JPH0458136A

JPH0458136A - 計測システム

Info

Publication number: JPH0458136A
Application number: JP16687790A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shiraishi; 白石　満; Hideo Kato; 秀雄加藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1992-02-25

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】目次〔概要〕〔産業上の利用分野〕〔従来の技術〕〔課題を解決するための手段及び作用〕（１）測定系の
構成（支））測定方法の説明（３）データ処理系の方法（４）データ処理の方法（５）まとめ〔実施例〕（概要説明）（測定方法の説明）（１）曲げにおける力と変位の関係（２）捩じり特性（３）分布特性（４）疲労測定（５）応力緩和（６）クリープ特性（７）組立特性（８）組み合わせ測定の例〔発明の効果〕〔概　要〕被測定物の変位等の機械的特性を測定する計測システム
に関し、変位、歪み、応力等の測定とこれらの分布特性の算出を
自動的にかつ正確に行う計測システムを目的とし、押付はロッドを被測定物に押しつける押付はロボットと
、被測定物の変位を変位計を介して検知するセンシング
ロボットと備え、マイクロプロセッサによる演算により
スプライン関数を用いて機械的特性を測定する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は計測システムに関し、特に計測ロボットを用い
て、製品又は部品の機械的な特性、例えば、プラスチッ
クモールド品について複数の機械的な特性を容易に測定
することができる計測システムに関するものである。

近年、製品の高機能化と軽量化の要請のもとに、構造設
計の分野ではプラスチックモールド技術を用いて材料の
薄肉化を図り、必要にして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。

例えば、情報機器の分野では携帯型のパソコン、ワープ
ロ機器に代表されるように機器のパーソナル化が急速に
進み、そのために製品のモールド化率を上げて極力軽量
化を図る努力がなされている。

しかし、プラスチックの特性は複雑であり、成形条件、
形状、荷重の大きさ、荷重をかけている時間等の各種要
因により影響を受けるので、プラスチックモールド技術
■計するためには各種の測定を多数行い、設計のための
多くのデータを揃える必要がある。

プラスチックモールド品は一般に曲げ荷重がかかる状態
で使用されるので、曲げ荷重における変位と歪みの測定
が重要である。この場合、解析の基本は、材料の微小領
域ｄＡにおける、力の釣り合い、変位と歪みの関係、及
び応力と歪みの関係、である。このように機械的特性を
評価する上で、力、応力、変位、歪みは重要な要素であ
るが、この内、変位と歪みは幾何学的量であり、力と応
力は力学的量である。

一般に、プラスチックモールド品の仕様は、「一定の押
しつけ力を加えたときの最大変位を所定値以下にする」
ように規定される。さらに、強度は部品の応力又は歪み
で評価される。この場合、応力は直接的に測定できる量
ではないので歪みを測定し応力値に換算する。

〔従来技術〕

従来から材料レベルでの測定評価が一般に行われている
。材料の特性評価についてはＪＩＳ規格で試験片の形状
、試験項目、試験方法等が定められている。また、実際
の試験機も試験内容に応じて専用の装置が使用されてい
る。従って、従来はＪＩＳ規格に沿った材料試験が主と
してなされている。

この場合、材料レベルでの測定は、ＪＩＳ試験片以外の
形状の実物での測定に迅速に対応できず、また、複数の
組み合わせた測定ができない等の問題がある。

一方、試験片以外の実物の試験において、押しつけ力に
よる変位の測定は特定の位置においてなされるのが主で
ある。従って、任意の位置に外力を与え、そのとき生じ
る部品の変形を部品全体において測定する装置はない。

また、歪みの測定は歪みゲージを試験部品に貼る方法が
一般的である。

しかし、１枚の歪みゲージで測定できる範囲は１点にお
ける特定方向の歪みのみである。さらに歪みゲージを使
用するためには接着作業やリード線処理を必要とするた
め取り扱いが煩雑になる。

本発明の目的は、押しつけロボットとセンシングロボッ
トを有する計測ロボットを用いて、製品又は部品の機械
的な特性、例えば、プラスチックモールド品について複
数の機械的な特性を容易に測定することができる計測シ
ステムを提供することにある。

本発明では、例えば、押し付はロボットの押し付は位置
を任意に指定でき、そのときの変位分布も容易に測定す
ることができる。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明の構成及
び作用を第１乃至第６図に沿って説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の基本構成を測定系とデ
ータ処理系に分けてブロック図で表したものである。

（１）測定系の構成第１図（ａ）は測定系の構成図であり、図中、ｌは被測
定物であり、２は被測定物を保持する被測定物設定手段
であり測定内容に応じて交換可能な構成である。１０は
接触手段１１を介して、被測定物の指令された位置に指
令された力を付与できる荷重設定用移動手段である。接
触手段１１は測定内容に応じて交換可能な構成とする。

２０は被測定物の指定された位置における変位を測定す
ることが可能な変位検出用移動手段である。３０は指令
装置であり、測定系の各装置に指令を与えることが可能
である。３１は測定手順を格納している測定手順格納装
置である。３２は測定データを格納する測定データ格納
装置である。

第２図は、第１図（ａ）の荷重設定用移動手段１０と変
位検出用移動手段２０の詳細ブロック図である。荷重設
定用移動手段１０は第１の移動機構１２と力検出手段１
３と第１の移動機構用制御装置１４により構成されてい
る。

荷重設定用手段１０の動作方法には大別して次の２つの
方法がある。

■指令装置３０から第１の移動機構用制御装置１４に位
置指令値及び移動中の速度指令値を与える。所定の位置
に移動するように、第１の移動機構用制御装置１４は第
１の移動機構１２に駆動用信号を指令する。このような
動作方法を以下では位置制御と称する。

■指令装置３０から第１の移動機構用制御装置１４に力
指令値を指令する。このとき第１の移動機構用制御装置
１４は、力検出手段１３の信号をみながら所定の力を出
すように第１の移動機構１２に駆動用信号を指令する。

このような動作方法を以下では力制御と称する。

また、指令装置３０は第１の移動機構用制御装置１４を
介して、第１の移動機構１２の位置情報、力検出手段１
３で検出した力情報を取り込むことができる。

変位検出用移動手段２０の動作方法は基本的には位置制
御である。即ち指令装置３０から第２の移動機構用制御
装置２３に位置及指令値及び移動中の速度指令値を与え
る。所定の位置に移動するように第２の移動機構用制御
装置２３は第２の移動機構２１に駆動用信号を出力する
。

指令装置３０は第２の移動機構用制御装置２３を介して
、第２の移動機構２１の位置情報を取り込むことができ
る。なお、第２図では変位検出手段２２の出力は直接指
令装置３０に取り込むようになっているが、第２の移動
機構用制御装置２３を介して取り込んでもよい。

第３図は測定手順格納装置３１における測定手順の格納
形式と、測定データ格納装置３２における測定データの
格納形式を表したものである。動作手順格納装置３１内
には、第３図に示すように測定内容に応じていくつかの
測定手順が格納されており、測定内容に応じて指令装置
３０に転送されるようになっている。測定されたデータ
も第３図に示すように指令装置３０からの指令により。

測定内容に応じて個別に測定データ格納装置３２に格納
されるようになっている。

（２）測定方法の説明このような測定系の基本構成において、測定は次のよう
にして行う。第５図は指令装置３０の基本動作フローチ
ャートである。測定内容に応じて被測定物設定手段２を
選定して被測定物設定手段２に被測定物１をセットする
。次にオペレータはコンソール３３を介して指令装置３
０にコマンドを入力する。指令装置３０はコマンドの内
容を解釈して測定手順格納装置３−１から必要な測定手
順を読み込み、測定手順の内容に応じて荷重設定用移動
手段１０、変位検出用移動手段２０、時刻検出手段２４
．測定データ格納装置３２．コンソール３３の各装置に
指令を出したり、測定データを取り込んだりして測定を
遂行する。

（３）データ処理系の構成第１図ら）はデータ処理系の基本構成図である。

図中、４０はデータ処理装置であり、４１はデータ処理
手順を格納しているデータ処理手順装置である。４２は
測定データ格納装置であり、第１図（ａ）における測定
データ格納装置３２と同一のものを使用してもよいし、
別のものでもよい。但し。

別の装置を使用するときは、測定データ格納装置４２に
格納されている測定データは測定データ格納装置３２に
格納されているデータの全であるいは一部を複写したも
のとする。オペレータはコンソール４４を介してデータ
処理装置と通信可能である。４３は測定結果を出力する
装置である。なお、データ処理手順格納装置４１は第４
図に示すようにデータ処理内容に応じてデータ処理手順
を格納している。

