JPH0280902A - 形態計測用ひずみゲージおよびこれを用いた形態計測用検出器 - Google Patents

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〕 本発明は、形態計測用ひずみゲージおよびこれを用いた
形態計測用検出器に関し、より詳細には。

弾性を有しフレキシブルな基材より成る帯状薄板の一面
を被計測対象である物体または人体の表面上に当接させ
その形態を計測するために該帯状薄板の他面に添着する
形態計測用ひずみゲージおよび該他面に該ひずみゲージ
が縦列状に複数添着されて成る形態計測用検出器に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に、人体計測では身体寸法を計測するが、椅子、ベ
ツド、靴、義肢装具などのデザインにおいては寸法デー
タに加えて断面データを必要とすることが多い。

従来、このような断面形態は、石膏などによる型取法で
得ることが多かったが、この方法は被計測対象へ石膏を
流し込み、それが乾燥固化した後。

その型を慎重に被計測対象から分離するといった厄介な
手間を要するという難点があった。

また、近年ではエレクトロニクス、コンピュータ、画像
処理等の技術の発展に伴ない、いわゆるＣＴスキャンと
称されるコンピータを用いた人体の断層透視撮影装置が
開発され、主として医学の分野において大いなる成果を
挙げているが、この装置は、高価であることは勿論、非
常に大がかりであり、前述の型取法と同様採寸現場にお
ける使用には不適当であった。しかしながら、実際問題
として、人体のみならず、種々の物体の表面形態を計測
する場合、その採寸現場に形態計測装置を持ち込めるこ
と、操作が簡易であること、装置が安価であることが望
ましい。

また、マット、椅子、ベツド等の器具を人間が実際に使
用した場合、これら器具表面のどの位置にどの程度の圧
力が加わるかを検知することは従来行われていた。

しかしながら、そのときの器具表面の形態がどのような
様相を呈しているかを知ることは、その器具の面圧分布
を知ることと共にこれら器具を人間工学的に最も優れた
ものとして設計したりあるいは人体の疲労解析を行う場
合に極めて重要なことである。

従来、その器具表面の形態を検出する機器として第８図
に示すようなものがあった。つまり、テープ状の薄い板
材８０の表面８０ａにひずみゲージ８１．８２を所定間
隔で縦列状に多数添着し、さらにリード部の機械的補強
のためにひずみゲジ８１，８２よりも比較的ベース材の
厚い（剛性が大きい）端子板８３．８４を同様に添着し
、それぞれゲージリード８１ａ、８２ａを端子板８３゜
８４に中継させることで、接続線８５．８６から受ける
外力を端子板８３．８４で支持するように構成されてい
る。そして、板材８０の裏面８０ｂを被測定対象の表面
上に当接させると、その被測定対象の表面に追従して板
材８０が変形するので、このとき多数のひずみゲージ８
１．８２から得られるデータによって、上記板材８０上
のひずみ分布が測定でき、最終的に上記被測定対象の形
態が計測できるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来例では、計測領域に配設される板材８０上に
ひずみゲージ８］、、８２よりも大きな剛性を有する端
子板８３．８４が混在しているため、板材８０を長手方
向に沿って見た場合、その剛性が不均一になり、これが
測定誤差となるという問題があった。つまり、被測定対
象の形態にと記板材８０が忠実に追従しないという問題
があった。

また、仮に端子板８３．８４の剛性がひずみゲージ８１
．８２と路間−であるとしても、ひずみゲージ８１と端
子板８３との間、端子板８３とひずみゲージ８２との間
等に、わずかな隙間であるが何も添着されていない不連
続部分が発生し、これによって板材８０の剛性の不均一
が生じ、やはり測定誤差となる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので。

