JPH06265423A - Multicomponent force detector - Google Patents

Multicomponent force detector

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JPH06265423A
JPH06265423A JP3050959A JP5095991A JPH06265423A JP H06265423 A JPH06265423 A JP H06265423A JP 3050959 A JP3050959 A JP 3050959A JP 5095991 A JP5095991 A JP 5095991A JP H06265423 A JPH06265423 A JP H06265423A
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beams
strain gauges
group
attached
component force
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Chinkaku Higashijima
鎮▲かく▼ 東島
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Abstract

PURPOSE:To provide a multicomponent force detector by which measurement having high accuracy and reproducing ability can be executed for the six component forcs at the maximum without mutual interference. CONSTITUTION:Four flat plate beams 3 to 6 are arrangedly provided between a fixed flange 2 and a measuring flange 1, and strain gauges are severally stuck to the sides of both the flanges 1, 2 of each of 3 faces except the side of each beam opposite to the axes of both the flanges 1, 2 and two spots adjacent to the center of the flanges 1, 2. In this case, the detecting directions of two latter strain gauges are the longitudinal direction of the beam on one side and a direction perpendicular to the above one on the other side. These strain gauges are properly combined to form a bridge circuit which can take out only individual component force.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、単一体で6分力まで検
出できる多分力検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-component force detector capable of detecting up to 6 component forces with a single body.

【0002】[0002]

【従来の技術】ある物体に外部から種々の力を加えた場
合、その物体には最大6種の力およびモーメントが作用
する。これ等の分量を計測する手段として、従来はロー
ドセルを用いていた。しかしながら、ロードセルは力の
作用系としては最も単純な方向の力のみが加わることを
前提として、その方向の力を計測するだけであり、計測
すべき力以外の他の分力が作用した場合には、その干渉
を避けることができない。他の分力の影響を少なくする
ため、種々の技術的な考慮がなされているけれども、完
全ではない。
2. Description of the Related Art When various forces are externally applied to an object, a maximum of six kinds of forces and moments act on the object. Conventionally, a load cell has been used as a means for measuring these quantities. However, the load cell only measures the force in that direction, assuming that only the force in the simplest direction is applied to the force acting system, and when a component force other than the force to be measured acts. Cannot avoid its interference. Various technical considerations have been made to reduce the effect of other component forces, but they are not perfect.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、測定される
分力相互間の干渉を生じることなく、最大6分力まで高
精度で、しかも再現性の高い検出が可能な多分力検出器
を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a multi-component force detector capable of highly accurate and reproducible detection of up to 6 component forces without causing interference between measured component forces. The purpose is to provide.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、検出すべ
き力の加わる測定フランジと、測定フランジに平行に対
向する固定フランジと、上記両フランジに固定連結し、
長方形断面を有する4本の平板ビームとで形成され、上
記両フランジの中心を通る軸線Z軸とし、上記両フラン
ジの中間で、両フランジに平行に延びる中間面とZ軸の
交点を原点とする直交座標系X,Y,Zを導入し、前記
ビームの一方の対が長方形断面の短辺をZX面に対して
互いに一定の間隔で対向し、YZ面に対して対称に配置
され、前記ビームの他方の対が長方形断面の短辺をYZ
面に対して互いに一定の間隔で対向し、ZX面に対して
対称に配置され、各ビームのZ軸側短辺面を除いた3方
の面で、測定フランジの近くに貼付けた歪ゲージをA群
とし、固定フランジの近くに貼付けた歪ゲージをB群と
し、Z=0の近くの正側に貼付けた歪ゲージをC群と
し、Z=0の近くの負側に貼付けた歪ゲージをD群と
し、両方の長辺面のC群とD群に属する歪ゲージの何れ
か1方をZ軸に垂直な方向に貼付け、他の全ての歪ゲー
ジをZ軸の方向に貼付け、分力Fx,y に対する各ブリ
ッジ回路をビームの外側短辺面に貼付けたA群およびB
群の歪ゲージの中の4枚で形成し、回転モーメントMX,
Y に対する各ブリッジ回路をビームの外側短辺面に貼
付けたC群およびD群の歪ゲージの中の4枚で形成し、
分力Fz に対するブリッジ回路をビームの長辺面のC群
およびD群の 16 枚の歪ゲージで形成し、回転モーメン
トM Z に対するブリッジ回路をビームの長辺面のA群お
よびB群の 16 枚の歪ゲージで形成してある分力検出器
によって達成されている。
[Means for Solving the Problems]
Parallel to the measuring flange to which the force is applied.
Fixed flanges facing each other, fixedly connected to both flanges,
Formed with four flat plate beams with rectangular cross section,
The axis line passing through the center of both flanges is the Z axis,
The Z-axis and the intermediate surface extending parallel to both flanges in the middle of the
Introducing the Cartesian coordinate system X, Y, Z with the intersection as the origin,
One pair of beams has the short side of the rectangular cross section with respect to the ZX plane
Arranged symmetrically with respect to each other and symmetrical with respect to the YZ plane
And the other pair of beams YZ the short side of the rectangular cross section.
Faces the ZX plane at regular intervals.
Three sides are arranged symmetrically, excluding the short side surface on the Z-axis side of each beam.
Strain gauge attached near the measurement flange on the
And the strain gauge attached near the fixed flange is group B
The strain gauge attached to the positive side near Z = 0 as C group.
The strain gauge attached to the negative side near Z = 0 as D group
Whichever of the strain gauges belonging to the C group and the D group of both long side surfaces
Or stick one in the direction perpendicular to the Z-axis and
J is attached in the direction of the Z axis, and the component force Fx,FyAgainst each buri
Edge circuit attached to the outer short side of the beam
Formed with 4 of the strain gauges of the group, the rotation moment MX,
MYAttach each bridge circuit to the outer short side of the beam
Formed with 4 sheets of strain gauges of C group and D group attached,
Component force FzThe bridge circuit to the C group of the long side of the beam
And 16 groups of strain gauges of group D
To M ZA bridge circuit for the group A on the long side of the beam
And component force detector formed by 16 strain gauges of group B
Has been achieved by

