JPH03142338A - 変形量測定装置 - 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】 〔概　要〕 プラスチック構造体に代表される柔構造体の機械的特性
を自動計測する装置に関し、 より広い範囲での測定を可能とし、更に比較的小型な部
品も測定可能とすることを目的とし、被測定物に対して
指定された位置に指定された値の力をかけることができ
る押付は手段を有すると共に、変位計と、該変位計を移
動させる機構よりなる被測定物の形状を測定する形状測
定手段を有し、前記押付は手段が被測定物に荷重をかけ
る部材の形状を、形状測定手段の形に応じて、より広範
囲の測定ができるように変えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、プラスチック構造体に代表される柔構造体の
機械的特性を自動計測する装置に関する。

〔従来の技術〕

上記のような装置として本発明者等はさきに計測ロボッ
トを提案している。この装置の概要を第４図に示す。同
図において、１．２はＸＹＺａＹｂ間の移動機構及びＺ
軸回りの回転機構をを有する直交型ロボットであり、３
は被測定物である。

ロボット２の先端部に力センサ６を介して取りつけられ
たロッド７で被測定物３に力を加え、そのときの被測定
物３の変位分布をロボット１の先端に取付は板４で装着
されている変位計５で測定する。測定した変位分布から
更に歪み分布等を求めるようになっている。

なお、以下では説明の都合上、直交座標系を導入し、ｘ
ＹＺ軸を第４図に示したように定めることにする。ただ
し、ここで導入したＸＹｚ軸は向きを説明するために便
宜上導入したものであるため、以下では説明図に応じて
原点を移動した形で描くことを断っておく。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の構成においては、第５図に示すようにロッド７の
近辺での変位の測定ができないために、測定範囲が限定
されるという問題があった。第５図（ａ）は、第４図で
ロボット２に搭載されたロッド７に対し、ロボット１が
ロッドを通りＹ軸に平行な直線上を、Ｙ軸の正の方向か
らロッド７に接近したときの状態を、第４図におけるＡ
Ａの方向からみた場合の部分図を表している。実際に変
位計５が被測定物の高さ方向の位置を検出するのは、８
の部分なので、ロッド７と変位計５とのＹ方向の距離は
図に示したＬｌで表すことができる。

両者が最接近したときは、変位計５の取付は板４がロッ
ド７に接触するため、Ｌｌはある値以下には出来ない。

第５図（ｂ）は、第４図の位置関係にあるロボット２に
対してロボット１がロッド７を通ってＸ軸に平行な直線
上を、Ｘ軸の正の方向からロッド７に接近したときの状
態を表している。実際に変位計５が被測定物の高さ方向
の位置を検出するのは、８の部分なので、ロッド７と変
位計５とのＸ方向の距離は図に示したＬ２で表すことが
できる。

両者が最接近したときは、変位計５あるいは変位計５の
取付は板４がロッド７に接触するため、この場合もＬ２
はある値以下には出来ない。

このように第４図の構成の場合、Ｘ方向とＹ方向の両方
から測定可能範囲に制限を受ける。特に荷重をかけてい
る近辺ではより大きい変形が生じ易いので、精度の高い
測定が困難であるという問題があった。更に、比較的小
型な部品の測定が困難であるという問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、より広い範囲での測
定を可能とし、更に比較的小型な部品も測定できる変形
量測定装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の変形量測定装置では
、被測定物２３に対して指定された位置に指定された値
の力をかけることができる押付は手段を有すると共に、
変位計２５と、該変位計２５を移動させる機構よりなる
被測定物の形状を測定する形状測定手段を有し、前記押
付は手段の被測定物に荷重をかける部材２８の形状を、
形状測定手段の形状に応じて、より広範囲の測定ができ
るように変えるようにしたことを特徴とする。

さらに上記変形量測定装置に、荷重をかけている部位に
おける被測定物２３の形状（高さ、変位）を測定する機
能を押付は手段に付与したことを特徴とする。

さらに上記変形量測定装置に、形状測定手段の状態（位
置、向き等）に応じて、押付は手段の状態（位置、向き
等）を変化させるようにしたことを特徴とする。

さらに上記変形量測定装置に、得られた変位データを基
に歪みを求める機能を付与したことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明では、押しつけ手段の被測定物２３に荷重をかけ
る部材２８の形状を、形状測定手段の形状に応じて変え
ることにより、広範囲の測定ができる。

本発明では更に、荷重をかけている点での形状データを
押しつけロボットにより求めることにより、荷重をかけ
ている点での測定を可能とする。

本発明では更に、変位を測定するロボット２１の状態に
応じて、押しつけロボット２２の状態を変えることによ
り、測定の適用範囲を拡げることができる。

本発明では更に、このようにして求められた変位データ
から歪み分布を測定することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。

