JPH04273038A

JPH04273038A - 応力緩和測定装置

Info

Publication number: JPH04273038A
Application number: JP3448691A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kato; 秀雄加藤; Mitsuru Shiraishi; 白石　満
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1992-09-29

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、応力緩和測定装置に係
り、特に、短い測定時間で測定が可能な応力緩和測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の分野においては、製品
の高機能化と軽量化の要請のもと、プラスチック等のモ
ールド技術を用いて、材料の薄肉化を図り、必要最小限
の強度を付与する極限的な設計が試みられている。プラ
スチック材料は金属に比較し軽量であり、デザインに融
通性があるなどの優れた特質をもっている。しかし、金
属と比べて環境条件や経時変化等により特性が変化しや
すいという問題点も有している。プラスチック材料に顕
著に現われる特性劣化現象として応力緩和がある。応力
緩和とは、部材に一定量の変位を与えておいた場合、時
間が経過するにつれて、与えた変位量に対応する反発力
が減少していく現象をいう。

【０００３】応力緩和の影響は、製品が市場に出てから
現れてくるので、製品の信頼性を評価するためには、あ
らかじめ各種の条件により多数の試料について応力緩和
の測定を行っておく必要がある。しかしながら、従来は
多数の試料の測定に適した応力緩和の測定方法はなかっ
たため、出願人らは多数の試料の測定に適した応力緩和
の測定方法を提案している（特願平０２−１１９９６８
号参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
、実際の測定において、検出部の測定開始高さの設定が
必要であるが、測定対象となるプラスチック部品の表面
高さが応力緩和現象によって変化するため、測定開始高
さ位置を操作者が逐次設定しなおすか、測定に必要な範
囲よりも大きめの範囲を測定するように余裕をもって設
定しておく必要があった。このため、測定開始までに時
間がかかったり、測定作業自体の作業効率が悪化する問
題があった。

【０００５】本発明の目的は、短い測定時間で効率的な
測定が可能な応力緩和測定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１乃至請求項３記載の発明は図１に示すよう
に構成されている。図１において、この応力緩和測定装
置１００は、被測定物Ｇ上の第１の加力位置Ｐ１　に力
を加えて変形させる第１加力手段１０１と、被測定物Ｇ
上の第１の加力位置Ｐ１　とは異なる第２の加力位置Ｐ
２　に力を加えて変形させる第２加力手段１０２と、こ
の第２加力手段１０２が第２の加力位置Ｐ２　において
被測定物Ｇから受ける第２の反力Ｆ２　を測定する反力
測定手段１０３と、第２加力手段１０２が第２の反力Ｆ
２　を測定するに先だち、被測定物Ｇ表面の第２の加力
位置Ｐ２　までの距離を計測し、この計測結果に基づい
て反力測定範囲を変化させるように第２加力手段１０２
及び反力測定手段１０３を制御する制御手段１０５と、
基準位置Ｐ０　から第１の加力位置Ｐ１　までの第１の
距離Ｌ１　と、この基準位置Ｐ０　から第２の加力位置
Ｐ２　までの第２の距離Ｌ２　と、第２の反力Ｆ２　と
から、第１加力手段１０１が第１の加力位置Ｐ１　にお
いて被測定物Ｇから受ける第１の反力Ｆ１　を演算する
演算手段１０４と、を備えて構成される。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の応
力緩和測定装置において、制御手段１０５は、計測を開
始した時点の高さ位置と反力測定手段１０３が被測定物
Ｇに接触したことを検知した時点の高さ位置との差によ
り、被測定物Ｇ表面の第２の加力位置Ｐ２　までの距離
を計測するように構成される。請求項３記載の発明は、
請求項１記載の応力緩和測定装置において、制御手段１
０５は、被測定物Ｇ上の第２の加力位置Ｐ２　までの距
離を非接触的に計測する手段を備えて構成される。