【0005】他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属
請求項に記載されている。
Other advantageous configurations are described in the dependent claims.

【0006】[0006]

【作 用】本発明に係わる多分力検出器は、間隔を置い
て対向する測定側フランジと固定側フランジとをビーム
によって接続固定し、前記二つのフランジの配設方向を
Z軸とするX,Y,Zの3軸直交座標系を想定した時、
各軸方向の分力Fx,y, Z および各軸の回りの回転モ
ーメントMx,y,Z の全部または一部を前記ビームに
貼り付けた歪ゲージを用いたブリッジ回路により互いに
独立して検出する多分力検出器であって、前記ビームは
前記測定側フランジおよび前記固定側フランジ上のZ軸
の回りのX軸およびY軸上に各軸に対象に4本以上配置
し、X軸上に配置された2本の主要ビームはY軸方向の
厚みがX軸方向の長さより小さい4角形断面状の歪ゲー
ジ貼付部を有し、Y軸上に配置された2本のビームはX
軸方向の厚みがY軸方向の長さより小さい4角形断面状
の歪ゲージ貼付部を有し、分力Fx を検出するブリッジ
回路はX軸上に配置された2本の主要ビームの前記歪ゲ
ージ貼付部においてFx による曲げ応力に感応するよう
に長手方向に対する面に貼付された歪ゲージを含んで構
成し、分力Fy を検出するブリッジ回路はY軸上に配置
された2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼付部において
y による曲げ応力に感応するように長手方向に対する
面に貼付された歪ゲージを含んで構成し、分力Fz を検
出するブリッジ回路は4本の主要ビームのそれぞれの歪
ゲージ貼付部において直応力に感応するように貼付され
た歪ゲージの組み合わせを含んで構成し、回転モーメン
トMx を検出するブリッジ回路はY軸上に配置された2
本の主要ビームの前記ゲージ貼付部において直応力に感
応するように貼付された歪ゲージを含んで構成し、回転
モーメントMy を検出するブリッジ回路はX軸上に配置
された2本の主要ビームの前記ゲージ貼付部において直
応力に感応するように貼付された歪ゲージを含んで構成
し、回転モーメントMz を検出するブリッジ回路は4本
の主要ビームの前記歪ゲージ貼付部においてMz による
曲げモーメントに感応するよう厚みの方向の面に貼付さ
れた歪ゲージの組み合わせを含んで構成してある。
[Operation] The force detector according to the present invention is
The measurement side flange and the fixed side flange facing each other
Connect and fix with the
Assuming a three-axis Cartesian coordinate system of X, Y, Z as the Z axis,
Component force F in each axis directionx,Fy,F ZAnd the rotation mode around each axis
Statement Mx,My,MZAll or part of the beam
Bridge circuit using strain gauges attached to each other
Maybe a force detector that detects independently, said beam
Z-axis on the measurement side flange and the fixed side flange
Place 4 or more on each axis on the X and Y axes around
However, the two main beams arranged on the X axis are
Strain gate with a rectangular cross section whose thickness is smaller than the length in the X-axis direction
The two beams placed on the Y axis have X
Square cross-section with axial thickness smaller than Y-axis length
It has a strain gauge sticking part ofxBridge to detect
The circuit consists of the above distortion distortion of two main beams arranged on the X axis.
F on the page attachment sectionxTo be sensitive to bending stress due to
Structure including a strain gauge attached to the surface in the longitudinal direction.
Formed, component FyThe bridge circuit for detecting is arranged on the Y-axis
At the strain gauge attachment part of the two main beams
FyTo the bending direction due to
Consists of a strain gauge attached to the surface and a component force FzInspect
The output bridge circuit is the distortion of each of the four main beams.
It is affixed to the gauge attachment part so that it is sensitive to direct stress.
Rotating momentum
To MxThe bridge circuit that detects
Sensitive to direct stress at the gauge attachment part of the main beam of the book
It is configured to include the strain gauge attached so that it can rotate.
Moment MyThe bridge circuit for detecting is placed on the X-axis
Directly at the gauge attachment part of the two main beams
Consists of a strain gauge attached to be sensitive to stress
And rotation moment Mz4 bridge circuits to detect
At the strain gauge attachment part of the main beam ofzby
Affixed to the surface in the thickness direction so that it is sensitive to bending moments.
It is configured to include a combination of strain gauges.

