JPH07190865A - 圧力、力及びモーメントの測定装置 - Google Patents
圧力、力及びモーメントの測定装置Info
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- JPH07190865A JPH07190865A JP6265551A JP26555194A JPH07190865A JP H07190865 A JPH07190865 A JP H07190865A JP 6265551 A JP6265551 A JP 6265551A JP 26555194 A JP26555194 A JP 26555194A JP H07190865 A JPH07190865 A JP H07190865A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
- G01L5/162—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of piezoresistors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/085—Force or torque sensors
Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定結果が抵抗素子に作用する装置部材の材
質特性に依存せず、変形物体を完全に省くことのできる
装置を提供すること。 【構成】 厚膜抵抗として構成されたピエゾ抵抗素子が
力線方向で隣接する２つの装置部材の間で直交方向で負
荷可能に分散されて配設されるように構成する。
質特性に依存せず、変形物体を完全に省くことのできる
装置を提供すること。 【構成】 厚膜抵抗として構成されたピエゾ抵抗素子が
力線方向で隣接する２つの装置部材の間で直交方向で負
荷可能に分散されて配設されるように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力、力及びモーメン
トの測定装置であって、少なくとも３つのピエゾ抵抗素
子を有しており、該ピエゾ抵抗素子は装置部材によって
機械的に荷重を加えられ、該装置部材は測定すべき力及
びモーメントを検出ないし伝達する、圧力、力及びモー
メントの測定装置に関する。
トの測定装置であって、少なくとも３つのピエゾ抵抗素
子を有しており、該ピエゾ抵抗素子は装置部材によって
機械的に荷重を加えられ、該装置部材は測定すべき力及
びモーメントを検出ないし伝達する、圧力、力及びモー
メントの測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の公知の装置（例えばドイツ連邦
共和国特許第３６２３３９１号明細書）では、複数の抵
抗素子がばね座金上に被着されている。このばね座金に
よってハンドリング装置の運動ユニットが工具保持体に
旋回可能に連結される。運動構成体の縁部と工具保持体
の中央に固定されたばね座金は、外部からの力が工具な
いしは工具保持体に作用すると直ちに変形する。その際
抵抗素子も形状変化する。その結果抵抗値信号が生ず
る。このような装置では測定結果はバイアスとばね座金
の材質特性に依存する。この材質特性は温度の影響下に
あり、長期間の使用では経年劣化による材質変化が生じ
得る。その他にも公知の装置は回転モーメントの測定に
は適していない。なぜなら縁部及び中央部においてバイ
アスをかけられたばね座金は回転に対する剛性を高めて
相互に連結されており、回転モーメントの伝達の際には
十分に変形することができないからである。
共和国特許第３６２３３９１号明細書）では、複数の抵
抗素子がばね座金上に被着されている。このばね座金に
よってハンドリング装置の運動ユニットが工具保持体に
旋回可能に連結される。運動構成体の縁部と工具保持体
の中央に固定されたばね座金は、外部からの力が工具な
いしは工具保持体に作用すると直ちに変形する。その際
抵抗素子も形状変化する。その結果抵抗値信号が生ず
る。このような装置では測定結果はバイアスとばね座金
の材質特性に依存する。この材質特性は温度の影響下に
あり、長期間の使用では経年劣化による材質変化が生じ
得る。その他にも公知の装置は回転モーメントの測定に
は適していない。なぜなら縁部及び中央部においてバイ
アスをかけられたばね座金は回転に対する剛性を高めて
相互に連結されており、回転モーメントの伝達の際には
十分に変形することができないからである。
【０００３】ｘ軸−、ｙ軸−、ｚ軸−方向での力と回転
モーメントの測定のための冒頭に述べたような形式の装
置は例えば英国特許第２０９６７７１号明細書から公知