（４）データ処理の方法このような基本構成において、データ処理は次のように
して行う。第６図はデータ処理の基本処理フローチャー
トである。オペレータはコンソール４４を介してデータ
処理装置４０にデータ処理のコマンドを送る。データ処
理装置４０はコマンドの内容を解釈してデータ処理手順
格納装置４工から処理に必要なデータ処理手順を、測定
データ格納装置４２から処理に必要な測定データを取り
出し、データ処理手順の手続きにしたがって測定データ
に数値処理を施し、結果を測定結果出力装置４３に出力
する。

（５）測定系とデータ処理系をまとめると次のようにな
る。

本発明の測定系は、 ■被測定物１をセットする被測定物設定手段２と、 ■接触手段１１を介して被測定物１の指定された位置に
指定された力をかけたり、あるいは指定された位置に指
定された変位を与えてそのときに被測定物にかけている
力を測定できる荷重設定用移動手段１０と、 ■荷重あるいは変位を与えられたときの被測定物１の指
定された位置における変位を測定できる変位検出用移動
手段２０と、 ■被測定物にかかっている力あるいは変位及びそれらの
値を測定した時刻等を記録できる測定データ格納装置３
２と、 ■時刻検出手段３４と、 ■測定内容に応じた測定手順を格納している測定手段格
納装置３１と、 ■測定手順格納装置３１に格納されている測定手順にし
たがって、荷重設定用移動手段１０と変位測定用移動手
段２０と測定データ格納装置３２に指令を送出する指令
装置３０と、 ■データ処理手順格納装置４１と、 ■データ処理手順格納装置に格納されているデータ処理
手順に従い、測定データを処理するデータ処理装置４０
と、により構成され、測定に際しては、測定内容に応じて被測定物設定手段２と、接触手段１１と、測定手順格納
装置３１に格納されている測定手順とを選択して測定を
行い、データ処理に際しては、処理内容に応じて、データ処理
手順格納装置４２に格納されているデータ処理手順と、
測定データ処理装置４２に格納されている測定データと
を選択してデータ処理を行うことにより、試験片だけでなく実際の試作品あるいは製品における各
種の測定を、精度よくかつ迅速に、行うことができる計
測システムを実現したものである。

〔実施例〕

以下、図面に沿って実施例を説明する。

（概要説明）以下に実施例構成の概要を説明する。

第７図は測定系の実施例構成図である。第７図では説明
の都合上、座標ｘ、ｚを図示のようにとる。Ｙ軸は紙面
に垂直に手前側から向こう側にとるものとする。５０は
被測定物であり、被測定物設定手段である部材５１にそ
の一端が固定されている。部材５１は測定内容に応じて
、他の被測定物設定手段に交換可能である。６０．６１
はそれぞれ、第１の移動手段及び第２の移動手段を実現
するためのロボットである。ロボット６０．６１は、ｘ
ＹＺ軸方向の直進移動及びＺ軸回りの回転が可能な４自
由度を有し、各軸の移動用アクチュエータとしてＤＣモ
ータを使用している。

以下では、ロボット６０を押付はロボットと呼び、ロボ
ット６１をセンシングロボットと呼ぶことにする。押付
はロボット６０の先端には力検出手段として、６軸方向
の力（ＸＹＺ方向の力及びＸＹＺ軸回りのモーメント）
を検出可能な力センサ６２が装着されている。６３は接
触手段を実現するロッドであり、測定内容に応じて他の
接触手段と交換可能である。押付はロボッ）６０と力覚
センサ６２とロッド６３で荷重設定用移動手段を構成し
ている。センシングロボット６１の先端には、被測定物
５０のＺ軸方向の高さを検出するための変位計６４が装
着されていて、センシングロボット６１と変位計６４で
変位検出用移動手段を構成している。押付はロボット６
０、センシングロボット６１、部材５１はそれぞれ架台
５２．５３．５４の上に固定されており、架台５２．５
３．５４は板５５〜５８により相互に固定されている。

第８図は第７図構成をもとにした測定系の実施例の概略
ブロック図である。第８図において、指令装置とデータ
処理装置と時刻検出手段は計算機７０により構成される
。計算機としてはパソコン、ＥＷＳ等を使用すればシス
テムをコンパクトにすることができる。時刻検出手段と
しては計算機に内蔵されている時計を利用することがで
きる。測定手順格納装置、測定データ格納装置、データ
処理手順格納装置は何れも計算機７０用のメモリ７１．
７２．７３を使用している。メモリ媒体としては磁気デ
ィスク媒体とフロッピィ媒体を併用している。測定結果
出力装置として計算機の周辺装置であるプリンタ７４、
プロッタ７５を使用している。コンソールとして計算機
７００周辺装置であるキーボード７６とデイスプレィ７
７とマウス７８を使用している。なお、デイスプレィ７
７は測定結果出力装置として併用してもよい。

動作手順を格納しているメモリ７１に格納されている個
々の測定手順は測定に先立ってオペレータが作成する。

−回動作手順を作成しておけば、必要に応じて計算機７
０に取り込むことにより容易に同じ測定を繰り返すこと
ができる。動作手順の作成に際しては、計算機７０がテ
キスト編集機能を有している場合はこの機能を活用して
、計算機７０上で作成してもよい。こうすることにより
測定手順の作成を効率的に行うことができる。測定デー
タを格納するメモリ７２は計算機７００指令に基づき測
定データを格納する。測定データを格納するメモリ７２
に格納されるデータの形式、データの数等は計算機７０
の指令に基づいて決まる。

測定に際しては、オペレータはキーボード７６、デイス
プレィ７７、マウス７８のコンソール機能を介して、計
算機７０（指令装置の機能）にコマンドを送り、このコ
マンドに基づいて、計算機７０は測定手順を格納してい
るメモリ７１から測定手順を読み込んで測定を行う。な
お、測定の途中でも指令装置である計算機７０とオペレ
ータはコンソールを通して随時情報のやり取りを行って
もよい。例えば、測定データを格納すべきファイル名を
オペレータからの指定により決定するときは、測定手順
のなかにオペレータからファイル名を読み込む手順を組
み込んでおくことにより、指令装置である計算機７０と
オペレータはコンソールを介して会話的にファイル名を
変更することが可能となる。

データ処理に際しては、オペレータはキーボード７６、
デイスプレィ７７、マウス７８のコンソール機能を介し
て計算機７０（データ処理機能）にコマンドを送り、こ
のコマンドに基づいて計算機７０はデータ処理手順を格
納しているメモリ７３からデータ処理手順を読み込み、
測定データを格納しているメモリ７２から処理すべき測
定データを読み込み、データ処理手順にしたがって測定
データを処理し、処理結果を測定結果を出力するための
装置であるプリンタ７４またはプロッタ７５に出力する
。

第９図は測定系周辺の詳細ブロック図である。

押付はロボット６０とセンシングロボット６１に与える
駆動用信号はこの場合モータに流すモータ電流である。

被測定物の変位は具体的には次のようにして測定する。

第７図において、センシングロボット６１のＺ軸方向の
位置と変位計６４の出力の和から被測定物５０の高さを
知ることができる。また。

押付はロボット６０で被測定物５０に力制御で力をかけ
るときに、力をかける前と後で同じＸＹ位置において高
さを測定し両者の差を取れば変位を測定することができ
る。同様にして異なる条件（例えば、測定時刻が異なる
場合）において同じＸＹ位置における高さを測定し、両
者の差を取れば条件が与えられたときの変位を求めるこ
とができる。

なお、変位計６４の出力が零になるように計算機７０か
らセンシングロボット用制御装置６６に指令値を与える
ようにすれば変位計６４の出力は常に零になるので、セ
ンシングロボット６１のＺ軸方向の位置情報のみから被
測定物の高さを測定することができる。このようにする
ことにより異なる被測定物を測定するときに被測定物の
特性により変位計の出力が変動する場合においても、被
測定物によらず精度よく変位を測定することが可能とな
る。

（測定方法の説明）以下では個々の測定内容に応じて、測定手順及びデータ
処理の方法を中心に具体的に説明する。

（１）曲げにおける力と変位の関係被測定物に曲げ力をかけたときの力と変位の測定例を図
面に沿って説明する。

第１０図は測定装置である。図中、１００は測定台、１
（１１．１０２は支持台であり、その上に被測定物１０
５が載置されている。１０３．１０４は被測定物１０５
を交換するときに左右の位置を決めるための位置決め用
板である。被測定物１０５の中央の押付は位置に押付は
ロボット６０（第７図参照）の先端に取りつけられた接
触手段であるロッド１０６で被測定物１０５に力をかけ
る。この場合、台１００、支持台１（１１．１０２、位
置決め用板１０３．１０４が被測定物設定手段となる。

