JPH03142339A - 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
を自動計測する変形量測定装置に関し、被測定物の荷重
がかかっている面と反対の面における変位の測定を可能
とし、更に荷重がかかっている面と反対の面における歪
を測定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
と該変位計を被測定物に対して指定された位置に移動さ
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こ
とができる面と反対の面における形状を測定できるよう
に前記形状測定手段を配置するように構成する。

〔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６図に示す。同
図において、１，２はＸＹＺａ軸方向の移動機構を有す
る直交型ロボットであり、ロボット１は更に回転機構４
を有している。３は被測定物である。力センサ６を介し
てロボット２の先端部に取りつけられたロッド８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の先端に力センサ５を介して取りつけられた
変位検出用のプローブ７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、
力センサ５は以下の説明において本質的な役割を果たす
ものではなく、なくてもよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の構成においては、 ■　荷重をかけている面と同一の面での形状を測定する
ので、ロッド８の周辺の測定ができない。

特にロッド８周辺においてはかけている力の影響を受け
やすいことが多いので、精度の高い測定が出来ない場合
がある。

■　荷重をかけると、被測定物の荷重がかかっている面
と反対の面では、一般に正負が反対の歪が生じる。例え
ば、被測定物の荷重がかかっている面に伸び歪が生じて
いるときは、反対の面では圧縮歪が生じている。逆に、
被測定物の荷重がかかっている面に圧縮歪が生じている
ときは、反対の面では伸び歪が生じている。プラスチッ
クの場合、圧縮と伸びでは特性が異なる場合が多いので
、荷重をかけている面だけでなく、反対側の面でも測定
する必要がある。ところが、第６図の構成では荷重をか
けている面での測定はできるものの、反対側の面での測
定ができない。

等の問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み、被測定物の荷重がかかって
いる面と反対の面における変位の測定を可能とし、更に
荷重がかかっている面と反対の面における歪を測定する
ことが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〕

上記目的を遠戚するために、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を被測定物２３に対して指
定された位置に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２３に荷重をかけることができる面と反対の面にお
ける形状を測定できるように前記形状測定手段を配置し
たことを特徴とする。

また被測定物６４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
、第１の変位計６６と該第１の変位計６６を被測定物６
４に対して指定された位置に移動させる第１の移動機構
よりなる被測定物の形状を測定する第１の形状測定手段
と、第２の変位計６８と該変位計６８を被測定物６４に
対して指定された位置に移動させる第２の移動機構より
なる被測定物の形状を測定する第２の形状測定手段とを
有し、押付は手段が被測定物６４に荷重をかけることが
できる面と同一面における被測定物６４の形状を第１の
形状測定手段により測定し、荷重をかけることができる
面と反対の面における形状を第２の形状測定手段により
測定できるように第１の形状測定手段と第２の形状測定
手段を配置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、荷重をかけるロボット（押付はロボット）
が被測定物に荷重をかけたときの被測定物の形状を、も
う１台のロボット（センシングロボット）に変位センサ
を搭載して測定するに際し、センシングロボットに変位
センサを取りつける向きが、押付はロボットが被測定物
を押しつけている向きと逆にすることができるように、
装置を構成することにより、被測定物の荷重がかかって
いる面と反対の面における変位の測定を可能とし、更に
荷重がかかっている面と反対の面における歪を測定する
ことを可能にするものである。

〔実施例〕

第１の実施例を第１図に示す。同図において、２１．２
２はＸＹＺａＹｂ間の移動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。なお、簡単のため以下
では被測定物の荷重がかかっている面には伸び歪が生じ
、反対の面には圧縮歪が生じているものとして説明する
。押付はロボット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ロッド２７によって
、被測定物２３に水平方向から力を加えることができる
ようになっている。押付はロボット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ト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。

センシングロボット２１は取付は板２８により架台３０
上のベース３５に固定されている。押付はロボット２２
は取付は板２９により架台３１上のベース３６に取付け
られている。被測定物２３は取付は板３２に固定されて
いて、取付は板３２は板３３により架台３４上のベース
３７に固定されている。更に架台３０，３１．３４は相
互に固定されている。

第１図から明らかなように押付はロボット２２が被測定
物２３を押す面に対して、センシングロボット２１が被
測定物２３の形状（変位）を測定する面が反対に位置す
るので、圧縮歪が生じている面での測定が可能となり、
押付は位置によらず広い範囲での測定が可能となる。