である。この装置では測定素子として構成された抵抗素
子が均一に分散された４つのアームの側面に取付けられ
ている。このアームにより一方の装置部分に配属された
ボスは他方の装置部分に配属された外部リングに連結さ
れる。アームと外部リングの連結個所は次のように弱め
られている。すなわち一方のアーム対を通って延在する
軸において力ないし回転モーメントが生じた場合に実質
的にそれぞれそのアーム対に対して横方向に配設された
アーム対においてのみ変形が生じるように弱められてい
る。これにより評価回路は簡素化され得る。このような
装置においても測定は測定素子を支持する部材の材質特
性に依存している。その他に測定素子は交互の負荷の際
にはその抵抗値が比較的僅かだけ変化する特性を有して
いる。
モーメントの測定のための冒頭に述べたような形式の装
置は例えば英国特許第２０９６７７１号明細書から公知
である。この装置では測定素子として構成された抵抗素
子が均一に分散された４つのアームの側面に取付けられ
ている。このアームにより一方の装置部分に配属された
ボスは他方の装置部分に配属された外部リングに連結さ
れる。アームと外部リングの連結個所は次のように弱め
られている。すなわち一方のアーム対を通って延在する
軸において力ないし回転モーメントが生じた場合に実質
的にそれぞれそのアーム対に対して横方向に配設された
アーム対においてのみ変形が生じるように弱められてい
る。これにより評価回路は簡素化され得る。このような
装置においても測定は測定素子を支持する部材の材質特
性に依存している。その他に測定素子は交互の負荷の際
にはその抵抗値が比較的僅かだけ変化する特性を有して
いる。
【０００４】さらに従来の技術には唯１つのピエゾ抵抗
素子が設けられた圧力測定装置も含まれている（例えば
ドイツ連邦共和国特許第３８１８１９１号明細書）。こ
のピエゾ抵抗素子には測定すべき圧力によって負荷され
るラムが直交方向に作用する。しかしながらこの装置は
曲げモーメント又は回転モーメントの測定には適してい
ない。
素子が設けられた圧力測定装置も含まれている（例えば
ドイツ連邦共和国特許第３８１８１９１号明細書）。こ
のピエゾ抵抗素子には測定すべき圧力によって負荷され
るラムが直交方向に作用する。しかしながらこの装置は
曲げモーメント又は回転モーメントの測定には適してい
ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
装置の欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことであ
る。
装置の欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、ピエゾ抵抗素子、例えば厚膜抵抗として構成された
素子が力線方向で隣接する２つの装置部材の間で直交方
向で荷重を受けられるように分散されて配設される構成
によって解決される。
は、ピエゾ抵抗素子、例えば厚膜抵抗として構成された
素子が力線方向で隣接する２つの装置部材の間で直交方
向で荷重を受けられるように分散されて配設される構成
によって解決される。
【０００７】本発明の装置によって得られる利点は、測
定結果が抵抗素子に作用する装置部材の材質特性から影
響を受けず、変形物体を省くことができることである。
さらに発生した力モーメントは直交方向で抵抗膜及び、
その基板に作用する個々の力線を惹起する。それにより
あらゆる場合において実質的に変位なしで測定は誤った
方向に向かうことなく行われる。
定結果が抵抗素子に作用する装置部材の材質特性から影
響を受けず、変形物体を省くことができることである。
さらに発生した力モーメントは直交方向で抵抗膜及び、
その基板に作用する個々の力線を惹起する。それにより
あらゆる場合において実質的に変位なしで測定は誤った
方向に向かうことなく行われる。
【０００８】本発明による別の有利な実施例及び構成例
は従属請求項に記載される。
は従属請求項に記載される。
【０００９】特に有利には、抵抗素子は、隣接する装置
部材の間で直交方向にバイアスをかけられて支持され、
当該バイアスは生じ得るいかなる場合においても最低バ
イアスが全ての抵抗素子に維持されように選定される。
これにより全ての動作領域に亘って抵抗素子のリニアな
信号経過特性が得られる。その他にもこの場合に抵抗素
子を非固定的にその支持体に支持させて接触接続させて
もよい。これにより抵抗素子は必要に応じて容易に交換
が可能となる。
部材の間で直交方向にバイアスをかけられて支持され、
当該バイアスは生じ得るいかなる場合においても最低バ
イアスが全ての抵抗素子に維持されように選定される。
これにより全ての動作領域に亘って抵抗素子のリニアな
信号経過特性が得られる。その他にもこの場合に抵抗素