【0007】[0007]

【実施例】以下、実施例を示す添付図面を参照し、本発
明の内容を具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The contents of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings showing embodiments.

【0008】本発明の第一実施例では、主要ビームは4
本として説明する。図1aには本発明の第一実施例であ
る多分力検出器の側面が示してあり、図1bには図1a
の線分c−c上における断面図が示してある。
In a first embodiment of the invention, the main beam is 4
It will be described as a book. FIG. 1a shows a side view of a multi-component force detector according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
A cross-sectional view of the line segment c-c is shown.

【0009】ここで、1は測定側フランジ、2は固定側
フランジであり、これ等のフランジ1,2は間隔Lを置
いて軸線(Z軸)に対して対称に配設された4本の主要
ビーム(以下単にビームと呼ぶ)3〜6によって互いに
接続固定されている。この場合、これ等のビームの断面
は図1bに示してあるように、長方形であって、ビーム
3,5に対して長辺がB1 で短辺がT2 であり、ビーム
4,6に対して長辺がB2 で短辺がT1 であり、対向す
る2本のビーム3と5および4と6間の間隔はそれぞれ
1 とL2 である。
Here, 1 is a measurement side flange, 2 is a fixed side flange, and these flanges 1 and 2 are four at a distance L and are arranged symmetrically with respect to an axis (Z axis). The main beams (hereinafter simply referred to as beams) 3 to 6 are connected and fixed to each other. In this case, the cross-sections of these beams are rectangular, as shown in FIG. 1b, with the long sides B 1 and the short sides T 2 for the beams 3, 5 and the beams 4, 6 respectively. On the other hand, the long side is B 2 and the short side is T 1 , and the intervals between the two opposing beams 3 and 5 and 4 and 6 are L 1 and L 2 , respectively.

【0010】上記構造の多分力検出器において、ビーム
4からビーム6の方向にX軸をとり、ビーム3からビー
ム5の方向にY軸をとり、測定側フランジ1から固定側
フランジ2の方向にZ軸をとる。そして、各軸X,Y,
Zの方向の分力をそれぞれF x,y,z とし、各軸X,
Y,Zの回りの回転モーメントをそれぞれMx,y, z
とする。
In the multi-component force detector having the above structure, the beam
X axis from 4 to beam 6, beam 3 from beam
Take the Y-axis in the direction of the frame 5 and move from the measurement side flange 1 to the fixed side.
The Z axis is taken in the direction of the flange 2. And each axis X, Y,
The component force in the Z direction is F x,Fy,FzAnd each axis X,
The rotational moments around Y and Z are Mx,My,M z
And

【0011】測定側フランジ1に分力Fy の力が作用す
ると、ビーム3,5は図2aのように変形し、ビーム
4,6は図2bのように変形する。そして、各ビーム3
〜6に伝わる力はそれぞれビームの分力Fy に対するバ
ネ定数に比例して按分される。
When a component force F y acts on the measuring side flange 1, the beams 3 and 5 are deformed as shown in FIG. 2a, and the beams 4 and 6 are deformed as shown in FIG. 2b. And each beam 3
The forces transmitted to 6 are proportionally divided in proportion to the spring constant with respect to the beam component force F y .

【0012】今、説明を簡単にするため、 B1 ≒B2,1 ≒T2,1 ≒L2,1 ≫T1 とすると、分力Fy に関してはビーム4,6の反力は無
視できる。分力Fy により生じる応力分布を図3に示
す。
[0012] Now, for simplicity of description, B 1 ≒ B 2, T 1 when ≒ T 2, and L 1 ≒ L 2, B 1 »T 1, anti-beam 4,6 regard component force F y Power can be ignored. The stress distribution generated by the component force F y is shown in FIG.

