JPH01162124A - 力又はモーメントの計測装置のための較正方法及びこの方向に関する装置 - Google Patents

力又はモーメントの計測装置のための較正方法及びこの方向に関する装置

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JPH01162124A
JPH01162124A JP63290365A JP29036588A JPH01162124A JP H01162124 A JPH01162124 A JP H01162124A JP 63290365 A JP63290365 A JP 63290365A JP 29036588 A JP29036588 A JP 29036588A JP H01162124 A JPH01162124 A JP H01162124A
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axis
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固定ベースと、計測すべき力もしくはモー
メントが印加される負荷プラットフォームと、一端が固
定ベースに他端が負荷プラットフォームに挿入される、
センサとして機能する計測エレメントとを具備した力も
しくはモーメントの計測装置を計算によって較正する方
法に関する。
この発明はこの方法によって較正される装置にも関する
ものである。
この種の装置は計量（人間の体重を計測する秤、食品の
計量のための秤もしくは他のタイプの秤）又はトルクの
計測のため等に採用される。
〔従来の技術〕
従来の装置においては、歪ゲージを支持するためのバー
より通常構成される計測エレメントは使用時に計測すべ
き負荷（力もしくはモーメント）を受けるだけでなく、
寄生モーメント（ｐａｒａｓｔｉｃｍｏｍｅｎｔ）をも
受けるものである。ここに寄生モーメントというのは、
まず、装置の不完全さ（バー自体、バーの挿入位置、歪
ゲージ、バー上での歪ゲージの配置等に関連する不完全
さのことでである。）に起因するものであり、又は計測
されるべき負荷の印加される方法の不完全さに起因する
ものである（例えば、計量装置のプラットフォームに加
わる負荷はプラットフォーム上でのその位置に応じて寄
生的な捩じり若しくは曲げモーメントを発生せしめる。
）。
〔発明が解決しようとする課題〕
この装置において、バーにより支持されるゲージは計測
ブリッジを構成するように電気的に結線されており、前
記の寄生モーメントに感応する信号が伝達される。従っ
て、この信号は、計測するべき力もしくはモーメントの
計測の精度を損なう寄生成分を持つことになる。
この欠点を克服するため、これまで色々な技術的な解決
策が知られておりかつ提案されている。
第１の解決策によれば、計測エレメントは歪ゲージの慎
重に選定された個所で材料の肉の部分を削り取ることに
よって、ゲージの電気的方向と計測本体若しくはバーの
長手方向軸線との間に形成される角度が調整される。
この解決策の欠点は自動的な装置ではアルゴリズムの表
現が困難であり、誤差の実験的な解釈のために高度な訓
練を受けた者が必要となり、かつ非常にコストの高い手
段が必要となる。
他の方法では、被計測負荷（力もしくはモーメント）の
ための計測のための歪ゲージブリッジに加えて寄生負荷
の修正のための付加的もしくは調整ゲージが具備されて
いる。
仏国特許第２．５５４，２２９号では、計量装置のバー
に歪ゲージが配列され、この配置によって、バーに印加
される重量に殆ど比例するがバーの軸線に沿うモーメン
トと該軸線に直交する軸線に沿い発生される寄生モーメ
ントとの影響を受ける信号を読み取ることができると同
時に、これらの二つのモーントの各々に殆ど比例する二
つの信号を読み取ることができる。かくして、重量成分
に大略比例する信号に、補償の必要となる部分である前
記の二つのモーメントに大略比例する信号を再注入する
ことが可能となり、主信号における寄生成分を打ち消す