その目的とするところは、安価にして簡略な構成で、携
帯に至便であるにもかかわらず高精度な計測ができる形
態計測用検出器を提供すると共に、このような検出器を
容易に実現するため剛性の不均一が生じない形態計測用
ひずみゲージを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明に係る形態計測用
ひずみゲージは、弾性を有しフレキシブルな基材より成
る帯状薄板の一面を被計測対象である物体または人体の
表面上に当接させその形態を計測するために該帯状薄板
の他面に添着するひずみゲージにおいて、上記帯状薄板
の両側縁に底辺および上辺がそれぞれ沿いしかも両斜辺
の底辺に対する角度が略等しい台形状に形成されたベー
ス材の表面に受感軸が少なくとも該底辺または該上辺に
略平行になるような受感部パターンが形成されたゲージ
部と、上記底辺の長さより短い所定の幅で該底辺から略
直角または所定の角度類いた方向に延設された帯状を呈
するベース材の表面に上記受感部パターンからの引出し
パターンが形成されたリード部を具備し、上記受感軸が
上記帯状薄板の長手方向に沿うようにその表面に上記ゲ
ージ部を添着したとき、上記リード部が上記帯状薄板の
側方に突出するように構成したことを特徴とするもので
あり、 また、本発明に係る形態計測用検出器は、弾性を有しフ
レキシブルな基材より成る帯状薄板の一面を被計測対象
である物体または人体の表面上に当接させその形態を計
測するために該帯状薄板の他面にひずみゲージを添着し
て成る検出器において、略台形状を呈するゲージ部およ
びこのゲージ部から側方に延設されたリード部をもって
略り字状に形成され受感軸が上記ゲージ部の長手方向と
略平行になるように該ゲージ部の表面に受感パターンが
形成され上記リード部の表面に上記受感部パターンから
の引出しパターンが形成された第１のひずみゲージと、
この第１のひずみゲージと上記受感軸を中心として軸対
称に上記受感部パターンおよび上記引出しパターンが形
成された第２のひずみゲージと、上記帯状薄板の長手方
向に対して第１および第２のひずみゲージが上記台形の
斜辺を互いに当接または近接させるようにして交互に縦
列状に配置した上でこれを添着して成る検出器本体と、
この添着によって上記帯状薄板の長手方向に対して左右
にそれぞれ突出したリード部にそれぞれ接続される接続
線群とを具備し、上記帯状薄板に添着された隣接するゲ
ージ部の互いの端部が略平行で且つ帯状薄板の長手方向
に対して斜めに形成されるように構成したことを特徴と
したものである。

〔作　用〕

上記のように構成された本発明に係る形態計測用検出器
は、第１のひずみゲージと第２のひずみゲージとは、互
いにその受感軸を対称軸とする軸対称をなすように形成
され、従って、第１および第２のひずみゲージのゲージ
部を帯状薄板上に交互に添着したとき、隣接するゲージ
部の互いの端部の接合乃至は近接した部分が略平行にな
り且つ帯状薄板の長手方向に対して斜めになるから、帯
状薄板の剛性を長手方向に沿って見ると、上記各ゲージ
部の隣接部においても変化はなく、全長にわたって実質
上均一となる。

また、第１および第２のひずみゲージのゲージ部から側
方にそれぞれ遠ざかるように延設されたリード部は、剛
性が変化するリード部と接続線との接続部を、計測領域
に配設される上記帯状薄板の両側縁から外れたところに
位置させ、帯状薄板の長手方向の剛性の均一性に影響を
与えないように作用する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて具体的に説
明する。

第１図は、本発明に係る形態計測用ひずみゲージの構成
を示す平面図である。第１図において。

１は例えばポリイミド、エポキシ等によるフレキシブル
なベース材上に台形状に形成されたゲージ部、２は上記
台形状の底辺部、２ａおよび２ｂはこの底辺部２の外ガ
イド線および内ガイド線、３および４は上記底辺に対し
て共にθなる角度を有する斜辺部、３ａと４ａおよび３
ｂと４ｂはそれぞれと記斜辺部３と４のそれぞれの外ガ
イド線および内ガイド線、５は上記底辺部２に対する上
辺部、５ａおよび５ｂはこの上辺部５の外ガイド線およ
び内ガイド線、６は上記底辺部２と上記上辺部５との距
離りの略中夫に位置する受感軸、７はゲージ部１の図中
下方部に該受感軸６に対して略平行に形成された受感部
パターン（パターンは図示を省略したが一定のゲージ長
に亘って、直線部とこの直線部の端部において弧を描い
て折返され、以下同様に繰返す蛇行状のパターンが形成
されている。）としてのゲージエレメント、８はこのゲ
ージエレメント７の受感軸方向中央位置を示すセンター
マーク、９は上記ベース材−１−に形成され、上記底辺
部２の一端寄り部位から所定の幅Ｗで底辺部２に略直角
な方向に一体的に延設された矩形状のリード部、１０お
よび】１はこのリード部９の側部、１０ａと１１．ａお
よび１０ｂと１１．ｂはそれぞれ上記側部１０と１１の
外ガイド線および内ガイド線、１２は上記リード部９の
端部、１２ａおよび１２ｂはこの端部１２の外ガイド線
および内ガイド線、１３および１４は所定の半径で上記
側部１ｏおよび１１に連続し、それぞれ上記底辺部２に
連続する略１／４円より成る曲線部、１５は切断マーク
、１６は半田マーク、１７は引出しパターンとしてのリ
ードパターン部で、ゲージエレメント７の一端から引出
されるリードパターン１７ａ、他端から引出され、さら
に三線式の結線に備えるために２つに分岐したリードパ
ターン１７ｂおよび１７ｃから構成されている。