第１１図は押し付は位置における力と変位の測定手順フ
ローチャートである。ステップ３．６゜１０からも明ら
かなように、本測定は押付はロボット６０の押しつけ位
置への移動、押しつけ力、初期位置への復帰等の押付は
ロボット６０のみの情報を使用している。

このように１本システムの一部の機能のみを利用して測
定を行っても本発明の主旨からはずれるものではない。

なお、ステップ５において、力指令を出した後一定時間
待っているのは、被測定物１０５にかかる力が変化した
ときに生じる振動の影響を小さくするために必要な処置
である。待ち時間は測定目的等に応じて決めればよく、
待ち時間の大きさ自体は本発明の主旨に影響を与えるも
のではない。

第１２図（１）〜（６）は変位と力の関係を示す測定例
である。Ｎは力の単位の二ニートンである。グラフは力
をＯＮ、５　Ｎ、　１０　Ｎ　、１５　Ｎ、　２０　Ｎ
　　と増加させた後（実線）　、１５　Ｎ、　１０　Ｎ
、　５　Ｎ、　ＯＮと減少（点線）させたものである。

図中、（１）〜（６）は材料を変えて測定したグラフで
あり、各材料の試料数を約１０個とした。変位の測定は
、まず、押付はロボットにＯＮの力指令を与えてロッド
１０６を被測定物１０５の押付は位置に接触させ、被測
定物１０５の高さＺ。を測定する。その後押しつけ力を
例えば１０　Ｎ指令したときの高さＺｌ。を測定する。

両者の差　Ｚ＋ｏ　　Ｚｏから変位を求めることができ
る。

第１３図は第１２図の測定データに統計処理を行い平均
値と標準偏差を求めた結果のグラフである。測定として
は比較的単純であるが、同様の測定を重りを用いて人手
で行うには多くの時間と労力を要する。これに対して、
本発明では被測定物１０５を設定した後は自動測定が可
能なため、労力を大幅に軽減することができる。被測定
物１０５を設定した後は測定システムを使用することに
より自動測定が可能となる。

なお、ここでは力を変化させてそのときの変位を測定し
たが、逆にロッド１０６で被測定物に変位を与え、その
ときの力センサの出力を測定すれば同様にして変位を変
化させたときの変位と力の関係を測定することができる
。また、当然押付は位置は中央である必要はなく、測定
目的に応じて任意の位置を指令することができ、被測定
物１０５の任意の位置において同様の測定が可能となる
。

（２）捩じり特性第１４図は被測定物に捩じりモーメントをかけたときの
捩じりモーメントと捩じり角の関係の測定装置である。

図において、ねじりジグは第７図に示す架台５３の上に
取付けられる。被測定物の一方の端部は固定側のチャッ
クで把持され、他方は回転側のチャックに把持される。

回転側のチャックは回転板に取り付けられ、回転板はロ
ボットにより荷重点Ｐに所定の力与えて回転される。こ
の回転により被測定物は捩じられる。回転中心からＲの
距離における荷重点Ｐをロボットにより力Ｆで押すと、
被測定物には、Ｍ＝Ｆ−Ｒの捩じりモーメントが発生す
る。荷重点Ｐにおける捩じり角をθとすると、 θ＝　ｔ　ａ　ｎ−’　（ｄ／Ｒ）となる。

第１５図（１）〜（６）は上式から求めた測定例を示す
。

縦軸はねじり角、横軸はねじりモーメントである。

第１２図と同様に、実線はねじりモーメントを増加させ
た場合、点線は減少させた場合である。（１）〜（６）
は試料が異なり、各試料数は約１０個である。

第１６図（１）〜（６）は第１５図の結果に統計処理を
施して平均値と標準偏差を求めた結果である。

ねじりの測定手順は基本的に曲げの場合と同様に第１１
図のフローチャートで表される。この場合も（１）の場
合と同様に押付は位置における力と変位の関係が求まる
ので、この力と変位の関係から更に捩じりモーメントと
捩じり角の関係が上式のようにして求められる。

（３）分布特性次に分布特性の測定について説明する。

第１７図は分布データの処理手順を示し、第１８図は変
位分布の測定方法を示す。変位分布を測定するときには
被測定物の押付は位置に押付はロボット６０で力を与え
、そのときの変形量をセンシングロボット６１で測定す
る。第１９図は押付は位置にかける力を変化させて測定
するときの測定手順を示し、第２０図は押付は位置にお
ける力を一定にして、変位を指定された時間間隔で測定
する場合の測定手順を示している。この場合、両者を混
合した測定手順も考えられるが、この場合でも本発明は
当然適用するこができる。

第１７図では、測定したデータをスプライン平滑法によ
る第１の数値処理を行って変位分布関数を求め、次に微
分及び座標変換による第２の数値処理を行い、曲率、歪
み、応力等の分布を得る。

この場合、押付は力は１通りであってもよい。第１８図
ではステップ１〜７に示すように、押しつけロボットに
力０を指令した後（ステップ２）、押付は位置に力をか
けていない状態で被測定物の高さを測定しくステップ３
）、ロボットに力を指令しくステップ４）、力をかけた
状態で同じ位置における高さを測定する（ステップ５）
。

第１９図は被測定物の高さを測定した後、指定されたフ
ァイルに書き込む処理手順を示す。図示のように、セン
シングロボット６１を被測定物の高さを測定する位置に
移動させ（ステップ２）、センシングロボットの位置情
報と変位計の出力と時刻を読み込み、ファイルに書き込
む（ステップ３）。この場合、多数の位置における変位
を測定するためにはセンシングロボット６１に指令する
手順を簡単に、かつ信頼性高く生成する必要がある。

このような点を考慮して、ステップ２．３を行うセンシ
ングロボットを動作させる具体的手順は、特願平（１１
−２９８７６７号「計測ロボットのアーム制御方式」、
特願平（１１−２３００９７号「ロボット制御方法」及
び特願平０２−１１０４８６　ｒ計測ロボットの位置決
め制御方法及び装置」に関連技術として記載されている
。

また、押付はロボット６０が押している位置での高さは
、押付はロボット６０のＺ軸方向の高さから測定するこ
とができる。そして、押付は位置近辺での高さを測定す
るためには接触機構とセンシングロボット６１のスキャ
ン動作を工夫すればよい。この具体的方法については特
願平（１１−２７９７７２号「変形量測定装置」に関連
技術として記載されている。

また、被測定物５０に切り欠きがある場合には、これを
切り欠きがないと見なして変位曲面の式を求めこの式か
ら切り欠きかある場合について求める。この具体的方法
については特願平（１１−２３５９１７号「変位量測定
装置」に関連技術として記載されている。

さらに、本例以外の押付はロボット６０、センシングロ
ボット６１及び被測定物５０の配置については特願平（
１１−２７９７７３号「計測ロボットの配置」に関連技
術として記載されている。

第２０図は測定時間を考慮した変位分布の測定手順のフ
ローチャートである。第１８図のフローチャートと比較
すると明らかなように、第１８図のフローチャートに対
して、指定された時間だけ待つステップ５が追加されて
いる。本発明では第１７図に示すように測定した個々の
離散的なデータに第１の数値処理を施して変位分布の式
Ｗ　（Ｘ。

ｙ、　　ｔ）を求める。そして、この変位分布の式Ｗ（
ｘ、ｙ、ｔ）は、少なくとも限定された範囲では変数Ｘ
またはｙに関して２同機分可能な関数として求める。こ
のようにして求めた変位分布の式ｗ　（ｘ、　　ｙ、　
　ｔ）に微分、座標変換等の第２の数値処理を施すこと
により、変位分布だけでなく曲率分布、歪分布、応力分
布等の各種の特性を求めるようになっている。

第２１図は変位分布データの処理手順フローチャートで
ある。ステップ１０基準データは必ずしも力をかける前
のデータのみを意味していない。

必要に応じて他のデータを使用してもよい。例えば、力
をかけた直後のデータを基準として力をかけて１時間後
のデータに関する変位データを求めてもよい。具体的に
は特願平（１１−１５５６８１号「曲率算出装置Ｊに関
連技術として記載されている。