【0013】図3bは断面7−8に生じる応力分布を示
し、図3cは表面7−9に生じる応力分布を示す。これ
等の図から判るように、分力Fy による最大曲げ応力は
ビームの付け根7,8,9,10に生じる。従って、付
け根のできるだけ近くに歪ゲージを貼付けると、効率良
く分力Fy を検出できる。
FIG. 3b shows the stress distribution occurring at cross section 7-8, and FIG. 3c shows the stress distribution occurring at surface 7-9. As can be seen from these figures, the maximum bending stress due to the component force F y occurs at the roots 7, 8, 9, 10 of the beam. Therefore, if the strain gauge is attached as close as possible to the base, the component force F y can be detected efficiently.

【0014】分力Fx に関しては、その対称性から分力
y の場合のビーム3,5をビーム4,6に換えるだけ
で同じ考えが通用する。
With respect to the component force F x , the same idea can be applied only by replacing the beams 3 and 5 in the case of the component force F y with the beams 4 and 6 due to its symmetry.

【0015】次に、図4に示すように、測定フランジ1
に回転モーメントMx が作用した場合、ビーム3〜6に
は、図4bに示すような曲げ応力が生じる。即ち、回転
モーメントMx に対して、ビーム3,5のY軸方向の外
端面11−12,13−14に最大の曲げ応力σmax
生じる。従って、ビーム3,5の外端面のZ軸に垂直な
断面の等位置に歪ゲージを貼付けることにより、回転モ
ーメントMx を曲げ応力として検出できる。
Next, as shown in FIG. 4, the measuring flange 1
When a rotational moment M x is applied to the beams 3 to 6, bending stress occurs in the beams 3 to 6 as shown in FIG. 4b. That is, the maximum bending stress σ max occurs on the outer end faces 11-12, 13-14 of the beams 3, 5 in the Y-axis direction with respect to the rotation moment M x . Therefore, the rotational moment M x can be detected as the bending stress by attaching the strain gauges to the outer ends of the beams 3 and 5 at the same positions on the cross section perpendicular to the Z axis.

【0016】回転モーメントMy に関しては、回転モー
メントMx の場合のビーム3,5がビーム4,6に換わ
るだけで全く同じ考え方が成立する。
With respect to the rotation moment M y , the same idea is established only by replacing the beams 3 and 5 with the beams 4 and 6 in the case of the rotation moment M x .

【0017】次に、回転モーメントMz が作用する場合
を考える。ビームの捩じれを無視すれば、図5のように
なる。図5aは4本のビームの曲がり方を1本のビーム
のみで代表させて、曲げで示したものである。また、図
5bはビームの付け根15−16断面の応力分布を示
す。この図5bから、ビームの腹の付け根の部分に歪ゲ
ージを貼付ると効果的に回転モーメントMz を検出でき
る。
Next, consider the case where the rotational moment M z acts. Ignoring the twist of the beam, the result is as shown in FIG. FIG. 5a shows how the four beams are bent by using only one beam as a representative. Also, FIG. 5b shows the stress distribution in the cross section 15-16 of the beam root. From this FIG. 5b, if a strain gauge is attached to the base of the antinode of the beam, the rotation moment M z can be effectively detected.

【0018】更に、分力Fz が作用する場合には、4本
のビーム3〜6に同時に同じ応力が生じる。従って、分
力Fz に関しても他の分力Fx,y,x,y,z から分
離して検出することができる。
Further, when the component force F z acts, the same stress is simultaneously generated in the four beams 3 to 6. Therefore, the component force F z can also be detected separately from the other component forces F x, F y, M x, M y, and M z .

【0019】以上の応力分布の説明から、6分力Fx,
y,z,x,y,z を互いに干渉することなく、独立し
て検出することができる。
From the above explanation of the stress distribution, the six-component force F x, F
It is possible to detect y, F z, M x, M y, and M z independently without interfering with each other.

【0020】次に、上に述べた応力分布を参照して、歪
ゲージの有利な貼付方法およびこれ等の歪ゲージにより
各分力の相互干渉を排除するブリッジ結線回路の具体例
を説明する。
Next, with reference to the above-mentioned stress distribution, an explanation will be given of a specific example of an advantageous method for attaching a strain gauge and a bridge connection circuit for eliminating mutual interference of component forces by these strain gauges.