【０００８】

【作用】上記構成を有する請求項１記載の発明によれば
、第２の反力Ｆ２　の測定に先だち、被測定物Ｇ表面の
第２の加力位置Ｐ２　までの距離を計測し、この計測結
果に基づいて反力測定範囲を修正させるように第２加力
手段１０２と反力測定手段１０３を制御するため、時間
のロスも少なく応力緩和特性の測定を短時間で行うこと
ができる。すなわち、計測ロボットによる応力緩和特性
測定のための部品反力測定に際し、加力し力を検出する
測定部の移動に先立って、接触センサや非接触センサに
よる部品表面高さの測定を行い、この結果に基づいて測
定部の移動範囲および測定範囲を決定するのである。

【０００９】請求項２記載の発明では、上記の距離を、
計測を開始した時点の高さ位置と反力測定手段１０３が
被測定物Ｇに接触したことを検知した時点の高さ位置と
の差によって計測しようとするものであり、請求項３記
載の発明では非接触式に計測しようとするものである。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。図２に、本発明の一実施例の構成を示す。この応力緩和測定装置１００Ａは、測定ロボット１０と
、演算ブロック４と、制御ブロック５と、クランプ機構
１と、を有している。測定ロボット１０はＸＹＺ軸方向
及びＺ軸回りの回転が可能な直交座標型ロボットであり
、その先端には、６軸方向の力（ＸＹＺ軸方向の力及び
ＸＹＺ軸回りのモーメント）を検知可能な力センサ３が
装着されている。力センサ３の先端には、被測定物Ｇに
接触させるための押付けロッド２が装着されている。ここに、クランプ機構１は第１加力手段に相当し、測定
ロボット１０及び押付けロッド２は第２加力手段に相当
する。演算ブロック４は演算手段に相当する。力センサ
３は反力測定手段に相当する。制御ブロック５は制御手
段に相当している。

【００１１】次に図２におけるクランプ機構１について
説明する。図３に示すように、クランプ機構１にプラス
チック部材のような被測定物を取り付け、所定の変位を
与えて応力緩和を測定するようにしている。すなわち、
図３に示すように、このクランプ機構１はマイクロメー
タヘッド２１と、クランプ用シャフト２２と、把持部２
３とを有するクランプ機構を５個備えている。

【００１２】被測定物Ｇは把持部２３によりその一端を
把持される。そして、マイクロメータヘッド２１を回転
させることによりクランプ用シャフト２２を上下に微調
整して被測定物Ｇに力を加え（クランプ）、任意の変位
量を与えることができる。このようにして、５個の被測
定物Ｇに予め変位を与えた状態で計測ロボット等により
応力緩和の経時変化を測定することができる。この応力
緩和測定装置１００Ａでは、押付けロッド２と力センサ
３により部品の反力を測定する前に、部品表面の高さ位
置を測定しておき、この高さに応じて押付けロッド２の
測定開始高さを変更する。この作業は自動的に行われる
ので、操作者に負担がかからずに必要な部品の位置と力
の関係の測定データが得られ作業効率を上げることがで
きる。

【００１３】測定ロボット１０が部品表面の高さ位置を
測定する方法として、図２の実施例が採用しているのは
以下の２つである。一つは、力センサ３により部品表面
高さを押付けロッドの接触の有無で測定する方法である
。この方法では力センサ３を部品表面より離れた所から
検出される力を監視しながら部品に近づけて行く。部品
に接触すると反力が感知されるので、これにより部品の
表面高さを測定することができる。もう一つは非接触型
の変位センサにより、部品表面の高さを測定する方法で
ある。この方法では測定ロボット１０により非接触型の
変位センサを移動し、部品表面の高さを測定する。上記
の２つの方法により、被測定部品の反力測定時に表面高
さを知ることができる。この高さ位置情報に従って、力
センサ３の測定区間を定めれば、反力測定に必要な範囲
の位置と力の関係を効率良く測定することができる。上記の第１の方法による反力測定手順を図４に、第２の
方法によるものを図５に示す。