子を非固定的にその支持体に支持させて接触接続させて
もよい。これにより抵抗素子は必要に応じて容易に交換
が可能となる。
【００１０】さらに別の有利な実施例によれば、抵抗素
子は、支持部材の２つの端面側に対毎に軸方向で相対向
して配設され、前記支持部材は装置に配向された平面内
で力線方向に対して直交方向に延在して装置部材に配属
され、さらに別の装置部材は、支持部材における抵抗素
子のバイアス設定のための軸方向のストッパ面ないしは
ストッパに連結される。このような配置構成によれば、
抵抗素子は測定すべき力特性経過に完全に関与せしめら
れ、これに関連するその他の部材を介してのバイパス的
な力の流れは全て排除される。さらに信号の評価は、軸
方向で相対向する２つの抵抗素子の信号の差分によって
行われる。これにより測定信号への周辺温度の影響が最
小化される。
子は、支持部材の２つの端面側に対毎に軸方向で相対向
して配設され、前記支持部材は装置に配向された平面内
で力線方向に対して直交方向に延在して装置部材に配属
され、さらに別の装置部材は、支持部材における抵抗素
子のバイアス設定のための軸方向のストッパ面ないしは
ストッパに連結される。このような配置構成によれば、
抵抗素子は測定すべき力特性経過に完全に関与せしめら
れ、これに関連するその他の部材を介してのバイパス的
な力の流れは全て排除される。さらに信号の評価は、軸
方向で相対向する２つの抵抗素子の信号の差分によって
行われる。これにより測定信号への周辺温度の影響が最
小化される。
【００１１】別の有利な実施例によれば、支持部材には
対称軸線から外側に向けて半径方向に延在する少なくと
も３つの支持アームが設けられ、該支持アームの端部に
は対毎に軸方向と周面方向で相対向している抵抗素子が
配設され、別の装置部材は、支持部材における抵抗素子
のバイアス設定のための、軸方向と周面方向に突出する
ストッパ部材に連結される。これにより圧力、力及び曲
げモーメントないしピッチングモーメントの他にも回転
モーメントが測定可能となる。この場合抵抗素子は直交
方向に作用する個別力によってそれぞれ荷重され、力伝
達ないしモーメントの伝達に完全に関係付けられる。
対称軸線から外側に向けて半径方向に延在する少なくと
も３つの支持アームが設けられ、該支持アームの端部に
は対毎に軸方向と周面方向で相対向している抵抗素子が
配設され、別の装置部材は、支持部材における抵抗素子
のバイアス設定のための、軸方向と周面方向に突出する
ストッパ部材に連結される。これにより圧力、力及び曲
げモーメントないしピッチングモーメントの他にも回転
モーメントが測定可能となる。この場合抵抗素子は直交
方向に作用する個別力によってそれぞれ荷重され、力伝
達ないしモーメントの伝達に完全に関係付けられる。
【００１２】別の有利な実施例によれば、抵抗素子に対
する軸方向ないし場合によっては半径方向のストッパ面
は、球状部材として構成されており、該球状部材（５
８）は相応の装置部材に結合されたかご形ケーシング内
に導入され、例えばケーシング内に支承された調整ねじ
によって抵抗素子に押圧される。
する軸方向ないし場合によっては半径方向のストッパ面
は、球状部材として構成されており、該球状部材（５
８）は相応の装置部材に結合されたかご形ケーシング内
に導入され、例えばケーシング内に支承された調整ねじ
によって抵抗素子に押圧される。
【００１３】抵抗素子の機械的な負荷容量を高めるため
に本発明の別の有利な実施例によれば、抵抗素子は、金
属性基板、例えば鋼板を有しており、該基板は絶縁層に
よって覆われており、該絶縁層の上には厚膜抵抗がスク
リーン印刷手法によって被着される。この金属性基板は
抵抗素子に容易な交換性を求めなくてもよい場合には、
抵抗素子に対する支持部材と共に一体的に構成されても
よい。
に本発明の別の有利な実施例によれば、抵抗素子は、金
属性基板、例えば鋼板を有しており、該基板は絶縁層に
よって覆われており、該絶縁層の上には厚膜抵抗がスク
リーン印刷手法によって被着される。この金属性基板は
抵抗素子に容易な交換性を求めなくてもよい場合には、
抵抗素子に対する支持部材と共に一体的に構成されても
よい。
【００１４】厚膜抵抗には有利には同じように金属性の
上方部材が被着され、ガラス層又は接着層によって固定
され得る。
上方部材が被着され、ガラス層又は接着層によって固定
され得る。
【００１５】また有利には場合によってこの上方部材の
代わりに力導入用のラムをガラス層又は接着層を介して
厚膜抵抗に結合させてもよい。
代わりに力導入用のラムをガラス層又は接着層を介して
厚膜抵抗に結合させてもよい。
【００１６】温度の補償のために有利には抵抗素子の金
属性基板に、負荷されない補助抵抗が配設され、負荷さ