尚、Ｌｌは底辺部２から端部１２までの距離、Ｌ２は上
記切断マーク１５から曲線部１４．１３と側部１０，１
１との連接部までの距離である。

また、各リードパターン１７ａ、１７ｂ、１．７ｃの切
断マーク１５から半田マーク１６までの間を半田予定部
Ｓという。

次にこれを図示の略り字状の形状に切断（形成）する手
順を述べる。まず、円形状のポンチの外周を曲線部１３
．１４のそれぞれ円弧に合せてベース材に円孔を開ける
。次に、順序は任意であるが、例えば端部１２の外ガイ
ド８１２ａと内ガイド線１２ｂの間にハサミまたは薄い
カミソリの刃のような刃物を入れて端部１２をベース材
から切断する。次に側部１０，１１も同様に外ガイド線
１．０ａ、ｌｌａ　と内ガイド線１０ｂ、ｉｌｂとの間
にハサミ（または鋭利な刃物。以下同じ）を入れて側部
１０，１．１をベース材から切断する。以下、同様に底
辺部２、両斜辺部３，４および上辺部５を切断すると、
図示のような略り字状のひずみゲージができ上る。そし
て、これを第１のひずみゲージとする。以下この切断が
済Ａ、だものとして説明を進める。

さて、第２のひずみゲージは、図示しないが上記第１の
ひずみゲージを裏返し、その裏返した面に上記ゲージエ
レメント７およびリードパターン部１７が形成されてい
るものと考えればよい。換言すれば、第１のひずみゲー
ジと第２のひずみゲージとは、受感軸６を対称軸として
軸対称となるように構成されているといえる。

第２図は、第１１図に示す実施例のリード部に連結して
リード部９を機械的に補強すると共に接続部の方向を変
える機能を果たす端子板の正面図である。

第２図において、１８は第１図のリード部９の幅Ｗおよ
び距＠Ｌ２と路間−に形成されたベース材より成る補強
部、１９はこの補強部１８から一体的に連設されたベー
ス材が鉤状に屈曲形成された延長部、２０はこの延長部
１９から一体的に連設され図中下方に幅Ｗで延設された
端子部、２１は上記延長部］−９、補強部１８および端
子部２゜の一部のベース材上に形成される３本の延長パ
ター：／２１ａ　、　２．１ｂ　、　２１ｃより成る延
長パターン部、２２は上記延長パターン部２１が延長部
１９から補強部１８側に突出した部分を半田メツキした
補強端子部で、２２ａ　、２２ｂ　、２２ｃはそれぞれ
上記延長パターン２１．ａ　、２１ｂ　、２１ｃに対応
し、さらに、第１図のリードパターン１．７ａ　、１７
ｂ　、Ｌ７ｃに略一致するように形成された補強端子で
ある。２３は上記延長パターン部２１が延長部１９から
端子部２０側に突出した部分を半田メツキした接続端子
部で、２３ａ。

２３ｂ、２３ｃはそれぞれ上記延長パターン２１ａ　、
２１ｂ　、２１ｃに対応し、後述する接続線が接続され
る接続端子である。

尚、上述の端子板を第１の端子板とすると、図示しない
が第１の端子板の裏面に上記延長パターン部２１、上記
補強端子部２２および接続端子部２３を形成した第２の
端子板があるものとする。

また、図面が煩雑になるので図示は省略したが、延長パ
ターン部２１の表面および残った上記延長部１９の表面
上にはレジストが添着されているものとする。

第３図は、第１図の第１のひずみゲージを第２図の第１
の端子板で補強した状態を示す平面図である。尚、第２
図の第１図と同一部位には同一符号を付すものとする。

第３図示の状態のものが形成されるまでの手順を述べる
。まず、第１図に示す第１のひずみゲージを切断マーク
１５．１５を結ぶ線に沿って切断する。このように切断
されたリード部９を、その表面に接着材が塗布された端
子板の補強部１８上に重合する。そして切断マーク１５
．１５（＃密には上記切断によって半分欠けている）を
結ぶ線と補強端子部２２が接合するように位置決めした
上で、リードパターン部１７の半田予定部Ｓ上と補強端
子２２上に連続して半田を盛り、リードパターン１７ａ
　＋　１７ｂ　、１７ｃと補強端子２２ａ。

２２ｂ、２２ｃとをそれぞれ電気的に接続すると共に上
記半田盛りによって機械的にも接続を補強する。さらに
この状態で上記半田盛りを行った半Ｅ月予定部Ｓおよび
補強端子部２２上を覆う幅で図に見える上面からその裏
面にかけて少なくとも１周するようにラミネート等で緊
締補強する。

尚、このように第１のひずみゲージを第１の端子板で補
強した複合体を以下、「右型ひすみゲージ部と呼び、図
示しない第２のひずみゲージおよび第２の端子板を同様
に組合せた複合体を「左型ひすみゲージ」と呼ぶことと
する。

