JPH07318438A - 機械部分に働く応力の測定装置およびその取付け法 - Google Patents

機械部分に働く応力の測定装置およびその取付け法

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JPH07318438A
JPH07318438A JP6034268A JP3426894A JPH07318438A JP H07318438 A JPH07318438 A JP H07318438A JP 6034268 A JP6034268 A JP 6034268A JP 3426894 A JP3426894 A JP 3426894A JP H07318438 A JPH07318438 A JP H07318438A
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Gerard Gissinger
ジサンジェ ジェラール
Jean-Marc Perronne
ペロネ ジャン−マルク
Marc Renner
レーネ マルク
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DE AUTO ARUZASU, University of
Thales SA
Universite de Haute Alsace
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ALSACE, University of
DE AUTO ARUZASU, University of
Universite de Haute Alsace
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械部分に働く応力の測定装置とこの装置の
取り付け方法を開示する。 【構成】 この装置には少なくとも１つのプレートと少
なくとも１つのひずみゲージがあり、ゲージはリンク結
合手段により機械部分につながれたプレートに固定され
ており、ひずみゲージは加えられた応力を表す電気信号
を発生する。応用分野はあらゆるタイプの機械部分、特
にブレーキパスに加えられた応力の測定の分野である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は機械部分に加えられた
応力の測定装置と、この装置をしっかり取り付ける方法
に関する。この発明はブレーキジョーまたはブレーキパ
スのような機械部分または例えばトラクションエレメン
トにより加えられた応力またはひずみの測定に特に適用
できる。より一般的には、機能がいかなるものであって
もあらゆるタイプの機械部分により加えられた応力の測
定に適用でき、例えば取り扱いが難しく、または大量生
産され重量がありかさばった部品にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】ブレーキまたはトラクションシステムの
ようなオンライン制御系の動作特性、機械システムの保
守または調整の改善は、特にブレーキシステムにおける
ブレーキジョーまたはブレーキパスのように力を受ける
機械的な主要部分の一部に加えられる応力を測定するこ
とにより行なわれる。実際、応力を知ることによりシス
テムが動作する状態に容易に戻すことができる。例えば
前述のブレーキジョーまたはブレーキパスに加えられる
応力を知ることによりブレーキトルクを知ることができ
るが、このブレーキトルクは実際には特にホイール内で
滑りまたはひずみを受けるブレーキジョーまたはパスに
独立に加えられている。ひずみの場合ブレーキトルクを
正しく知ることにより特にブレーキシステムのサーボ制
御動作特性を改善できる。
【０００３】他の多数の応用分野でも所定のシステムが
例えば機械的ホールディング装置または機械的補強装置
の場合のようにダイナミック（例えば回転）またはスタ
ティックであってもこのシステムを構成する機械部分の
ひずみを信頼性を有して測定することが必要となる。
【０００４】これらの機械的なひずみは部分に加えられ
た応力により生ずる。ひずみは材料の機械的な法則によ
り応力に関連があるので、“応力の測定”と“ひずみの
測定”の関係は同一のこととなる。以下、この明細書で
はこれらの２つの用語は区別なく使用する。これらの応
力は例えば引っ張り、圧縮、曲げ、ねじり、または剪断
の力を加えることにより生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】チェックされる部分に
現行の応力センサをしっかり取り付けることは難しい
が、これはこれらのセンサには一般に多数の取付けポイ
ントが必要であるからである。更にこれらのセンサを構
成するひずみゲージから生ずる電気信号はこれらの信号
の成形回路がゲージから離れているのでレベルが非常に
低い。ケーブルの長さが無視できないため、非常にレベ
ルの低い電気信号がこの距離を伝わり、大きな妨害を受
ける危険がある。これらのセンサは特に価格が高く取付
けが難しいことにより非常に特殊な応用分野のみに使わ
れている。
【０００６】これらの問題を解決するため、例えばチェ
ックされる部分に直接取り付けられるひずみゲージによ
り応力を測定することから成るアプローチがある。しか
し、このような解決策を実施することは取り扱いが難し
く、そのオートメーション化も難しいが、これは特に部
分の配置が難しいからである。更に、粘着剤またはボン
ドは部分に生ずる応力をゲージに忠実に伝える必要があ
る。また、これらの部分の表面は常に完全な平面ではな
いのでゲージをしっかり取り付けることと応力を忠実に
伝えることが常に行なわれるとは限らない。更に信号成
形回路の距離の問題がある。これらの回路はひずみゲー
ジから入力される信号を増幅し、例えばアナログまたは
デジタルの形で応力の測定結果を出力する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的はチェッ
クされる機械部分に生ずる応力の測定装置を特にこの機
