JPH07198459A - Load detector - Google Patents
Load detectorInfo
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- JPH07198459A JPH07198459A JP35444593A JP35444593A JPH07198459A JP H07198459 A JPH07198459 A JP H07198459A JP 35444593 A JP35444593 A JP 35444593A JP 35444593 A JP35444593 A JP 35444593A JP H07198459 A JPH07198459 A JP H07198459A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は荷重検出器に関し、特
に、種々の物体に作用する力またはモーメントあるいは
両者を検出し、例えば力センサとして産業用ロボットに
利用される荷重検出器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load detector, and more particularly to a load detector which detects a force or a moment acting on various objects or both and is used as a force sensor in an industrial robot.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の荷重検出器としては、例えば各種
のビーム型荷重検出器あるいは平行平板型荷重検出器が
存在する。これらの荷重検出器のほとんどが、荷重検出
器の内部に設けられた弾性体の変形の程度を検出し、そ
の検出値に基づいて、前記荷重検出器に作用している荷
重を求めるように構成されている。弾性体の変形を検出
する手段としては歪みゲージを利用するものが一般的で
あるが、新しいものではフォトセンサや光感応型半導体
等を利用したものが存在する。歪みゲージを利用した検
出装置では、複数の歪みゲージを弾性体の適宜箇所に分
散的に配置し、電気回路的に複数の歪みゲージでホイー
トストンブリッジ回路を作り、弾性体に荷重が加わって
変形が生じた時に各歪みゲージの抵抗値が変化してホイ
ートストンブリッジ回路の平衡状態がくずれ、荷重に比
例した出力電圧がホイートストンブリッジ回路の出力端
に発生するように構成される。ホイートストンブリッジ
回路の出力信号が、荷重検出器の出力信号となる。2. Description of the Related Art Conventional load detectors include, for example, various beam type load detectors or parallel plate type load detectors. Most of these load detectors are configured to detect the degree of deformation of an elastic body provided inside the load detector and obtain the load acting on the load detector based on the detected value. Has been done. As a means for detecting the deformation of the elastic body, a strain gauge is generally used, but a new one uses a photosensor or a photo-sensitive semiconductor. In a detection device using a strain gauge, a plurality of strain gauges are dispersedly arranged at appropriate places in an elastic body, and a Wheatstone bridge circuit is formed by a plurality of strain gauges in an electric circuit, so that a load is applied to the elastic body to prevent deformation. When it occurs, the resistance value of each strain gauge changes, the equilibrium state of the Wheatstone bridge circuit is broken, and an output voltage proportional to the load is generated at the output end of the Wheatstone bridge circuit. The output signal of the Wheatstone bridge circuit becomes the output signal of the load detector.
【0003】図5に示すように、ホイートストンブリッ
ジ回路51として接続された4つの歪みゲージを含む荷
重検出器52の出力信号は、信号処理手段53により処
理される。信号処理手段53は、基準電圧部54、荷重
検出器52の出力信号を所定レベルまで増幅するアンプ
55、ノイズとしての高周波成分を除去するローパスフ
ィルタ56、A/D変換器57、得られたディジタル値
の荷重データに対して所定の演算を行いかつ保存する演
算処理手段58、I/Oインターフェース59を含む。
演算処理手段58は、必要に応じてI/Oインターフェ
ース59を通して荷重データを外部の上位装置に送出す
る。As shown in FIG. 5, an output signal of a load detector 52 including four strain gauges connected as a Wheatstone bridge circuit 51 is processed by a signal processing means 53. The signal processing means 53 includes a reference voltage unit 54, an amplifier 55 that amplifies the output signal of the load detector 52 to a predetermined level, a low-pass filter 56 that removes high frequency components as noise, an A / D converter 57, and the obtained digital signal. It includes an arithmetic processing unit 58 for performing a predetermined arithmetic operation on the load data of the value and storing it, and an I / O interface 59.
