JP6666971B2 - 動的なトルク較正装置及び／又は力較正装置 - Google Patents

Description

本発明は、力測定又はトルク測定のための較正装置、及び、一定の力若しくは一定のトルクを加えることが意図された固定ユニットのための較正装置の分野に関する。

組み立てプロセス（セクタＴ０）の状況では、トルク、力を観察する、又は、更には力及びトルクの両方を観察する必要がある。これらのトルク及び力の特性では、特定の測定装置が要求されるが、該測定装置は、定期的に較正される必要がある。

較正は、センサによって行うことが可能であるが、センサは高価であるという不利さを有し、又は、更には基準分銅による不利さを有する。後者の場合、トルク測定ユニットの較正は、質量ｍの基準分銅を用いて実施されるが、ここで該基準分銅は、長さｌが完全に既知であるレバーアームを通してトルクＭ（Ｍ＝ｍ^*ｌ）を創り出す。この較正手続きでは、ユニットがその作業場を離れること、及び、おそらくは供給者に送られることが要求される。ユニットは、その後、１日から３日の間サービスを停止するが、このことは、製造制御において不便さをもたらす。更に、現場から離れた較正と、作業場への戻りとの間に、測定ユニットは、その較正に影響を与える衝撃を受けたかもしれない。その上、基準分銅による測定ユニットの較正は、静的な測定条件を表し、その結果として、ユニットの機械的設計の全てには関与しない。今は、トルク、そして特に摩擦トルクを測定するユニットでは、それぞれの与えられた角度でトルクを動的に測定すること、即ち、該トルクを保証することが想定されている。実際には、図１０に示されるように、測定曲線には、ある一定のドリフトを観察することができる。基準分銅による静的な較正では、トルク／角度関数の線形性におけるこのエラーの観測、又はこのエラーの訂正を、可能にすることはないであろう。

上述の不利さを改善するために、本発明の目的は、センサ無しの較正装置を提案することである。該較正装置によって、その動作原理が簡単且つ安価のものになり、センサの正しい動作に必要な定期的な較正を回避することが可能になる。本発明の別の目的は、任意の測定装置において互換性のある較正装置を提案することである。任意の測定装置に対しては、較正を保証しなければならないが、該較正装置では、任意の測定装置の即時の較正が可能になる。本発明の別の目的は、動力化されたユニット及び動力化されていないユニットの両方で動的な較正を可能にする、較正装置を提案することである。

この目標を達成するために、本発明は、変位の両方向（圧縮力及び引っ張り力の測定に対応する）において働くことが可能である新規な力較正装置を提案すると共に、回転の両方向において動作する新規なトルク較正装置を提案する。トルク較正装置及び力較正装置は、固定部分に対して、回転又は並進においてそれぞれ可動であるべく取り付けられている、１つの部分を備え付けている。２つの部分は、１つ以上の可撓性要素によって連結されており、ここで該可撓性要素は、可動部分が応力を受ける場合、弾性的に変形するように、寸法が決められている。本発明によれば、可動部分の移動は、較正装置の最大トルク又は最大力を決定する支台によって制限される。

有利なことに、トルク較正装置は、以前に較正されているが、これは、動力化された測定ユニットのトルク／角度関数の、この最大トルクまでの線形性を検査することを可能とするためである。

測定ユニットの較正の間、（引っ張り力測定ユニットの場合に対する）トルク較正装置又は力較正装置は、測定ユニットに容易に結合させることが可能である。この目標を達成するために、装置には、その可動部分及びその固定部分において、穴が備え付けられているが、該穴は、測定ユニットの部品をしっかり留めることを可能にする。圧縮力測定ユニットに対して較正装置を使用する場合、測定ユニットに結合する手段は、全く必要ない。

他の利点は、特許請求の範囲において提示された特徴から、及び、非制限的な例として与えられた添付図面を使用した、以下に与えられた本発明の詳細な説明から、明らかになるであろう。