れる厚膜抵抗とハーフブリッジ回路において接続され
る。
属性基板に、負荷されない補助抵抗が配設され、負荷さ
れる厚膜抵抗とハーフブリッジ回路において接続され
る。
【００１７】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
明する。
【００１８】図１及び図２による測定装置はハンドリン
グ装置のアーム部分１０と、これに連結された工具保持
部１２との間に配設されている。この測定装置は軸方向
力Ｆ及び横方向力Ｓの測定ないしはこれらの力によって
惹起されるピッチングモーメント（これは工具保持部に
作用する）に対して設計仕様されている。工具保持部１
２はアダプタプレート１４に固定的に連結されている。
このアダプタプレート１４は軸受ジャーナル１６を有し
ている。この軸受ジャーナル１６の上方には支持プレー
ト１８が解離可能に固定されている。この支持プレート
１８の上方及び下方の端面側には軸方向で相対向してい
るそれぞれ３つのピエゾ抵抗素子２０が均一に分散配置
されている。これらのピエゾ抵抗素子２０は装置部分１
０，１２の対称軸線２２に対して半径方向で等しい間隔
を有している。このピエゾ抵抗素子２０の構成は図３に
基づいて以下で説明する。
グ装置のアーム部分１０と、これに連結された工具保持
部１２との間に配設されている。この測定装置は軸方向
力Ｆ及び横方向力Ｓの測定ないしはこれらの力によって
惹起されるピッチングモーメント（これは工具保持部に
作用する）に対して設計仕様されている。工具保持部１
２はアダプタプレート１４に固定的に連結されている。
このアダプタプレート１４は軸受ジャーナル１６を有し
ている。この軸受ジャーナル１６の上方には支持プレー
ト１８が解離可能に固定されている。この支持プレート
１８の上方及び下方の端面側には軸方向で相対向してい
るそれぞれ３つのピエゾ抵抗素子２０が均一に分散配置
されている。これらのピエゾ抵抗素子２０は装置部分１
０，１２の対称軸線２２に対して半径方向で等しい間隔
を有している。このピエゾ抵抗素子２０の構成は図３に
基づいて以下で説明する。
【００１９】抵抗素子２０はそれぞれ１つの金属性の基
板２４有利には鋼性の基板を有している。この基板２４
の一方の側は絶縁ガラス層２６で覆われている。この絶
縁がラス層２６にはピエゾ厚膜抵抗２８がスクリーン印
刷手法によって被着されている。圧膜抵抗２８はガラス
層又は接着層３０を介して上方部分３２と結合されてい
る。この上方部分も有利には金属からなる。厚膜抵抗２
８の接触接続は厚膜技術において公知の手法で実施し得
る。そのため本発明との関連の中でこれについての詳細
な説明は省く。抵抗値の温度補償のために基板２４には
負荷されない補助抵抗３４（図４）が印刷され得る。こ
の補助抵抗３４は厚膜抵抗２８とハーフブリッジ回路
（図７）において接続される。
板２４有利には鋼性の基板を有している。この基板２４
の一方の側は絶縁ガラス層２６で覆われている。この絶
縁がラス層２６にはピエゾ厚膜抵抗２８がスクリーン印
刷手法によって被着されている。圧膜抵抗２８はガラス
層又は接着層３０を介して上方部分３２と結合されてい
る。この上方部分も有利には金属からなる。厚膜抵抗２
８の接触接続は厚膜技術において公知の手法で実施し得
る。そのため本発明との関連の中でこれについての詳細
な説明は省く。抵抗値の温度補償のために基板２４には
負荷されない補助抵抗３４（図４）が印刷され得る。こ
の補助抵抗３４は厚膜抵抗２８とハーフブリッジ回路
（図７）において接続される。
【００２０】装置のアーム部分１０はかご形ケーシング
と結合されている。このケーシングは相互に心合わせさ
れた２つの部材３６，３８からなっている。図面中下側
にあるケーシング部材３６はジャーナル１６用の収容孔
部４０を有している。この孔部は球面状に構成されてお
り、ジャーナル２６を傾斜可能に支承ないし案内する。
さらにケーシング部材３６は、支持プレート１８の下側
に座着されている抵抗素子２０に対する平面状のストッ
パ面４２を備えている。上方のケーシング部材３８は、
支持プレート１８を遊びをもって収容し、さらに平坦な
ストッパ面４４を有している。このストッパ面４４には
抵抗素子２０が当接する。この抵抗素子２０は支持プレ
ート１８上に配設されている。
と結合されている。このケーシングは相互に心合わせさ
れた２つの部材３６，３８からなっている。図面中下側
にあるケーシング部材３６はジャーナル１６用の収容孔
部４０を有している。この孔部は球面状に構成されてお
り、ジャーナル２６を傾斜可能に支承ないし案内する。
さらにケーシング部材３６は、支持プレート１８の下側
に座着されている抵抗素子２０に対する平面状のストッ