The arithmetic processing means 58 sends load data to an external host device through the I / O interface 59 as needed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記荷重検出器は、例
えば研削ロボット等のごとく力制御の下で作業動作する
のロボットにおいて力制御用の力センサとして利用され
る。このような利用では、荷重検出器はロボット本体の
手先部に取付けられ、この荷重検出器の先に手先効果器
が取り付けられる。手先効果器の代表例としては、繰返
して振動を発生する例えばグラインダ等の回転工具であ
る。回転工具に加わる荷重は荷重検出器で検出され、荷
重検出器で検出された荷重情報は、制御手段に送給さ
れ、回転工具による研削作業に関する制御のために使用
される。The load detector described above is used as a force sensor for force control in a robot such as a grinding robot which operates under force control. In such a use, the load detector is attached to the hand of the robot body, and the hand effector is attached to the end of the load detector. A typical example of the hand effector is a rotary tool such as a grinder that repeatedly generates vibration. The load applied to the rotary tool is detected by the load detector, and the load information detected by the load detector is sent to the control means and used for control relating to the grinding work by the rotary tool.
【0005】荷重検出器の上記使用状況では、荷重検出
器の先に取り付けられた回転工具が回転する時、回転工
具の重心が振れ回るので、動的負荷が繰り返し発生す
る。荷重検出器の中に設けられた弾性体は、この動的な
負荷を対して変形することになる。この動的負荷は、弾
性体にとって疲労破壊につながる重要な要因であって、
動的負荷の弾性体への影響を検出することは、重要なこ
とである。In the above-mentioned usage of the load detector, when the rotary tool attached to the tip of the load detector rotates, the center of gravity of the rotary tool swings, so that a dynamic load is repeatedly generated. The elastic body provided in the load detector is deformed in response to this dynamic load. This dynamic load is an important factor that leads to fatigue failure for elastic bodies,
It is important to detect the effect of dynamic load on the elastic body.
【0006】ところが、従来の荷重検出器からの出力信
号の処理では、前述したように、力作業に関係する荷重
を正確に検出する目的でローパスフィルタ56を設けて
いる。このローパスフィルタは、そのカットオフ周波数
が回転工具の回転数よりも低く設定されているので、荷
重検出器の出力信号から前記動的負荷に関する信号を除
去してしまう。そうすると、信号処理手段53で生成さ
れた荷重データからは動的負荷に関するデータを得るこ
とができない。前述の通り、動的負荷に気付かず、荷重
検出器を長期間にわたって使用していると、弾性体に発
生する応力が弾性体の疲労強度を越える場合に荷重検出
器が破壊される。従って、動的負荷の影響または動的負
荷に関する履歴を測定しておくことは極めて重要であ
る。しかし、従来の荷重検出器におけるセンサ部の構造
および検出信号の処理手段の回路構成では、動的負荷に
関する情報を得ることができなかった。However, in the processing of the output signal from the conventional load detector, as described above, the low-pass filter 56 is provided for the purpose of accurately detecting the load related to the force work. Since the cut-off frequency of this low-pass filter is set lower than the rotational speed of the rotary tool, the signal related to the dynamic load is removed from the output signal of the load detector. Then, the data regarding the dynamic load cannot be obtained from the load data generated by the signal processing means 53. As described above, if the load detector is not aware of the dynamic load and is used for a long period of time, the load detector is destroyed when the stress generated in the elastic body exceeds the fatigue strength of the elastic body. Therefore, it is extremely important to measure the influence of the dynamic load or the history of the dynamic load. However, with the structure of the sensor unit and the circuit configuration of the processing means of the detection signal in the conventional load detector, it is not possible to obtain information on the dynamic load.
【0007】本発明の目的は、動的負荷に関する情報を
得る構造を設け、疲労破壊に関する状況を監視できるよ
うにした荷重検出器を提供することにある。It is an object of the present invention to provide a load detector which is provided with a structure for obtaining information on dynamic load and is capable of monitoring a situation concerning fatigue fracture.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係る荷重検出器
は、荷重に感応して変形し応力を発生する機械的構造部
と、この機械的構造部の変形を検出して当該機械的構造
部に作用している荷重を検出する複数の歪みゲージから
なる第1の荷重検出要素とを含み、その上にこの荷重検
出要素の出力信号を処理する信号処理手段が付加された
ものであり、さらに、弾性体の疲労破壊につながる歪み
を検出するための第2の荷重検出要素が設けられる。第
1の荷重検出要素は、測定対象である本来の荷重を検出
するものであり、第2の荷重検出要素は弾性体に作用す
る前記動的負荷を検出する働きを有する。第2の荷重検
出要素で検出された動的負荷のデータは、信号処理手段
で管理される。信号処理手段は、第2の荷重検出要素の
出力信号に対し演算・処理を行い、前記疲労破壊に関す
るデータを求める。第1および第2の各荷重検出要素
は、歪みゲージを利用してホイートストンブリッジ回路
として構成される。SUMMARY OF THE INVENTION A load detector according to the present invention is a mechanical structure that deforms in response to a load to generate stress, and a mechanical structure that detects the deformation of the mechanical structure. A first load detecting element composed of a plurality of strain gauges for detecting a load acting on the section, on which signal processing means for processing an output signal of the load detecting element is added, Further, a second load detecting element is provided for detecting a strain that causes fatigue failure of the elastic body. The first load detection element detects an original load that is a measurement target, and the second load detection element has a function of detecting the dynamic load acting on the elastic body. The data of the dynamic load detected by the second load detection element is managed by the signal processing means. The signal processing means calculates and processes the output signal of the second load detection element to obtain data on the fatigue fracture. Each of the first and second load detecting elements is configured as a Wheatstone bridge circuit using a strain gauge.
