報を取得する(ステップST702)。上記外力演算に関する係数としては、トルク演算に関する係数、第1の曲げモーメント演算に関する係数、及び、第2の曲げモーメント演算に関する係数が挙げられる。 Coefficient acquisition section 305 also acquires information indicating coefficients relating to external force calculation for each sensor element 2 (step ST702). The coefficients related to the external force calculation include a coefficient related to torque calculation, a coefficient related to first bending moment calculation, and a coefficient related to second bending moment calculation.

次いで、外力演算部306は、信号取得部301により取得された信号及び係数取得部305により取得された情報が示す係数に基づいて、外力を算出する(ステップST703)。すなわち、外力演算部306は、現在のトルク、現在の第1の曲げモーメント、及び、現在の第2の曲げモーメントを算出する。 Next, external force calculation section 306 calculates an external force based on the coefficient indicated by the signal obtained by signal obtaining section 301 and the information obtained by coefficient obtaining section 305 (step ST703). That is, the external force calculator 306 calculates the current torque, the current first bending moment, and the current second bending moment.

次いで、信号演算部307は、初期感度取得部304により取得された感度及び外力演算部306により算出された外力に基づいて、感度に変化がない場合にセンサ素子2毎に出力される信号の値を算出する(ステップST704)。 Next, based on the sensitivity acquired by the initial sensitivity acquisition unit 304 and the external force calculated by the external force computation unit 306, the signal computation unit 307 determines the value of the signal output to each sensor element 2 when there is no change in sensitivity. is calculated (step ST704).

次いで、変動量演算部308は、信号取得部301により取得された信号の値と、信号演算部307により算出された信号の値との差を比較することで、変動量を算出する(ステップST705)。 Next, fluctuation amount calculation section 308 calculates the fluctuation amount by comparing the difference between the signal value acquired by signal acquisition section 301 and the signal value calculated by signal calculation section 307 (step ST705). ).

次いで、経時変化判定部309は、変動量演算部308により算出された変動量を閾値と比較することで、センサ素子2の感度に経時変化が生じているか否かを判定する(ステップST706)。この際、経時変化判定部309は、上記変動量が閾値未満であると判定した場合、当該変動量に対応するセンサ素子2の感度に経時変化は生じていないと判定する。一方、経時変化判定部309は、上記変動量が閾値以上であると判定した場合、当該変動量に対応するセンサ素子2の感度に経時変化が生じていると判定する。 Next, temporal change determination section 309 determines whether or not the sensitivity of sensor element 2 has changed over time by comparing the variation calculated by variation calculation section 308 with a threshold value (step ST706). At this time, if the change amount over time is determined to be less than the threshold value, the change determination unit 309 determines that the sensitivity of the sensor element 2 corresponding to the change amount has not changed over time. On the other hand, when the temporal change determination unit 309 determines that the amount of variation is equal to or greater than the threshold, it determines that the sensitivity of the sensor element 2 corresponding to the amount of variation has changed with time.

ここで、例えばi番目のセンサ素子2により出力された信号をsとする。この場合、sは下式(5)で表される。
式(5)において、a(t)は、初期状態でのi番目のセンサ素子2の温度(t)におけるトルクに対する感度(係数)を表す。また、Sは、トルクセンサに印加されるトルクを表す。また、b(t)は、初期状態でのi番目のセンサ素子2の温度(t)における第1の曲げモーメントに対する感度(係数)を表す。また、M1は、トルクセンサに印加される第1の曲げモーメントを表す。また、c(t)は、初期状態でのi番目のセンサ素子2の温度(t)における第2の曲げモーメントに対する感度(係数)を表す。また、M2は、トルクセンサに印加される第2の曲げモーメントを表す。また、N1は、i番目のセンサ素子2のゼロ点出力を表す。また、N2は、i番目のセンサ素子2のN1以外の要因による出力を表す。
=a(t)×S+b(t)×M1+c(t)×M2+N1+N2 (5)
Here, for example, the signal output by the i-th sensor element 2 is assumed to be si . In this case, s i is represented by the following formula (5).
In equation (5), a(t) i represents the sensitivity (coefficient) of the i-th sensor element 2 to torque at temperature (t) in the initial state. Also, S represents the torque applied to the torque sensor. Also, b(t) i represents the sensitivity (coefficient) to the first bending moment at the temperature (t) of the i-th sensor element 2 in the initial state. Also, M1 represents the first bending moment applied to the torque sensor. Also, c(t) i represents the sensitivity (coefficient) of the i-th sensor element 2 in the initial state to the second bending moment at the temperature (t). Also, M2 represents the second bending moment applied to the torque sensor. Also, N1 i represents the zero point output of the i-th sensor element 2 . Also, N2 i represents the output of the i-th sensor element 2 due to factors other than N1 i .
s i =a(t) i ×S+b(t) i ×M1+c(t) i ×M2+N1 i +N2 i (5)