ことができる。
ここに説明した解決手段は同一のアプローチに基づくも
のであり、計測エレメント、即ち歪ゲージを備えたバー
を、同エレメントが被計測負荷（力もしくはモーメント
）にのみ感応するが寄生負荷には不感となるように実質
的に修正するものである。その結果、この解決策は前記
と同一の欠点を内包することになる。即ち、製造後に各
計量装置をその装置に特有な修正（例えば、付加的なコ
ンポーネントの溶接、成るゲージのトラックの削除等）
を再度手動により行うことが必要となる。
これらの操作は時間を要するものであると共に、費用が
かかるものである。
この発明の目的は装置の製造後に計測エレメントに実質
的な調整を加えることがない較正方法によって上記の欠
点の解消を実現することにある。
〔課題を達成するための手段〕
この発明によれば、計測すべき力又はモーメントの大略
感応する信号を伝達するための歪ゲージブリッジを具備
した計測エレメントを具備した力もしくはモーメントの
計測装置の較正方法において、計測エレメントに製造時
に二つの第二の歪ゲージブリッジを設けこれらの第二の
歪ゲージブリッジは相互に独立であると共に第一の歪ゲ
ージブリッジに関して独立であり、計測すべき力又はモ
ーメント以外の二つの寄生応力に大略感応する信号を発
生する。この方法はその第１段階として、計測エレメン
トに負荷を加えない状態において、次ぎに各歪ゲージブ
リッジが最も感度が高い状態から選択される既知の基準
負荷位置において３個の歪ゲージブリッジにより伝達さ
れる信号の計測を実行する。この方法の第２段階として
、前記の基準計測から感度パラメータを算出し、ここに
該感度パラメータに応じて計測ブリッジにより伝達され
る各信号が印加される負荷の関数となるものであり、第
３段階として、これらの感度パラメータより、第１の歪
ゲージブリッジにより計測される力又はモーメントの前
記パラメータを演算する。
実験及び計測によれば、この発明に従ってバー等の計測
エレメントに複数の歪ゲージブリッジを設けることによ
り、各歪ゲージブリッジによっ発生される信号は加えら
れる種々の負荷の線型関数となり、式の各項のパラメー
タは与えられた力もしくはモーメントに対する歪ゲージ
ブリッジの感度を表す。
製造された装置では、十分な数の適当に選定された基準
測定は線型式の系を解くことにより感度の全てのパラメ
ータを算出することができる。
計測エレメントに実質的に干渉することなしに、各新規
な計測の時点において、線型の式の系を解くことにより
被計測負荷（力若しくはモーメント）の真の値を算出す
ることができる。その際、前記式の系において、全ての
パラメータ（感度）は第１の表現（信号）と同様に既知
のものであり、かつ計測すべき負荷は未知のものの一つ
である。
この方法は完全に自動化されている。実行するべき演算
は十分に単純であり、装置に組み込まれるマイクロプロ
セッサ等の演算ユニットにより処理することでき、その
際必要なのは基準の計測から得られたパラメータをメモ
リ中に書き込むことだけである。　　゛ この方法は産業上若しくは家庭用に十分に正確な補正を
可能とするものである。
計量装置（人間、食品の計量のための秤、若しくは他の
タイプの秤等）より通常構成され、負荷プラットフォー
ムを具備する力の計測のための器具等の場合は、計測バ
ーに取付られる歪ゲージブリッジにより伝達される信号
は計測されるべき力Ｐ及び力が印加される、Ｘ及びＺ座
標で定義されるプラットフォームの位置の線型関数であ
る。即ち、信号Ｓは次のように表される。
５＝ａＰ＋ｂＰＸ　＋ｃＰＺ　＋ｄ これを考慮に入れて、３個の歪ゲージブリッジをバーに
次のように設けている。即ち、第一の歪ゲージブリッジ
は計測すべき力Ｐに大略応答するように設けられ、第二
の歪ゲージブリッジはバ−の長さ方向軸線に関して力Ｐ
の印加点の相対変位によって発生される横方向のモーメ
ントＰｚに起因する捩じり応力に主として応答するよう
に設けられ、そして第三の歪ゲージブリッジは中心点に