第２の実施例を第２図に示す。同図において、４１．４
２はＸＹＺａＹｂ間の移動機構を有する直交型ロボット
であり、４３は被測定物である。ロボット４２（押付は
ロボット）の先端部に力センサ４６を介して取りつけら
れたロッド４７によって、被測定物４３に下から力を加
えることができるようになっている。押付はロボット４
２が被測定物４３に対して力を加えて被測定物４３を変
形させたときの被測定物４３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で取りつ
けられた非接触式の変位計４５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。

センシングロボット４１は取付は板４８により架台５０
上のベース５１に固定されている。押付はロボット４２
は取付は板４９により架台５０に取付けられている。被
測定物４３は取付は板５５に固定されていて、取付は板
５５は板５６により架台５２上のベース５３に固定され
ている。ベース５３は第２図（ａ）の５４に示すように
板の一部をくり抜いて、押付はロボット４２が移動−し
て被測定物４３の任意の位置を下側から押付けることが
できるようになっている。更に、架台５０．５２は相互
に固定されている。

第２図から明らかなように押付はロボット４２が被測定
物４３を押す面に対して、センシングロボット４１が被
測定物４３の形状（変位〉を測定する面が反対に位置す
るので、圧縮歪が生じている面での測定が可能となり、
押付は位置によらず広い範囲での測定が可能となる。更
に、第１図の場合に比較し、設置面積が少ないのでコン
パクトに装置を構成することができる。

なお、第２図において、センシングロボット４１と押付
はロボット４２の位置関係（上下関係）を逆にしても、
本発明の主旨からはずれるものではない。

第３の実施例を第３図に示す。同図（ａ）は上から見た
図であり、同図（ｂ）は正面図を表す。

同図において、６１．６２．６３はＸＹＺａＹｂ間の移
動機構を有する直交型ロボットであり、更に６１・６３
はＺ軸回りの回転機構を有している。６４は被測定物で
ある。ロボット６３（押付はロボット）の先端部に力セ
ンサ６９を介して取りつけられたロッド７０によって、
被測定物６４に力を加えることができるようになってい
る。押付はロボット６３が被測定物６４に対して力を加
えて被測定物６４を変形させたときの被測定物６４の変
位分布をロボツ）６１　（第１のセンシングロボット）
の先端に取りつけ板６５で取りつけられた非接触式の変
位計６６、及びロボツ）６２（第２のセンシングロボッ
ト）の先端に取りつけ板６７で取りつけられた非接触式
の変位計６８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のセンシングロボット６１は取り付は板７１により
架台７２上のベース７３に固定されている。第２のセン
シングロボット６２は取り付は板７４により架台７６に
固定されている。押付はロボット６３は取りつけ板７５
により架台７６上のベース７７に取付けられている。被
測定物６４は取付は板７８に固定されていて、取付は板
７８は板７９により架台８０上のベース８１に固定され
ている。ベース８１は第３図（ａ）の８２に示すように
板の一部をくり抜いて、第２のセンシングロボットが移
動して被測定物６４の変形を下側から容易に測定できる
ようになっている。更に架台７２，７６．８０は相互に
固定されている。

第３図から明らかなように押付はロボット６３が被測定
物６４に荷重をかけている状態で、両方の面からの変形
を測定できるので、より精度の高い測定ができ、伸びと
圧縮の違いを評価することができる。

第３図において、第１のセンシングロボット６１と第２
のセンシングロボット６２は、被測定物の異なる面から
測定できればよく、 ■　第２のセンシングロボットを第１のセンシングロボ
ットの下側（架台７２の下側）に配置しても、 ■　押付はロボット６３を第１のセンシングロボットの
下側（架台７２の下側）に配置して、被測定物を下側か
ら押すようにしても 本発明の主旨からはずれるものではない。

なお、実施例では非接触式の変位センサを用いた場合に
ついて説明したが、接触式のセンサを使用した場合にも
同様にして測定ができる。

本発明の場合、試験板の形状を測定するのが目的でなく
、変位を測定するのが目的であるため、センシングロボ
ットは位置繰り返し精度が高ければよく、必ずしも位置
絶対精度が高い必要はない。

一般に位置絶対精度に比べ、位置繰り返し精度は容易に
高くすることができるので、ロボットは安価に製作が可
能である。また、実施例においては、直交型ロボットを
用いた場合について説明したが、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。