第４図は、本発明に係る形態計測用検出器としてのテー
プセンサの全体構成を示す平面図である。

第４図において、２４は弾性を有しフレキシブルな基材
より成る帯状薄板としてのステンレステープ、２５およ
び２６は、それぞれ上記右型ひずみゲージおよび上記左
型ひずみゲージを交互にそれぞれのゲージ部を上記ステ
ンレステープ上に縦列状に添着して形成される右型ひす
みゲージ群および左型ひずみゲージ群で、このように形
成された上記ステンレステープ２４、右型および左型ひ
ずみゲージ群をもって検出器本体を構成している。

２７および２８はそれぞれ上記右型および左型ひずみゲ
ージ２５．２６の端子部２５ａおよび２６ａ　（第３図
の端子部２０に対応）に接続される接続線２５ｂおよび
２６ｂを左右対称にまとめた接続線群としての右側線群
および左側線群で、それぞれピアノ線によって補強され
て弾性を有している。２９はステンレステープ２９の中
心線で。

各ゲージ部１はその受感軸６と略一致するように添着さ
れている。３０は右型ひずみゲージの斜辺部３と左型ひ
ずみゲージの斜辺部との接合部。

３１は右型ひずみゲージの斜辺部４と左型ひすみゲージ
の斜辺部との接合部、３２および３３はそれぞれ右型ひ
すみゲージおよび左型ひすみゲージのセンターマーク（
第１図参照）８，８を結んだ各軸方向の中央位置である
６ 第５図は、第４図に示す本実施例の右型ひずみゲージ群
２５および左型ひずみゲージ群のうち１つを代表として
示す検出回路の回路図である。尚、第１図〜第４図と同
一または対応する部位には、同一符号を付すものとする
。

第５図において、３６は代表となる１つのひずみゲージ
（第３図参照）、３７〜３９は上記接続線２５ｂまたは
２６ｂをさらに詳しく示し、それぞれ接続端子２３ｃ　
、２３ｂ　、２３ａに接続される３線式接続線、従って
ｒ１〜ｒ３のうち、例えばｒｌは、リードパターン１７
ｃの導体抵抗、補強端子２２ｃと半田予定部Ｓとの半田
で接続された接続抵抗、接続端子２３ｃと３線式接続線
３７との接続抵抗およびこの接続線３７自体の導体抵杭
等の分布抵抗を集中的に示すリード抵抗、ｒ２およびｒ
３も同様のリード抵抗で、ｒｌ弁ｒ２岬ｒ３の関係にあ
る。４０は上記ひずみゲージ３６を１辺とし、他の３辺
を固定抵抗Ｒ１〜Ｒ３で構成されたホイートストンブリ
ッジ（以下、単に「ブリッジ」という）、４１および４
２はブリッジ電源（図示せず）からブリッジ電圧Ｅを受
けるブリッジ４０の入力端、４３および４４は出力電圧
ΔＥを出力するブリッジ４０の出力端である。

尚、後述する理論においては、Ｒ３をひずみゲージ２Ｂ
とみなす。そしてひずみゲージ３６および上記２Ｂのゲ
ージ率をＫとすると１次式が成立する。

ΔＥ＝Ｋ　−Ｅ　　−Ｅ／２・・・・・・　　　　　　
　　　　　（１）第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｑ）は１本
発明で用いられる形態計測の理論（演算）を説明するた
めの説明図であり、このうち、第６図（ａ）は、帯状薄
板ＴＰの表面および裏面に添着したひずみゲージ２Ａ、
２Ｂ　（一端側よりｉ番目のひずみゲージＡｉ　、　Ｂ
ｉ　）の近傍の部位の側面図、同図（ｂ）は、帯状薄板
ＴＰのＸ−Ｙ座標系である。ここで、このひずみゲージ
Ａｉ　、Ｂｉは、第５図に示すブリッジ４０の構成要素
となっている。

尚、上記帯状薄板ＴＰは、本実施例（第４図）のステン
レステープ２４に対応し、上記ひずみゲージ２Ａは右型
および左型ひずみゲージ群２５゜２６に対応している。

ひずみゲージ２Ｂに対応するものが第４図しこけないが
、ひずみゲージＢは検出感度を増加させるためのもので
あり、また理論においては一般性を高めるために想定し
であるもので最終的に、この理論は本実施例に適合する
ものである。

第６図（ａ）において、帯状薄板ＴＰに添着されたひず
みゲージＡ□−１，Ｂ１−□とひずみゲージＡｉ　、Ｂ
ｉ　との中点Ｐｉ　ノ座標を（Ｘｉ　、　Ｙｉ　）−ひ
ずみゲージＡｉ、ＢｉとひずみゲージＡ１＋、。