関しバーの長手方向軸線内の力の印加点の位置によって
発生される長手方向モーメントＰＸに起因する曲げ応力
に略応答するように配置される。この配置により無荷重
での計測（これにより３個のパラメータｄ、が得られる
。）及び３回の基準計測を実行することだけが必要であ
り、９個の未知量を持つ９個の式の線型系を解くことに
より９個のパラメータ（感度）ａｔ　、ｂ＋及びｃｌの
全てを決定することができる。
その後、力の各計測において、演算ユニットが実行しな
ければならないことは３個の未知量を持つ３個の式の線
型系を解くことであり、これにより力Ｐの真の値を３個
の計測された信号の関数として算出することができる。
上に説明した方法はその最も一般的な形態についてであ
り、実際的な場合を考慮すると、歪ゲージブリッジの特
性に応じて最も十分な基準計測を選定すること、及び計
測に要求される精度の程度に応じて許容範囲に簡略化し
て演算式を表現することによりもっと単純化することが
可能である。
容易に理解することができようが、以上の説明は力の計
測の場合からモーメントの計測の場合に移行させること
ができ、寄生的な力若しくはモーメントの効果が得られ
る。
この発明は以上の較正方法の実際上の応用のための手段
を具備した力計測装置にも向けられている。
この発明によれば、固定ベースと、計測すべき力Ｐが印
加される負荷プラットフォームと、一端が固定ベースに
他端が負荷プラットフォームに挿入されるバーとを具備
し、該バーは計測すべき力に主として感応する第一の歪
ゲージブリッジを具備し、装置は、更に、バーの長手方
向軸線に関して力Ｐを印加する点の変位によって発生さ
れる横方向モーメントに起因する捩じり応力に主として
感応する第二の歪ゲージブリッジと、中心点に関する長
手方向軸線における力（Ｐ）の印加点の位置から発生さ
れる長手方向モーメントＰＸに起因する曲げ応力に主と
して感応する第三の歪ゲージブリッジとを具備し、装置
は、更に、プラットフォームに負荷を加えない状態にお
ち）で３個の歪ゲージブリッジによって伝達される３個
の信号を計測するためであると共に、既知の位置を持つ
プラットフォームの３個の点に次々に印加される既知の
基準力を算出するための手段と、前記の基準の計測によ
り得られた９個の線型式の系を解くことにより、それに
応じて３個の信号の各々が印加される力Ｐ及び印加され
たモーメントＰＸ及びＰＺの関数である９個の感度パラ
メータを算出する手段と、感度パラメータより第一の歪
ゲージブリッジにより計測される力Ｐに加えられる補正
を算出する手段とを具備する力の計測装置が提供される
。
〔実施例〕
第１図及び第２図に概略的に示される計量装置は鋼鉄等
で造られた弾性バー１より成る計測エレメントを具備す
る。このバー１は一端か固定ベース２に挿入され、他端
は負荷プラットフォーム３に挿入される。
計測されるべき重量Ｐは直交軸系ＸＹＺの座標ｘ、ｙ、
ｚによって決められる点でプラットフォームに位置され
る。同座標系において、軸Ｘはバー１の長手方向軸線と
一致する。
バー１は複数の組合せられた応力、即ち、垂直力Ｐ及び
これが惹起するモーメントＰＸ（長手方向の曲げモーメ
ント）及びＰＺ（横方向の捩じりモーメント）を受ける
。
バー１の上部は３個の歪ゲージブリッジを備え、これら
は第３図に示すように配置され、第４図に示すように電
気的に結線される。
バー１は第１の歪ゲージＲ＋、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を具備
し、バー１の長手方向の中立軸Ｘに対して及び横方向中
立軸Ｚに対して対称に配置された二つの対Ｒ，，Ｒ３５
Ｒ２，Ｒ，をなす。
これらの４個のゲージＲＩ＋　Ｒ２，Ｒ３＋　Ｒ４は電
源Ａに接続され、これらにより構成される計測ブリッジ
は第４図に示す電気信号Ｓ１を伝達する。
歪ゲージＲ＋　、　Ｒｚ、　Ｒ５、Ｒａのブリッジは計
測するべき重量Ｐに主として感応する。しかしながら、
その感度は低いが寄生モーメントＰＸ及びＰＺにも感応
する。
