JP7009199B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
(1)変形を力に変換する。
ばねの形状の変化量(変形量)と荷重とは概ね比例関係にある。そのためばねの変形量が所定値になるようアクチュエータを制御すれば、ワークに所定の荷重を与えることができる。したがってばねが柔らかい(荷重あたりの変形量が多い)ほど、荷重制御の精度は高くなる。
(2)ワークの変形等により力が急変するのを防ぐ。
ワーク表面にかかる荷重によりワークが変形して、圧子に接触しているワーク表面が圧子から逃げる方向に移動した場合でも、ばねが変形して圧子が表面に追従する。すなわちワーク表面を押し続ける。このとき荷重はばねの変形量に応じて増減するが、激減することはない。一方、ばねが無くアクチュエータが直接荷重を与える構造であるとすると、ワークが変形したり、移動したりした場合に追従できず、荷重が激減する場合がある。特にワークのひびの拡大などの予測し難い変形にアクチュエータが追従することは困難である。
本発明に係る測定装置において、前記非線形ばねは、複数のばねを直列に連結したものであり、前記ばねは、所定の荷重を超えると変形を阻止するリミッターを有し、前記非線形ばね全体の荷重が大きくなるほど、変形に寄与するばねの数が減る。
本発明に係る測定装置において、前記非線形ばねは、複数のばねを並列に連結されるように配置したものであり、前記ばねは、変形量がしきい値を超えると別の線形ばねに連結する連結部を有し、前記非線形ばね全体の変形量が大きくなるほど、荷重に寄与するばねの数が増える。
本発明に係る測定装置において、前記制御部は、前記目標荷重と、前記非線形ばね特性データとに基づいて目標変形量を算出し、前記目標変形量と、前記スケールが計測した前記非線形ばねの現在変形量との差分に相当する変形量を加減するよう前記アクチュエータを駆動する。
本発明に係る測定装置において、前記制御部は、前記スケールが計測した前記非線形ばねの現在変形量と、前記非線形ばね特性データとに基づいて現在荷重を算出し、前記目標荷重と、前記現在荷重との差分に相当する荷重を追加出力するよう前記アクチュエータを駆動する。
(1)目標荷重を目標変形量に換算する。
制御部110は、目標荷重を得るために必要なばね104の変形量(目標変形量)を、ばね特性データに基づき算出する。
(2)目標変形量-現在変形量だけアクチュエータ103を動かす。
制御部110は、目標変形量と、スケール106によるばね104の変形量の測定値(現在変形量)との差分を算出する。差分の正負はアクチュエータを動かす方向(例えば伸びと縮み)に対応する。これにより、ワークの変形等を考慮しなければ、ばね104は変形して目標変形量に至ると期待される。
もしワークが変形するなどしてばね104が目標変形量に到達しない場合は、制御部110は(2)の処理を繰り返し実行する。ワークの変形量が予測できる場合は、(2)における差分に予測されるワーク変形量を加味して、アクチュエータ103を動かしても良い。なお、目標荷重をオーバーすることが許されない場合は、ワーク変形量の加味は行わないか、所定の係数を乗ずるなどしてワーク変形量を控えめに見積ることとしても良い。
(1)現在変形量を現在荷重に換算する。
制御部110は、スケール106によるばね104の変形量の測定値(現在変形量)に対応する荷重(現在荷重)を、ばね特性データに基づき算出する。
(2)目標荷重-現在荷重だけ荷重を増すようアクチュエータ103を駆動する。
制御部110は、目標荷重と現在荷重との差分を算出する。差分の正負はアクチュエータを動かす方向(例えば伸びと縮み)に対応する。
もしアクチュエータ103の誤差などにより、(2)の処理後も現在荷重が目標荷重に達しない場合は、制御部110は(1)及び(2)の処理を繰り返す。
実施例1では、ばね定数の異なる複数の線形ばねを直列に配置することにより非線形ばね104を構成する。図4及び図5を用いて、実施例1にかかる非線形ばね104の構造を説明する。ここで直列とは、合成ばねの変形が個々のばねの変形の総和で、合成ばねの荷重が個々のばねに共通であることをいう。
実施例2では、ばね定数の異なる複数の線形ばね1042を並列に連結されるように配置することにより非線形ばね104を構成する。図6及び図7を用いて、実施例2にかかる非線形ばね104の構造を説明する。ここで並列とは、合成ばねの力が個々のばねの力の総和で、合成ばねの変形が個々のばねに共通であることをいう。
101 ステージ
102 フレーム
103 アクチュエータ
104 ばね(非線形ばね)
1041 線形ばね(押しばね)
10411,10412,10413 線形ばね(押しばね)
1042 線形ばね(押しばね)
10421,10422,10423 線形ばね(押しばね)
105 圧子
106 スケール
107 リミッター
108 連結部
110 制御部
Claims (5)
- 圧子を材料表面に押し当て、材料特性を評価する測定装置であって、
変形量が大きいほどばね定数が大きくなり、変形により前記圧子を前記材料表面に押し当てる荷重を発生する非線形ばねと、
前記非線形ばねを変形させるアクチュエータと、
前記非線形ばねを前記変形させたときの前記非線形ばねの変形量を計測するスケールと、
前記変形量と前記荷重とを相互に換算するための非線形ばね特性データを保持し、前記変形量と前記非線形ばね特性データとに基づいて、前記荷重が目標荷重に到達するように前記アクチュエータを駆動する制御部と、を有する
測定装置。 - 前記非線形ばねは、複数のばねを直列に連結したものであり、
前記ばねは、所定の荷重を超えると変形を阻止するリミッターを有し、
前記非線形ばね全体の荷重が大きくなるほど、変形に寄与するばねの数が減る
請求項1記載の測定装置。 - 前記非線形ばねは、複数のばねを並列に連結されるよう配置したものであり、
前記ばねは、変形量がしきい値を超えると別のばねに連結する連結部を有し、
前記非線形ばね全体の変形量が大きくなるほど、荷重に寄与するばねの数が増える
請求項1記載の測定装置。 - 前記制御部は、前記目標荷重と、前記非線形ばね特性データとに基づいて目標変形量を算出し、
前記目標変形量と、前記スケールが計測した前記非線形ばねの現在変形量との差分に相当する距離を移動するよう前記アクチュエータを駆動する
請求項1記載の測定装置。 - 前記制御部は、前記スケールが計測した前記非線形ばねの現在変形量と、前記非線形ばね特性データとに基づいて現在荷重を算出し、
前記目標荷重と、前記現在荷重との差分に相当する荷重を追加出力するよう前記アクチュエータを駆動する
請求項1記載の測定装置。
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