【0021】図6a,bは、本発明の第一実施例におけ
る歪ゲージ貼付位置を示すそれぞれ模式側面図と断面図
である。ここでは、ビーム3〜6のZ軸対称性から同じ
役目を演ずる歪ゲージに同じ参照符号イ〜オを付けて、
図示のようにグループ分けする。即ち、ビーム断面の短
辺側でビームの長手方向の中央にある、好ましくは隣接
する二つの歪ゲージに符号イとロを付け、両フランジ
1,2の付け根に貼付たものをそれぞれ符号ハとニにす
る。また、ビーム断面の一方の長辺側でビームの長手方
向の中央にある、好ましくは隣接する二つの歪ゲージに
符号ヘとトを付け、両フランジ1,2の付け根にあるも
のにそれぞれ符号ホとチを付ける。また、他方の長辺側
でビームの長手方向の中央にあるものに符号ヌとルを付
け、両フランジ1,2の付け根にあるものに符号リとオ
を付ける。この場合、符号ヘ,ヌに対応するグループと
符号ト,ルに対応するグループの歪ゲージは、どちらか
一方のグループがZ軸に直交する方向に貼付され、この
一方のグループ以外の全ての歪ゲージはZ軸に平行に貼
付されている。
FIGS. 6a and 6b are a schematic side view and a cross-sectional view, respectively, showing the strain gauge attachment position in the first embodiment of the present invention. Here, strain gauges that play the same role due to the Z-axis symmetry of the beams 3 to 6 are given the same reference symbols a to o,
Group as shown. That is, two strain gauges, preferably adjacent to each other, located at the center of the beam in the longitudinal direction on the short side of the beam cross section are marked with symbols a and b, and those affixed to the bases of both flanges 1 and 2 are labeled with c respectively. Turn it on. Also, two strain gauges, preferably adjacent to each other, located at the center in the longitudinal direction of the beam on one of the long sides of the beam cross section are marked with the reference signs F and G, respectively. And attach. In addition, the symbols "n" and "l" are attached to the ones at the center in the longitudinal direction of the beam on the other long side, and the symbols "l" and "e" are attached to the ones at the bases of the flanges 1 and 2. In this case, the strain gauges of the group corresponding to the codes F and N and the strain gauges of the group corresponding to the codes T and L are attached in the direction orthogonal to the Z axis, and all strains other than this one group are attached. The gauge is attached parallel to the Z axis.

【0022】以下では、説明の都合上、符号ト,ルに対
応するグループの歪ゲージがZ軸に直交する向きに貼付
されているとする。
Hereinafter, for convenience of explanation, it is assumed that the strain gauges of the groups corresponding to the symbols G and L are attached in the direction orthogonal to the Z axis.

【0023】図7a〜fには、上に規定した歪ゲージを
組み合わせて形成されるそれぞれ分力Fx,y,z,x,
y,z を検出するブリッジ回路の結線が示してある。
ここでは、参照符号4〜6によりビームを、また参照符
号イ〜オによりビーム中の位置を指定して、全ての歪ゲ
ージの位置が示してある。
7a to 7f, the component forces F x, F y, F z, M x, respectively formed by combining the strain gauges defined above are shown.
The connections of the bridge circuit for detecting M y and M z are shown.
Here, the positions of all the strain gauges are indicated by designating beams by reference numerals 4 to 6 and positions in the beam by reference numerals a to o.

【0024】図8および図9に、各分力に対するブリッ
ジ回路の出力とその時使用している歪ゲージ単独の出力
が示してある。ここで、出力の+は抵抗増加を、−は抵
抗減少を、また0は抵抗変化なしを示す。また記号A〜
Mはブリッジ出力端に直接出力しない、各歪ゲージの抵
抗変化である。更に、記号1はブリッジ出力に変化あり
を示し、0はブリッジ出力に変化なしを表している。
FIG. 8 and FIG. 9 show the output of the bridge circuit for each component force and the output of the strain gauge alone used at that time. Here, + of the output indicates increase in resistance, − indicates decrease in resistance, and 0 indicates no change in resistance. The symbol A ~
M is the resistance change of each strain gauge that is not directly output to the bridge output end. Further, the symbol 1 indicates that there is a change in the bridge output, and 0 indicates that there is no change in the bridge output.

【0025】分力Fx が作用する場合、Fz 検出用ゲー
ジのうちビーム3,5には図3cの応力が発生する。ゲ
ージヘ,ヌはビームの中心にないので、ゲージヘには
A,ゲージヌにはBの出力が生じる。しかし、Fz ブリ
ッジの出力端ではそれ等の出力が互いに相殺するため出
力変化が生じない。また、ビーム4,6のゲージイ,ロ
には±Cの抵抗変化が生じるが、Mx,y ブリッジの出
力端には同じように出力変化が生じない。更に、ビーム
3,5のホ、リにある歪ゲージには、±Dの抵抗変化が
生じるが、Mz ブリッジの出力端には出力変化が生じな
い。
When the component force F x acts, the stress shown in FIG. 3c is generated in the beams 3 and 5 of the F z detecting gauge. Since the gauge is not in the center of the beam, the output of A is generated at the gauge and the output of B is generated at the gauge. However, at the output terminals of the F z bridge, their outputs cancel each other out, so that no output change occurs. Further, Gejii beams 4,6, the resistance change of ± C occurs in Russia, M x, the output change in the same way to the output terminal of the M y bridge does not occur. Further, the strain gauges at the positions of the beams 3 and 5 undergo a resistance change of ± D, but no output change occurs at the output end of the M z bridge.