歪ゲージブリッジにより伝達きれる信号Ｓｌは次の形態
をなす。
Ｓ　＋　＝１．ｐ　＋　ｂｌＰＸ＋ｃＩＰＺ＋ｄｌここ
に： ｄｌはブリッジの電気的不完全及び装置のエレメントの
固有の重量に特に起因するオフセット信号であり； ａｌ＋　ｂｌ＋　ＣＩは各応力に対するブリッジの感度
パラメータであり、ｂ、自の値はａｌの値より小さい。
バー１は歪ゲージＲ５，Ｒ１、Ｒ２、Ｒｓの第二のブリ
ッジを具備しており、これらは軸Ｘに対して４５゜の角
度で傾斜しており、かの軸及び軸Ｚに平行な軸ｚ１に対
して対称に配置される。
上記された歪ゲージＲ，，Ｒ，，Ｒ，，Ｒ，のブリッジ
は主として横方向の捩じりモーメントＰＺに感応する。
前記歪ゲージは軸Ｘに沿う重量Ｐの変位に対する感度を
低くすることができるように、可能な限り近接してまと
められて配置されている。これらのゲージは電源Ａに接
続され、このゲージにより構成されるブリッジは次の式
で表される信号Ｓｔを伝達する。
Ｓ！　＝ａ、Ｐ　＋ｂ、ＰＸ＋ｃ、ＰＺ＋ｄ。
ここにｄ２はオフセット信号の値であり、ａ２＋　ｂ２
＋　ｃｚは各応力に対するブリッジの感度である。
バー１は、軸Ｘ及び軸２の各側に配置された歪ゲージの
第三のブリッジＲｌｌ＋　Ｒｌｏ、　　Ｒ１１１Ｒｌｚ
を備えている。歪ゲージＲｈｏ及びＲｒｚの電気の流れ
方向は軸Ｘに平行であり、Ｒ１１及びＲ３の電気の流れ
方向は軸Ｘに直交する、換言すれば軸Ｚに平行である。
第３の歪ゲージブリッジは長手方向の曲げモーメントＰ
Ｘに主として感応するものである。
第三の歪ゲージブリッジは相互に独立である。
換言すれば、これらの間は電気的に接続されていない。
このブリッジをＰＸに感応させるため、曲げモーメント
の和（第１の点の場合のように差ではない。）を求める
必要がある。歪ゲージＲ１゜及びＲ１２は曲げモーメン
トの影響を受け、ゲージＲ３及びＲ１１はボア　”／ソ
ン効果（Ｐｏｉｓｓｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ）を受ける。
第三のブリッジは以下の式で表される信号Ｓ。
を伝達する。
Ｓ　ｓ　”ａｓＰ　＋ｂ３ＰＸ＋Ｃ５ＰＺ＋ｄｓここに
ｄ３はオフセット信号の値であり、！！＋ｂ３＋８３は
各応力に対するブリッジの感度である。
以上に説明した装置の較正を行うため、４回の較正用の
計測が以下のように実行される。まず、第一に３個のオ
フセット信号Ｓ　ｌ＋　Ｓ　ｚ、　Ｓ　ｘの計測が行わ
れるが、この際プラットフォーム３に重量はかけられな
い。この計測によりｄｔ、ｄｔ、ｄｓの値が与えられる
。次に、既知の基準重量Ｐ「の計測が行われるが、この
際プラットフォーム３に、３箇所の順々の位置Ａ、Ｂ、
Ｃにおいて載置され、その座標ＸＡ　、ＺＡ　；ＸＢ　
、Ｚ　ｓ；Ｘ　Ｃ，Ｚ　ｃハ次ノＪ＝　ウニ表される。
Ａ（ＸＡ、ＺＡ）、Ｂ（ＸＢ　、Ｚ　Ｂ）、ＣＣＸＣ、
Ｚｃ）かくして、以下に表現されるの９個の信号の計測
を行う必要がある。
ＳＩＡ　＝ｆＬ１Ｐ　＋　ｂｌＰＸＡ＋　ＣＩＰＺＡ　
＋ｄｌＳｅＡ＝ａｚＰ　＋ｂ、ｔ’ｘＡ　＋ｃｔＰＺＡ
＋ｔｉ２Ｓ３Ａ　＝ａ、Ｐ　＋　ｂ、ＰＸＡ＋　ＣＩＰ
ＺＡ　＋　ｄ３Ｓｌｅ　＝’ａｌＰ　＋　ＪＰＸａ　＋
　ｃｔＰＺａ　＋　ｄＢＳ’ｇ　＝１．ｐ　＋ｂｔＰＸ
ｓ　＋　ｃｚＰＺａ　＋ａ。
Ｓ３ａ　”ａ３Ｐ　＋ｂ３ＰＸａ　＋　ｃ３ＰＺｅ　＋
ｄ３Ｓａｃ　＝ａ＋Ｐ　＋　ｂ＋ＰＸｃ　＋　ｃｌＰＺ
ｃ　＋　ｄｔＳａｃ　＝１ｔｐ　＋ｂ２ｐｘＣ＋　ｃ、
ＰＺｃ　＋　ｄ２Ｓ、ｃ　＝ａ３Ｐ　＋ｂ３ＰＸｃ　＋
ｃ、ＰＺｃ　＋ｄ３９個の未知の量を含む９個の式より
なる線型系の解は９個のパラメータ１１．ｔｌ１、ＣＩ
の演算を可能とする。これらは、装置に組み込まれてい
る（第４図参照）マイクロプロセッサ等の演算ユニット
４のメモリに書き込まれる。
それに引き続き、未知の（若しくは精度よく知られてい
ない）点Ｘ、Ｚに置かれた未知の重量Ｐを計測するため
、装置は３個の信号Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３の計測を行う。そ