同図において、２１．２２はＸＹＺａＹｂ間の移動機構
及びＺ軸回りの回転機構を有する直交型ロボットであり
、２３は被測定物である。ロボット２２（押付はロボッ
ト）の先端部に力センサ２６を介して取りつけられたコ
の字型の取付は板２７の先端に押付は部材２８が取りつ
けられていて、被測定物２３に力を加えることができる
ようになっている。ロボット２２が被測定物２３に対し
て力を加えて被測定物２３を変形させたときの被測定物
２３の変位分布をロボッ）２１（センシングロボット）
の先端に取付は板２４で取りつけられた非接触式の変位
計２５で測定する。測定した変位分布から更に歪み分布
等を求めるようになっている。第１図からも明らかなよ
うに取付は板２７と押付は部材２８の部分が変位計２５
と接触しないようになっているため、センシングロボッ
ト２１は、押しつけ部位を通ってＹ軸に平行な直線上を
、押付はロボット２２に接触することなく、移動可能で
ある。また、センシングロボット２１は、押しつけ部位
を通ってＸ軸に平行な直線上を、Ｘ軸の正の方向から押
しつけ部位の上の位置まで移動可能である。したがって
、押しつけ部位の近辺での測定が可能となる。但し、こ
の場合においても取付は板２７の先端部位においては、
被測定物２３の一部が変位計２５から死角となるため、
測定不能な場所がある。しかし、取付は板２７の大きさ
は必要に応じて小さくできるので、実用上は大きな問題
とはならない。また、押付は部材２８で押しつけている
位置での変位を押付はロボット２２の位置情報を用いて
測定することにより、より精度の高い測定が可能となる
。また、押付はロボット２２の近辺を測定中に、ロボッ
ト同士が衝突する心配が少ないので、安全の面で優れて
いるだけでなく、動作命令の生成が容易になる。

本発明の第２の実施例を第４図に示す。被測定物４３は
台５０．５１の上にいわゆる両端支持の形で置かれてい
る。ロボット４２（押付はロボット、簡単のため一部の
み図示〉の先端に力センサ４６を介して取りつけられた
コの字型の取付は板４７の先端に取りつけられた押付は
部材４８で被測定物４３の中央を押している。このとき
の変位分布をロボット４１（センシングロボット〉の先
端に取付は板４４を介して取りつけられた変位計４５で
測定する。第２図（ａ）は押しつけ位置より左側（押し
つけ位置をＹ軸の原点とした場合、Ｙが正となる側）の
形状を測定しているときの状態を表している部分図であ
る。第２図（ａ）においては、センシングロボット４１
の回転機構によりＺ軸回りに変位計を回転させて、取付
は板４４がＹ軸の負の方向を向くようになっている。同
じく押付はロボット４２においても回転機構により、板
４７を回転させて、コの字型の凸部分がＹ軸の負の方向
を向くようになっている。第２図（ｂ）は押しつけ位置
より右側（押しつけ位置をＹ軸の原点とした場合、Ｙが
負となる側）の形状を測定しているときの状態を表して
いる。第２図（ｂ）においては、センシングロボット４
１の回転機構によりＺ軸回りに変位計を回転させて、取
付は板４４がＹ軸の正の方向を向くようになっている。

同じく押付はロボット４２においても回転機構により、
取付は板４７を回転させて、コの字型の凸部分がＹ軸の
正の方向を向くようになっている。即ち、第２図（ｂ）
の場合は、第２図（ａ）の状態に対して、センシングロ
ボット４１、押付はロボット４２ともに先端部を１８０
度回転させている。このように測定領域に応じて、押し
つけ部分と変位検出部分の向きを変えることにより、よ
り広い範囲での測定が可能となる。この場合も荷重をか
けている点での形状は押付はロボット４２の位置情報を
用いて測定することにより、より広い範囲での測定が可
能となる。

次に、変形データから歪み量を求める方法について記す
。簡単のために、平面板の場合を例に説明する。板に曲
げが生じた場合、一般に歪みは曲率（曲率半径の逆数）
に比例する。具体的には、歪みと曲率半径との間には、
次の関係がある。

ε８８− ｒＸＸ ｒＹＹ εＸＹ” ｒＸＹ ここで、ε８ＸはＸ方向の直歪み、ε、ＹはＸ方向の直
歪み、第８．は剪断歪みであり、２ε８．がいわゆる工
学的な剪断歪みに相当する。ｒＸＸはＸ方向の曲率半径
、ｒＹＹはｙ方向の曲率半径、ｒＸＹは捩じり率の逆数
である。以下では、ε８８．εｙｙ＋　ε、を単にまと
めて歪みと呼び、ｒｘＸ、ｙｙ＋　ｒ＋ｒｙをまとめて
曲率半径と呼ぶ。２は中立面（伸びも圧縮もしない面、
即ち歪みが０の面）から考えている面までの距離である
。例えば、歪みが比較的小さい場合は中立面は、平面の
中央（表面からも裏面からも等距離の面）にあるとみな
せる。したがって、中立面から被測定物の表面までの距
離は板厚の約１／２とみなせる。一方、曲率半径と変位
分布Ｗとの間には次の関係がなりたつ。