次に、測定した変位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、第４図（ａ）に示した平面板
を同図（ｂ）に示すように曲げた場合について説明する
。同図（ｂ）は、Ｘ軸方向に沿って、表面９０の側が伸
び、表面９■の側が圧縮した状態を表している。板に曲
げが生じた場合、一般に歪みは曲率半径に比例する。具
体的には、歪みを曲率半径との間には、次の関係がある
。

ｒ、ｌＸ ｒＹＹ εｘＹ： ｒＸＹ ここで、εＸ８はＸ方向の直歪み、ε１．はＸ方向の直
歪み、ε、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、εｘｘ’　εＹＹ・εＸマを単にまと
めて歪みと呼び、ｒｘＸ’　ｒＹＹ’　ｒＸＹ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。

１　　　　　θ２Ｗ ｒｘｘ　　　　ａｘ” １　　　　　　ａ２　Ｗ ｒｖｖ　　　　　ａ’ｊ２ １　　　　　　θ２Ｗ ｒｘＹ　　　　　ａｘａｙ したがって、被測定面のいづれかの面で測定した変位デ
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、対象としている面での、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。

次に本発明のデータ処理の方法について第５図を用いて
説明する。

同図において１００は変形を与える前の被測定物であり
、１０１は変形を与えた後の被測定物である。

１００と１０１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。１０２は被測定物に変形を与
えるものであり、具体的には、第１図では押付はロボッ
ト２２、第２図では押付はロボット４２、第３図では押
付はロボット６３の部分に相当する。

形状測定装置１０３は、変形を与える前の被測定物１０
０の形状と変形を与えた後の被測定物１０１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２
１第２図ではセンシングロボット４１、第３図ではセン
シングロボット６１及び６２の部分に相当する。測定前
の形状データ格納装置１０４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１０５は、変形後
の形状データを格納する。変位データ算出装置１０６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１０７に格納する。変位曲面の式算出装置１０８は
、変位データ格納装置１０７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１０９にその結果は出力される。変位曲面
の式算出装置１０８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１１１は、変位曲面の式格納装置１０
９の内容をもとに指令装置１１０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１１１は、変位曲
面の式格納装置１０９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１０６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１
１２は、変位曲面の式格納装置１０９の内容をもとに、
指令装置１１０より指令された位置における歪みを算出
する。具体的には、略本文に述べた処理を行う。

なお、歪み算出装置１１２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１１０から変位算
出装置１１１および歪み算出装置１１２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
更には応力分布を求めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば被測定物に曲げ荷重が
かかったときの変形を荷重をかけている位置によらず、
広く測定することができ、圧縮歪がかかっている面での
測定評価が可能になる。これによりプラスチックモール
ド部品の特性評価をより精度よく行うことができる。

【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図は本発明の第３の実
施例を示す図、第４図は測定した変位データから歪み量
を求める方法を説明するための図、 第５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６図は従来の計測ロボットを示す図である。 図において、 ２１．４１．６１．６２はセンシングロボット、２２．
４２．６３は押付はロボット、 ２３．４３．６４は被測定物、 ２５、４５．６６、６８は変位計、 ２６．４６．６９は力センサ、 ２７．４７．７０はロッド、 ３０、３１．３４．５０．５２．７２．７６、８０は架
台、３５、３６．３７．５１．５３．７３．７７、８１
はベースを示す。

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）を被測定物（２３）
   に対して指定された位置に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（２３）に荷重をかけることができる面
   と反対の面における形状を測定できるように前記形状測
   定手段を配置したことを特徴とする変形量測定装置。 ２、被測定物（６４）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、 第１の変位計（６６）と該第１の変位計（６６）を被測
   定物（６４）に対して指定された位置に移動させる第１
   の移動機構よりなる被測定物の形状を測定する第１の形
   状測定手段と、 第２の変位計（６８）と該変位計（６８）を被測定物（
   ６４）に対して指定された位置に移動させる第２の移動
   機構よりなる被測定物の形状を測定する第２の形状測定
   手段とを有し、 押付け手段が被測定物（６４）に荷重をかけることがで
   きる面と同一の面における被測定物（６４）の形状を第
   １の形状測定手段により測定し、荷重をかけることがで
   きる面と反対の面における形状を第２の形状測定手段に
   より測定できるように第１の形状測定手段と第２の形状
   測定手段を配置したことを特徴とする変形量測定装置。