のため、以下の式が与えられる。
ａ、Ｐ　＋ｂ、ＰＸ＋ｃ、ＰＺ＋ｄ、＝Ｓ。
ａｚＰ　＋　ｂ２ＰＸ　＋　Ｃ２ＰＺ　＋　ｄ２　＝Ｓ
２ａ３Ｐ　＋ｂ、ＰＸ＋ｃ３ＰＺ＋ｄ３＝Ｓ３そして、
以下の行列式 を解くことによりＰ、Ｘ及びＺの値を演算することが可
能である。
この演算は装置に組み込まれたマイクロプロセッサ４に
より実行することができる。この方法はプラットフォー
ム３に加えられる重量Ｐの正確な値だけでなくプラット
フォーム上でのその真の位置を算出せしめる。
以上において、方法は最も一般化して説明されている。
実際上は、基準測定を最初に選択することにより方法は
単純化され、式及び計算を単純化することができる。
９個のパラメータａ　ｌ　＋　　ｂｌ　＋　ＣＩの算出
のため９個の方程式系を解く必要をなくするため、荷重
を受けている３個の基準計測位置が、例えば第５図に示
すように選定される。　ここに、位置ＡではＸ＝Ｚ＝Ｏ
であり、計測は３個の信号Ｓ　ＩＡにおいて実行され、
これより次の値ａ１が算出される。
ａ　ｌ　＝＝Ｃ８ＩＡ　　ｄｉ　’）　／Ｐｒ位置位置
はＸ＝Ｚ＝Ｏであり、計測は３個の信号ＳＩＢにおいて
実行され、これより次の値ｂ１が算出される。
ｂ　ｌ　＝（Ｓ１８ｄｉ　　　ａｌ　Ｐｒ　）　／ＸＰ
ｒ位置Ｃ位置Ｘ＝Ｚ≠０であり、計測は３個の信号Ｓ　
Ｉｃにおいて実行され、これより次の値Ｃ２が算出され
る。
Ｃ＋　＝（Ｓｌｃ　　ｄ　ｌ−ｂｌ　Ｐｒ　）　／ＺＰ
ｒ精度向上のため、これらの値を次のように分割するこ
とが可能である。
位置Ｂに関してはＸ≠０．２＝０であり、Ｂ′に関して
は−Ｘ≠０．２＝０であり、ここにおいて、 ｂ　＋　＝（Ｓｌｓ　−５ｕ１１’）　／２ＸＰｒとな
る。
位置Ｃに関してｘ＝ｏ、ｚ＝ｏであり、Ｃ′に関しては
ｘ＝ｏ、−ｚ＝ｏであり、ここにおいて、ｃ　＋　＝（
Ｓｌｃ　　ｓ　ｌｃ’）　／２ＺＰｒとなり、パラメー
タａｌ　＋　　ｂｌ　＊　　Ｃｉ　の算出からのｄ、の
値に関する誤差を除去することができる。
較正計測に関するＰｒの位置は値ＰｒＸ及びＰｒＺを順
次零とするために選定される。
解くべき式の系は最早なく、較正のためにはａ１、　　
ｂ　＋　ｒ　　Ｃ１の値を与える極度に簡単な計算だけ
が必要となる。
未知の重量Ｐを順次計測する際に、信号Ｓ２におけるＰ
Ｘ（主として横方向捩じりモーメントＰＺに感応する）
の項は無視しえる程度であり、信号Ｓ３におけるＰＺ（
主として長手方向モーメントＰＸに感応する）の項は無
視しえる程度であることを過程して計算を簡略化するこ
とができる。解くべき未知量を３つ（ＰＸＺ）持つ３個
の式よりなる系は次のようになる。
Ｓ、＝ａ＋Ｐ　＋ｂ＋ＰＸ　＋ｃＩＰＺ　＋　ｄＩＳ２
＝ａ２Ｐ　　　　＋　ｃ２ＰＺ　＋　ｄ。
Ｓ３　＝ａ、ｐ　＋　ｂ３ＰＸ　　　　十ｄ３最後に、
行列式の厳密方法による３個の未知量を持つ３個の大系
を解く代わりに、次のような近似計算をすることができ
る。
未知の値Ｐは次の式によって推測することができる。
Ｐｅ−（Ｓｌ　　ｄｌ）　／ａｌ Ｘ及びＺの近似値は次によって推測することができる。
Ｘｅ＝（Ｓ、ａｚＰｅ　　ｄ３）／ｂ３ＰｅＺｅ＝（Ｓ
ｔ　　ａｚＰｅ　　ｄ２）／ＣｚＰｅもっと正確なＰの
値を知るためには次の計算を行う。
Ｐ　＝（Ｓ、　　−ｂ、ＰｅＸｅ−ｃ、ＰｅＺｅ−ｄ、
）／ａｔ実験の結果によれば、この極度に簡単化した計
算方法でも、仏間の■級の標準に決められた７５０霞所
の秤のために充分正確な修正を行うことができた。
この利点は計算を能力の低いマイクロプロセッサによっ
ても行うことができることである。
以上の説明から理解されるようにこの発明の計測装置の
較正方法はバー上に設置される歪ゲージをその変更を含
めて後から手を加える必要性を全熱なくすることができ
る。
バー１に一端設置された後はどの歪ゲージであっても、
初期信号の計測及びマイクロプロセッサにより自動的に
行われる生産により装置の較正が可能となる。
容易に理解されようが、第３図及び第４図に示される３