なお、変位分布の式Ｗは、常にｘ、　　ｙ、　　ｔの関
数として求める必要はなく必要に応じて変数Ｘ。

ｙ、ｔの全であるいは何れか限定された変数の関数とし
て求めてもよい。例えば、　　ｘ、　　ｙの関数Ｗ（Ｘ
、ｙ）、変位Ｘのみの関数ｗ　（ｘ）として求めてもよ
い。本測定方法は、筐体等の比較的柔らかい構造体の評
価を行うときに特に有効である。

以下に具体的な測定例について説明する。

（ａ）線形材料の測定例は関連技術である特願平（１１
−１５５６８１号「曲率算出装置」を参照しつつさらに
詳しく説明する。

最初に線形材料である金属を用いた測定例をもとに説明
する。

第２２図は変位測定治具の要部構成図である。

この治具は計測ロボットの台座に配置される。被測定物
５０である金属板の一端をボルトで固定し点Ｐに押付は
ロボットにより力をかける。このときの被測定物の変位
を格子状の８×１０の各点でセンシングロボットを使用
して変位を測定する。

この場合１時間による影響は無視できるので、８×１０
点における変位データから求めるべき変位分布の式は座
標ｘ、　　ｙの関数としてｗ　（ｘ、　　ｙ）と表され
る。ここで問題となるのは離散的な測定データから２階
微分可能な変位分布の式Ｗ　（Ｘ。

ｙ）を如何に求めるかという点である。

変位分布の式ｗ　（ｘ、　　ｙ）の各測定点をＸとｙの
多項式で表現するとｗ　（ｘ、　　ｙ）の次数が高くな
り振動の激しい関数となり易く現実的でない。

一方、スプライン補間による方法が考えられる。

しかし、この方法は変位分布を求める際には有効である
が、微分値を求めるには測定誤差の影響を受けやすく実
用的でない。そこで、スプライン平滑化手法を利用して
測定誤差の影響の少ない変位分布の式ｗ　（ｘ、ｙ）を
求めることにしている。

変位分布の式ｗ　（ｘ、ｙ）が求まれば、数学的、材料
力学の面で得られている知識を適用することにより各種
の処理を行うことができる。例えば、関数ｗ　（ｘ、　
　ｙ）のＸ軸に沿った曲率半径をｒｘｘ（ｘ、　　ｙ）
とすれば、ｒｘｘ　（ｘ、ｙ）と関数Ｗ（ｘ、ｙ）との
間には数学的に、２ｗの関係が成り立つことが知られている。ただし、（ａｗ
／ｃ？ｘ）　２＜＜１であるから、近似的に、と表される。また、このように処理しても実用上問題な
い。同様にして、Ｘ方向の曲率半径をｒｙｙ（ｘ、ｙ）
、捩じり率を１／ｒｘｙ　（ｘ、ｙ）とすると、ｌ　　　　　　　ａ２　ｗｒｙｙ　　　　　ａｙ” ｌ　、　　　　θ２　Ｗｒ、ｌｙ　　　　ａｘａｙと表される。以下では、Ｘ方向の曲率１／ｒ、。

（ｘ、ｙ）　、Ｘ方向の曲率１／ｒｙｙｓ　　（ｘ、　
　ｙ）捩じり率１／ｒｘｙ　（ｘ、ｙ）をまとめて単に
曲率と呼ぶことにする。

正の曲率は、対象面が上（２軸）方向に凹になっている
事を意味し、負の曲率は考えている面が上（２軸）方向
に凸になっている事を意味するので変位面の凹凸の状態
を知ることができる。このことは構造解析等のモデルを
構築する際に有用である。

一般に、材料力学において曲率半径ｒＸＸ（Ｘ。

ｙ）とＸ軸方向の電歪εＸＸ　（ｘ、　　ｙ）　　との
間には、 εＸにＸＸの関係が成り立つことが知られている。ここでＺは中立
面から考えている位置までのＺ方向の距離を表す。なお
、中立線は今の場合板の中央の面であり歪零の面である
。

同様に、Ｘ方向の電歪εｙｙ　（ｘ、　　ｙ）　、剪断
歪εｘｙ　（ｘ、　　ｙ）は次のように表される。

の関係が成り立つ。また、座標変換を施すことにより最
大主歪と最小主歪、最大剪断歪、最大主歪の向き等の各
分布を求めることもできる。

金属の場合、Ｘ軸方向の応力σ□、ｙ軸方向の応力σＹ
Ｙ＋　剪断応力σｙｙと歪ε□、εＹＹ＋　　ε、Ｉｙ
の間には次の関係がある。

特性（Ｅ、　　ｒ）が判っていれば、上の式より応力分
布を求めることができる。更に、応力の場合も歪の場合
と同様に座標変換をすることにより最大主応力と最小主
応力、最大剪断応力、最大主応力の向き等の各分布を求
めることができる。

（ｂ）クリープ特性を考慮した測定例について説明する
。これについては関連技術として平成２年５月１５日出
願の「クリープ測定装置」（出願人、富士通株式会社）
に具体的に記載されている。

以下に、プラスチックの測定例について説明する。

プラスチックの場合、力をかけた後においても時間とと
もに変形量が変化する。変位は次の２つに分けて考える
ことができる。

■弾性変位。これは被測定物に力をかけた直後の、主と
して荷重の大きさによって決まる変位である。

■クリープ変位　これは被測定物に力をかけた後、時間
とともに増加する変位である。

従って、実際に測定される変位は弾性変位とクリープ変
位の和で表されることになる。本測定における測定手順
は、第３６図に示した方法によればよい。なお、この場
合においても力をかけた直後の変位のみを問題にすると
きは基本的には上述の（ａ）の場合と同じように扱うこ
とができる。

測定データの処理においては、測定時刻を考慮した取り
扱いが必要となる。

（Ｃ）中立線の伸びを考慮する必要のある場合について
は関連技術として特願平０２−０５８８９５　ｒ歪分布
測定方法」に具体的に記載されている。

上記の２つの測定例では、板の中央（中立面）は歪が零
であるとしていたが、両端を固定されている部品に曲げ
力がかかった場合等には中立面に伸びが生じる。変位が
小さいときはこの伸びは無視できるため、上述した場合
と同様の取り扱いができる。しかし、変位が大きい場合
には中立面の伸びを考慮する必要がある。中立面の伸び
を考慮した場合については上記の特願平０２−０５８８
９５７歪分布測定方法」で説明している。

以上３つの測定例で示したように、本発明によれば、各
種の処理が可能となるが、本発明の特徴はこのような個
々の量を求めることより、むしろ単に離散的な数値でし
かない変位データに、第１の数値変換処理を施して第２
の数値処理が可能な変位分布の式を求め、この式に既存
の知識を組み合わせることにより様々な処理を可能とす
る点にある。

（４）疲労測定本発明を疲労試験に適用した第１の例を図２３〜３０に
示す。図２３は曲げ疲労装置の要部を示している。５０
はＪＩＳ試験片に準する形状の被測定物（被屈曲試験物
）である。３（１１は被測定物を支持する設定手段であ
る。３１０は被測定物を把持する接触手段である。押付
はロボット６０を上下方向に移動させて被測定物に繰り
返し変位を与えて曲げ疲労特性を行う。

接触手段３１０の詳細を第２４図（ａ）〜（ｄ）に示す
。具体的には関連技術として特願平（１１−０２３８７
９号「曲げ疲労試験装置Ｊ及び特願平０２−１０５４３
３号「曲げ疲労試験装置」に記載されている。

（ａ）は接触手段３１０の正面図を表している。

接触手段３１０は、（ｂ）に示した回転機構部３２０に
（Ｃ）に示した両面ローラ部３３０をスペーサ３１１を
介して取りつけた構成となっている。

また、両面ローラ部３３０は（ｄ）に示した片面ローラ
部３４０を２個スペーサ３３１．３３２を介して取りつ
けた構成となっている。

なお、（Ｃ）、（ｄ）に表した両面ローラ部３３０及び
片面ローラ部３４０もまた接触手段として使用可能であ
るように構成されている。即ち、（ａ）に示した接触手
段は、その機構の一部も接触手段として使用できるよう
に構成されている。

図２３に示したような構成において、ロボットを上下（
Ｚ）方向に移動させると被測定物５０は屈曲する。もし
、この屈曲に伴う接触手段と被測定物５０との相互関係
についての配慮が充分でないと測定条件が明確でなくな
り測定の信頼性が著しく低下する。図２４に示した接触
手段は何れもこのような点に配慮がなされている。被測
定物５０に片方向の変位を繰り返し与える片振りの疲労
試験の場合は、接触手段は常に被測定物の片側のみに接
触するので片面ローラ３４０を使用する。