本発明によるトルク較正装置の２つの変形例の内の１つを、斜視図を通して表したものである。 本発明によるトルク較正装置の２つの変形例の内の１つを、斜視図を通して表したものである。 図１の別の角度からの図を表したものであり、支台ピン及びブレードが透けて見えている。 本発明による、較正装置の可撓性要素の変形例の斜視図を表したものである（図は、Ｓｉｍｏｎ Ｈｅｎｅｉｎによる論文番号２１９４（２０００）、ＥＰＦＬから取られたものである）。 本発明による、較正装置の可撓性要素の別の変形例の斜視図を表したものであり、該可撓性要素では、その中心で、補強された部分が、円形ネックを形成する可撓性部分によって挟まれている。 図５の可撓性要素の可撓性部分の異なる幾何形状の、部分的な平面図を表したものである（図は、Ｓｉｍｏｎ Ｈｅｎｅｉｎによる論文番号２１９４（２０００）、ＥＰＦＬから取られたものである）。 ピンと反対ピンとの間に位置決めされた、本発明による較正装置を有するトルク測定ユニットを模式的に表したものである。 本発明による力較正装置の斜視図を表したものである。 本発明による力較正装置の側面図を表したものである。 本発明によるトルク較正装置を標準規格に合わせるべく履行される設備を模式的に表したものである。 本発明によるトルク較正装置の直線較正曲線とトルク測定ユニットの不規則な測定曲線とを、対比して表したものである。

本発明は、力若しくはトルクを測定することが意図されたユニットのための較正装置に関し、又は、更には電動ねじ回しなど、ある与えられた力若しくはトルクを加えることが意図されたユニットのための較正装置に関する。

本発明によるトルク較正装置１は、図１から図３に表され、且つ力較正装置１は、図８ａ及び図８ｂに表されている。それらは、互いに対して可動であるべく取り付けられた２つの部分２、３を備える。実施例では、部分２は可動部分と呼ばれ、且つ部分３は固定部分呼ばれるが、しかし装置は、可動部分として作用する部分３、及び固定部として作用する部分２によって、動作するように構成してもよい。トルク較正装置に対しては、部分２は、固定部分３に対して、両方向での回転において可動であるべく取り付けられている。力較正装置に対しては、部分２は、固定部分３に対して、並進において可動であるべく取り付けられている。図８ｂに例示されるように、装置は、可動部分２に加えられた力Ｆに関して、変位の両方向で使用することが可能である。

２つの部分２、３は、可変部分のブレード又は部分バーを形成する、１つ以上の可撓性要素４によって連結される。可撓性要素は、塑性変形すること無く、著しい変形に耐える材料から成る要素であると理解されるべきである。この点で、可撓性要素は、ばねステンレス鋼、焼結鋼、焼入れ焼戻し鋼、アルミニウム、チタン、銅、真鍮合金において、又は、更には塑性材料において、作り出すことが可能である。

各可撓性要素４は、一方の端部で可動部分２上に固定され、且つ他方の端部で固定部分３上に固定される。可撓性要素は、ねじによって追加することが可能である。例えば、ワイヤ電食によって、一体化した標準品を作成することを考えることも可能である。

例示された実施例では、可動部分２及び固定部分３は、直立部２ｂ、３ｂが上に載った平面基部２ａ、３ａを備えた実質的に等価な形を有し、直立部２ｂ、３ｂ上には、可撓性要素４の端部が固定される。固定部分３及び可動部分２は、互いに対して逆方向に（いわゆるヘッド・トゥ・テールの位置に）位置決めされ、その場合、固定部分３の基部３ａは、装置の支持部を形成し、且つ可動部分２の基部２ａは、トルク又は力が加えられる部分を形成する。好ましくは、装置の包絡線は、正方形の基部（図１及び図２）又は長方形の基部（図８ａ及び図８ｂ）を備えた真直ぐなプリズム形を有する。全体は、小型装置を形成し、そこでの寸法は、数センチメートルを超えない（５ｃｍ未満）。