個の歪ゲージブリッジの配置は単なる例示である。この
発明の利点は全ての歪ゲージブをバー１の同一の面に位
置させることができ、同時に同一の誘電支持体に同時に
位置させることができ、バー１の長手方向において一回
の操作により容易に取り付けることができる。
第６及び７図は、完全なブリッジに代えて半分のブリッ
ジによりもっと経済的な構成とするものである。
この簡略化構造では重量に主として感応し信号Ｓ、の伝
達を行う第１のブリッジの歪ゲージＲＩ。
Ｒ，、Ｒ３，Ｒ，は第３図の配置と同様である。
位置２に応答し信号Ｓ、を伝達する第２のブリッジは二
つの歪ゲージＲｓ　、　Ｒｓのみ有し、これらは軸Ｘに
対して４５°の角度で傾斜し、かつ軸２に関して変位さ
れる。
位置Ｘに感応し、信号Ｓ、を伝達する第三のブリッジは
軸Ｚの各側に配置される二つの歪ゲージＲ，，Ｒ，。を
有し、ゲージＲ４の電流方向は軸Ｘと平行であり、他の
ゲージＲ１゜の軸Ｘと直交する。
第６図はこれらの３個の歪ゲージを電気的にどのように
して電源Ａに接続するかを示している。
また、第１，２図に示すバーの形態は単なる例示である
。この方法は他の形式の計測エレメントにも応用可能で
ある。即ち、パラメータ（感度）は、幾何学的及び機械
的な特性の関数としての簡単な表現によって限定される
べきものでなく、較正計測に伝達される信号の関数とし
て計算されるべきものである。
また、以上の説明は力（特に重量）の計測を例として挙
げている。しかしながら、この方法はモーメントの計測
にも適用することができる。
更に、第一の歪ゲージブリッジは２個のゲージに限定す
ることができ、第三歪ゲージは、バーの変形に感応しな
い固定抵抗に接続される単一のゲージとすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の計量装置の概略長手方向断面図。 第２図はこの発明の装置の斜視図。 第３図はこの発明の装置の上面の３個の歪ゲージブリッ
ジの配置を示す平面図。 第４図は前記歪ゲージブリッジの電気的接続を示す概略
図。 第５図は荷重中における３個の較正計測用の基準負荷の
好適位置の配置を示す概略平面図。 第６図はこの発明の簡略化された時における歪ゲージを
半ブリッジとして配置したものを示す平面図。 第７図はこの歪ゲージの電気的配置の概略図。 １・・・弾性バー ２・・・固定ベース ３・・・負荷プラットフォーム Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ７，Ｒ５、　
Ｒ９、Ｒ１０＋Ｒ＋＋、Ｒ１□・・・歪ゲージ Ｓｔ、　Ｓｔ、　Ｓｓ ・・・歪ゲージブリッジからの信号

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、計測すべき力又はモーメントに主に感応する信号を
    伝達するための歪ゲージブリッジ（Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ
    ＿３、Ｒ＿４）を具備した計測エレメント（１）を具備
    し、計測エレメント（１）に製造時に二つの第二の歪ゲ
    ージブリッジ（Ｒ＿５、Ｒ＿６、Ｒ＿７、Ｒ＿８）；（
    Ｒ＿９、Ｒ＿１＿０、Ｒ＿１＿１、Ｒ＿１＿２）を設け
    これらの第二の歪ゲージブリッジは相互に独立であると
    共に第一の歪ゲージブリッジに関して独立であり、計測
    すべき力又はモーメント以外の二つの寄生応力に主とし
    て感応する信号を発生する、力又はモーメントの計測装
    置のための較正方法において、方法の第１段階として、
    計測エレメントに負荷を加えない状態において、次ぎに
    各歪ゲージブリッジが最も感度が高い状態から選択され
    る既知の基準負荷位置において３個の歪ゲージブリッジ
    により伝達される信号の計測を実行し、第２段階として
    、前記の基準計測から感度パラメータを算出し、ここに
    該感度パラメータに応じて計測ブリッジにより伝達され