パ面４２を備えている。上方のケーシング部材３８は、
支持プレート１８を遊びをもって収容し、さらに平坦な
ストッパ面４４を有している。このストッパ面４４には
抵抗素子２０が当接する。この抵抗素子２０は支持プレ
ート１８上に配設されている。
【００２１】２つのケーシング部材３６，３８は、図示
されていない手段を介して軸方向に相互に締め合わされ
ている。この場合ケーシング部材３８における環状縁部
４６はケーシング部材３６の環状肩部４８に当接してい
る。ケーシング部材３６，３８は相互に調心されてい
る。ケーシング部材の軸方向の寸法は次のように選定さ
れている。すなわち静止状態においても装置の使用中に
可能な２つのケーシング部材１０，１２のいかなる荷重
状態の場合でも全部で６つの抵抗素子２０が少なくとも
弱いバイアスの下におかれる。これにより全ての抵抗素
子においてリニアな信号経過が保証される。また抵抗素
子２０は該抵抗素子を支持ないし支えている部材と固定
的に結合されるのではなく、単に調心されて前記部材に
保持されるべきことが達成される。
されていない手段を介して軸方向に相互に締め合わされ
ている。この場合ケーシング部材３８における環状縁部
４６はケーシング部材３６の環状肩部４８に当接してい
る。ケーシング部材３６，３８は相互に調心されてい
る。ケーシング部材の軸方向の寸法は次のように選定さ
れている。すなわち静止状態においても装置の使用中に
可能な２つのケーシング部材１０，１２のいかなる荷重
状態の場合でも全部で６つの抵抗素子２０が少なくとも
弱いバイアスの下におかれる。これにより全ての抵抗素
子においてリニアな信号経過が保証される。また抵抗素
子２０は該抵抗素子を支持ないし支えている部材と固定
的に結合されるのではなく、単に調心されて前記部材に
保持されるべきことが達成される。
【００２２】抵抗素子２０は図７に示されている評価回
路に統合されている。この評価回路は少なくとも部分的
に支持プレート１８上に配設してもよい。個々の抵抗素
子２０の信号は相互に結合される。図７ではそれぞれ２
つの相互に対向して配設されている抵抗素子２０ａ，２
０ｂ又は２０ｃ，２０ｄないし２８，３４がハーフブリ
ッジに相互接続されている。このハーフブリッジのブリ
ッジ対角点に計測−増幅器（例えばＢｕｒｒ−Ｂｒｏｗ
ｎ ＰＧＡ ２０４等）の入力側が接続される。増幅器
６４の出力電圧ＵAは測定電圧を表す。ブリッジ回路の
供給−直流電圧は符号ＵVで示される。増幅器６４は、
十分な測定電圧の供給のために必要なものである。なぜ
ならブリッジ対角点における電圧差は通常数ミリボルト
（ｍＶ）となるからである。図７による装置ではいわゆ
る比率化的評価方式が用いられる。この方式では出力電
圧Ｕaが供給−直流電圧ＵVに関係付けられる。測定抵抗
２０ｄは図６の図面中においては示されていないが、こ
の抵抗は測定抵抗２０ｃに対向している。図７による回
路装置は図５及び図６に示された全てのフルブリッジ回
路に対して当てはまる。
路に統合されている。この評価回路は少なくとも部分的
に支持プレート１８上に配設してもよい。個々の抵抗素
子２０の信号は相互に結合される。図７ではそれぞれ２
つの相互に対向して配設されている抵抗素子２０ａ，２
０ｂ又は２０ｃ，２０ｄないし２８，３４がハーフブリ
ッジに相互接続されている。このハーフブリッジのブリ
ッジ対角点に計測−増幅器（例えばＢｕｒｒ−Ｂｒｏｗ
ｎ ＰＧＡ ２０４等）の入力側が接続される。増幅器
６４の出力電圧ＵAは測定電圧を表す。ブリッジ回路の
供給−直流電圧は符号ＵVで示される。増幅器６４は、
十分な測定電圧の供給のために必要なものである。なぜ
ならブリッジ対角点における電圧差は通常数ミリボルト
（ｍＶ）となるからである。図７による装置ではいわゆ
る比率化的評価方式が用いられる。この方式では出力電
圧Ｕaが供給−直流電圧ＵVに関係付けられる。測定抵抗
２０ｄは図６の図面中においては示されていないが、こ
の抵抗は測定抵抗２０ｃに対向している。図７による回
路装置は図５及び図６に示された全てのフルブリッジ回
路に対して当てはまる。
【００２３】横方向力Ｓが生じた場合（図１）には３つ
の抵抗素子対２０は異なる強さで負荷されるかないしは
負荷軽減される。この場合評価回路は横方向力ないし曲
げモーメントを大きさ及び方向に従って測定する。その
他に同軸的に相互に対向する抵抗素子２０は差分信号の
評価によって抵抗信号の温度補償を達成する。
の抵抗素子対２０は異なる強さで負荷されるかないしは
負荷軽減される。この場合評価回路は横方向力ないし曲
げモーメントを大きさ及び方向に従って測定する。その
他に同軸的に相互に対向する抵抗素子２０は差分信号の
評価によって抵抗信号の温度補償を達成する。
【００２４】図５及び図６による別の拡張された測定装
