JPH0442029A - 力覚センサー用自動検査装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は自動化製造装置やロボフトの物品把握部等で対
象物を把握する場合の把握力の自動設定等に使用する力
覚センサーの検査装置に関し、特に拡散歪ゲージを形成
したシリコン単結晶板を起歪体上に接合した拡散型力覚
センサーの自動検査装置に関する。

（従来の技術とその課題） 先ず、本発明の対象となる拡散型力覚センサーについて
、その概要を説明する。従来より知られている力覚セン
サーは３次元構造に加工された起歪体にストレインゲー
ジを貼付したものであるが、大きさや感度、更に価格の
面で充分ではない。

これを改良したものとして、シリコン単結晶板に機械的
外力を加えると結晶格子に歪みを生じ、半導体中のキャ
リア数や移動度が変化して抵抗率が変わる現象、即ちピ
エゾ抵抗効果を利用して起歪体の歪みを抵抗の変化に変
換し、ブリッジ回路によって起歪体に加わる力を電気信
号に変換するものである。

拡散型力覚センサー（以下単に力覚センサーという）１
０の起歪体１１は第１図に示すように環状のダイアフラ
ム１２が形成され、ダイアフラム１２のエツジ部１２ａ
　、１２ｂの上方にゲージ抵抗１４−１〜１４−４が形
成されている。このゲージ抵抗１４−１〜１４−４は第
１図に示すように、起歪体１１０一つの直径上の一端側
から他端側に１４−１．１４−２．１４−４．１４−３
の順に配置されており、この順序はＸ軸周、Ｙ軸周、Ｚ
軸層とも同しである。又、このダイヤフラムＩ２の中心
からダイヤフラム面に垂直に検出アーム１３が延伸して
いる。

この起歪体１１にＸ軸又はＹ軸方向のモーメントが働い
た時、又はＺ軸方向の力（押力、又は張力）が働いた時
の変形シュミレーションを第２図、第３図に示す。

上述のブリッジ回路は第４．５．６図に示すもので、こ
の各ブリッジ回路を構成している各辺の抵抗ＲＸ１〜Ｒ
ｘ４、Ｒｙ＋−Ｒｙ＋、Ｒｚｌ〜Ｒｚ４が外力を受けた
時に第１表に示す変化を起こす。この変化により、Ｘ軸
モーメント（Ｍｘ）、Ｙ軸モーメント（Ｍｙ）、Ｚ軸押
張力（Ｆｚ）を検出することが出来る。

第１表 以上のように構成された２軸以上の軸数を有する力覚セ
ンサー１０を用いて、この力覚センサー１０の出力検査
を行う場合、従来は各軸毎に専用治具を設け、−軸毎に
分銅等による荷重を加えて検査を行っていた。

しかし、この方法では力覚センサー１０を取付は直す工
程があるため、各軸での測定は正確に行うことが出来て
も、各軸方向が正確に９０”に設定されていないことも
あり得るので、力覚セン号−１０の特性を見る上で測定
誤差が生してしまうことが有った。

又、各軸に分銅による荷重を加えようとする場合、荷重
を変える特等人手によって分銅を増減しているため、思
わぬ荷重が瞬間的に過大な値で軸に負荷されてしまうこ
とが有り、最大許容荷重以上となった場合に出力検査の
途中で力覚センサー１０の出力特性を変化させてしまう
欠点を有していた。

又、このような人手による検査方法では、恒温槽等の環
境室で行う場合等、特にドアの開閉による温度の不安定
要因が発生してしまうばかりでなく、検査に要する時間
も長くなってしまう等の問題点が有った。

本発明は上述の問題を解決して、力覚セン号−１０を一
度取付けるだけで、各軸の荷重と出力を検査することが
出来、又、各軸のヒステリシス測定を自動で行うことが
可能な自動検査装置を提供することを課題とする。

（課題を達成するための手段） 上述の課題を達成するために、拡散歪ゲージを形成した
シリコン単結晶板を起歪体上に接合してなる力覚センサ
ー１０の検査装置において、前記力覚セン号−１０を保
持し、その保持姿勢を変換する保持装置５と、前記力覚
センナ−１０の検出アーム１３に装着し、かつ先端に球
状部５６２を有する接触部材５６と、前記接触部材５６
０球状部５６２を掛止し、かつ上方に向かって荷重を付
与する荷重印加装置４３とを設けたものである。

なお、前記保持装置５は保持された前記力覚センサー１
０を、その検出アーム１３の中心線を軸として回動せし
めることにより、この力覚センサーのＸ軸又はＹ軸方向
がそのＺ軸と垂直な平面内で任意の回動姿勢に変換可能
な構造であるものと、前記力覚センサー１０を、その検
出アーム１３の中心線を含む垂直平面内で任意の回動姿
勢に変換可能な構造であるものとがある。