そして、初期感度取得部304は、a(t)を取得する。この際、初期感度取得部304は、初期状態において、所定の温度毎に、トルクセンサにトルクのみが印加された場合での感度を取得することで、a(t)を取得する。
同様に、初期感度取得部304は、b(t)を取得する。この際、初期感度取得部304は、初期状態において、所定の温度毎に、トルクセンサに第1の曲げモーメントのみが印加された場合での感度を取得することで、b(t)を取得する。
同様に、初期感度取得部304は、c(t)を取得する。この際、初期感度取得部304は、初期状態において、所定の温度毎に、トルクセンサに第2の曲げモーメントのみが印加された場合での感度を取得することで、c(t)を取得する。
Then, the initial sensitivity acquisition unit 304 acquires a(t) i . At this time, the initial sensitivity acquisition unit 304 acquires a(t) i by acquiring the sensitivity when only torque is applied to the torque sensor for each predetermined temperature in the initial state.
Similarly, the initial sensitivity acquisition unit 304 acquires b(t) i . At this time, the initial sensitivity acquisition unit 304 acquires b(t) i by acquiring the sensitivity when only the first bending moment is applied to the torque sensor for each predetermined temperature in the initial state. do.
Similarly, the initial sensitivity acquisition unit 304 acquires c(t) i . At this time, the initial sensitivity acquisition unit 304 acquires c(t) i by acquiring the sensitivity when only the second bending moment is applied to the torque sensor for each predetermined temperature in the initial state. do.

なお、N1は、トルクセンサの使用時にゼロ点の補正を行う場合には不要である。そのため、このような場合には、演算部3はN1を除外可能となる。
また、N2は、トルク、第1の曲げモーメント及び第2の曲げモーメントが印加された際の出力変化に比べ小さい。そのため、演算部3はN2を検出誤差として扱ってもよい。
この場合、式(5)は下式(6)に変更される。
=a(t)×S+b(t)×M1+c(t)×M2 (6)
Note that N1 i is not necessary when correcting the zero point when using a torque sensor. Therefore, in such a case, the calculation unit 3 can exclude N1 i .
Also, N2i is small compared to the output change when the torque, the first bending moment and the second bending moment are applied. Therefore, the calculation unit 3 may treat N2i as a detection error.
In this case, equation (5) is changed to the following equation (6).
s i =a(t) i ×S+b(t) i ×M1+c(t) i ×M2 (6)

また、係数取得部305は、下式(7)のように、トルクセンサにトルクが印加された場合に当該トルクと出力が一致し、トルクセンサに第1の曲げモーメント又は第2の曲げモーメントが印加された場合に許容誤差内の出力となる係数(a~a)を示す情報を取得する。なお、式(7)は式(1)と同一である。すなわち、係数取得部305は、図3に示すフローチャートに沿った処理により得られた係数(a~a)を示す情報を取得する。
S=(a×s)+(a×s)+(a×s)+(a×s) (7)
Further, the coefficient acquisition unit 305 determines that when torque is applied to the torque sensor, the torque and the output match, and the torque sensor receives the first bending moment or the second bending moment, as shown in the following equation (7). Obtain information indicating the coefficients (a 1 -a 4 ) that, when applied, will result in an output within tolerance. Note that equation (7) is the same as equation (1). That is, the coefficient obtaining unit 305 obtains information indicating the coefficients (a 1 to a 4 ) obtained by the processing according to the flowchart shown in FIG.
S=( a1 * s1 )+( a2 * s2 )+( a3 * s3 )+( a4 * s4 ) (7)