トルク較正装置（図１から図３）に対しては、可動部分２及び固定部分３は、基部２ａ、３ａを備え、その場合、垂直な直立部２ｂ、３ｂは、基部２ａ、３ａの角部にしっかり留められる。好ましくは、直立部２ｂ、３ｂは、基部２ａ、３ａの直角部分に一致する直角部分を備えた腕木状輪郭を有する。可動部分２及び固定部分３のそれぞれの基部２ａ、３ａは、２つの間の直立部２ｂ、３ｂに関して、互いに向き合うように配置される。これらの直立部２ｂ、３ｂは、それぞれの基部２ａ、３ａの反対側の角部に配置され、その場合、可撓性要素４の端部は、各直立部２ｂ、３ｂの縁部の上にねじ留めされている。

力較正装置（図８ａから図８ｂ）に対しては、可動部分２及び固定部分３はまた、互いに対して逆の位置を有する。可動部分２及び固定部分３は、一般にＬ字型部分を有し、その場合、Ｌ字の一方の枝部は、基部２ａ、３ａを形成し、且つＬ字の他方の枝部は、直立部２ｂ、３ｂを形成する。基部２ａ、３ａは、図８ａ及び図８ｂに示されるように、いくぶん長く、且つ、変形例によれば、装置のほぼ中間の幅まで延在するか、又は、描かれていない別の変形例によれば、装置の中間の幅より短いか、若しくは中間の幅を超えて、おそらくは装置の幅全部にわたって延在することが可能である。直立部２ｂ、３ｂは、互いに向き合って垂直に配置されるが、その場合、可撓性要素４は、各端部で、直立部２ｂ、３ｂの厚み部分にねじ留めされる。

両方の較正装置に対して、可動部分２の角度変位又は並進変位は、装置の最大トルク又は最大力をそれぞれ決定する支台７によって制限される。図３は、トルク較正装置に対して、円弧の形をした開口部６の中に打ち込まれるピン５を示している。ピン５は、固定部分３の直立部３ｂと可動部分２の基部２ａとの間に位置決めされる。例示された実施例では、ピン５は、固定部分３にしっかり留められ、且つ開口部６は、可動部分２の基部２ａに形成される。その逆もまた可能である。可動部分２は、円弧の中央に静止時に位置決めされたピン５によって、回転の両方向おいて可動であるべく取り付けられるが、その場合、円弧の各端部は、支台７を形成する。力較正装置に対して、開口部６は、可動部分２の直立部２ｂに形成されるか、又は、描かれていない変形例によれば、固定部分３の直立部３ｂに形成され、その場合、反対側の直立部にしっかり留められた舌部８の端部が、開口部内で変位する。静止時には、舌部の端部は、移動途中箇所に配置される。一方の方向の変位、又は他方の方向の変位において装置の応力を受けるに際して、舌部の端部は、開口部６の範囲を定める支台７の１つに接触して位置決めされる。

較正装置によって扱われるべきトルク又は力の範囲に依存して、可撓性要素の幾何形状及び数は可変的である。その上、較正装置内では、可撓性要素の幾つかの変形例配置が存在することも可能である。

図１及び図８ａに例示された実施例におけるように、可撓性要素は全長にわたって一定幅のブレードを形成することが可能である。例えば、その中心に横長の孔を有する、台形又は、更には長方形の形をした、可変幅を有するブレード幾何形状を有することも可能である。他の設計も可能であり、そこでの他の設計とは、図４におけるような、２つのくぼんだ半円を描く部分バーを有するものである。中心で補強された可撓性要素４を構想することも可能であり、その場合、プリズム状の又は円形の可撓性部分が、補強された部分を挟んでいる（図５及び図６）。