Ｂ　１．□との中点Ｐ１＋、の座標を（ｘｉ、ｚ、　ｙ
ｔ、、）とする。点Ｐｉと点ＰＬ、１との区間（以下「
所定区間ｊという）の距離は、Ｑで一定であるとする。

また、点Ｐｊ　とＰｌや□間の帯状薄板ＴＰの曲線部分
を円弧の一部とみなし、その円弧Ｐ　ｉ　Ｐ　ｔａｘの
曲率半径をＲｉ　、その曲率中心Ｑｉの座標を（Ｍｉ　
、　Ｎｉ　）、円弧ＰｘＰｔ＋ｘの中心角をｅｉとする
。ここで。

以上の定義は、ｉが。〜ｎまでの間開様なものとする。

また同図（ｂ）において、点Ｐ。（Ｘ、、　Ｙ、）と中
心Ｑ。（Ｍｏ、　Ｎ、）とを結ぶ曲率半径Ｒ６がＸ軸と
なす角をφとする。

／−−ゝ＼ 円弧ＰｉＰ　１゜□の中間に添着されたひずみゲージＡ
ｉ　、Ｂｉにより構成されるホイートストンブリッジ４
０（第５図示）の出力ΔＥｉから（］）式により導出さ
れるひずみεｉと曲率半径Ｒｉとの間には、帯状薄板Ｔ
Ｐの厚さを２ｈとすると、Ｒｉ＝ｈ／２ｇｉ　　　　　
　　　　　　　（２）の関係があることが知られている
。また、曲率半径Ｒｉと中心角ｅｉとの間には。

ｅｉ＝Ｑ／Ｒｉ　　　　　　　　　　　　　　（３）の
関係があることがわかる。

次に、（２）式および（３）式（７）Ｒｉ、ｅｉにより
決まる円弧がそれぞれ連続に接続される条件を求める。

まず、円弧ＰｉＰ□。、を形成する円の方程式は、 （Ｘ−ＭＬ）２＋（Ｙ−Ｎｉ）２＝Ｒｉ２　　　　　（
４）となる。この円はＰｉや□（ｘｉや１．Ｙｌや□）
において隣接する円弧と連続に接続されるためには、点
Ｐｉ。１における接線がそれぞれ等しくなればよい。

その接線の傾き（微係数）ｄＹ／ｄＸは（４）式よりｄ
Ｙ／ｄＸ＝−（Ｘ−Ｍｉ）／（Ｙ−Ｎｉ）　　　　　（
５）となる。従って、 ’　（Ｘｔ＋ｚ−Ｍｌ）／　（Ｙ　１゜１−Ｎｉ）＝（
Ｘｌ＋、−Ｍｌ＋１）／（Ｙ□や、−Ｎ１や、）　　　
　　　　（６）の条件が満たされるとき、それぞれの円
弧が連続に接続されることとなる。ところで、この（６
）式の条件は、第６図（Ｃ）に示すように、ｂ　／　ａ
　＝　ｄ　／　ｃ　　　　　　　　　　　　　　　（７
）となることから三角形の相似条件となっており、従っ
て、中心Ｑ１゜１は点Ｐｉや、と中心Ｑｉとを通る直線
上にあることとなるに の（６）式の条件のもとに、各点Ｐ。〜Ｐｎの座標は順
次、 Ｘｏ　＝Ｍ０　＋Ｒ，ｃｏｓφ Ｙｏ　＝Ｎｏ　＋Ｒ，ｓｉｎφ Ｘ１＝Ｍｏ＋Ｒｏ　ｃｏｓ（ｅａ　＋φ）Ｙ、＝Ｎ、＋
　Ｒｏ　５ｉｎ（ｅｏ　　＋φ）Ｎ２　＝Ｍ、＋　Ｒｌ
ｃｏｓ（θ。十ｅ□＋φ）Ｙ２　＝　Ｎ、＋　Ｒ１５ｉ
ｎ（θ。＋ｅ工＋φ）Ｘｌ、□＝Ｍｉ　　＋Ｒｉ　ｃｏ
ｓ（Σθｊ　＋φ）Ｙ１＋ｔ　　＝Ｎｉ　　＋Ｒｉ　５
ｉｎ（Σθｉ　＋φ）として求めることができる（但し
、Σθｉは、ｉがＯから１まで変化するものとする）。

ここで、（１１）式のＲｉ　、Ｑｉは、（２）式、（３
）式より与えることができる。また、角度φは、第６図
（ｂ）においてＸ軸を線分Ｐ。Ｑ、に合わせることによ
りＯとすることができる。Ｍｉ。