この場合、被測定物５０が傾くにつれ接触位置が変化す
るため横方向に摩擦力が発生する。ローラはこのような
摩擦力の影響を極力小さくするためのものである。

被測定物５０に上下の両振りの変位を与えるときは、図
２４の（ａ）、または（ｃ）の接触手段を使用する。（
ａ）は変位の振幅が大きいときに使用する。被測定物の
変位が大きいときは被測定物の傾きが大きくなる。（ａ
）の接触手段はこの傾きを吸収し、かつ接触面での摩擦
が小さくなるようになっている。（Ｃ）は両振りの測定
において変位振幅が小さいときに使用する。変位振幅が
小さいときには、（ａ）に示した接触機構の場合、回転
機構の動きによる振動の影響が無視できない場合がある
。このような場合は（Ｃ）の接触手段を使用する。変位
振幅が小さいときは被測定物の傾きによる影響は小さい
ので（Ｃ）の接触手段を使用する。（Ｃ）の接触手段に
ついては、前述の特願平０２−０２３８７９号「曲げ疲
労試験装置」に関連技術が記載されている。

接触手段の採用にあたっては、ロボットを１サイクル繰
り返し変位を与えそのときの力センサの出力をモニタし
て判断すればよい。６軸の力センサを使用しているので
、被測定物に働いている力を総合的に判断できる。接触
手段としては必ずしも図２４のものに限定する必要はな
く、他の手段を採用してもよい。何れにせよ、力センサ
の出力により測定条件を明確にできるため測定の信頼性
を高めることができる。

第２５図は一個の被測定物を測定する手順のフローチャ
ートであり、第２６図は挙動データの格納手順である。

以下では、疲労回数を格納するためのファイルを疲労フ
ァイルと称し、また、１サイクル分の位置と力に関する
データを挙動データと称し、挙動データは第２６図に示
すように、サイクル毎に別のファイル（データファイル
と称する）に格納する（ステップ３）。ただし、挙動デ
ータも一括して疲労ファイルに格納しても本発明の主旨
に反するものではない。

第２５図において被測定物が疲労破壊したかと゛うかの
判定は次のようにして行う。疲労ファイルに測定条件等
を記入後（ステップ１．２）、押付はロボット６０を所
定位置に移動しくステップ３）、被測定物に最初に第１
サイクルの変位を与え（ステップ４）、挙動データを読
み込む（ステップ５）。

このときの位置と２方向の力に関する挙動データの出力
例を第２７図に示す。３２０は変位を表し、３２１はＺ
方向の力を表している。

Ｚ軸方向の最大力（第２７図Ｆ、）を算出しこれを初期
最大力Ｆ。とする。そして、動作を１サイクル繰り返す
度にＺ軸方向の最大力（第２７図のＦ、）を算出しこれ
をＦとする。Ｆが初期最大力Ｆ。の予め定められた割合
以下、例えば、０．６Ｆｏ　＞Ｆになったら疲労したとみなす。なお、疲労しなくとも予
め定められた繰り返し数になったら測定を中断してもよ
い。また、最大力として第２７図に示したＦ２の絶対値
を採用しても同様に測定可能である。

第２８図は疲労特性の処理手順であり、第２９図は挙動
データの処理手順である。このように測定データの処理
方法としては２つの方法を採用している。一つは、第２
８図のように多数のサンプルについて変位を変えて測定
し、変位と破壊した回数の関係を求めるものである。こ
の処理手順を以下では疲労特性の処理手順と称すること
にする。

このようにして得られる結果は通常、Ｓ−Ｎ曲線と呼ば
れるものに相当する。

もう一つの処理方法は第２９図のように挙動データを調
べるものであり、本発明に固有の処理方法である。以下
ではこの処理方法を挙動データの処理と称することにす
る。挙動データの処理を行う場合は、挙動データは１種
類であってもよいし、いくつかの挙動データを同時に表
示し比較を行ってもよい。比較する挙動データは同一サ
ンプルの異なるサイクルの挙動データでもよいし異なる
サンプル同士の挙動データでもよい。第２７図の出力例
は位置と力に関する挙動データを表した例である。

ところで、挙動データの処理を行うためには、全てのサ
イクルにおける挙動データを格納することが望まれる。

しかし、疲労試験においては第２７図の測定例からも分
かるように、−サイクル分の挙動データの格納には多く
のメモリ容量を必要とする。それを全てのサイクルにわ
たって格納するのは現実的ではない。そこで、我々は次
のような処置を取っている。

（ａ）第２５図に示すように、疲労判定に使用したピー
ク値の値を全サイクルにわたって格納する（ステップ８
）。

（ｂ）予め、定められたサイクルの挙動データに関して
は、全ての挙動データ（あるいはその一部）を格納する
（ステップ１０）。

（Ｃ）疲労破壊を検知したら、その直前のあらかじめ指
定された回数の挙動データを格納する。この機能を以下
ではバックトレース機能と呼ぶことにする。この機能を
実現する関連技術については平成２年５月１９日出願の
「計測ロボットを用いた疲労試験方法（出願人、富士通
株式会社）に具体的に記載されている。

（ａ）の処置は、繰り返し変位を与えたときに最大力が
どのように変化して疲労したかを検討する場合に有益で
ある。また、（Ｃ）のバックトレース機能は疲労破壊が
生じる直前にどのような現象が被測定物に生じているか
を検討する上で有益である。

第３０図はバックトレース機能を使用した測定例であり
、被測定物に片振りの繰り返し変位を与えたときの挙動
データである。３５０はＺ軸方向の変位の挙動データで
あり、３５１はＺ軸方向の力の挙動データであり、３５
２は、Ｘ軸方向の力の挙動データである。Ｘ軸方向の力
はＺ軸方向の力に比較し小さく比較的良好な条件のもと
に測定が行われたことを意味している。測定においては
、繰り返し数Ｎのときに破壊が生じたと判断し、バック
トレース機能により疲労破壊したサイクルも含めてその
直前の５個の挙動データを格納し、その結果を出力して
いる。第３０図より、実際にはＮ−１回の繰り返し回数
において最大変位を与えた近辺で破壊したのが分かる。

ここで測定した被測定物は非常に脆いものであり、第３
０図の結果からも疲労破壊する直前まで剛性劣化がなく
突如として破壊することが分かる。

第２５図の測定手順は（ａ）〜（Ｃ）の処置を取り込ん
だものを示しているが、これらの処置は必要に応じてと
ればよく、必ずしも全ての処置を測定手順に組み込む必
要はない。

その他、データ採集にあたっては、データを取り込む間
隔（サンプリングタイム）を指定できるようにしである
ため、測定内容に応じて更に有効にメモリを活用できる
。例えば変位振幅が小さい場合はｌサイクルの時間が短
いので、サンプリングタイムを短くしてより詳細な挙動
データが得られるようにし、変位振幅が大きい場合は１
サイクルの時間が長くなり格納に多くのメモリを必要と
するので、相対的にサンプル時間を長くしてメモリを節
約できるようにする。また、格納すべきデータの種類を
あらかじめ指定できるようにしである。例えば、第２７
図の結果はＺ軸方向の位置と力に関する情報のみを取り
込んで処理したものである。

第３１図は他の測定例である。測定に用いた被測定物は
図（ａ）に示すようなローラホルダ３６０である。ロー
ラホルダ３６０の先端部にシャフト３６１を嵌め込んだ
状態でローラを矢印の方向に上下運動させて測定した。

測定系の構成の一部を図（ｂ）に示す。３７０は被測定
物設定手段でありローラホルダ３６０を固定する部材で
ある。

３７１は部材３７０を固定する板である。３８０はスラ
イド機構であり部材３８１には図（Ｃ）に示すようにシ
ャフト３８２が取りつけられている。

３８３はシャフト３８２を部材３８１に取りつけるため
のネジである。従って、今の場合接触手段は、スライド
機構３８０と部材３８１とシャフト３８２とネジ３８３
により構成されている。スライド機構３８０はローラホ
ルダ３６０の先端を上下方向に動かしたときに、横方向
に生じる変位を吸収するために設けたものである。

（５）応力緩和プラスチック材料に一定変位を与えていると、一定変位
を与えるに必要な力、即ち応力は時間とともに小さくな
る。このような応力緩和の測定方法については、関連技
術として平成２年５月１１日出願の「反力測定装置」　
（出願人、富士通株式会社）に記載されている。