【0026】分力Fy が作用している場合も、対称性か
ら同様なことが生じるので、詳しい説明を行わない。
Even when the component force F y is acting, the same thing occurs due to the symmetry, and therefore detailed description will not be given.

【0027】分力Fz が作用している場合には、Fx
リッジおよびFy ブリッジを構成する歪ゲージに全て同
じ応力による抵抗変化Eが生じるが、各ブリッジの出力
端では前記抵抗変化による出力が相殺され、出力変化が
生じない。しかし、Fz ブリッジ中のヘ,ヌの歪ゲージ
は直応力が、ト,ルのゲージにはポアッソン比による逆
方向の抵抗変化Fが生じる。これ等の抵抗変化は出力端
で出力変化を与える。
When the component force F z acts, the strain gauges constituting the F x bridge and the F y bridge undergo the resistance change E due to the same stress, but at the output end of each bridge, the resistance change E is caused. The outputs are canceled out, and the output does not change. However, the strain gauges of He and N in the F z bridge have a direct stress, and the gauges of G and Le have a resistance change F in the opposite direction due to the Poisson's ratio. These resistance changes give an output change at the output end.

【0028】分力Mx が作用する場合、3,5のビーム
のハ,ニには±Gの抵抗変化が生じ、ホ,ヘ,チ,リ,
ヌ,オには±Hの出力が生じ、4,5のビームのホ,
ヘ,チ,リ,ヌ,オには±Jの出力が、またト、ルには
±Kの出力が生じるが、Mx 以外のブリッジには出力が
生じない。
When the component force M x acts, the resistance changes of ± G occur in C and D of beams 3 and 5, and
The output of ± H is generated in Nu and Oh,
Outputs of ± J are generated for F, J, L, N, and O, and ± K are output for T and L, but no output is generated for bridges other than M x .

【0029】分力My が作用した時には、分力Mx が作
用した時と同様である。
When the component force M y acts, it is the same as when the component force M x acts.

【0030】分力Mz が作用した時は、各ビームのへ,
ヌに±Lの出力が、ト,ルに±Mの出力が生じるが、M
z 以外のブリッジには出力は生じない。
When the component force M z acts, the
An output of ± L is generated at the output, and an output of ± M is generated at the output and the output.
No output occurs on bridges other than z .

【0031】上記の実施例では、6分力検出器を示した
が、6分力中の幾つかの分力を集めた多分力検出器とし
ても実現することができる。また、歪ゲージの組み合わ
せ配列を変えたり、Fz 分力検出用の3−ト,ル〜6−
ト,ルのポアッソン比出力ゲージの代わりに、歪の出な
い部分に貼付けられた歪ゲージをダミーとして用いるこ
とは自由である。
In the above-mentioned embodiment, the 6-component force detector is shown, but it can be realized as a multi-component force detector in which some component forces in the 6-component force are collected. Further, the combination arrangement of the strain gauges may be changed, or 3-to-le for detecting the F z component force may be used.
Instead of the Poisson's ratio output gauges of G and R, it is free to use a strain gauge attached to a portion where no strain appears as a dummy.

【0032】更に、Mz 検出用としてビーム3,5のゲ
ージのみを用いたり、ビーム4,6のゲージのみをブリ
ッジとして組むこともできる。
Further, it is possible to use only the gauges of the beams 3 and 5 for detecting M z or to construct only the gauges of the beams 4 and 6 as a bridge.

【0033】図10〜図12には、本発明による他の検
出器が模式的に示してある。これ等三種の検出器は、何
れも図1bまたは図6bに示した一対のビーム3,5を
それぞれ一本でなく、複数本(2本または3本)にして
構成したものである。歪ゲージの貼付位置は、図6bに
対応させてそれぞれイ、ロ、ハ、ニに対して符号αが、
リ、ヌ、ル、オに対して符号βが、またホ、ヘ、ト、チ
に対して符号γが対応している。これ等の歪ゲージのブ
リッジ結線は、図7と同様であるから、これ以上の説明
は省略する。
10 to 12 schematically show another detector according to the present invention. All of these three types of detectors are configured by a plurality (two or three) of the pair of beams 3 and 5 shown in FIG. As for the sticking position of the strain gauge, the symbol α corresponds to a, b, c, and d in correspondence with FIG.
The symbol β corresponds to li, n, le, and o, and the symbol γ corresponds to e, h, to, and chi. Since the bridge connections of these strain gauges are the same as those in FIG. 7, further description will be omitted.

【0034】図6aと図6bで説明したヘおよびルの位
置にある歪ゲージとこれ等に隣接して貼付けたトおよび
ヌの位置にある歪ゲージをロゼットゲージを使用して、
ビームの中心に貼付けることもできる。
Using the rosette gauges, the strain gauges at the fist and le positions described with reference to FIGS. 6a and 6b and the strain gauges at the to and n positions attached adjacent to these strain gauges are
It can also be attached to the center of the beam.