又、前記荷重印加装置４３の接触部材５６の球状部５６
２を掛止する受金４３４は前記接触部材５６の球状部５
６２の直径より小さい直径の丸孔４３４ａと、この丸孔
４３４ａと前記受金４３４の先端までの間は前記接触部
材５６の球状部５６２を保持している接続部５６３の直
径より大きい幅の溝４３４ｂとで構成されているもので
ある。

（作用） 上述のように、荷重印加部４３のアーム４３３の下端の
受金４３４の丸孔４３４ａ及び溝４３４ｂと接触部材５
６の球状部５６２及び接続部５６３の寸法差により、接
触部材５６の先端には常に上向きの力を加えることが出
来るので、センサー取付台５５に固定した力覚センサー
１０には水平軸に沿っての回転及び垂直軸に沿っての回
転により任意にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿った力を印加可
能となる。

（実施例） 第７図は本発明の力覚セン号−用自動検査装置の斜視図
、第８図は部分斜視図で、（イ）は取付けた力覚センサ
一部分の拡大斜視図、（ロ）は力覚センサーに取付けた
接触部材の先端とアームの先端の受金との拡大斜視図で
ある。

検査装置はベース３の上に設けられた荷重印加装置４と
力覚センサー１０の保持装置５とよりなる。

荷重印加装置４はベース３に垂直に立てられた支持板４
１と、上下方向の駆動装置４２と、荷重印加部４３とよ
りなる。

支持板４１はベース３に垂直に立てられた垂直部４１１
　と、この上端に設けられた水平部４１２と、この水平
部４１２の上側に垂直に立てられた２本の案内棒４１３
．４１３とよりなる。

駆動装置４２は前記支持板４１の水平部４１２の下側で
垂直部４１１に固定され、ステンビングモータと電磁ブ
レーキよりなる第一駆動部４２１と、この第一駆動部４
２１と駆動棒４２２で連結され、前記案内棒４１３によ
り上下方向のみに摺動可能なスライダー４２３と、この
スライダー４２３に固定され、前記荷重印加部４３を釣
支するホルダー４２４　とよりなる。

荷重印加部４３は上記ホルダー４２４から２本のコイル
ばね４３１．４３１で釣支されたロードセル４３２と、
このロードセル４３２に釣支され、側面がコ字形のアー
ム４３３　とからなる。

なお、この釣支される順は上記ホルダー４２４からロー
ドセル４３２．２本のコイルばね４．３１．４３１、及
びアーム４３３の順でも良い。

このアーム４３３のコ字状の下側水平部には水平に受金
４３４が固定されており、この受金４３４の先端部には
丸孔４３４ａと、この丸孔４３４ａがら受金４３４の先
端まで１４３４ｂとが開設されている。上側水平部には
その中間部に上記ロードセル４３２に釣支されるように
回動自在に釣支金具４３５で連結されており、コ字状の
垂直部と反対側の端部にはこの釣支点の真下に上記丸孔
４３４ａが来るようにバランサー４３６でバランスがと
られている。

力覚センサー１０の保持装置５は上記ベース３上に垂直
に植設された２本の支柱５１．５１と、この支柱５１．
５１間で水平軸で回動可能に保持されているコ字状の保
持部５２と、この保持部５２の中心部にこのコ字状の面
に垂直で、かつ上記水平軸と直交する方向に電離ブレー
キ付ステンピングモータで構成された第二駆動部５３と
よりなる。

保持部５２には一端にバランサー５２１が固定されてお
り、全体の重心が上記水平軸上に来るようにバランスを
とっである。又、支柱５１の片側にはこの支柱５１に固
定された電磁ブレーキ付ステンピングモータで構成され
た第三駆動部５４により、上記保持部５２を水平及び垂
直方向に回動するように構成されている。

第三駆動部５４には保持部５２のコ字状の内側にセンサ
ー取付台５５が回動可能に設けられている。

なお、測定時に力覚センサー１０の検出アーム１３の先
端に取付ける接触部材５６は検出アーム１３に接続させ
るジヨイント部５６１　と、先端の球状部５６２と、こ
れらジヨイント部５６１と球状部５６２とを連結してい
る接続部５６３とよりなる。

この接触部材５６と上記受金４３４の先端部分の寸法の
関係は次のように構成されている。即ち、球状部５６２
の直径Ｒと、受金４３４の丸孔４３４ａの直径ｒとは　
Ｒ＞ｒ　　となるように構成されており、接続部５６３
ノ直径りと、受金４３４　（７）ｉ４３４ｂ（７）幅り
とは　Ｄ＜Ｌ　　となるように構成されている。