トルク較正装置又は力較正装置の中の可撓性要素の数は、１つ、２つ、３つ、４つであり、更にはそれよりも多いことも可能である。トルク較正装置については、２つの直交するブレードを有する設計が最適である（図１）。２つのブレードは、直立部上の異なる高さに配置されるか、又は、描かれていない変形例によれば、２つのブレードが、それらの中心で交差することも可能である。２つのブレードは、動きを正確に案内することを可能にし、且つ直交配置は、装置の横方向における剛性を最大にする。１つのブレードを有する装置では、装置は、その較正機能を果たすことが可能であろう。しかしながら、回転軸は、あまりうまく制御されないであろう。２つ以上のブレードによって、動きは、非常に良く案内され、それ故に、機械加工及び組み立ての機械的公差に対して、より厳密且つより敏感となる。力較正装置に対して、２つのブレードを有する構造はまた、系の過度の剛性が無い状態での、特定の直線的変位に対しては好ましい。有利なことに、２つの可撓性要素４は、各基部２ａ、３ａに対して平行に、且つ、開口部６のいずれかの側に配置される（図８ａ及び図８ｂ）。

具体的な用語において、３つのトルク類型論が見分けられる、即ち、
・摩擦トルク（０．０９〜１．０Ｎｍｍ）
・抵抗トルク（１．０〜５０．０Ｎｍｍ）
・破壊トルク（＞５０．０Ｎｍｍ）
そして４つの異なるトルク較正装置が、これらの範囲を扱うべく作り出される。

例として、表１は、扱われるトルク範囲と、ばねステンレス鋼でできたブレードのための、対応する較正装置の幾何形状と、を含む。

基準番号１から３は、２つの直交するブレードを備えた、図１による構成を有し、そして基準番号４は、図２の幾何形状による４つの直交するブレードを備える。全てのブレードは、幅ｂ及び厚さｈを備えた一定の長方形部分を有する。例では、ブレードの長さｌは一定に保たれ（１０ｍｍ）、且つ装置の剛性は、ブレードの厚さｈ及び幅ｂを変化させることによって、調節されている。その結果として、規準番号４は、剛性の必須のレベルを達成するべく、４つのブレードを備える。しかしながら、ブレードの長さもまた調節することによって、構造は、１つの、しかも同じ最大トルクに対して、２つのブレードに限定されてきた。

力に関しては、３つの力類型論が見分けられる、即ち、
・ばねの圧縮力
・抵抗力
・駆動力／牽引力
そして２つの基準が、それに従って設計された。表２は、ばねステンレス鋼ブレードのための、１０Ｎから５０Ｎの基準に対する寸法を含む。

トルク較正装置については、１つの、しかも同じ移動を有する基準の、同じ最大力を達成するために、幾つかの寸法が可能である。例では、長方形部分のブレードの、１つの、しかも同じ長さｌ（４０ｍｍ）及び１つの、しかも同じ幅ｂ（２０ｍｍ）を保つと共に、ブレードの厚さｈだけを変更するべく、選択がなされた。

図７は、トルク測定ユニット９上に位置決めされた、本発明によるトルク較正装置１を表し、そこでは、装置の可動部分２がピン１０上に取り付けられ、且つ固定部分３が反対ピン１１上に取り付けられる。固定のために、各基部２ａ、３ａには、ピン及び反対ピン、又は中間部分を直接受け入れるべく、図１から図３に見られる中央穴１２ａが備え付けられると共に、基部上に配置された横ねじ１３が備え付けられる。測定ユニットの較正の間、基準の最大トルクに対応する、ある与えられた角度変位の後に、ピンによって回転させられる可動部分は、支台の中に入る。図１０では、移動の最後に到達する最大トルクを、回転の両方向に対して見ることができる。本発明による較正装置によって、更に、動力化された測定ユニットのための、支台に対する角度変位の関数としての動的較正が可能になる。