第３２図は応力緩和の基本測定手順であり、複数の被測
定物の測定を行うときの測定手順を示す。

図示のように指定された被測定物のデータを採集する（
ステップ３）。第３３図はデータの採集手順を示し、第
３２図手順の内、指定された被測定物のデータの採集手
順を示す。図示のように被測定物に所定の変位を与え、
位置と力の情報を読み取りファイルに書き込む（ステッ
プ６）。測定に際しては等価モーメント法を適用するデ
ータを採集する毎にファイルを作成しているが、格納す
るファイルは１個でも本発明の主旨からはずれるもので
はない。

（６）クリープ特性プラスチックに一定の力をかけていると、時間とともに
変位量が変化する。このように一定荷重を与えて測定す
る方法はクリープの測定と呼ばれる。比較的大きい部材
におけるクリープ変形の測定については前述したが、こ
こでは多数の部品を重りを使用して測定する例について
説明する。第３４．３５図に測定装置を示す。第３４図
において、５００は被測定物であるローラホルダであり
、５（１１はローラホルダを固定する部材である。

５０２はローラホルダに重り５０３を取りつける部材で
ある。ローラホルダには部材５０２と重り５（１３）の
重量が力として働く。このように荷重をかけてユニット
化した被測定物の変位が時間と共にどのように変化する
かを第３５図に示すセンシングロボット６１で測定する
。

第３６図はクリープの測定手順である。図示の手順にお
いて、ユニット測定とあるのは第３４図に示したように
複数の被測定物を測定するときに、指定された時刻から
複数の被測定物の変位を各１回づつ測定する動作を意味
する（ステップ２）。

第３７図はユニット測定の詳細手順である。ステップ４
において、基準位置を測定するのは、長時間にわたる測
定ではユニットを一旦別の場所に置いて所定の時間が近
くなったら再び測定系に設定して変位を測定することを
考慮したものである。

このように再設定される場合は、基準位置からの相対変
位で高さを記録するのが望ましい。基準位置としては、
被測定物を固定している部材５（１１の特定の場所（例
えば、隅からＸ、Ｙ方向に各５ｍｍ移動した位置等）に
おける高さを利用すればよい。また、ユニットを別の場
所に置くことによりその間に他の測定を行うことができ
る。なお、ここでは被測定物の１点での変位を測定する
ことを想定しているが、１点だけでなく複数の位置にお
いて変位を測定してもよい。更には変位分布を測定して
もよい。また、測定の途中で重りを除去して、重りを除
去してからの高さ（変位）も測定すればクリープ回復の
測定も可能となる。

第３８図はクリープの測定データの処理手順である。基
準時間におけるデータとしては、重りをセットする前の
高さを使用してもよいし、その他の高さ例えば重りをセ
ットした直後の高さを使用してもよい。また２重りを除
去してからの高さから重りをかける前の高さを差し引け
ばクリープ回復に関する結果が得られる。

（７）組立特性第３９図は挿入抜去試験の説明図である。図示のように
、ローラホルダ６００にシャフト６（１１を挿入した後
、引き抜く動作を押付はロボットに行わせその挙動を調
べた。この場合、ローラホルダ６００が被測定物であり
シャフト６（１１が接触手段に相当する。

第４０図は測定結果を示すグラフである。横軸は時間を
表し、縦軸は挿入力でありＺ方向の力センサの出力で表
している。なお、本測定では力センサの出力をフィルタ
を介して取り込んでいるため、高周波の振動成分は除去
した形で出力されている。第４０図の力のデータよりシ
ャフトの着脱時にローラホルダ６００がシャフト６（１
１に及ぼす力に関する挙動を知ることができる。

第４０図において■の部分はシャフト６（１１がローラ
ホルダ６００に接触し反発力を受けていることを表す。

そのまま、シャフト６（１１を降下させていくと、今度
は逆にローラホルダ６００はシャフト６（１１を吸い込
む力を発生させる。

このときの力は■の部分である。そのまま、降下させる
とシャフト６（１１がスナツプフィツト６００の底部（
第３９図の６０２の部分）にぶつかり正の力が働いてい
る。そのまましばらく静止した後、今度は上にシャフト
６（１１を移動させると最初ローラホルダ６００はシャ
フト６（１１の動きを妨げる力を発生させる。これが■
の部分である。そのまま、更にシャフト６（１１を上昇
させると、今度はシャフト６（１１はローラホルダ６０
０から抜は逆に上に押し出す力を感じる。この部分が■
の部分である。そして、シャフト６（１１は最後にロー
ラホルダ６００から完全に離れる。このように、嵌め合
い等の組立動作を押付はロボットに行わせることにより
組立時の特性を調べることができる。

このような動作を繰り返し行えば疲労特性で述べた内容
の測定を行うこともできる。

このように、部品単体でなく複数の部品の相互関係によ
る特性が重要となる場合においても、本実施例は適用可
能である。

（８）組み合わせ測定の例以上、各測定方法について個別に説明してきたが、これ
らの測定を同時に並行して行ったり、組み合わせて行う
ことも可能であり、このようにすることによりきめ細か
い測定評価が可能となる。

このような測定例についていくつか説明する。

（ａ）曲げ疲労試験と歪み測定の組み合わせ曲げ疲労試
験において、押付はロボットを使用した測定方法につい
て説明したが、より詳細に測定評価を行うためには繰り
返し変位を与えたときに、被測定物にどのような歪みが
生じているかを評価する必要がある。例えば、最大振幅
を押付はロボットで与えた状態でセンシングロボットで
変位分布を測定することにより歪み分布を求めることが
できる。このようにして歪みを求めておけば、どのよう
な大きさの歪みを与えたときにどのような疲労特性が生
じたかをより一般的に評価することができる。何故なら
、異なる形状の被測定物においては変位をもとにした比
較は困難であるが、歪みは単位長さ当たりの伸びを表す
無次元量であるために形状に関係なく相互比較が可能と
なる。

そのため、歪みで評価することにより異なる部品同士で
も相互に特性の比較が可能となる。また、歪みを測定開
始前と疲労後において測定して比較することにより、繰
り返し変位を与えて疲労させた前と後での被測定物の変
化の違いを評価することも可能となる。

（ｂ）応力緩和と歪み測定の組み合わせ応力緩和の測定
において、被測定物に一定変位を与えたときの変位分布
をセンシングロボットで測定することにより被測定物の
各部に生じている歪みを測定できる。（ａ）の場合と同
様に変位だけでなく歪みでの評価を併用することにより
、より一般的な評価が可能となる。

（Ｃ）クリープ測定とカー変位特性の組み合わせ重りを
使用してクリープ測定を行っているときに、押付はロボ
ットで力または変位をかけて変位−力特性を測定すれば
、クリープと共に剛性がどのように変化しているかの評
価が可能となる。

（ｄ）応力緩和とクリープ測定の組み合わせ応力緩和の
測定を押付はロボットで行い、クリープの測定をセンシ
ングロボットを使用して測定する装置を第４１図に示す
。このようにすることによりロボットの稼動効率を上げ
ることができる。

各測定の組み合わせとしてはこの他にも各種考えられる
が、何れにせよこのような複合的な評価を可能とするこ
とも本発明の大きな特徴である。

〔発明の効果〕

（総論）本発明には構成上次のような特徴がある。

■被測定物の指定された位置に指定された力を与えるこ
とができる。

■被測定物の指定された位置に指定された変位を与える
ことができる。

■　■において、変位を与えるに必要な力を知ることが
できる。

■被測定物の指定された時刻の指定された位置における
変位の測定が可能である。

■測定内容に応じて測定手順を簡単に作成でき、かつ、
必要な測定手順を指令装置に取り込むことにより測定を
自動的に行うことができる。

このような特徴があるので、本発明によれば、試験片だ
けでなく実際の試作品あるいは製品に応じた各種の自動
測定が容易に可能となる。

この結果、以下のような効果がある。

■従来のように材料レベル中心の測定と異なり、実際の
試作品あるいは製品に近いレベルでの測定評価が可能と
なり製品の信頼性を高めることができる。

（１１台のシステムで各種の測定に対応できるため測定
に要する費用を安くすることができる。

■測定評価に要する時間を短縮でき製品開発の短縮化が
図れる。

■各測定方法を組み合わせることにより、より複雑な測
定が可能となる。

■新規の測定内容に対しても柔軟に対処できるため、測
定内容に応じて測定機を製作する必要がなくなり、コス
トダウンが可能となり、迅速な評価が可能である。

さらに、個別の測定方法においても次のような効果があ
る。

（カー変位特性） ■被測定物に対応して多数の単調な測定の自動化を容易
に図れる。

〔分布特性〕

■測定データから変位分布の式を求める際にスプライン
平滑化手法を使用することにより、測定誤差の影響を小
さ（でき、精度の高い測定が可能である。

■基準データを種々取ることにより、荷重をかける前と
後だけでなく、荷重をかけた後のクリープの影響等を１
点だけでなく、被測定物の広い範囲に渡って評価できる
。

■変位分布の式を求めこの式に各種の処理をすることに
より、より複雑な評価を行うことができる。以下にこの
ような処理の例を３つ記す。

（イ）曲率分布を求めることにより、被測定物の表面の
変形（凹凸）状態を詳細に、また直観的に調べることが
できる。

（ロ）歪分布を測定できるため、形状の異なる被測定物
の特性比較が可能である。

（ハ）線形材料の場合には更に応力分布を調べることが
でき、被測定物の各部に働いている力の状態を調べるこ
とができる。

（疲労特性） ■６軸の力センサを使用することにより、測定中に生じ
ている各力成分を調べることができるため、測定条件を
明確にでき、より信頼性の高い測定を行うことができる
。