Ｉ　　　　　　　第２　Ｗ ｒＨａｘ２ １　　　　　　　第２　Ｗ ｒ、、　　　　　　ａｙ２ １　　　　　　　　　第２　ｗ ｒｘｙ　　　　　　ａｘａｙ したがって、測定した離散的な変位データから、変位曲
面の微分値あるいはその近似値を求めることにより、曲
率半径をひいては歪み分布を求めることができる。さら
に、材料の歪み量が小さい場合は材料特性は線型とみな
すことができるので、歪み分布から応力分布を求めるこ
とができる。

次に本発明の装置により得られたデータの処理方法を第
３図を用いて説明する。

同図において６０は変形を与える前の被測定物であり、
６１は変形を与えた後の被測定物である。６０と６１は
、同じ測定物を変形させる前と後で区別して表したもの
である。６２は被測定物に変形を与えるものであり、具
体的には、第１図における押付はロボット２２の部分に
相当する。形状測定装置６３は、変形を与える前の被測
定物６０の形状と変形を与えた後の被測定物６１の形状
とを測定するものであり、第１図ではセンシングロボッ
ト２１の部分に相当する。測定前の形状データの格納装
置６４は、変形前の形状データを格納し、変形後の形状
データ格納装置６５は、変形後の形状データを格納する
。

変位データ算出装置６６は、両者の差をとって変位デー
タを求め、変位データ格納装置６７に格納する。

変位曲面の式算出装置６８は、変位データ格納装置６７
に格納された離散的な変位データから変位曲面の式を求
める装置であり、変位曲面の式格納装置６９にその結果
は出力される。変位曲面の式算出装置６８は、具体的に
は２次元のスプライン関数を用いて、変位曲面の式を算
出するようになっている。

変位算出装置７１は、変位曲面の式格納装置６９の内容
をもとに指令装置７０より指令された位置における変位
を算出する。変位算出装置７１は、変位曲面の式格納装
置６９の内容をもとに変位を算出するので、変位データ
算出装置６６とは異なり、任意の位置における変位を算
出することができる。歪み算出装置７２は、変位曲面の
式格納装置６９の内容をもとに、指令装置７０より指令
された位置における歪みを算出する。なお、歪み算出装
置７２では、必要に応じて応力等を算出するようになっ
ている。指令装置７０から変位算出装置７１および歪み
算出装置７２に指令する位置をさまざまに変えることに
より、変位分布及び歪み分布型には応力分布を求めるこ
とができる。

なお、本発明は直交型ロボットを用いた場合に限定され
るものではなく、関節型ロボット等地の形式のロボット
を用いた場合にも適用できるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、より広い範囲での測定が可能となり、
より小型な部品での測定を可能とすることができ、適用
範囲を大幅に拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の第２の実施例を示す図、第３図は本発明におけるデ
ータ処理方法を説明するための図、 第４図は従来の計測ロボットを示す図、第５図は発明が
解決しようとする課題を説明するための図である。 図において、 ２１．４１はセンシングロボット、 ２２．４２は押付はロボット、 ２３．４３は被測定物、 ２４、２７．４４．４７は取付は板、 ２５．４５は変位計、 ２６．４６は力センサ、 ２８．４８は押付は部材、 ５０．５１は台 を示す。 （０）上面図 （ｂ）正面図 本発明の第１の実施例を示す譬 ２８・・・押付は部材 ６ （０） （ｂ） 二二１・ぞ１．乏η こ６・・・方センサ 本発明（二おけるデ 夕処理方法を説明するための図 第 図 （ｂ）正面図 従来の計測Ｏボットを示す図 第 図 （Ｑ）第４図のＡ Ａ方向かう見た図 （ｂ） 発明が解決しようとするｉ題を説明するための図第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物（２３）に対して指定された位置に指定さ
   れた値の力をかけることができる押付け手段を有すると
   共に、 変位計（２５）と、該変位計（２５）を移動させる機構
   よりなる被測定物の形状を測定する形状測定手段を有し
   、 前記押付け手段が被測定物に荷重をかける部材（２８）
   の形状を、形状測定手段の形状に応じて、より広範囲の
   測定ができるように変えるようにしたことを特徴とする
   変形量測定装置。