Ｎｉは、（８）式で点Ｐ。の座標（Ｘｏ、Ｙｏ）を与え
、φ＝Ｏとすると、 Ｍｏ　＝Ｘ０−Ｒ６ Ｎ、　　＝Ｙ。

となり中心ＱＯ（Ｍ、、　Ｎｏ）の初期値が求まる。

（６）式の接続条件の式と（１１）式とからＭｉ。

Ｍｌ、、ｔ　Ｎｘ　＋　Ｎ１＊、との間の関係は、ｃｏ
ｓ（Σｅｉ）／５ｉｎ（Σｅ　ｉ）　＝　（Ｍ　ｉＭ　
ｉ＋１＋Ｒｉｃｏｓ（Σθｉ））／　（Ｎｉ　−Ｎ　１
＋□＋Ｒ１５ｉｎ（Σ０ｉ））　　　　　　　　　（１
３）となる。また、中心をＱｉや、とする円の方程式（
（４）式参照）と（１１）式とから、（Ｍｉ　　Ｍ１＋
□＋Ｒｉ　ｃｏｓ（Σθ１））２＋（Ｎｉ−Ｎ１．□＋
Ｒｉ　５ｉｎ（Σθｌ）　）２＝　Ｒｉ＋ｚ　　　（１
４）の関係が導出される。従って、（１３）、　（１４
）式から（Ｍ、＋１．Ｎ□や□）を求めることができる
。

（１３）式で、 ｃｏｓ（Σｅ　ｉ）／　ｓｉｎ　（Σｅｉ）＝Ｓ　　　
　　　　　（１５）Ｍｉ　　＋　Ｒｉ　ｃｏｓ（Ｘ：　
ｅｉ）＝　ａ　　　　　　　　　（１６）Ｎｉ　　＋Ｒ
ｉ　５ｉｎ（Σθｉ）＝β　　　　　　　　（１７）と
すると、 Ｓ＝（α−Ｍ１．１）／（β−Ｎ１や、）　　　（１３
）’となる。同様にして（１４）式から、 （α−Ｍｉや□）２＋（β−Ｎ１や□）”　”　ＲＩや
、・・・・・・・・・・・・・・・・・（１４）’（１
３）’　、（１４）’　式より、 Ｍｌ。１＝α−８（β−Ｎ１や、）　　　　　　　　　
（１８）Ｎ１＋、＝β±（β２−Ｊ）奮　　　　　　　
　　　　　　（１９）となる。ここでＪは、 Ｊ＝β２−Ｒ１゜□”／（Ｓ２＋１）　　　　　　（２
０）である。（１９）式において１士の符号は点Ｐｉと
点Ｐ□や、の距離より判断することができる。すなわち
、 （Ｘｔ−０−）（ｉ）”＋（Ｙ　１．１−　Ｙｉ）”　
−（２Ｒｉ　５ｉｎ（ｅｉ／２））”＝　Ｆ　　　　　
　　　　　　（２１）としたときのＦが小さくなる方の
符号を取る。

このようにして（１８）、（１９）式よすＭｉや８．Ｎ
□や□を求めることができ、従って（１１）式よりｘｌ
。□＋Ｙ１゜、を求めることができる。

以上のようにして演算された帯状薄板ＴＰの各点の座標
を（Ｘ　ｏ　ｙ　Ｙ　ｏ　）　〜（Ｘ　ｎ　＋　Ｙ　ｎ
　）まで結線させることにより、帯状薄板ＴＰを当接さ
せた被測定対象の形態の近似形を求めることができる。

第７図は、以上の計算式より座標（ｘ、ｙ）を求めると
きの流れを示したフローチャートである。

同図において、先ず、帯状薄板ＴＰの厚さｈ、各ひずみ
ゲージが中心に位置する所定区間の間隔Ｑ、点Ｐ、の座
標（Ｘｏ、Ｙｌ、）、角度φ、測点数ｎを、例えば初期
データ設定器のようなもので設定する（Ｓｌ）。このと
き、本実施例では以下φ＝Ｏとしている。次に、各ひず
みε。・・・ｉｉ・・・εｎを読込み（Ｎ２）、所定区
間間隔Ｑごとの曲率半径Ｒｉおよび中心角θｉを（２）
、（３）式に基づ（Ｍｏ、　Ｎｏ）は初期データおよび
Ｒｏにより求まり（Ｎ４）、Ｘ軸から点Ｐ１１、に至る
までの角度ｅを求める（Ｎ５）、次に、（１５）、（１
６）。

（１７）、（２０）式によりα、β、Ｓ、Ｊの値を求め
（Ｎ６）、中心Ｑ□や、の座標（Ｍｚや□＋　Ｎ　ｉ。

、）を（１８）、（１９）式により求める（Ｓ７）。

ここで、座標Ｎｉ＋、は２つの値を求めておく。これら
の座標（Ｍｉ、　Ｎｉ）を用い（１１）式により帯状薄
板ＴＰの各点Ｐ工〜Ｐｎの座標（Ｘ□や、。

Ｙｌや、）を求める（Ｎ８）。ここで、Ｙｉや、はＮ　
ｌ、、の両符号別に２つ求めておき、（１８）式に従い
Ｎ１や□の符号の判定を行う（Ｎ９）。このようにして
、演算された各測定。・・・ｊ・・・ｎにおけるデータ
、例えば曲率半径Ｒ１中心角θ、中心座標（Ｍ、Ｎ）、
帯状薄板１上の座標（ｘ、ｙ）の出力が行われる（ＳＩ
Ｏ）。そして、このデータが、例えばプリントされると
ともに、各座標（Ｘ、Ｙ）がバッファを介してＸ−Ｙプ
ロッタ（図示せず）に転送され図形処理が行われるよう
にしておく。このような演算および図形処理は、現在で
はマイクロコンピュータ等により容易に実現することが
できるものである。