■バックトレース機能を使用することにより、疲労破壊
した直前の挙動を調べることができる。

（応力緩和の測定） ■等価モーメント法に３直線近似の手法を組み込むこと
により、多数の被測定物の応力緩和を精度よく行うこと
ができる。製品の長時間特性の評価に有益である。

（クリープ測定〉 ■多数の被測定物のクリープ特性を行うことができるた
め、各種条件を変えたときの特性を容易に得ることがで
き、ひいては製品の信頼性を高めることができる。

（組立特性） ■部品を組み立てる時の特性評価を行うことができ、組
立の自動化に必要な定量的なデータを採取することがで
きる。

（組み合わせ特性） ■各種の測定を並行に行うことにより、システムの稼動
効率を上げることができる。

■複数の測定を組み合わせることにより総合的な評価が
可能となる。

【図面の簡単な説明】第１図（ａ）、ら）は本発明の計測システムの基本構成
図、第２図は測定系の詳細ブロック図、第３図は測定手順及び測定データの格納形式説明図、第４図はデータ処理手順及び測定データの格納形式説明
図、第５図は測定方法の基本手順フローチャート、第６図は
データ処理の基本手順フローチャート、第７図は計測シ
ステムの要部装置構成図、第８図は本発明の一実施例要
部構成ブロック図、第９図は実施例における測定系の詳
細ブロック図、第１０図は変位測定装置の要部構成図、第１１図は押付
は位置における力と変位の測定手順フローチャート、第１２．１３図は曲げ測定データの例、第１４図は捩じ
れ測定装置の要部構成図、第１５．１６図は捩じれ測定
データの例、第１７図は分布データの処理手順図、第１８図は変位分布の測定手順フローチャート、第１９
図は被測定物の高さを指定ファイルに出力する手順フロ
ーチャート、第２０図は測定時間を考慮した変位分布の測定手順フロ
ーチャート、第２１図は変位分布データの処理手順フローチャート、第２２図は被測定物設置説明図、第２３図は曲げ疲労試験装置の要部構成図、第２４図（
ａ）〜（６）は曲げ試験治具構成図、第２５図は単一の
被測定物の疲労特性の測定手順フローチャート、第２６図は挙動データの格納手順フローチャート、第２７図は挙動データの説明図、第２８図は疲労特性の処理手順フローチャート、第２９
図は挙動データの処理手順フローチャート、第３０図は挙動データの測定例、第３１図（ａ）〜（Ｃ）は、上げ疲労試験の他の例、第
３２図は応力緩和の測定手順フローチャート、第３３図
はデータ採集手順フローチャート、第３４図はクリープ
特性試験装置の要部構成図、第３５図はクリープ測定計
測ロボットの要部構成図、第３６図はクリープの測定手順フローチャート、第３７
図はユニット測定の詳細手順フローチャート、第３８図はクリープ測定データの処理手順フローチャー
ト、第３９図は挿入抜去試験の説明図、第４０図は挿入力試験データ、及び第４１図は応力緩和とクリープを同時に測定する計測ロ
ボットの要部構成図である。（符号の説明）５０・・・被測定物、６０・・・押付はロボット、６１・・・センシングロボット、６２・・・力センサ、６３・・・押付はロンド、６４・・・変位計。