【0009】第1の荷重検出要素で検出された荷重信号
は、信号処理手段において、ローパスフィルタを通して
入力された後、信号処理される。第2の荷重検出要素で
検出された動的負荷に関する信号は、信号処理に関し上
記と同じ信号処理手段を利用する場合、上記ローパスフ
ィルタを通さず直接に入力して信号処理される。また第
2の荷重検出要素の出力信号を処理する専用の信号処理
手段を設けることも可能である。この場合にも高周波除
去の処理は行われず、出力信号をそのまま信号処理す
る。The load signal detected by the first load detecting element is processed by the signal processing means after being input through the low pass filter. The signal related to the dynamic load detected by the second load detection element is directly input and processed without passing through the low pass filter when the same signal processing means as described above is used for signal processing. It is also possible to provide a dedicated signal processing means for processing the output signal of the second load detecting element. Also in this case, the high frequency removal processing is not performed, and the output signal is processed as it is.
【0010】疲労破壊につながる歪みを検出するための
前記荷重検出要素は、好ましくは、弾性体の最大歪みが
発生する箇所(応力集中部)に取り付けられ、最大歪み
の発生回数を測定するように構成される。この場合、歪
みの発生回数を測定するために使用される荷重検出要素
は、荷重を検出するための荷重検出要素とは別のものと
して設けられる。The load detecting element for detecting the strain leading to fatigue failure is preferably attached to a portion (stress concentrating portion) of the elastic body where the maximum strain occurs, so as to measure the number of times the maximum strain occurs. Composed. In this case, the load detecting element used to measure the number of times strain has occurred is provided separately from the load detecting element for detecting the load.
【0011】また荷重を検出するための荷重検出要素
を、疲労破壊につながる歪みを検出するための荷重検出
要素として併用することもできる。Further, the load detecting element for detecting the load can be used together as the load detecting element for detecting the strain leading to fatigue failure.
【0012】[0012]
【作用】荷重検出器では、弾性体の変形を検出すること
で、弾性体に作用している荷重を検出する。弾性体で変
形が生じると、この変形部には応力が発生し、応力が集
中する部位が形成される。応力集中部が形成される箇所
は、弾性体の形状に依存して決定される。弾性体には、
本来の測定対象である荷重を検出する第1の荷重検出要
素と、動的負荷を検出しその発生回数等を測定するため
の第2の荷重検出要素とが設けられる。第2の荷重検出
要素は、応力集中部に取り付けられるのが望ましい。The load detector detects the load acting on the elastic body by detecting the deformation of the elastic body. When the elastic body is deformed, stress is generated in this deformed portion, and a portion where the stress is concentrated is formed. The location where the stress concentration portion is formed is determined depending on the shape of the elastic body. For elastic bodies,
A first load detecting element for detecting a load that is an original measurement target and a second load detecting element for detecting a dynamic load and measuring the number of occurrences thereof are provided. The second load detecting element is preferably attached to the stress concentrating portion.