【００１４】次に、クランプ用シャフトの位置に生じる
反力Ｆ２　を求める方法について説明する。図６に示し
たように、一端を固定した被測定物Ｇに固定端Ｐ０　か
ら距離Ｌの位置ＰＦ　に荷重Ｆをかけた場合を考える。このとき被測定物Ｇ固定端から距離ｘ（ｘ≦Ｌ）の位置
に生じるたわみｗ（ｚ方向の変位）は次のように表され
ることが知られている。

【００１５】

【数１】

【００１６】ここで、Ｅは縦弾性係数であり、Ｉは断面
２次モーメントである。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は
測定ロボット１０の先端に装着した押付けロッド２を被
測定物Ｇに対して降下させたときの様子を模式的に表わ
したものである。図７（Ａ）は押付けロッド２が被測定
物Ｇに接触していない状態を表し、図７（Ｂ）は押付け
ロッド２が被測定物Ｇに接触している状態を表し、図７
（Ｃ）は被測定物Ｇがクランプ用シャフト２２から離れ
た状態を表している。

【００１７】この間の測定ロボット１０で測定したＰ２
　点のたわみと反力Ｆ２　との関係を模式的に表すと図
８のようになる。図７におけるＳＡ　、ＳＢ　、ＳＣ　
の区間はそれぞれ図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態に
相当する。折れ点ＰＢ　は図７（Ａ）の状態から図７（Ｂ）の状態
に移る瞬間、すなわち押付けロッド２が被測定物Ｇに接
触した瞬間を表し、折れ点ＰＣ　は図７（Ｂ）の状態か
ら図７（Ｃ）の状態に移る瞬間、すなわち被測定物Ｇが
クランプ用シャフト２２から離れる瞬間を表している。図８において、ＳＡ　の区間は、図７（Ａ）状態から図
７（Ｂ）の状態までの状態に対応している。また、図８
におけるＳＢ　の区間は、図７（Ｂ）の状態から図７（
Ｃ）の状態までの状態に対応している。そして、図にお
けるＳＣ　の区間は、図７（Ｃ）の状態以後、さらに押
付けロッド２が降下する場合の状態に対応している。図
８における区間ＳＢ　では、被測定物Ｇは、クランプ用
シャフト２２でクランプされている位置Ｐ１　（ｘ＝Ｌ
１　）を中心に回転するのに対し、図８の区間ＳＣ　で
は被測定物Ｇは、固定端Ｐ０　を中心に回転するため、
図８に示すように、区間ＳＢ　と区間ＳＣ　とでは、被
測定物Ｇの見かけ上の剛性は異なる。

【００１８】ところで、図７（Ａ）において、クランプ
用シャフト２２が被測定物Ｇから受ける反力Ｆ１Ａと、
図８の点ＰＣ　における力Ｆ２Ｃとの間には、一定の関
係がある。その関係について以下に説明する。図７（Ａ
）に示すように被測定物Ｇをクランプ用シャフト２２で
クランプしたとき、クランプしている位置Ｐ１　（ｘ＝
Ｌ１　）における、被測定物Ｇの変位量をｗ１　とする
と、（１）式に、Ｌ＝Ｌ１　、ｘ＝Ｌ１　及びＦ＝Ｆ１
Ａを代入して、

【００１９】

【数２】

【００２０】となる。ここでＦ１Ａはクランプ用シャフ
ト２２が被測定物Ｇから受けている反力である（図７（
Ａ））。一方、被測定物Ｇがクランプ用シャフト２２か
ら離れる瞬間においては、クランプ用シャフト２２が被
測定物Ｇから受ける反力は零となる。このときに、押付
けロッド２が被測定物Ｇに与えている力Ｆ２Ｃによる、
ｘ＝Ｌ１　の位置における変位はｗ１　である。したが
って、力Ｆ２Ｃと変位ｗ１　の間には（１）式にＬ＝Ｌ
２　、ｘ＝Ｌ１　及びＦ＝Ｆ２Ｃを代入すると、次の関
係が成り立つ。