このように構成された本実施例の動作および作用につい
て述べる。第１図に示す第１のひずみゲージおよび図示
しない第２のひずみゲージのいずれも、リード部９がゲ
ージ部１に対して遠ざかる方向に突出しているので、第
３図に示すように端子板を重合して補強し、リード部９
（特に距離Ｌ２の間）の剛性がゲージ部１に比べて大き
くなっても、ゲージ部１には何ら影響を与えないという
利点がある。

また、第１のひずみゲージと第２のひずみゲージは軸対
称に形成され、しかも斜辺部３，４は低辺部２に対して
路間−の角度θに構成されているので、第１のひずみゲ
ージおよび第２のひずみゲージのゲージ部１を交互に縦
列状に配列したとき、受感軸６の方向に対して不連続部
が発生しないという利点がある。

また、ゲージ部１（底辺部２）とリード部９との間に曲
線部１３．１４を形成したので、この部分に応力集中が
発生しないという利点がある。

次に、第４図の実施例の動作を述べる。例えばマットの
形状曲線を検出するような場合は、上記マットの上に第
４図に示すテープセンサをマットの上面（表面）に平面
状に置き、その上に人間が寝る（横たわる）。すると、
人体の背中の凹凸に対応してステンレステープ２４が変
形し、マットの反発力とのバランスのとれた位置に上記
変形が定着する。

この時の右型ひずみゲージ群２５および左型ひずみゲー
ジ群２６のそれぞれの出力を、上述の演算によって処理
し、被測定対象の形態が計測できる。

次に、第４図に示す実施例の作用を述べる。テープセン
サは、図示の如く、中心線２９に対して左右対称に構成
されているから、ステンレステープ２４上の各リード部
に対して、右側および左側線群２７および２８が影響を
与えることがないという利点がある。

また、右側および左側線群２７．２８は、ピアノ線で弾
性が与えられているので、再度の計測のとき、右側およ
び右側線群２７．２８の前回の計測時の変形が残らない
という利点がある。各接合部３０．３１は互いの斜辺部
が平行に対向しあるいは互いに当接し、しかもこのよう
にして形成される接合部３０．３１自体は中心線２９（
またはステンレステープ２４の側部）に対して斜めにな
ってい、るからステンレステープ２４の長手方向に各ゲ
ージ部が連続するため、従来のように剛性の不均一が発
生せず、上記対向部に間隙があったとしても、この間隙
をＸとし、第１図に示す定数を用いて、Ｘ＜（Ｌ／ｌａ
ｎθ）であれば大きな不連続とはならず、実際にはｘ　
＜　（Ｌ　／　ｔａｎθ）であるから、実質上、不連続
が発生せず、均一な剛性が確保でき、精度の高い計測が
できるという利点がある。

また、第４図のテープセンサは、幅１０■以内、長さが
５０〜６０ａｉ程度であるから、小型で携行性がよいと
いう利点がある。

また、第３図に示すように、端子板でリード部９を補強
するので、リードパターン部１７に直接接続線３７〜３
９（第５図）を接続するときのように、計測時、ステン
レステープ２４の変形に伴ってリードパターン１７ａ　
、１７ｂ　、１７ｃが剥離する心配がないという利点が
ある。

また、第５図に示すように３線式を用いているので、接
続線３７〜３９の長さおよび抵抗温度係数の影響を補償
できるという利点がある。

また、ゲージエレメント７のセンターマーク８を中央位
置３２．３３に引かれたケガキ線に合せてひずみゲージ
を添着することでステンレステープ２４の長手方向に対
して正確に等配することができ、実質的に１本の連続し
た形態計測用検出器を得ることができる。

尚１本発明は、上述した実施例のみに限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施をす
ることができる。