【0035】以上、本発明の種々な実施態様を構成する
ことができる。これ等の構成は特許請求の範囲に規定し
た構成である限り、本発明の範囲にあることは言うまで
もない。
As described above, various embodiments of the present invention can be constructed. It goes without saying that these configurations are within the scope of the present invention as long as they are the configurations defined in the claims.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明による多分力検出器によって得ら
れる利点は、最大6種の分力に対して互いに干渉するこ
となく、比較的簡単な構造であっても高精度で再現性の
良好な分力測定ができる。
The advantages obtained by the multi-component force detector according to the present invention are high precision and good reproducibility even with a relatively simple structure, without interfering with each other for up to 6 types of component force. Can measure component force.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による第一実施例の多分力検出器の側面
図(a)および線分c−cから見た断面図(b)であ
る。
FIG. 1 is a side view (a) of a multi-component force detector of a first embodiment according to the present invention and a cross-sectional view (b) taken along line cc.

【図2】図1の検出器で分力Fx が作用した場合、ビー
ム3,5の変形(a)とビーム4,6の変形(b)を模
式的に示す側面図である。
2 is a side view schematically showing the deformation (a) of the beams 3 and 5 and the deformation (b) of the beams 4 and 6 when a component force F x acts on the detector of FIG. 1. FIG.

【図3】図1の検出器で分力Fy が作用した場合のビー
ム3,5の局部位置を示す側面図(a)と断面7−8に
生じる模式応力分布図(b)および表面7−9に生じる
模式応力分布図(c)である。
FIG. 3 is a side view (a) showing local positions of beams 3 and 5 when a component force F y is applied to the detector of FIG. 1, a schematic stress distribution diagram (b) and a surface 7 occurring in a cross section 7-8. It is a model stress distribution diagram (c) which arises in -9.

【図4】図1の検出器で分力My が作用した場合のビー
ム3,5の局部位置を示す側面図(a)と対応する模式
応力分布図である。
FIG. 4 is a schematic stress distribution diagram corresponding to a side view (a) showing local positions of the beams 3 and 5 when a component force M y acts on the detector of FIG. 1.

【図5】回転モーメントMz が印加した場合のビーム
(対称性のため一本のみ示す)の変形を示す側面図
(a)および対応する応力分布図(b)である。
FIG. 5 is a side view (a) and corresponding stress distribution diagram (b) showing the deformation of the beam (only one is shown due to symmetry) when a rotational moment M z is applied.

【図6】歪ゲージの貼付位置を示す側面図(a)と断面
図(b)である。
FIG. 6 is a side view (a) and a cross-sectional view (b) showing an attachment position of a strain gauge.

【図7】各分力を検出するためのブリッジ回路の結線図
(a〜f)である。
FIG. 7 is a connection diagram (a to f) of a bridge circuit for detecting each component force.

【図8】各分力に対応するブリッジ回路の出力を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing an output of a bridge circuit corresponding to each component force.

【図9】各分力に対応するブリッジ回路の出力を示す図
で、図8の分図である。
9 is a diagram showing the output of the bridge circuit corresponding to each component force, and is a division diagram of FIG. 8.

【図10】第二実施例のビーム配置を示す模式断面図で
ある。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a beam arrangement of a second embodiment.

【図11】第三実施例のビーム配置を示す模式断面図で
ある。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the beam arrangement of the third embodiment.

【図12】第四実施例のビーム配置を示す模式断面図で
ある。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the beam arrangement of the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定フランジ 2 固定フランジ 3〜4 ビーム イ〜オ 歪ゲージ貼付位置 Fx,y,z,x,y,z 分力1 measuring flange 2 fixing flange 3-4 beam i ~ Oh strain gauge attaching position F x, F y, F z , M x, M y, M z component force