置によれば軸方向力Ｆ、横方向力Ｓないしはこれらによ
って引き起こされるピッチングモーメントと、対称軸線
２２を中心とする回転モーメントＭが測定される。この
装置は第１実施例のようにハンドリング装置のアーム部
分１０と工具保持部１２との間に配設されている。この
工具保持部１２にはアダプタプレート１４が固定されて
いる。このアダプタプレート１４はジャーナル１６を支
持している。このジャーナル１６には冠状の部材５０が
解離可能に固定されている。この冠状部材５０は相互に
直角に突出する４つのアーム５２を有している。このア
ーム５２の自由端部には第１実施例に類似して上方及び
下方でそれぞれ１つの抵抗素子２０が同軸的な関係で配
設されている。それに加えて各アーム５２の端部には、
同軸的に対向して配置された別の２つの抵抗素子２０が
設けられている。この抵抗素子は周面方向とは逆に向け
られている。
置によれば軸方向力Ｆ、横方向力Ｓないしはこれらによ
って引き起こされるピッチングモーメントと、対称軸線
２２を中心とする回転モーメントＭが測定される。この
装置は第１実施例のようにハンドリング装置のアーム部
分１０と工具保持部１２との間に配設されている。この
工具保持部１２にはアダプタプレート１４が固定されて
いる。このアダプタプレート１４はジャーナル１６を支
持している。このジャーナル１６には冠状の部材５０が
解離可能に固定されている。この冠状部材５０は相互に
直角に突出する４つのアーム５２を有している。このア
ーム５２の自由端部には第１実施例に類似して上方及び
下方でそれぞれ１つの抵抗素子２０が同軸的な関係で配
設されている。それに加えて各アーム５２の端部には、
同軸的に対向して配置された別の２つの抵抗素子２０が
設けられている。この抵抗素子は周面方向とは逆に向け
られている。
【００２５】アーム部分１０はかご形ケーシングに結合
されている。このケーシングは２つの部材５４，５６か
らなっている。抵抗素子２０に対する当接面ないし押圧
面として２つのケーシング内には球状部材５８又はその
他の形状の接触接続部材（例えば円錐状台部）が設けら
れている。この部材はケーシングの相応の切欠き内に導
入され支持される。２つのケーシング部材５４，５６は
第１実施例のように軸方向で次のように相互に力を加え
られている。すなわち軸線方向に向いた抵抗素子２０に
所望のバイアスが得られるように力を加えられている。
されている。このケーシングは２つの部材５４，５６か
らなっている。抵抗素子２０に対する当接面ないし押圧
面として２つのケーシング内には球状部材５８又はその
他の形状の接触接続部材（例えば円錐状台部）が設けら
れている。この部材はケーシングの相応の切欠き内に導
入され支持される。２つのケーシング部材５４，５６は
第１実施例のように軸方向で次のように相互に力を加え
られている。すなわち軸線方向に向いた抵抗素子２０に
所望のバイアスが得られるように力を加えられている。
【００２６】周面方向に配設された抵抗素子２０の支持
のために設けられた球状部材５８は上方のケーシング部
材５６内に支承される。この上方のケーシング部材はア
ーム５２の自由端部収容のための壁部切欠き６０を備え
ている。この球状部材５８は図６の断面図に示されてい
るように調整ねじ６２によって抵抗素子２０に押圧され
ている。この調整ねじ６２はケーシング部材５６のねじ
孔内に挿入されている。ケーシング部材５６の相応の構
成においては、軸線方向に作用する球場部材５８が調整
ねじ６２によって個別に上方及び下方の、十字形回転部
５０に配設された抵抗素子２０に所定のバイアス力で押
しつけられる。いずれにせよ抵抗素子は正規直交方向力
でもって負荷され、これにより全ての方向での力及び力
モーメントはほとんど大した変位なしでも誤られること
なく測定される。さらに簡易な実施例においては４つの
アームと１６の抵抗素子を有する冠状部材の代わりに３
つのアームと１２の抵抗素子を有する部材を設けること
も可能である。
のために設けられた球状部材５８は上方のケーシング部
材５６内に支承される。この上方のケーシング部材はア
ーム５２の自由端部収容のための壁部切欠き６０を備え
ている。この球状部材５８は図６の断面図に示されてい
るように調整ねじ６２によって抵抗素子２０に押圧され
ている。この調整ねじ６２はケーシング部材５６のねじ
孔内に挿入されている。ケーシング部材５６の相応の構
成においては、軸線方向に作用する球場部材５８が調整
ねじ６２によって個別に上方及び下方の、十字形回転部
５０に配設された抵抗素子２０に所定のバイアス力で押
しつけられる。いずれにせよ抵抗素子は正規直交方向力
でもって負荷され、これにより全ての方向での力及び力
モーメントはほとんど大した変位なしでも誤られること