【００２１】

【数３】

【００２２】このことより、（２）、（３）式から、反
力Ｆ１Ａは以下のように表わされる。

【００２３】

【数４】

【００２４】したがって、力Ｆ２Ｃを測定することによ
り、反力Ｆ１Ａを知ることができる。本発明は上記実施
例に限定されるものではない。上記実施例において、被
測定物は一端が固定された梁状の物体であるが、これは
、単純支持、両端固定等、他の形態の支持条件であって
も可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
計測ロボットによる応力緩和特性測定に対して、部品反
力測定の際のロボットアーム等の移動範囲を被測定物の
変位に応じて変化させることができ、応力緩和特性の測
定をより効率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図３】図２におけるクランプ機構の構成を示す図であ
り、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は正面図、図３（
Ｃ）は側面図を示す。

【図４】本発明の一実施例の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図５】本発明の他の実施例の動作を説明するフローチ
ャートである。

【図６】被測定物の一端を固定した場合の荷重とたわみ
の関係を説明する図である。

【図７】本発明の動作を説明する図であり、図７（Ａ）
は押付けロッド２の押付け前の状態を示す図、図７（Ｂ
）は押付けロッド２の押付け中の状態を示す図、図７（
Ｃ）は被測定物がクランプ用シャフト２２から離れた瞬
間の状態を示す図である。

【図８】図７におけるＰ２　点の反力とたわみの関係を
示す図である。

【符号の説明】

１…クランプ機構２…押付けロッド３…力センサ４…演算ブロック５…制御ブロック１０…測定ロボット２１…マイクロメータヘッド２２…クランプ用シャフト２３…把持部１００、１００Ａ…応力緩和測定装置１０１…第１加力手段１０２…第２加力手段１０３…反力測定手段１０４…演算手段１０５…制御手段Ｆ…力Ｇ…被測定物Ｌ１　…第１の距離Ｌ２　…第２の距離Ｐ０　…基準位置Ｐ１　…第１の加力位置Ｐ２　…第２の加力位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　被測定物（Ｇ）上の第１の加力位置（
Ｐ１　）に力を加えて変形させる第１加力手段（１０１
）と、前記被測定物（Ｇ）上の前記第１の加力位置（Ｐ
１　）とは異なる第２の加力位置（Ｐ２　）に力を加え
て変形させる第２加力手段（１０２）と、当該第２加力
手段（１０２）が前記第２の加力位置（Ｐ２　）におい
て前記被測定物（Ｇ）から受ける第２の反力（Ｆ２　）
を測定する反力測定手段（１０３）と、前記第２加力手
段（１０２）が前記第２の反力（Ｆ２　）を測定するに
先だち、前記被測定物（Ｇ）表面の第２の加力位置（Ｐ
２　）までの距離を計測し、当該計測結果に基づいて反
力測定範囲を変化させるように前記第２加力手段（１０
２）及び反力測定手段（１０３）を制御する制御手段（
１０５）と、基準位置（Ｐ０　）から前記第１の加力位
置（Ｐ１　）までの第１の距離（Ｌ１　）と、当該基準
位置（Ｐ０　）から前記第２の加力位置（Ｐ２　）まで
の第２の距離（Ｌ２　）と、前記第２の反力（Ｆ２　）
とから、前記第１加力手段（１０１）が前記第１の加力
位置（Ｐ１　）において前記被測定物（Ｇ）から受ける
第１の反力（Ｆ１　）を演算する演算手段（１０４）と
、を備えたことを特徴とする応力緩和測定装置。
【請求項２】　　請求項１記載の応力緩和測定装置にお
いて、前記制御手段（１０５）は、計測を開始した時点
の高さ位置と前記反力測定手段（１０３）が前記被測定
物（Ｇ）に接触したことを検知した時点の高さ位置との
差により、前記被測定物（Ｇ）表面の第２の加力位置（
Ｐ２　）までの距離を計測することを特徴とする応力緩
和測定装置。
【請求項３】　　請求項１記載の応力緩和測定装置にお
いて、前記制御手段（１０５）は、前記被測定物（Ｇ）
上の第２の加力位置（Ｐ２　）までの距離を非接触的に
計測する手段を備えたことを特徴とする応力緩和測定装
置。