動的較正では、較正装置に、それ自体が以前に較正されていることが要求される。較正は、規準分銅を使用して、従来の方法で実施される。図９は、この目的のために使用されるユニットを表す。較正装置１の可動部分は、中央滑車１５と共に、基部の横穴１２ｂの中に打ち込まれた２つの打ち込みピン１４によって、しっかり留められるが、ここで中央滑車１５は、その端部に基準分銅１７を備え付けたケーブル１６を受け入れる。異なる基準分銅を使用することによって、回転のトルク／角度の直線が確立される（図１０）。較正装置の較正によって、このように、線形性及び目標値（即ち、最大値）の点から、規準の動作範囲を特徴付けることが可能となる。望ましい最大トルクは、その後、支台によって、較正装置上で設定される。

（１）トルク較正装置又は力較正装置
（２）可動部分
ａ．基部
ｂ．直立部
（３）固定部分
ａ．基部
ｂ．直立部
（４）可撓性要素（従順要素とも呼ばれる）
（５）支台ピン
（６）開口部
（７）支台
（８）舌部
（９）トルク測定ユニット
（１０）ピン
（１１）反対ピン
（１２）穴
ａ．中央
ｂ．横
（１３）固定ねじ
（１４）打ち込みピン
（１５）中央滑車
（１６）ケーブル
（１７）基準分銅
（１８）戻り滑車

Claims (17)