次に本検査装置の動作及び測定手順について説明する。

１）ロードセル４３２のチエツクを行うため、力覚セン
サー１０を取付けずに、アーム４３３の重量のみが負荷
された状態でロードセル４３２の出力を測定する。次に
アーム４３３に成る重量の分銅を乗せて再度出力を測定
する。これにより、ロードセル４３２の出力と荷重の関
係を知ることが出来る。

なお、この関係の直線性を調べるために、更にもう１個
所、重量を変えてロードセル４３２の出力を測定するこ
とが好ましい。

２）力覚センサー１０に取付けた接触部材５６と力覚セ
ンサー１０の姿勢を変えることにより発生する力を除去
するためのデーターを本来の検査時の姿勢と同様にして
取る。

３）アーム４３３を力覚センサー１０に取付けられた接
触部材５６の球状部５６２に接触し、力覚センサー１０
の姿勢を変え、荷重を増減しなから力覚センサー１０の
出力を測定する。なお、姿勢変更中はモーターによる振
動が有るため、変更が完全に終了した状態でのみ力覚セ
ンサー１０の出力を測定する必要がある。

４）前記３）により得られた出力値から前記２）で得ら
れた出力値を差し引くことにより、本来の得ようとする
出力値を算出することが出来る。

以上の各動作は力覚センサー１０を取付は後は、全ての
動作が連続して行えるようにプログラムしておくことに
より、自動制御が可能である。

（発明の効果） 上述のように、自動検査装置による測定によって、環境
温度による人為的影響を受けずに、又、荷重変更による
人為的影響を受けることなく力覚センサーの出力検査を
することが出来る。

更に、従来の測定方法でしばしば測定誤差が大きな問題
となっていたが、本発明による検査装置によれば、モー
メントや荷重の変更が治具を変えずに成し得るので、正
確な検出データーを得ることが可能となる。

この結果 １）荷重の変更による力覚センサーの破損が解消出来る
。

２）恒温槽等の試験の場合、ドアの開閉等で測定のため
の温度による不安定要因を発生させず、又、温度の安定
までに要するロス時間を節約することが出来る。

３）モーメントや荷重の変更に測定誤差が発生せず、よ
り正確な検出データーを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は起歪体断面図、第２図はＸ　（Ｙ）軸方向の変
形シュミレーション図、第３図はＺ軸方向の押力（張力
）の変形シュミレーション図、第４図はＸ軸周ブリフジ
回路図、第５図はＹ軸用プリッジ回路図、第６図はＺ軸
周ブリッジ回路図、第７図は本発明の力覚センサー用自
動検査装置の斜視図、第８図は部分斜視図で、（イ）は
取付けた力覚センサ一部分の拡大斜視図、（ロ）は力覚
センサーに取付けたジヨイントの先端とアームの受端部
分との拡大斜視図である。 ４：荷重印加装置、　１０：力覚センサー　　１３：検
出アーム、　４２：駆動装置、　４２１：第一駆動部、
　４３：荷重印加部、　４３２：ロードセル、４３４：
受金、　４３４ａ　：丸孔、　４３４ｂ　：　ｉ、　５
：保持装置、　５３：第二駆動部、　５４：第三駆動部
、５５：センサー取付台、　５６：接触部材、　５６２
：球状部、　５６３：接続部。 写１ワ 箋２ρ 〆一−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）拡散歪ゲージを形成したシリコン単結晶板を起歪体
   上に接合してなる拡散型力覚センサーの検査装置におい
   て、前記拡散型力覚センサーを保持し、その保持姿勢を
   変換する保持装置と、前記拡散型力覚センサーの検出ア
   ームに装着し、かつ先端に球状部を有する接触部材と、
   前記接触部材の球状部を掛止し、かつ上方に向かって荷
   重を付与する荷重印加装置とを設けたことを特徴とする
   力覚センサー用自動検査装置。 ２）前記保持装置は保持された前記拡散型力覚センサー
   を、その検出アームの中心線を軸として回動せしめるこ
   とにより、この力覚センサーのＸ軸又はＹ軸方向がその
   Ｚ軸と垂直な平面内で任意の回動姿勢に変換可能な構造
   であることを特徴とする第１項記載の力覚センサー用自
   動検査装置。 ３）前記保持装置は保持れれた前記拡散型力覚センサー
   を、その検出アームの中心線を含む垂直平面内で任意の
   回動姿勢に変換可能な構造であることを特徴とする第１
   項記載の力覚センサー用自動検査装置。 ４）前記荷重印加装置の接触部材の球状部を掛止する受
   金は前記接触部材の球状部の直径より小さい直径の丸孔
   と、この丸孔と前記受金の先端までの間は前記接触部材
   の球状部を保持している接続部の直径より大きい幅の溝
   とで構成されていることを特徴とする第１項記載の力覚
   センサー用自動検査装置。