なく測定される。さらに簡易な実施例においては４つの
アームと１６の抵抗素子を有する冠状部材の代わりに３
つのアームと１２の抵抗素子を有する部材を設けること
も可能である。
【００２７】前記２つの実施例においては抵抗素子を着
脱可能に、例えば適合する凹部に差し込むことによっ
て、当該抵抗素子の支持部材に取り付けることも可能で
ある。これにより抵抗素子は必要に応じて簡単に交換す
ることが可能となる。
脱可能に、例えば適合する凹部に差し込むことによっ
て、当該抵抗素子の支持部材に取り付けることも可能で
ある。これにより抵抗素子は必要に応じて簡単に交換す
ることが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、測定結果が抵抗素子に
作用する装置部材の材質特性に依存せず、変形物体は完
全に省くことができる。
作用する装置部材の材質特性に依存せず、変形物体は完
全に省くことができる。
【図１】軸方向力と曲げモーメントに対する測定装置を
備えた第１実施例としてのハンドリング装置の一部の縦
断面図である。
備えた第１実施例としてのハンドリング装置の一部の縦
断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った測定装置部
分の断面図である。
分の断面図である。
【図３】本発明によって構成された抵抗素子側面の拡大
図である
図である
【図４】共通の基板上の負荷されない補助抵抗を備えた
負荷される厚膜抵抗のハーフブリッジ回路の平面図であ
る。
負荷される厚膜抵抗のハーフブリッジ回路の平面図であ
る。
【図５】第２実施例による測定装置を備えた図１に相応
する装置部分の縦断面図である。
する装置部分の縦断面図である。
【図６】図５による測定装置の一部の平面図である。
【図７】測定信号の生成のためのブリッジ回路を示した
図である。
図である。
１０ アーム部分 １２ 工具保持部 １４ アダプタプレート １６ 軸受ジャーナル １８ 支持プレート ２０ ピエゾ抵抗素子 ２４ 基板 ２６ 絶縁層 ２８ 厚膜抵抗 ３０ 接着層 ３２ 上方部 ３４ 補助抵抗 ３６ ケーシング部材 ３８ ケーシング部材 ４０ 収容孔部 ４２ ストッパ面 ４４ ストッパ面 ５０ 冠状部材 ５２ アーム ５４ ケーシング部材 ５６ ケーシング部材 ５８ 球状部材 ６０ 壁部切欠き ６２ 調整ねじ
フロントページの続き (72)発明者 ルードルフ ハインツ ドイツ連邦共和国 レニンゲン エルティ ンガー ヴェーク 26 (72)発明者 ライナー マルティン ドイツ連邦共和国 ハイデンハイム オー ベラー エルビスベルク 19 (72)発明者 マンフレート モーザー ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ブル ックエッカーヴェーク 24 (72)発明者 ハンス ブラウン ドイツ連邦共和国 シュツットガルト コ ルプシュトラーセ ６
Claims (10)
- 【請求項１】 圧力、力及びモーメントの測定装置であ
って、少なくとも３つのピエゾ抵抗素子を有しており、
該ピエゾ抵抗素子は装置部材によって機械的に荷重を加
えられ、該装置部材は測定すべき力及びモーメントを検
出ないし伝達する、圧力、力及びモーメントの測定装置
において、 ピエゾ抵抗素子（２０）、例えば厚膜抵抗（２８）とし
て構成された素子が力線方向で隣接する２つの装置部材
（１０、１２）の間で直交方向で荷重を受けられるよう
に分散されて配設されていることを特徴とする、圧力、
力及びモーメントの測定装置。 - 【請求項２】 前記抵抗素子（２０）は、隣接する装置
部材（１０，１２）の間で直交方向にバイアスをかけら
れて支持されており、当該バイアスは、全ての生じ得る
場合において最低バイアスが全ての抵抗素子（２０）に
て維持されるように選定されている、請求項１記載の圧
力、力及びモーメントの測定装置。 - 【請求項３】 前記抵抗素子（２０）は、支持部材（１
８、５０）の２つの端面側に対毎に軸方向で相対向して
配設されており、前記支持部材（１８、５０）は装置に
配向された平面内で力線方向に対して直交方向に延在し
て装置部材（１２）に配属されており、さらに別の装置
部材（１０）は、支持部材（１８，５０）における抵抗
素子（２０）のバイアス設定のための軸方向のストッパ
面（４２，４４）ないしはストッパ（５８）に連結され
ている、請求項２記載の圧力、力及びモーメントの測定
装置。 - 【請求項４】 前記支持部材（５０）には半径方向で対
称軸線から外方に延在する少なくとも３つの支持アーム
（５２）が設けられており、該支持アーム（５２）の端
部には対毎に軸方向と周面方向で相対向している抵抗素