1. トルク若しくは力をそれぞれ測定すること、又は、トルク若しくは力をそれぞれ加えることが意図されたユニット（９）のためのトルク較正装置又は力較正装置（１）であって、
   前記装置（１）は、第１の部分（３）と、第２の部分（２）と、前記第１の部分（３）を第２の部分（２）に連結する、少なくとも１つの可撓性要素（４）とを備え、前記第２の部分（２）は、前記固定された第１の部分（３）に対して、回転又は並進において可動であるべく取り付けられ、前記装置（１）は、前記第２の部分（２）の変位を制限する支台（７）を備え、前記変位の最大値とこの値に対応する最大トルク又は最大力とに基づいた線形の較正曲線が設定されることを特徴とする、トルク較正装置又は力較正装置（１）。
2. 請求項１に記載の装置（１）であって、
   前記第２の部分（２）は、各回転方向又は各並進方向のために、支台（７）に関して、回転の両方向において又は並進の両方向において、それぞれ可動であるべく取り付けられることを特徴とする、装置（１）。
3. 請求項１又は請求項２に記載の装置（１）であって、
   前記第１の部分（３）及び前記第２の部分（２）は各々が、直立部（２ｂ，３ｂ）が上に載った平面基部（２ａ、３ａ）によって形成され、該直立部（２ｂ，３ｂ）上では前記可撓性要素（４）の端部が固定され、前記第１の部分（３）及び前記第２の部分（２）は、互いに対して逆方向に配置されることで、前記第１の部分（３）の前記基部（３ａ）は、前記装置（１）の支持部を形成し、且つ前記第２の部分（２）の前記基部（２ａ）は、前記ユニット（９）の較正の間、前記トルク又は前記力が加えられる部分を形成することを特徴とする、装置（１）。
4. 請求項３に記載の装置（１）であって、
   前記トルク較正装置に対して、各直立部（２ｂ，３ｂ）は、その基部（２ａ，３ａ）の直角部分と一致する直角部分を備えた腕木状輪郭を有し、前記可撓性要素（４）の前記端部は、各直立部（２ｂ，３ｂ）の縁部上にそれぞれ固定されることを特徴とする、装置（１）。
5. 請求項３又は請求項４に記載の装置（１）であって、
   前記トルク較正装置は、２つの支台（７）の範囲を定める円弧の形をした開口部（６）の中に打ち込まれたピン（５）を備え、前記ピン（５）は、前記第１の部分（３）の前記直立部（３ｂ）にしっかり留められ、且つ前記開口部（６）は、前記第２の部分（２）の前記基部（２ａ）に形成され、又は、
   前記ピン（５）は、前記第２の部分（２）の前記直立部（２ｂ）にしっかり留められ、且つ前記開口部（６）は、前記第１の部分（３）の前記基部（３ａ）に形成されることを特徴とする、装置（１）。
6. 請求項３に記載の装置（１）であって、
   前記力較正装置に対して、前記第１の部分（３）及び前記第２の部分（２）は、Ｌ字型部分を有し、Ｌ字の一方の枝部は、前記基部（２ａ，３ｂ）を形成し、且つ他方の枝部は、前記直立部（２ｂ，３ｂ）を形成し、前記可撓性要素（４）の前記端部は、各直立部（２ｂ，３ｂ）の厚み部分にそれぞれ固定されることを特徴とする、装置（１）。
7. 請求項３又は請求項６に記載の装置（１）であって、
   前記力較正装置は、２つの支台（７）の範囲を定める開口部（６）に配置された一方の端部を有する舌部（８）を備え、前記開口部（６）は、前記第２の部分（２）の前記直立部（２ｂ）に形成され、且つ前記舌部（８）は、前記第１の部分（３）の前記直立部（３ｂ）にしっかり留められた他方の端部を有し、又は、前記開口部（６）は、前記第１の部分（３）の前記直立部（３ｂ）に形成され、且つ前記舌部（８）は、前記第２の部分（２）の前記直立部（２ｂ）にしっかり留められた他方の端部を有することを特徴とする、装置（１）。
8. 請求項５又は請求項７に記載の装置（１）であって、
   前記装置（１）の応力が存在しない場合、前記第１の部分（３）の前記直立部（３ｂ）または前記第２の部分（２）の前記直立部（２ｂ）に留められたピン（５）又は舌部（８）は、前記開口部（６）の移動途中箇所に位置することを特徴とする、装置（１）。
9. 請求項３又は請求項６に記載の装置（１）であって、
   前記力較正装置は、前記直立部（２ｂ，３ｂ）の間で平行に延在する２つの可撓性要素（４）を備えることを特徴とする、装置（１）。
10. 請求項３又は請求項４に記載の装置（１）であって、
    前記トルク較正装置は、前記直立部（２ｂ，３ｂ）に沿って、互いに対して直交して配置された２つ又は４つの可撓性要素（４）を備えることを特徴とする、装置（１）。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置（１）であって、
    前記可撓性要素（４）は、ブレード又は部分バーによって形成されることを特徴とする、装置（１）。
12. 請求項１１に記載の装置（１）であって、
    前記ブレードは、長方形、台形の形をしている、又はその中心に横長の孔を有する長方形の形をしていることを特徴とする、装置（１）。
13. 請求項１１に記載の装置（１）であって、
    前記可撓性要素（４）は、対向する一対の面が半円柱状にくぼんだ部分バーであるか、又は、中心部分とこの中心部分を挟むように形成された２つの可撓性部分とを有し前記２つの可撓性部分における対向する一対の面が角柱状又は半円柱状にくぼんだ部分バーであることを特徴とする、装置（１）。
14. 請求項３に記載の装置（１）であって、
    前記トルク較正装置に対して、各基部（２ａ，３ａ）は、前記装置（１）を、前記トルクを測定する、又は前記トルクを加えることが意図された前記ユニット（９）に結合することを可能にする穴（１２ａ）を備えることを特徴とする、装置（１）。
15. 請求項１に記載の装置（１）であって、
    前記トルク較正装置は、前記トルクを測定する、又は前記トルクを加えることが意図された前記ユニット（９）の動的較正を可能とするために、以前に標準規格に合わせられており、このことは、前記ユニットが動力化されている場合にあてはまることを特徴とする、装置（１）。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の装置（１）であって、
    可撓性要素（４）の幾何形状及び数は、それぞれ、０．０１５Ｎｍｍ、１．５Ｎｍｍ、５０Ｎｍｍ、及び５００Ｎｍｍにわたるトルクの４つの範囲、及び１０Ｎ及び５０Ｎの２つの力範囲を扱うべく、決定されることを特徴とする、装置（１）。
17. 請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の装置（１）であって、
    その包絡線は、５ｃｍを超えない寸法を有する正方形又は長方形の基部を有する角柱を呈していることを特徴とする、装置（１）。

Images