【0013】例えば荷重検出器を研削ロボットの力セン
サとして使用する場合、ロボット本体の先部に設けた荷
重検出器の先に、例えば回転工具が取り付けられる。荷
重検出器は、前記の第1の荷重検出要素で回転工具に加
わる作業に起因する荷重を検出し、同時に、回転工具の
回転動作で生じる動的負荷を第2の荷重検出要素で検出
する。第2の荷重検出要素から出力された信号は、ロー
パスフィルタを経ず直接にA/D変換され、信号処理手
段のメモリに保存される。こうして発生した動的負荷が
荷重検出器の第2の荷重検出要素で検出され、動的負荷
に関する各種のデータおよび動的負荷の発生回数等のデ
ータが信号処理手段のメモリに保存される。信号処理手
段の判定手段は、得られた動的負荷のピーク値や一定時
間内の発生回数を、予め用意された当該荷重検出器のS
−N曲線と比較することにより、疲労破壊の可能性につ
いて判定を行い、必要に応じて判定結果を外部の上位装
置に出力する。なおS−N曲線は、荷重検出器を形成す
る材質毎に実験的に求められるもので、負荷応力と当該
材質が破壊に到るまでの繰返し数の相関を表す特性曲線
である。For example, when the load detector is used as a force sensor for a grinding robot, a rotary tool is attached to the tip of the load detector provided at the tip of the robot body. The load detector detects the load caused by the work applied to the rotary tool by the first load detection element, and at the same time, detects the dynamic load generated by the rotation operation of the rotary tool by the second load detection element. The signal output from the second load detection element is directly A / D converted without passing through the low pass filter and stored in the memory of the signal processing means. The dynamic load thus generated is detected by the second load detection element of the load detector, and various data regarding the dynamic load and data such as the number of times the dynamic load is generated are stored in the memory of the signal processing means. The determination means of the signal processing means uses the obtained peak value of the dynamic load and the number of occurrences within a fixed time as the S of the load detector prepared in advance.
By comparing with the -N curve, the possibility of fatigue failure is determined, and the determination result is output to an external higher-level device if necessary. The SN curve is obtained experimentally for each material forming the load detector, and is a characteristic curve showing the correlation between the load stress and the number of repetitions until the material breaks.
【0014】[0014]
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0015】図1〜図3を参照して第1の実施例を説明
する。図1は本発明に係る荷重検出器の要部を示し、図
1において1は本来の測定対象である荷重を検出するた
めの第1の荷重検出要素であり、2は繰り返し発生する
前述の動的負荷を検出するための第2の荷重検出要素で
あり、3は信号処理手段である。荷重検出器自体は、弾
性体を含む機械的構造部分と、当該弾性体に付設される
荷重検出要素1,2からなるセンサ部分とからなり、通
常、これらの2つの部分は組み付けられ、荷重検出器は
単一ユニットとして形成される。図示例では、破線のブ
ロック4が概念的に荷重検出器を示し、弾性体を含む機
械的構造部分の図示は省略される。機械的構造部分は任
意である。上記の動的負荷は、機械的構造部分の疲労破
壊につながる歪みを発生させる原因となる荷重で、荷重
検出要素2は当該歪みを検出することにより上記動的負
荷に関するデータを得る目的で設けられたものである。
また信号処理手段3は、荷重検出器4に対して付加した
構造になっている。A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a main part of a load detector according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a first load detecting element for detecting a load which is an original measurement object, and 2 is a motion which is repeatedly generated. The second load detection element for detecting the dynamic load, and 3 is a signal processing means. The load detector itself is composed of a mechanical structure portion including an elastic body and a sensor portion including load detection elements 1 and 2 attached to the elastic body. Usually, these two portions are assembled to detect a load. The vessel is formed as a single unit. In the illustrated example, the broken-line block 4 conceptually represents the load detector, and the mechanical structure portion including the elastic body is not shown. The mechanical structure part is arbitrary. The above-mentioned dynamic load is a load that causes a strain that causes fatigue fracture of the mechanical structure portion, and the load detection element 2 is provided for the purpose of obtaining data on the above-mentioned dynamic load by detecting the strain. It is a thing.
The signal processing means 3 has a structure added to the load detector 4.