同様に、係数取得部305は、下式(8)のように、トルクセンサに第1の曲げモーメントが印加された場合に当該第1の曲げモーメントと出力が一致し、トルクセンサにトルク又は第2の曲げモーメントが印加された場合に許容誤差内の出力となる係数(b~b)を示す情報を取得する。すなわち、係数取得部305は、図3に示すフローチャートにおいて、「トルク」を「第1の曲げモーメント」に、「第1の曲げモーメント」を「トルク」にそれぞれ読み替えて行われた処理により得られた係数(b~b)を示す情報を取得する。
M1=(b×s)+(b×s)+(b×s)+(b×s) (8)
Similarly, the coefficient acquisition unit 305, as in the following equation (8), when a first bending moment is applied to the torque sensor, the output matches the first bending moment, and the torque or the first Obtain information indicating the coefficients (b 1 to b 4 ) that result in an output within tolerance when a bending moment of 2 is applied. That is, the coefficient acquisition unit 305 is obtained by processing performed by replacing “torque” with “first bending moment” and “first bending moment” with “torque” in the flowchart shown in FIG. information indicating the coefficients (b 1 to b 4 ) obtained.
M1=( b1 * s1 )+( b2 * s2 )+( b3 * s3 )+( b4 * s4 ) (8)

同様に、係数取得部305は、下式(9)のように、トルクセンサに第2の曲げモーメントが印加された場合に当該第2の曲げモーメントと出力が一致し、トルクセンサにトルク又は第1の曲げモーメントが印加された場合に許容誤差内の出力となる係数(c~c)を示す情報を取得する。すなわち、係数取得部305は、図3に示すフローチャートにおいて、「トルク」を「第2の曲げモーメント」に、「第1の曲げモーメント」を「トルク」に、「第2の曲げモーメント」を「第1の曲げモーメント」にそれぞれ読み替えて行われた処理により得られた係数(c~c)を示す情報を取得する。
M2=(c×s)+(c×s)+(c×s)+(c×s) (9)
Similarly, the coefficient acquisition unit 305, as in the following equation (9), when a second bending moment is applied to the torque sensor, the output matches the second bending moment, and the torque or the second bending moment is applied to the torque sensor. Information is obtained that indicates the coefficients (c 1 -c 4 ) that result in an within-tolerance output when a bending moment of 1 is applied. That is, in the flowchart shown in FIG. 3, the coefficient acquiring unit 305 replaces the "torque" with the "second bending moment", the "first bending moment" with the "torque", and the "second bending moment" with the " Acquire information indicating the coefficients (c 1 to c 4 ) obtained by the processing performed by replacing each with "first bending moment".
M2=( c1 * s1 )+( c2 * s2 )+( c3 * s3 )+( c4 * s4 ) (9)

そして、外力演算部306は、ある荷重がトルクセンサに印加された場合、式(7)~式(9)から、その際の外力(トルク、第1の曲げモーメント及び第2の曲げモーメント)を求めることができる。そして、信号演算部307は、式(2)から、感度に変化がない場合でのi番目のセンサ素子2の出力を求めることができる。 Then, when a certain load is applied to the torque sensor, the external force calculation unit 306 calculates the external force (torque, the first bending moment and the second bending moment) from equations (7) to (9). can ask. Then, the signal calculator 307 can obtain the output of the i-th sensor element 2 when there is no change in sensitivity from equation (2).

ここで、トルクセンサの出力感度が変動していない場合には、信号演算部307により演算された値と、信号取得部301により取得された現実の値とが閾値内で一致することになる。一方、トルクセンサの出力感度が変動している場合には、信号演算部307により演算された値と、信号取得部301により取得された現実の値とが閾値内で一致しなくなる。よって、経時変化判定部309は、この判定を行うことで、経時変化の発生有無(故障の検知)を行うことができる。 Here, when the output sensitivity of the torque sensor does not fluctuate, the value calculated by the signal calculation unit 307 and the actual value obtained by the signal acquisition unit 301 match within the threshold. On the other hand, when the output sensitivity of the torque sensor fluctuates, the value calculated by the signal calculation unit 307 and the actual value obtained by the signal acquisition unit 301 do not match within the threshold. Therefore, the secular change determination unit 309 can determine the presence or absence of secular change (failure detection) by making this determination.