    る各信号が印加される負荷の関数となるものであり、第
    ３段階として、これらの感度パラメータより、第１の歪
    ゲージブリッジ（Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３、Ｒ＿４）に
    より計測される力又はモーメントの前記パラメータを演
    算することを特徴とする方法。 ２、固定ベース（１）と、計測すべき力が印加される負
    荷プラットフォーム（３）と、一端が固定ベースに他端
    が負荷プラットフォームに挿入されるバー（１）とを具
    備し、該バー（１）は計測すべき力（Ｒ）に主として感
    応する第一の歪ゲージブリッジ（Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿
    ３、Ｒ＿４）と、バー（１）の長手方向軸線に関して力
    （Ｐ）を印加する点の変位によって発生さる横方向モー
    メントに原因する捩じり応力に主として感応する第二の
    歪ゲージブリッジ（Ｒ＿５、Ｒ＿６、Ｒ＿７、Ｒ＿８）
    と、中心点に関する長手方向軸線における力（Ｐ）の印
    加点の位置から発生される長手方向モーメント（ＰＸ）
    に原因する曲げ応力に主として感応する第三の歪ゲージ
    ブリッジ（Ｒ＿９、Ｒ＿１＿０、Ｒ＿１＿１、Ｒ＿１＿
    ２）とを具備し、前記３個の歪ゲージブリッジは相互に
    独立である力の計測装置の較正方法において、方法の第
    １段階として、まずプラットフォーム（３）に負荷を加
    えない状態において、次ぎに既知の位置を持つプラット
    フォームの３個の点に次々に印加される既知の基準の力
    （Ｐｒ）の下で３個のブリッジにより伝達される３個の
    信号（Ｓ＿１、Ｓ＿２、Ｓ＿３）を計測し、第二段階と
    して前記の基準の計測により得られた９個の線型式の系
    を解くことにより９個の感度パラメータを算出し、ここ
    に該感度パラメータに応じて３個の信号の各々が力（Ｐ
    ）及び印加されたモーメント（ＰＸ）及び（ＰＺ）の関
    数となるものであり、第三の段階として、感度パラメー
    タより第一の歪ゲージブリッジ（Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿
    ３、Ｒ＿４）により計測される力（Ｐ）に加えられる補
    正を算出すことを特徴とする方法。 ３、請求項２に記載の発明において、第三段階として、
    算出された感度パラメータは演算ユニットのメモリ中に
    書き込まれており、該演算ユニットは計測装置とし統合
    されておりかつ次のようにプログラムされている、即ち
    、次々と実行される未知の力（Ｐ）の各計測時点におい
    て、前記演算ユニットは３個の歪ゲージブリッジにより
    伝達される３個の信号（Ｓ＿１、Ｓ＿２、Ｓ＿３）の関
    数としてかつ寄生モーメント（ＰＸ）及び（ＰＺ）によ
    り惹起される効果を考慮に入れて、リアルタイムで、計
    測されるべき力（Ｐ）の真の値を自動的に演算すること
    を特徴とする方法。 ４、請求項２に記載の発明において、基準計測のために
    、基準の力（Ｐｒ）を印加する３個の連続的な位置が前
    記線型式におけるある項をキャンセルするように選択さ
    れており、これにより９個の感度パラメータの算出を単
    純化することを特徴とする方法。 ５、請求項２に記載の発明において、計測されるべき未
    知の力（Ｐ）の真の値を所望の精度を考慮に入れて算出
    するため、式の系は他に対して小さいな値を持つある項
    を無視することにより単純化され、演算は近似により行
    われることう特徴とする方法。 ６、固定ベース（１）と、計測すべき力が印加される負
    荷プラットフォーム（３）と、一端が固定ベースに他端
    が負荷プラットフォームに挿入されるバー（１）とを具