【0016】前記の荷重検出要素1と荷重検出要素2は
構成的に同一のものであり、好ましくは4つの歪みゲー
ジを接続してホイートストンブリッジ回路を形成するよ
うに構成される。一般的に、4つの歪みゲージは、各荷
重検出要素の構造部分の所定箇所に張り付けられる。4
つの歪みゲージは、電気回路要素としては、抵抗で示さ
れる。歪みゲージは、その取付け箇所に発生した応力に
対応する抵抗値を有する。歪みゲージの抵抗値に応じ
て、ホイートストンブリッジ回路は応力に対応した電圧
出力を発生する。荷重検出要素1は一般的に単一ではな
く、例えば6軸力センサでは6つの荷重検出要素1が弾
性体の所定箇所に設けられる。従って荷重検出要素1の
信号系統は、この場合、6チャンネルとなる。一般的
に、荷重検出要素1については、その荷重検出器の性能
に応じてnチャンネル(n ch )の信号系統が設けられ
る。また動的負荷を検出するために設けられた荷重検出
要素2も、4つの歪みゲージg1,g2,g3,g4で
形成されている。この場合、1つの歪みゲージg1が、
荷重検出器2の構造における応力集中部に設けられる。
応力集中部は、最大の歪みが発生する箇所である。他の
3つの歪みゲージg2〜g4は、ホイートストンブリッ
ジ回路を形成するためのものである。3つの歪みゲージ
g2〜g4はダミーゲージであってもよいし、複数の応
力集中部が存在する場合、各応力集中部に取付けてもよ
い。The load detecting element 1 and the load detecting element 2 are structurally the same and are preferably configured to connect four strain gauges to form a Wheatstone bridge circuit. Generally, four strain gauges are attached to predetermined portions of the structural portion of each load detection element. Four
One strain gauge is represented by a resistance as an electric circuit element. The strain gauge has a resistance value corresponding to the stress generated at the attachment point. Depending on the resistance of the strain gauge, the Wheatstone bridge circuit produces a voltage output corresponding to stress. The load detecting element 1 is not generally single, and for example, in a 6-axis force sensor, six load detecting elements 1 are provided at predetermined positions of an elastic body. Therefore, the signal system of the load detecting element 1 is 6 channels in this case. Generally, the load detection element 1 is provided with an n-channel (n ch) signal system according to the performance of the load detector. The load detecting element 2 provided for detecting a dynamic load is also formed by four strain gauges g1, g2, g3, g4. In this case, one strain gauge g1
It is provided at the stress concentration portion in the structure of the load detector 2.
The stress concentration part is a part where the maximum strain occurs. The other three strain gauges g2 to g4 are for forming a Wheatstone bridge circuit. The three strain gauges g2 to g4 may be dummy gauges, or, when there are a plurality of stress concentration portions, may be attached to each stress concentration portion.
【0017】信号処理手段3は、内部に例えば4ボルト
の基準電圧部31と、各荷重検出要素の出力信号を増幅
するアンプ(AMP) 32A,32Bと、ローパスフィルタ
33と、A/D変換器34と、演算およびデータ処理を
行うマイクロプロセッサユニット(MPU)35と、メ
モリ36と、I/Oインターフェース37を有する。ア
ンプ32Aとローパスフィルタ33は、荷重検出要素1
に対応させてnチャンネル設けられる。基準電圧部31
は、荷重検出要素1,2のホイートストンブリッジ回路
の入力端に所要の電圧印加するためのものである。この
場合に、荷重検出要素1,2のそれぞれで荷重が検出さ
れないときには、各ホイートストンブリッジ回路は平衡
状態に保持され、所定電圧が出力される。荷重検出器4
に荷重が加わると弾性体に歪みが生じ、各荷重検出要素
1,2の出力端子から荷重に比例する電圧が発生する。
荷重検出要素1からの出力信号は、アンプ32Aで増幅
され、ローパスフィルタ33で高周波成分が取り除か
れ、A/D変換器34でディジタル値に変換される。ま
た荷重検出要素2からの出力信号は、アンプ32Bで増
幅された後、ローパスフィルタ33を経由せず、直接に
A/D変換器34に入力され、ここでディジタル値に変
換される。ディジタル化された各荷重検出要素の出力
は、荷重データとしてMPU35に入力され、さらにメ
モリ36に保存される。The signal processing means 3 has, for example, a reference voltage section 31 of, for example, 4 volts, amplifiers (AMP) 32A and 32B for amplifying the output signals of the respective load detecting elements, a low pass filter 33, and an A / D converter. 34, a microprocessor unit (MPU) 35 for calculating and processing data, a memory 36, and an I / O interface 37. The amplifier 32A and the low-pass filter 33 are the load detection element 1
N channels are provided corresponding to. Reference voltage unit 31
Is for applying a required voltage to the input ends of the Wheatstone bridge circuits of the load detecting elements 1 and 2. In this case, when no load is detected by each of the load detecting elements 1 and 2, each Wheatstone bridge circuit is held in a balanced state and a predetermined voltage is output. Load detector 4
When a load is applied to the elastic body, the elastic body is distorted, and a voltage proportional to the load is generated from the output terminals of the load detection elements 1 and 2.