このように、4つのセンサ素子2はそれぞれ、トルク、第1の曲げモーメント及び第2の曲げモーメントに対して一義的な出力変化の比率(感度)を有している。そこで、実施の形態1における演算部3(感度判定装置)では、センサ素子2の初期状態での出力変化の比率を取得し、現在のセンサ素子2の出力から当該初期状態での比率が成り立つことを確認することで、経時変化による出力変化が生じていないことを判定する。これにより、実施の形態1に係る演算部3では、センサ素子2の出力から感度の経時変化の有無を判定可能であり、別途設けられたセンサにより感度を計測する必要はなくなる。 Thus, each of the four sensor elements 2 has a unique ratio of output change (sensitivity) to torque, first bending moment and second bending moment. Therefore, in the calculation unit 3 (sensitivity determination device) in the first embodiment, the ratio of the output change in the initial state of the sensor element 2 is obtained, and the ratio in the initial state is established from the current output of the sensor element 2. By confirming, it is determined that there is no change in output due to aging. As a result, the calculation unit 3 according to the first embodiment can determine whether or not the sensitivity changes over time from the output of the sensor element 2, eliminating the need to measure the sensitivity using a separately provided sensor.

なお図1では、センサ素子2a及びセンサ素子2cは第1の軸に沿って設けられ、センサ素子2b及びセンサ素子2dは第2の軸に沿って設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、センサ素子2a及びセンサ素子2cは第1の軸に対してずれて設けられていてもよいし、センサ素子2b及びセンサ素子2dは第2の軸に対してずれて設けられていてもよい。一方で、信号処理の観点では、センサ素子2a及びセンサ素子2cは第1の軸に沿って設けられ、センサ素子2b及びセンサ素子2dは第2の軸に沿って設けられていることが望ましい。 Note that FIG. 1 shows the case where the sensor elements 2a and 2c are provided along the first axis, and the sensor elements 2b and 2d are provided along the second axis. However, the present invention is not limited to this, and the sensor elements 2a and 2c may be displaced with respect to the first axis, and the sensor elements 2b and 2d may be displaced with respect to the second axis. may have been On the other hand, from the viewpoint of signal processing, it is desirable that the sensor elements 2a and 2c are provided along the first axis, and the sensor elements 2b and 2d are provided along the second axis.

また上記では、感度を判定する外力が、トルク、第1の曲げモーメント及び第2の曲げモーメントである場合を示した。しかしながら、これに限らず、感度を判定する外力は、トルク、第1の曲げモーメント及び第2の曲げモーメントのうちの1つ以上であればよい。 In the above description, the case where the external force for determining the sensitivity is the torque, the first bending moment, and the second bending moment is shown. However, the external force for determining the sensitivity is not limited to this, and may be one or more of torque, the first bending moment, and the second bending moment.

また上記では、トルクセンサが有する演算部3が、感度判定装置の機能を有する場合を示した。しかしながら、これに限らず、感度判定装置は、トルクセンサとは別体とされていてもよい。 Moreover, in the above description, the calculation unit 3 included in the torque sensor has the function of the sensitivity determination device. However, the present invention is not limited to this, and the sensitivity determination device may be separate from the torque sensor.