Claims

【特許請求の範囲】１、被測定物の変位等各種の機械的特性を自動的に測定
する計測システムにおいて、被測定物（１）を設定する被測定物設定手段（２）と、
被測定物（１）に接触する接触手段（１１）を介して被
測定物（１）の指定された位置に指定された力を与え、
かつ指定された位置に指定された変位を与えてそのとき
に被測定物（１）に加えている力を測定する荷重設定用
移動手段（１０）と、被測定物（１）に荷重若しくは変位が与えられたときに
、被測定物（１）の指定された位置における変位を測定
する変位検出用移動手段（２０）と、被測定物（１）に
加えられている力、そのときの変位、それらの値を測定
した時刻等に関する測定データの内、指定されたデータ
を記録する測定データ格納装置（３２）と、測定の時点を測定する時刻検出手段（３４）と、測定内
容に応じた測定手順を格納する測定手段格納装置（３１
）と、測定手順格納装置（３１）に格納されている測定手順の
うち指定された測定手順に従って、荷重設定用移動手段
（１０）と変位測定用移動手段（２０）と測定データ格
納装置（３２）に測定指令を送出する指令装置（３０）
と、データ処理手順を格納するデータ処理手順格納装置（４
１）と、データ処理手順格納装置（４１）に格納されているデー
タ処理手順の最初に指定されたデータ処理手順に従い、
測定データを処理するデータ処理装置（４０）とを備え
、変位等各種の機械的特性の測定に際しては測定内容に応
じて、被測定物設定手段（２）と、接触手段（１１）と
、測定手順格納装置（３１）に格納されている測定手順
から選択して測定を行い、測定データの処理に際しては、処理内容に応じてデータ
処理手順格納装置（４１）に格納されているデータ処理
手順と、測定データ処理装置（４２）に格納されている
測定データとを選択してデータ処理を行う計測システム
。２、前記荷重設定用移動手段（１０）が、第１の移動機構（１２）と、第１の移動機構（１２）の先端に装着された力検出手段
（１３）と、第１の移動機構（１２）の位置情報と力検出手段（１３
）の出力情報を取り込み、さらに指令装置（３０）から
の位置指令値若しくは力指令値に応じて第１の移動機構
（１２）を移動させる制御装置（１４）とを具備する請
求項１に記載の計測システム。３、前記変位検出用移動手段（２０）が、第２の移動機構（２１）と、第２の移動機構（２１）の位置情報を取込み、指令装置
（３０）からの位置指令値に応じて第２の移動機構を移
動させる制御装置（２３）と、移動機構の先端部に装着した変位検出手段（２２）とを
具備する請求項１又は２に記載の計測システム。４、前記力検出手段（１３）は、複数の力の成分を測定
する力センサである請求項２に記載の計測システム。５、前記力センサは、１次独立の関係にある６成分の力
を検出する請求項４に記載の計測システム。６、前記変位検出手段（２２）は、非接触式の変位計で
ある請求項３に記載の計測システム。７、前記変位検出手段（２２）は、接触式の変位計であ
る請求項３に記載の計測システム。８、前記接触手段（１１）は、先端が球状のロッドを有
し、これにより接触手段（１１）が被測定物に接触する
接触面積を小さくするようにした請求項１に記載の計測
システム。９、前記変位検出用移動手段（２０）は、前
記荷重設定用移動手段（１０）により押付け力を加える
面とは反対側の面の変位若しくは形状を測定する手段を
備える請求項３に記載の計測システム。１０、前記第２の移動機構用制御装置（２３）は、相対
移動を内部基準点からの相対移動とし、内部基準点の更
新と絶対移動命令と相対移動命令によって行う請求項２
又は３に記載の計測システム。１１、前記第２の移動機構用制御装置（２３）は、第２
の移動機構（２１）の移動を、移動基準位置と、単位ス
テップ量とステップ係数の積との合計で指示し絶対移動
として行う請求項２又は３に記載の計測システム。１２、前記第２の移動機構用制御装置（２３）は、第２
の移動機構（２１）の移動動作をステップ係数が指示さ
れなかった場合、ステップ係数を１とみなして、移動基
準位置と単位ステップ量の和で示す位置への絶対移動と
して行う請求項１１に記載の計測システム。１３、前記
第２の移動機構用制御装置（２３）は、第２の移動機構
（２１）の移動に関して、移動基準位置のみ指示された
場合、移動基準位置への絶対移動のみを行う請求項１１
に記載の計測システム。１４、前記第２の移動機構用制御装置（２３）は、第２
の移動機構（２１）の移動に関して、ステップ係数を制
御ループの実行回数で与え、等間隔・複数箇所の測定に
ついて相対移動命令を用いず行う請求項１１に記載の計
測システム。１５、前記第２の移動機構用制御装置（２３）は、測定
点座標および移動量を記憶する際に、変数の名前とベク
トル量若しくはスカラー量と変数型とを併せて記憶し、
式評価の際に変数型も併せて評価することにより第１ま
たは第２の移動機構にとって不当と見なされる演算を検
出し、不当の場合は操作ミスと見なして実行せず、移動命令が指定された場合に、指定された式の型が「座
標値」の時は絶対移動を行い、「変位量」ならば相対移
動を行い、これら以外ならば操作ミスと見なして実行し
ないようにした請求項２又は３に記載の計測システム。１６、前記被測定物設定手段（２）は、被測定物の一端を固定できるように保持し、被測定物の
他端を回転可能に保持する請求項１に記載の計測システ
ム。１７、前記荷重設定用移動手段（１０）は、被測定物の
指定された位置に指定された力で押付け力を与え、押付
け力を与えたときの被測定物の押付け位置における変位
を測定するようにした請求項１に記載の計測システム。１８、前記荷重設定用移動手段（１０）は、被測定物の
指定された位置に指定された力で押付け力を与え、押付
け力を種々に変化させて与えたときの被測定物の押付け
位置における変位を測定する請求項１又は２に記載の計
測システム。１９、前記荷重設定用移動手段（１０）は、被測定物の
指定された位置に指定された変位を与え、そのときに荷
重設定用移動手段（１０）が被測定物に与えている力を
測定する請求項１又は２に記載の計測システム。２０、前記荷重設定用移動手段（１０）は、被測定物の
指定された位置に指定された変位を与え、被測定物に与
えている押付け力を前記荷重設定用移動手段で検出し、
かつ、変位を種々に変化させたときの押付け力を測定す
る請求項１又は２に記載の計測システム。２１、前記荷重設定用移動手段（１０）により被測定物
の指定された位置に指定された力を与えた状態において
、被測定物の押付け位置以外での変位を前記変位検出用
移動手段（２０）により測定する請求項１又は２に記載
の計測システム。２２、前記荷重設定用移動手段（１０）は、前記被測定
物の押付け位置での変位を測定するようにした請求項２
１に記載の計測システム。２３、前記変位検出用移動手段（２０）は、前記荷重設
定用移動手段（１０）が被測定物の指定された位置に指
定された変位を与えた状態において、被測定物の押付け
位置以外での変位を測定する請求項１又は３に記載の計
測システム。２４、前記接触手段（１１）は、前記接触手段の近傍で
の変位の測定を行うようにコの字状の部材の先端にロッ
ドを装着する請求項１に記載の計測システム。２５、前記荷重設定用移動手段（１０）は、位置、向き
等を前記変位検出用移動手段の位置、向き等に応じて、
変化させるようにした請求項１又は２に記載の計測シス
テム。２６、前記変位データは、得られた測定データに対して
、２種類の測定データの同一場所における差をとって求
める請求項１〜２５のいずれかに記載の計測システム。２７、前記変位データは、１種類のデータを基準データ
として指定可能な測定システム得られた測定データに対
して、２種類の測定データの同一場所における差をとっ
て求める請求項２６に記載の測定システム。２８、前記変位データから、少なくとも限定された範囲
においては２階微分可能な変位関数を求める請求項２６
又は２７に記載の計測システム。２９、前記変位関数を求める手法として、スプライン平
滑化手法を使用する請求項２８に記載の計測システム。３０、求めた前記変位関数に対して、微分及び座標変換
の処理を行う請求項２８又は２９に記載の計測システム
。３１、前記変位関数に２回偏微分の数値処理及び座標変
換を行い、変位空間において指定された位置における指
定された種類の曲率または曲率半径を求める請求項２８
乃至３０に記載の計測システム。３２、中立面の伸びが無視できる場合に、曲率と板の厚
さから被測定物の指定された位置における指定された種
類の歪を求める請求項２８乃至３１に記載の計測システ
ム。３３、前記中立面の伸びが無視できない場合には、前記
中立面の伸びと曲率と板の厚さから被測定物の指定され
た位置における指定された種類の歪を求める請求項２８
乃至３１に記載の計測システム。３４、前記歪と応力の間に線形関係が成り立つ場合に、
縦弾性係数とポアソン比を考慮して指定された位置にお
ける指定された種類の応力を求める請求項３２又３３に
記載の計測システム。３５、前記被測定物（１）に対して、荷重設定手段で繰
り返し変位を与えたときに、被測定物が疲労したかどう
かを判定する請求項１乃至１６に記載の計測システム。３６、前記接触手段（１１）は、被測定物の一端を固定
して、他端に両振りの曲げ変位を与えて疲労測定を行う
に際し、曲げ動作に応じて被測定物が移動可能であるよ
うに保持する請求項１に記載の計測システム。３７、前記接触手段（１１）は、水平方向の移動量を吸
収する手段と、回転方向の移動量を吸収する手段を組み
合わせる請求項１に記載の計測システム。３８、前記接触手段（１１）は、被測定物の厚さに応じ
て、被測定物を保持する隙間を調整可能とする請求項３
７に記載の計測システム。３９、回転機構部の回転中心を調整できるようにした請
求項３７又は３８に記載の計測システム。４０、前記接触手段（１１）は、被測定物の一端を固定
して、他端に両振りの曲げ変位を与えて疲労測定を行う
に際し、曲げ動作中に必ず前記接触手段が片側のみから
被測定物に接触するように構成する請求項３７又は３８
に記載の計測システム。４１、前記接触手段（１１）は、被測定物の一端を固定
して、他端に片振りの曲げ変位を与えて疲労測定を行う
に際し、曲げ動作に応じて被測定物が移動可能であるよ
うに構成した請求項３７又は３８に記載の計測システム
。４２、測定の繰り返し回数が、ある指定された回数にな
ったときに、測定した挙動データの記録保存を行うに請
求項３７に記載の記載の計測システム。４３、内部に複数の動特性バッファを持ち、被測定物が
破壊したと判断した場合にバッファ内の複数の動特性デ
ータを記録・保存する機能を有する請求項３７に記載の
計測システム。４４、前記変位付与手段は被測定物の所定の或る領域に
所定の変位を与え、変位を与えられた被測定物に対して
、前記変位を付与された領域とは異なる領域に、荷重設
定用移動機構を一定の速度で接触していない状態から接
触動作を行うように移動させ、そのときの変位と力のデ
ータより、前記変位付与手段が被測定物に対して与えて
いる力または曲げモーメントを求める請求項３７に記載
の計測システム。４５、前記複数の被測定物を一括して測定できるように
した請求項４４に記載の計測システム。４６、前記測定データから３本の最小二乗近似直線を求
め、直線の２か所の折線位置における力の値の差から、
変位付与手段が被測定物に与えている力または曲げモー
メントを求める請求項４４又は４５に記載の計測システ
ム。４７、被測定物の所定の位置に力を与える力付与手段に
より、力をかけられた被測定物の指定された位置におけ
る変位の時間的な変化を変位検出用移動手段で求めるよ
うにした請求項４５に記載の計測システム。４８、複数の被測定物を一括して測定できるようにした
請求項４７に記載の計測システム。４９、荷重を取り除いた後の変位の時間的な変化を変位
検出用移動手段で求めるようにした請求項４７に記載の
計測システム。５０、２つの指定された時刻における非測定物の高さに
関する測定データの差から時間変位を求める機能を有す
る請求項４８乃至５０に記載の計測システム。５１、２つの指定された時刻のうち１つの時刻における
データを基準とし、基準時刻からの変位を求める機能を
有する請求項５０に記載の計測システム。５２、変位の時間的な変化の測定データから、時間ｔの
関数として変位関数ｗ（ｔ）を求める機能を有する請求
項４４乃至５０に記載の計測システム。５３、測定すべき特性が２つの被測定物の相対位置関係
により求まる場合において、第１の被測定物に対して、
第２の被測定物を荷重設定用移動手段の先端部における
接触手段の中に組込み、荷重設定用ロボットにより第１
の被測定物に対して第２の被測定物を相対移動させ、そ
のときの第１の被測定物と第２の被測定物の相対関係と
相互に働く力の関係を測定するようにした請求項１に記
載の計測システム。５４、同一動作を繰り返し行うことにより、複数の被測
定物の相対移動における疲労特性を測定するようにした
請求項５３に記載の計測システム。