例えば、ひずみゲージは、ｆ状薄板の片面のみ添着する
場合に限らず上記理論式で説明したように、両面に添着
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明によれば、第１のひずみ
ゲージと第２のひずみゲージとがそれぞれの受感軸を対
称軸とする軸対称をなすように形成し、第１および第２
のひずみゲージのそれぞれのリード部およびゲージ部が
略り字状をなし、さらにゲージ部が略台形状をなし、こ
の台形状の両斜辺の底辺に対する角度を略等しく構成し
、さらにこれら第１および第２のひずみゲージの上記ゲ
ージ部を帯状薄板上に交互に縦列状に添着するように構
成したから、安価にして簡略な構成で、小型で携帯性に
優れているにもかかわらず、全体の剛性が均一で、物体
または人体の形態を高精度に計測し得る形態計測用検出
器を提供することができると共に、このような剛性の均
一性を確保できる形態計測用検出器に適用するのに好適
な形態計測用ひずみゲージを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る形態計測用ひずみゲージの一実
施例の構成を示す平面図、第２図は、第１図に示す実施
例のリード部に連結して該リード部を補強すると共に接
続部の方向を変える機能を果たす端子板の平面図、第３
図は、第１図に示すひずみゲージを第２図に示す端子板
で補強した状態を示す平面図、第４図は、本発明に係る
形態計測用検出器としてのテープセンサの全体構成を示
す平面図、第５図は、第４図に示す実施例のテープセン
サのうちの１つのひずみゲージを含んでブリッジ構成さ
れた検出回路を示す回路図、第６図（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）は、いずれも本発明で用いられる形態計測の理論（
演算）を説明するための説明図、第７図は、第６図（ａ
）、（ｂ）。 （Ｃ）で説明した計算式より座標（ｘ、、ｙ）を求める
手順を示したフロ−チャート５第８図は、従来例を示す
斜視図である。 １・・・・・・ゲージ部、　　　　　２・・・・・・底
辺部、３．４・・・・・・斜辺部、 ５・・・・・・上辺部、　　　　　　６・・・・・・受
感軸、７・・・・・・ゲージエレメント、 ８・・・・・・センターマーク。 ９・・・・・・リード部、 １０．１１・・・・・・側部、 １２・・・・・リード部の端部、 １３．１４・・・・・・曲線部、 １７・・・・・リードパターン部、 １８・・・・・・補強部、　　　　　１９・・・・・・
延長部、２ｏ・・・・・・端子部、 ２１・・・・・・延長パターン部、 ２３・・・・・・接続端子部、 ２４・・・・・・ステンレステープ、 ２５・・・・・・右型ひずみゲージ群、２６・・・・・
・左型ひずみゲージ群、２５ａ　、２６ａ・・・・・端
子部、 ２５ｂ　、２６ｂ・・・・・・接続線、２９・・・・・
・中心線、 ３０．３１・・・・・・接合部、 ３６・・・・・・ひずみゲージ、 ３７〜３９・・・・・・三線式接続線、４０・・・・・
・ホイートストンブリッジ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性を有しフレキシブルな基材より成る帯状薄板
   の一面を被計測対象である物体または人体の表面上に当
   接させその形態を計測するために該帯状薄板の他面に添
   着するひずみゲージにおいて、上記帯状薄板の両側縁に
   底辺および上辺がそれぞれ沿いしかも両斜辺の底辺に対
   する角度が略等しい台形状に形成されたベース材の表面
   に受感軸が少なくとも該底辺または該上辺に略平行にな
   るような受感部パターンが形成されたゲージ部と、上記
   底辺の長さより短い所定の幅で該底辺から略直角または
   所定の角度傾いた方向に延設された帯状を呈するベース
   材の表面に上記受感部パターンからの引出しパターンが
   形成されたリード部を具備し、上記受感軸が上記帯状薄
   板の長手方向に沿うようにその表面に上記ゲージ部を添
   着したとき、上記リード部が上記帯状薄板の側方に突出
   するように構成したことを特徴とする形態計測用ひずみ
   ゲージ。
2. （２）弾性を有しフレキシブルな基材より成る帯状薄板
   の一面を被計測対象である物体または人体の表面上に当
   接させその形態を計測するために該帯状薄板の他面にひ
   ずみゲージを添着して成る検出器において、略台形状を
   呈するゲージ部およびこのゲージ部から側方に延設され
   たリード部をもって略Ｌ字状に形成され受感軸が上記ゲ
   ージ部の長手方向と略平行になるように該ゲージ部の表
   面に受感パターンが形成され上記リード部の表面に上記
   受感部パターンからの引出しパターンが形成された第１
   のひずみゲージと、この第１のひずみゲージと上記受感
   軸を中心として軸対称に上記受感部パターンおよび上記
   引出しパターンが形成された第２のひずみゲージと、上
   記帯状薄板の長手方向に対して第１および第２のひずみ
   ゲージが上記台形の斜辺を互いに当接または近接させる
   ようにして交互に縦列状に配置した上でこれを添着して
   成る検出器本体と、この添着によって上記帯状薄板の長
   手方向に対して左右にそれぞれ突出したリード部にそれ
   ぞれ接続される接続線群とを具備し、上記帯状薄板に添
   着された隣接するゲージ部の互いの端部が略平行で且つ
   帯状薄板の長手方向に対して斜めに形成されるように構
   成したことを特徴とする形態計測用検出器。