以上のように、この実施の形態1によれば、感度判定装置は、起歪体1に、当該起歪体1の軸周りに90度間隔で取付けられ、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する4つのセンサ素子2により、出力された信号を取得する信号取得部301と、センサ素子2毎に、初期状態での外力に対する感度を取得する初期感度取得部304と、センサ素子毎の外力演算に関する係数を示す情報を取得する係数取得部305と、信号取得部301により取得された信号及び係数取得部305により取得された情報が示す係数に基づいて、外力を算出する外力演算部306と、初期感度取得部304により取得された感度及び外力演算部306により算出された外力に基づいて、感度に変化がない場合にセンサ素子2毎に出力される信号の値を算出する信号演算部307と、信号取得部301により取得された信号の値と、信号演算部307により算出された信号の値との差を比較することで、変動量を算出する変動量演算部308と、変動量演算部308により算出された変動量を閾値と比較することで、センサ素子2の感度に経時変化が生じているか否かを判定する経時変化判定部309とを備えた。これにより、実施の形態1に係る感度判定装置は、感度の経時変化を判定可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the sensitivity determination device is attached to the strain-generating body 1 at intervals of 90 degrees around the axis of the strain-generating body 1, and the signal corresponding to the external shear stress is A signal acquisition unit 301 that acquires the signals output by the four sensor elements 2 that output , an initial sensitivity acquisition unit 304 that acquires the sensitivity to the external force in the initial state for each sensor element 2, and each sensor element A coefficient acquisition unit 305 that acquires information indicating a coefficient related to external force calculation, and an external force calculation unit 306 that calculates the external force based on the coefficient indicated by the signal acquired by the signal acquisition unit 301 and the information acquired by the coefficient acquisition unit 305. and a signal calculation unit that calculates the value of the signal output to each sensor element 2 when there is no change in sensitivity, based on the sensitivity acquired by the initial sensitivity acquisition unit 304 and the external force calculated by the external force calculation unit 306. 307, a variation calculation unit 308 that calculates a variation by comparing the difference between the signal value acquired by the signal acquisition unit 301 and the signal value calculated by the signal calculation unit 307; A time-dependent change determination unit 309 is provided for determining whether or not the sensitivity of the sensor element 2 has changed over time by comparing the amount of change calculated by the calculation unit 308 with a threshold value. As a result, the sensitivity determination device according to the first embodiment can determine changes in sensitivity over time.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that, within the scope of the present invention, any component of the embodiment can be modified or any component of the embodiment can be omitted.

1 起歪体
2 センサ素子
3 演算部
11 締結部(第1の締結部)
12 締結部(第2の締結部)
13 センシング部
14 外力精製部
111 孔
121 孔
141 不連続開口部
142 非スリット部
143 スリット部
301 信号取得部
302 係数取得部
303 トルク演算部
304 初期感度取得部
305 係数取得部
306 外力演算部
307 信号演算部
308 変動量演算部
309 経時変化判定部
1 strain-generating body 2 sensor element 3 calculation unit 11 fastening portion (first fastening portion)
12 fastening portion (second fastening portion)
13 sensing part 14 external force purification part 111 hole 121 hole 141 discontinuous opening part 142 non-slit part 143 slit part 301 signal acquisition part 302 coefficient acquisition part 303 torque calculation part 304 initial sensitivity acquisition part 305 coefficient acquisition part 306 external force calculation part 307 signal calculation unit 308 variation calculation unit 309 change over time determination unit

Claims (4)