子が配設されており、別の装置部材は、支持部材（５
０）における抵抗素子（２０）のバイアス設定のため
の、軸方向と周面方向に突出するストッパ部材（５８）
に連結されている、請求項３記載の圧力、力及びモーメ
ントの測定装置。 - 【請求項５】 前記抵抗素子（２０）に対する軸方向な
いし場合によっては半径方向のストッパ面は、球状部材
（５８）として構成されており、該球状部材（５８）は
相応の装置部材（１０）に結合されたかご形ケーシング
（５４，５６）内に導入され、例えばケーシング内に支
承された調整ねじ（６２）によって抵抗素子（２０）に
押圧される、請求項３または４に記載の圧力、力及びモ
ーメントの測定装置。 - 【請求項６】 前記抵抗素子(２０)は、金属性基板（２
４）、例えば鋼板を有しており、該基板（２４）は絶縁
層（２６）によって覆われており、該絶縁層（２６）の
上には厚膜抵抗（２８）がスクリーン印刷手法によって
被着されている、請求項１〜５いずれか１項に記載の圧
力、力及びモーメントの測定装置。 - 【請求項７】 前記厚膜抵抗は絶縁層（２６）を介して
金属性基板（２４）と結合されている、請求項６記載の
圧力、力及びモーメントの測定装置。 - 【請求項８】 前記厚膜抵抗（２８）に上部部材（３
２）が被着されており、該上部部材は例えば金属からな
り、当該厚膜抵抗（２８）とガラス層又は接着層（３
０）を介して結合されている、請求項６又は７記載の圧
力、力及びモーメントの測定装置。 - 【請求項９】 １つの抵抗素子（２０）の金属性基板
（２４）上に負荷されない補助抵抗（３４）が配設され
ており、該補助抵抗（３４）は負荷される厚膜抵抗（２
８）とハーフブリッジ回路において接続される、請求項
１〜８いずれか１項に記載の圧力、力及びモーメントの
測定装置。 - 【請求項１０】 前記抵抗素子（２０）は着脱可能及び
交換可能にケーシング部材（５４，５６）内の通路内に
挿入され、バイアスを加えられる、請求項６又は７記載
の圧力、力及びモーメントの測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4336773.9 | 1993-10-28 | ||
| DE4336773A DE4336773C2 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Einrichtung zum Messen von Drücken, Kräften und Momenten |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07190865A true JPH07190865A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=6501211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6265551A Pending JPH07190865A (ja) | 1993-10-28 | 1994-10-28 | 圧力、力及びモーメントの測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5513536A (ja) |
| JP (1) | JPH07190865A (ja) |
| CH (1) | CH688693A5 (ja) |
| DE (1) | DE4336773C2 (ja) |
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| JP2013512420A (ja) * | 2009-11-27 | 2013-04-11 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 回転軸の垂直軸受荷重を計測するセンサを有する軸受装置 |
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| US11571264B2 (en) | 2007-12-18 | 2023-02-07 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Force sensor temperature compensation |
| US11650111B2 (en) | 2007-12-18 | 2023-05-16 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Ribbed force sensor |
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