The output signal from the load detection element 1 is amplified by the amplifier 32A, the high-frequency component is removed by the low-pass filter 33, and converted into a digital value by the A / D converter 34. The output signal from the load detecting element 2 is amplified by the amplifier 32B and then directly input to the A / D converter 34 without passing through the low-pass filter 33, where it is converted into a digital value. The digitized output of each load detection element is input to the MPU 35 as load data and further stored in the memory 36.
【0018】上記において、同じ荷重検出器4の内部に
設けられた荷重検出要素1,2は、荷重検出器4に印加
された荷重に対して検出動作するので、基本的に共通の
荷重に応じて検出信号を出力する。異なる点は、動的負
荷検出用の荷重検出要素2は機械的構造部分の応力集中
部に設けられるので、検出信号の振幅が大きくなるとい
う点である。In the above description, since the load detecting elements 1 and 2 provided inside the same load detector 4 detect the load applied to the load detector 4, basically, according to the common load. Output a detection signal. The difference is that the load detection element 2 for detecting the dynamic load is provided in the stress concentration portion of the mechanical structure portion, so that the amplitude of the detection signal becomes large.
【0019】ここで、図2に、信号処理手段3における
アンプ32Aの出力信号a、ローパスフィルタ33の出
力信号b、アンプ32Bの出力信号cの各波形を示す。
出力信号a,cは周波信号で、出力信号cが出力信号a
よりも振幅が大きいのが分かる。アンプ32Bの出力信
号cは、動的負荷に起因して発生する信号である。また
ローパスフィルタ33の出力信号bでは、高周波成分が
除去され、直流化される。得られた直流電圧値が、例え
ば力作業を行う研削ロボットの場合には回転工具に加わ
る力データである。信号bおよび信号cが、A/D変換
器34でディジタル値に変換される。なおA/D変換器
34では、繰り返しの動的負荷の周波数、すなわち信号
cの周波数の、例えば10倍のサンプリング周波数が必
要である。Here, FIG. 2 shows the waveforms of the output signal a of the amplifier 32A, the output signal b of the low-pass filter 33, and the output signal c of the amplifier 32B in the signal processing means 3.
The output signals a and c are frequency signals, and the output signal c is the output signal a.
It can be seen that the amplitude is larger than. The output signal c of the amplifier 32B is a signal generated due to a dynamic load. Further, in the output signal b of the low-pass filter 33, high frequency components are removed and converted into direct current. The obtained DC voltage value is the force data applied to the rotary tool in the case of a grinding robot that performs manual work, for example. The signal b and the signal c are converted into digital values by the A / D converter 34. The A / D converter 34 needs a sampling frequency that is, for example, 10 times the frequency of the repeated dynamic load, that is, the frequency of the signal c.
【0020】MPU35では、動的負荷に関するデータ
に関して、例えば図2に示した信号cのピーク値|P1
|,|P2|(>0)を用いてその平均値を求める。また
当該ピーク値が或る一定時間の間に何回発生するかにつ
いてもカウントする。こうして求められたデータはメモ
リ36に格納される。また信号処理手段3には、予め図
3に示すような荷重検出器4の弾性体を形成する材質の
S−N曲線が入力され、メモリ36に保存されている。
求められた前記平均値やピーク値発生回数は、用意され
たS−N曲線と比較される。この比較に基づいて、発生
している動的負荷が疲労破壊を起こす可能性が高いもの
であるか否か、あるいは疲労破壊を起こすとしたら何時
ぐらいかなどの疲労破壊に関する判定が行われる。得ら
れた判定結果は、I/Oインターフェース37を経由し
て外部の上位装置に送出される。上位装置は、各種の出
力装置を通して判定結果を知らせる。In the MPU 35, regarding the data regarding the dynamic load, for example, the peak value | P1 of the signal c shown in FIG.
|, | P2 | (> 0) is used to obtain the average value. Also, the number of times the peak value occurs during a certain fixed time is counted. The data thus obtained is stored in the memory 36. Further, the signal processing unit 3 is input with the SN curve of the material forming the elastic body of the load detector 4 as shown in FIG. 3 in advance and stored in the memory 36.
The obtained average value and the number of times of peak value generation are compared with the prepared SN curve. Based on this comparison, it is determined whether or not the generated dynamic load has a high possibility of causing fatigue failure, or if fatigue failure occurs, what time it takes, etc. The obtained determination result is sent to the external host device via the I / O interface 37. The upper device notifies the determination result through various output devices.