起歪体に、当該起歪体の軸周りに90度間隔で取付けられ、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する4つのセンサ素子により、出力された信号を取得する信号取得部と、
前記センサ素子毎に、初期状態での外力に対する感度を取得する初期感度取得部と、
前記センサ素子毎の外力演算に関する係数を示す情報を取得する係数取得部と、
前記信号取得部により取得された信号及び前記係数取得部により取得された情報が示す係数に基づいて、外力を算出する外力演算部と、
前記初期感度取得部により取得された感度及び前記外力演算部により算出された外力に基づいて、感度に変化がない場合に前記センサ素子毎に出力される信号の値を算出する信号演算部と、
前記信号取得部により取得された信号の値と、前記信号演算部により算出された信号の値との差を比較することで、変動量を算出する変動量演算部と、
前記変動量演算部により算出された変動量を閾値と比較することで、前記センサ素子の感度に経時変化が生じているか否かを判定する経時変化判定部と
を備えた感度判定装置。
a signal acquisition unit that acquires signals output from four sensor elements that are attached to the strain body at intervals of 90 degrees around the axis of the strain body and that output signals corresponding to shear stress from the outside;
an initial sensitivity acquisition unit that acquires the sensitivity to an external force in an initial state for each of the sensor elements;
a coefficient acquisition unit that acquires information indicating a coefficient related to external force calculation for each sensor element;
an external force calculation unit that calculates an external force based on the coefficient indicated by the signal acquired by the signal acquisition unit and the information acquired by the coefficient acquisition unit;
a signal calculation unit that calculates the value of the signal that is output to each sensor element when there is no change in sensitivity, based on the sensitivity acquired by the initial sensitivity acquisition unit and the external force calculated by the external force calculation unit;
a variation amount calculation unit that calculates a variation amount by comparing the difference between the signal value obtained by the signal obtaining unit and the signal value calculated by the signal calculation unit;
A sensitivity determination device comprising: a time-dependent change determination unit that determines whether or not the sensitivity of the sensor element changes over time by comparing the variation calculated by the variation calculation unit with a threshold value.
前記外力は、トルク、第1の曲げモーメント、及び、当該第1の曲げモーメントとは軸方向が当該起歪体の軸回りに90度異なる第2の曲げモーメントのうちの何れか1つ以上である
ことを特徴とする請求項1記載の感度判定装置。
The external force is any one or more of torque, a first bending moment, and a second bending moment whose axial direction differs from the first bending moment by 90 degrees about the axis of the strain body. The sensitivity determination device according to claim 1, characterized by:
前記係数取得部は、前記起歪体に前記外力のうちの1つの外力が加えられた場合に前記センサ素子により出力された信号、及び、当該起歪体に当該外力のうちの他の1つの外力が加えられた場合に当該センサ素子により出力された信号に基づいて、制約事項に従い演算された、前記センサ素子毎の当該外力のうちの残りの1つの外力の演算に関する係数を示す情報を取得する
ことを特徴とする請求項2記載の感度判定装置。
The coefficient acquisition unit receives a signal output from the sensor element when one of the external forces is applied to the strain body and the other one of the external forces applied to the strain body. Acquisition of information indicating a coefficient relating to the calculation of the remaining one of the external forces for each of the sensor elements, which is calculated according to the restrictions based on the signal output by the sensor element when the external force is applied. 3. The sensitivity determination device according to claim 2, wherein:
信号取得部が、起歪体に、当該起歪体の軸周りに90度間隔で取付けられ、外部からのせん断応力に応じた信号を出力する4つのセンサ素子により、出力された信号を取得するステップと、
初期感度取得部が、前記センサ素子毎に、初期状態での外力に対する感度を取得するステップと、
係数取得部が、前記センサ素子毎の外力演算に関する係数を示す情報を取得するステップと、
外力演算部が、前記信号取得部により取得された信号及び前記係数取得部により取得された情報が示す係数に基づいて、外力を算出するステップと、
信号演算部が、前記初期感度取得部により取得された感度及び前記外力演算部により算出された外力に基づいて、感度に変化がない場合に前記センサ素子毎に出力される信号の値を算出するステップと、
変動量演算部が、前記信号取得部により取得された信号の値と、前記信号演算部により算出された信号の値との差を比較することで、変動量を算出するステップと、
経時変化判定部が、前記変動量演算部により算出された変動量を閾値と比較することで、前記センサ素子の感度に経時変化が生じているか否かを判定するステップと
を有する感度判定方法。
A signal acquisition unit is attached to the strain body at intervals of 90 degrees around the axis of the strain body, and acquires signals output from four sensor elements that output signals corresponding to external shear stress. a step;
an initial sensitivity acquisition unit acquiring the sensitivity to an external force in an initial state for each of the sensor elements;
a step in which a coefficient acquisition unit acquires information indicating a coefficient related to external force calculation for each of the sensor elements;
an external force calculation unit calculating an external force based on the coefficient indicated by the signal acquired by the signal acquisition unit and the information acquired by the coefficient acquisition unit;
A signal calculation unit calculates a value of a signal to be output to each sensor element when there is no change in sensitivity, based on the sensitivity obtained by the initial sensitivity obtaining unit and the external force calculated by the external force calculation unit. a step;
a step of calculating a variation amount by a variation calculation unit by comparing a difference between the signal value acquired by the signal acquisition unit and the signal value calculated by the signal calculation unit;
A sensitivity determination method comprising a step of determining whether or not the sensitivity of the sensor element changes over time by comparing the amount of change calculated by the amount-of-variation calculation unit with a threshold value.
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