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出すべき力の加わる測定フランジと、
測定フランジに平行に対向する固定フランジと、上記両
フランジに固定連結し、長方形断面を有する4本の平板
ビームとで形成され、 上記両フランジの中心を通る軸線Z軸とし、上記両フラ
ンジの中間で、両フランジに平行に延びる中間面とZ軸
の交点を原点とする直交座標系X,Y,Zを導入し、 前記ビームの一方の対が長方形断面の短辺をZX面に対
して互いに一定の間隔で対向し、YZ面に対して対称に
配置され、前記ビームの他方の対が長方形断面の短辺を
YZ面に対して互いに一定の間隔で対向し、ZX面に対
して対称に配置され、 各ビームのZ軸側短辺面を除いた3方の面で、測定フラ
ンジの近くに貼付けた歪ゲージをA群とし、固定フラン
ジの近くに貼付けた歪ゲージをB群とし、Z=0の近く
の正側に貼付けた歪ゲージをC群とし、Z=0の近くの
負側に貼付けた歪ゲージをD群とし、 両方の長辺面のC群とD群に属する歪ゲージの何れか1
方をZ軸に垂直な方向に貼付け、他の全ての歪ゲージを
Z軸の方向に貼付け、 分力Fx,y に対する各ブリッジ回路をビームの外側短
辺面に貼付けたA群およびB群の歪ゲージの中の4枚で
形成し、 回転モーメントMX,Y に対する各ブリッジ回路をビー
ムの外側短辺面に貼付けたC群およびD群の歪ゲージの
中の4枚で形成し、 分力Fz に対するブリッジ回路をビームの長辺面のC群
およびD群の 16 枚の歪ゲージで形成し、 回転モーメントMZ に対するブリッジ回路をビームの長
辺面のA群およびB群の 16 枚の歪ゲージで形成し、て
あることを特徴とする6分力を測定できる多分力検出
器。
1. A measuring flange to which a force to be detected is applied,
It is formed by a fixed flange facing parallel to the measurement flange and four flat plate beams fixedly connected to the both flanges and having a rectangular cross section, and an axis line Z axis passing through the centers of the both flanges, and an intermediate point between the both flanges. Introducing a Cartesian coordinate system X, Y, Z whose origin is the intersection of the Z axis and the intermediate surface extending parallel to both flanges, and one pair of the beams has the short side of the rectangular cross section with respect to the ZX plane. The pair of beams are arranged symmetrically with respect to the YZ plane, and are arranged symmetrically with respect to the YZ plane. The other pair of the beams oppose the short sides of the rectangular cross section with respect to the YZ plane at regular intervals and are symmetrical with respect to the ZX plane. The strain gauges placed near the measurement flange on the three sides of the beams, excluding the short side surface on the Z-axis side, are group A, and the strain gauges attached near the fixed flange are group B. Strain gauge attached on the positive side near = 0 And the group, the strain gauge adhered to the negative side of the near Z = 0 and D group, both of any of the strain gauge belonging to group C and group D of the long side surface 1
One is attached in the direction perpendicular to the Z-axis, all other strain gauges are attached in the direction of the Z-axis, and each bridge circuit for component force F x, F y is attached to the outer short side of the beam. Formed with 4 of the strain gauges of the group, and formed with 4 of the strain gauges of the C and D groups in which each bridge circuit for the rotation moments M X, M Y is attached to the outer short side surface of the beam. , A bridge circuit for component force F z is formed by 16 strain gauges of C group and D group on the long side of the beam, and a bridge circuit for rotational moment M Z is formed of A group and B group of the long side of the beam. A multi-component force detector capable of measuring 6-component force, which is formed by 16 strain gauges and has a lever.
【請求項2】 少なくとも1対の両方のビームはそれぞ
れ3本以上の奇数本の平板ビームで構成され、短辺面の
歪ゲージは中央のビームの短辺面に貼付けてあり、長辺
面の歪ゲージは側方の両ビームの対応する長辺面に貼付
けてあることを特徴とする請求項1に記載の多分力検出
器。
2. At least one pair of both beams is composed of an odd number of flat plate beams of three or more, and the strain gauge of the short side face is attached to the short side face of the central beam, and The force detector according to claim 1, wherein the strain gauges are attached to the corresponding long side surfaces of both lateral beams.
【請求項3】 少なくとも1対の両方のビームはそれぞ
れ2本以上の偶数本の平板ビームで構成され、短辺面の
歪ゲージは両方のビームの短辺面に貼付けてた歪ゲージ
を並列接続したものに相当し、長辺面の歪ゲージは両ビ
ームの対応する長辺面に貼付けてあることを特徴とする
請求項1に記載の多分力検出器。
3. At least one pair of both beams are composed of two or more even-numbered flat plate beams, and the strain gauges on the short sides are connected in parallel with the strain gauges attached to the short sides of both beams. The force detector according to claim 1, wherein the strain gauges on the long side faces are attached to the corresponding long side faces of both beams.
【請求項4】 長辺面に貼付けたC群とD群の2組の歪
ゲージはそれぞれ一枚のロゼットで構成し、Z=0に貼
付けてあることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項
に記載の多分力検出器。
4. The two sets of strain gauges of the C group and the D group attached to the long side surface are each constituted by one rosette, and are attached at Z = 0. The force detector according to any one of claims 1.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか1項に規定してた
6分力検出器において、分力Fx,y,Z,x,y,Z
のうち、必要な分力のみのブリッジ回路を形成して、そ
の分力のみを測定することを特徴とする多分力検出器。
5. The six-component force detector defined in any one of claims 1 to 4, wherein the component forces F x, F y, F Z, M x, M y, M Z.
Among them, a multi-component force detector characterized by forming a bridge circuit of only the necessary component force and measuring only the component force.
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