【0021】上述の疲労破壊判定の処理は、上位装置か
ら信号処理手段3に対して疲労破壊判定の命令41が与
えられたときに行われるように構成できるし、信号処理
手段3のMPU35の処理速度が許すのであれば、常に
疲労破壊判定の処理を行わせ、動的負荷の発生状態、す
なわち疲労破壊の状態を絶えず監視するように構成する
こともできる。また上記実施例では、荷重検出要素1用
の信号処理手段3を、動的負荷に関するデータを得るた
めの信号処理手段として利用したが、荷重検出要素2の
専用の信号処理手段を設けるように構成することもでき
る。The above-described fatigue fracture determination processing can be configured to be performed when the fatigue breakdown determination instruction 41 is given from the host device to the signal processing means 3, and the processing of the MPU 35 of the signal processing means 3 can be performed. If the speed allows, the fatigue fracture determination process may be always performed, and the dynamic load generation state, that is, the fatigue fracture state may be constantly monitored. Further, in the above embodiment, the signal processing means 3 for the load detecting element 1 is used as the signal processing means for obtaining the data regarding the dynamic load. However, the signal processing means dedicated to the load detecting element 2 is provided. You can also do it.
【0022】上記の実施例では、荷重検出要素1とは別
に、疲労破壊につながるおそれのある動的負荷に起因す
る歪みを検出するための荷重検出要素2を荷重検出器4
に設けた。荷重検出要素2は、弾性体の最大歪みが発生
する箇所に取り付けられるのが望ましいが、これに限定
されるものではない。上記実施例の構成の場合には、専
用の荷重検出要素2を弾性体の最適な場所に取り付ける
ので、動的負荷に関するデータを正確に取り出すことが
できる。特に最大歪みが発生する箇所に取り付けた場合
には、精度の高い検出を行うことができる。In the above embodiment, in addition to the load detecting element 1, the load detecting element 2 for detecting the strain caused by the dynamic load which may lead to fatigue fracture is used as the load detector 4.
Set up in. The load detection element 2 is preferably attached to a position where the maximum strain of the elastic body occurs, but is not limited to this. In the case of the configuration of the above-described embodiment, since the dedicated load detecting element 2 is attached at the optimum position of the elastic body, the data regarding the dynamic load can be accurately extracted. In particular, when it is attached to a place where maximum strain occurs, highly accurate detection can be performed.
【0023】図4は、他の実施例を示す。図4におい
て、前記実施例で説明した要素と同一のものには同一の
符号を付している。この実施例では、測定対象の荷重を
検出すべく設けられた本来の複数個の荷重検出要素1の
うちの任意の1つのチャンネルの出力信号を別途に取り
出し、ローパスフィルタ33を経ないでA/D変換を行
い、このチャンネルの信号を動的負荷の監視に用いるよ
うに構成している。従って、前記実施例で説明した荷重
検出要素2を特別に設けなくともよい。すなわち荷重検
出要素2を弾性体の応力集中部に取付け、応力集中部に
発生する最大の歪みを直接的に検出せず、上記の検出構
造で検出する動的負荷に関する信号に基づいて、応力集
中部に発生している歪みを推定するように構成されてい
る。従って、信号処理手段3のMPU35には推定を行
うための機能が設けられる。この実施例では、検出精度
は若干低下するが、荷重検出器の構造を簡易化すること
ができ、安価に荷重検出器を作ることができる。FIG. 4 shows another embodiment. In FIG. 4, the same elements as those described in the above embodiment are designated by the same reference numerals. In this embodiment, the output signal of any one channel of the original plurality of load detecting elements 1 provided to detect the load of the measurement object is separately taken out and is output through the A / It is configured to perform D conversion and use the signal of this channel for monitoring the dynamic load. Therefore, the load detection element 2 described in the above embodiment need not be specially provided. That is, the load detecting element 2 is attached to the stress concentrating portion of the elastic body, the maximum strain generated in the stress concentrating portion is not directly detected, and the stress concentration is determined based on the signal relating to the dynamic load detected by the above detection structure. It is configured to estimate the distortion occurring in the part. Therefore, the MPU 35 of the signal processing means 3 is provided with a function for estimating. In this embodiment, the detection accuracy is slightly lowered, but the structure of the load detector can be simplified and the load detector can be manufactured at low cost.