    備し、該バー（１）は計測すべき力（Ｒ）に主として感
    応する第一の歪ゲージブリッジ（Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿
    ３、Ｒ＿４）を具備し、装置は、更に、バー（１）の長
    手方向軸線に関して力（Ｐ）を印加する点の変位によっ
    て発生される横方向モーメントに起因する捩じり応力に
    主として感応する第二の歪ゲージブリッジ（Ｒ＿５、Ｒ
    ＿６、Ｒ＿７、Ｒ＿８）と、中心点に関する長手方向軸
    線における力（Ｐ）の印加点の位置から発生される長手
    方向モーメント（ＰＸ）に起因する曲げ応力に主として
    感応する第三の歪ゲージブリッジ（Ｒ＿９、Ｒ＿１＿０
    、Ｒ＿１＿１、Ｒ＿１＿２）とを具備し、前記３個の歪
    ゲージブリッジは相互に独立であり、装置は、更に、プ
    ラットフォーム（３）に負荷を加えない状態において３
    個の歪ゲージブリッジによって伝達される３個の信号（
    Ｓ＿１、Ｓ＿２、Ｓ＿３）を計測するためであると共に
    、既知の位置を持つプラットフォーム（３）の３個の点
    に次々に印加される既知の基準力（Ｐｒ）を算出するた
    めの手段と、前記の基準の計測により得られた９個の線
    型式の系を解くことにより、それに応じて３個の信号の
    各々が印加される力（Ｐ）及び印加されたモーメント（
    ＰＸ）及び（ＰＺ）の関数である９個の感度パラメータ
    を算出する手段と、感度パラメータより第一の歪ゲージ
    ブリッジ（Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３、Ｒ＿４）により計
    測される力（Ｐ）に加えられる補正を算出する手段とを
    具備する力の計測装置。 ７、請求項６に記載の発明において、演算手段は、演算
    された感度パラメータを格納することができるメモリを
    有したマイクロプロセッサより成り、該マイクロプロセ
    ッサは、３個の歪ゲージブリッジにより伝達される３個
    の信号（Ｓ＿１、Ｓ＿２、Ｓ＿３）の関数としてかつ寄
    生モーメント（ＰＸ）及び（ＰＺ）により惹起される効
    果を考慮に入れて、計測されるべき力（Ｐ）の真の値を
    自動的に演算するようにプログラムされていることを特
    徴とする装置。 ８、請求項７に記載の発明において、マイクロプロセッ
    サは装置の一部をなすことを特徴とする装置。 ９、請求項６に記載の発明において、第１の歪ゲージの
    対（Ｒ＿１、Ｒ＿３）；（Ｒ＿２、Ｒ＿４）はバー（１
    ）の長手方向の中立軸（Ｘ）及び横方向中立軸（Ｚ）に
    関して対称に配置されている装置。 １０、請求項９に記載の発明において、第二の歪ゲージ
    ブリッジは軸（Ｘ）に対して４５゜を持って傾斜し、そ
    の軸（Ｘ）及び軸（Ｚ）に関し平行な軸（Ｚ＿１）に対
    して対称に配置さた４個の歪ゲージブリッジ（Ｒ＿５、
    Ｒ＿６、Ｒ＿７、Ｒ＿８）より成る装置。 １１、請求項９に記載の発明において、第３の歪ゲージ
    ブリッジは二つの対の歪ゲージ（Ｒ＿９、Ｒ＿１＿０）
    ；（Ｒ＿１＿１、Ｒ＿１＿２）より構成され、その一方
    の対は軸（Ｘ）に平行であり、他方の対は軸（Ｚ）に対
    し平行である装置。 １２、請求項９に記載の発明において、第２の歪ゲージ
    は、軸（Ｘ）に対して４５゜で傾斜しし、軸（Ｚ）に対
    し変位した二つの歪ゲージ（Ｒ＿５、Ｒ＿６）により構
    成される装置。 １３、請求項９に記載の発明において、第３の歪ゲージ
    は、軸（Ｚ）の各側に配置され、軸（Ｚ）に対し夫々平
    行及び垂直な二つの歪ゲージ（Ｒ＿９、Ｒ＿１＿０）よ
    り構成される装置。
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