【0024】なお信号処理手段3の回路構成は、上記実
施例のように独立して構成することもできるし、力制御
器のコントローラ内に組み込む構成としてもよい。The circuit configuration of the signal processing means 3 may be independently configured as in the above embodiment, or may be incorporated in the controller of the force controller.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、荷重検出器に疲労破壊につながる歪みを検出する
構造を設けたため、例えば力制御ロボットの手先部に取
り付けられ、さらにその先に回転工具が付設された荷重
検出器において、回転工具の回転で発生する動的負荷に
起因する歪み、すなわち疲労破壊につながる歪みを検出
でき、動的負荷に関するデータ、例えばピーク値や発生
回数等を求めることができ、荷重検出器の寿命を判定す
ることできる。これにより、ユーザは荷重検出器の疲労
破壊を未然に防止することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, since the load detector is provided with the structure for detecting the strain leading to fatigue failure, it is attached to, for example, the hand portion of the force control robot, and further ahead. In a load detector with a rotating tool attached to it, it is possible to detect the strain caused by the dynamic load generated by the rotation of the rotating tool, that is, the strain that leads to fatigue fracture, and the data related to the dynamic load, such as peak value and the number of occurrence And the life of the load detector can be determined. This allows the user to prevent fatigue failure of the load detector in advance.
【図1】本発明に係る荷重検出器の第1の実施例を示す
ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a load detector according to the present invention.
【図2】回路各部の信号波形を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing a signal waveform of each part of the circuit.
【図3】S−N曲線の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an SN curve.
【図4】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図5】従来の荷重検出器の構成を示すブロック図であ
る。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional load detector.
1 荷重検出器 2 動的負荷を検出するための荷重
検出器 3 信号処理手段 4 荷重検出器 33 ローパスフィルタ1 load detector 2 load detector for detecting a dynamic load 3 signal processing means 4 load detector 33 low-pass filter
Claims (4)
形を検出して当該機械的構造部に作用している荷重を検
出する荷重検出要素とを含み、かつ、前記荷重検出要素
の出力信号を処理する処理手段が付加された荷重検出器
において、 前記機械的構造部の疲労破壊につながる歪みを検出する
ための荷重検出要素と、この荷重検出要素の出力信号に
基づいて前記疲労破壊に関するデータを演算・処理する
処理手段とを設けたことを特徴とする荷重検出器。1. A mechanical structure part, and a load detection element for detecting deformation of the mechanical structure part to detect a load acting on the mechanical structure part. In a load detector to which a processing means for processing an output signal is added, a load detecting element for detecting a strain that leads to fatigue failure of the mechanical structure portion, and the fatigue failure based on an output signal of the load detecting element A load detector, which is provided with a processing means for calculating and processing data regarding the load.
記疲労破壊につながる歪みを検出するための前記荷重検
出要素は、前記機械的構造部の最大歪みが発生する箇所
に取り付けられ、前記最大歪みの発生回数を測定するの
に使用されることを特徴とする荷重検出器。2. The load detector according to claim 1, wherein the load detecting element for detecting the strain that leads to the fatigue fracture is attached to a portion of the mechanical structure where maximum strain occurs, A load detector, which is used to measure the number of strain occurrences.
記荷重を検出するための前記荷重検出要素が、前記疲労
破壊につながる歪みを検出するための前記荷重検出要素
として用いられることを特徴とする荷重検出器。3. The load detector according to claim 1, wherein the load detection element for detecting the load is used as the load detection element for detecting a strain leading to the fatigue fracture. Load detector
重検出器において、前記荷重を検出するための前記荷重
検出要素からの出力信号はローパスフィルタを通過させ
た後に信号処理され、前記疲労破壊につながる歪みを検
出するための前記荷重検出要素からの出力信号はローパ
スフィルタを通過させることなくそのまま信号処理され
ることを特徴とする荷重検出器。4. The load detector according to claim 1, wherein an output signal from the load detection element for detecting the load is signal processed after passing through a low pass filter, A load detector characterized in that an output signal from the load detecting element for detecting a strain leading to the fatigue failure is directly processed without passing through a low pass filter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35444593A JPH07198459A (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Load detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35444593A JPH07198459A (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Load detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07198459A true JPH07198459A (en) | 1995-08-01 |
Family
ID=18437620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35444593A Pending JPH07198459A (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Load detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07198459A (en) |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP35444593A patent/JPH07198459A/en active Pending
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