械部分に取り付けることにより前述の欠点を解決するこ
とである。
【０００８】この目的を実施するため、この発明は機械
部分に働く応力の測定装置が対象であり、前記の装置は
少なくとも１つのプレートと少なくとも１つのひずみゲ
ージから成るが、このゲージはプレートに取り付けら
れ、プレートはリンク結合手段により機械部分につなが
れており、更にひずみゲージは働く応力を示す電気信号
を発生する。
【０００９】この発明は更に機械部分を前述の装置に取
り付ける方法も対象としている。
【００１０】
【発明の効果】この発明の主な利点はひずみゲージによ
り出力される信号の成形回路がゲージの近傍に置かれる
ことと、あらゆるタイプの機械部分に適用できること
と、特に大きなロット内に測定装置を自動的に取り付け
ることと、更に小型で経済的であることである。
【００１１】
【実施例】図１は機械部分１の上に働く応力を測定する
ためこの発明による装置の可能な実施態様の原理を示す
図である。この部分は例えばブレーキパスまたは他のあ
らゆる機械エレメントである。この発明による装置には
少なくとも１つのプレート２と少なくとも１つのひずみ
ゲージがあり測定されるひずみの関数である電気信号を
発生しており、更にこのゲージは例えばボンドによりプ
レート２に堅く取り付けられている。好都合なことに、
ひずみゲージ３により発生される電気信号の成形手段４
はプレート２に取り付けることができ、それ故ゲージの
近傍にある。手段４をゲージ３の近傍に置くことができ
ることにより特にレベルの非常に低い信号がリンク用の
ワイヤに沿って妨害を受けることを防止できる。当業者
に周知の方法によれば、ひずみゲージは例えばホイート
ストンブリッジの抵抗体であり、最小のひずみをゲージ
から受けるが、このゲージにより抵抗とそれ故ブリッジ
の出力での信号が変化する。プレート２はリンク結合手
段５、６により機械部分１につながれている。プレート
２と部分１のリンクは例えばねじ、ピン、つまみ、また
は植込みボルトのような固定用エレメントにより行なわ
れている。結合エレメントにより機械部分１の応力がプ
レート２に全て伝えられる。このようにするため、結合
エレメントは例えばプレート自体のひずみに比べて無視
できるひずみを有する材料により構成されている。これ
らの結合エレメントは１以上の成分を有したボンドまた
は接着剤、はんだまたははめ込みタイプの他のあらゆる
手段である。
【００１２】オプションとして、この発明による応力測
定装置は保護被膜７で覆われる場合がある。この被膜は
特に環境条件に対し、すなわち例えば湿度、温度、酸性
ガスに対し装置を保護している。
【００１３】図１にはこの発明による測定装置の応用例
を示しており、測定される機械部分のひずみは簡単な引
っ張りひずみまたは簡単な圧縮ひずみである。この場
合、プレート２と機械部分１をつなぐためには２つのリ
ンク用の点で十分である。
【００１４】図２にはこの発明による装置の応用例であ
る他の可能な実施態様を示しており、チェックされる機
械部分１は例えば引っ張りひずみと圧縮ひずみである２
つの向き合ったひずみを並んで受けている。これらのひ
ずみの大きさを知るため、二番目のひずみゲージ３′が
プレート２の上にあるが、一番目のゲージ３は一番目の
タイプの応力のためのものであり、二番目のゲージ３′
は二番目のタイプの応力のためのものである。この応用
例の場合、２つのリンク用の点によりひずみを補償する
ことだけの測定が可能である。このことを避け各点での
測定値を得るためリンク結合手段８が受ける三番目のリ
ンク用の点が必要となる。
【００１５】機械部分１に働く応力の数およびタイプに
より、例えば応力の数と同じ数のリンク用の点および応
力の数と同じ数のひずみゲージの数のように他のひずみ
ゲージおよびリンク用の点が付け加えられる。
【００１６】この発明による測定装置が有するフレキシ
ビリティによりチェックされる機械部分の位置を容易に
変えることができる。この位置はなるたけ正しくひずみ
の位置とすることが必要である。これらのひずみはメー
ター当たり数マイクロメータから数百マイクロメータの
範囲である。プレート２の位置決めは部分に働く応力に
対する従来の分析で行なうのが好ましい。この分析は例
えば有限要素法により行なうことができる。
【００１７】この発明によれば、プレート２はひずみに
対し感度が高い。このプレートは例えばスチールのファ
インプレートで構成することができる。更にこのプレー
トには直流電圧が供給されている少なくとも１つのひず
みゲージから成る完全ブリッジが例えば取り付けられて
いる。チェックされる機械部分内のひずみにより少なく
とも１つのゲージの抵抗が変化し、それ故ブリッジの出
力電圧が変化する。ひずみを測定するため例えば更正を
行なう場合がある。
【００１８】ひずみゲージ３により発生する電気信号の
成形手段４は、例えば受信信号の増幅回路およびフィル
タ回路から成る。当業者に周知の回路を用いると、この
成形手段は例えば電圧信号、電流信号、デジタル信号ま
たは周波数信号の形の情報エレメントを出力することが
できる。周波数信号の場合、周波数の値はひずみの測定
値に関する情報である。このアプローチはこの発明によ
る応力測定装置が回転装置に取り付けられている時特に
好都合である。この場合、周波数信号は例えば変圧器に
取り付けられた情報処理装置または制御装置に伝えら
れ、この変圧器の一次回路は回転部分の上にありその二
次回路は固定部分にあるが、２つの回路すなわち一次回
路と二次回路は同じ中心に巻かれている。
【００１９】図３にはこの発明による装置の一番目の可
能な実施態様の例を示している。リンク結合手段５はプ
レート２と機械部分１との間を機械的にリンクするため
ねじ５′から成り、プレート２と機械部分１との間を機
械的に結合するため接着剤またはホンド５″から成って
いる。ねじ５′は機械部分１の中にねじ込まれ、プレー
ト２は例えば接着剤またはボンド５″によりこのねじに
接着されている。プレート２はこの目的のためにあるガ
イド９により例えばねじ５′の上にある。ひずみゲージ
３により発生する電気信号の成形手段４は例えば出力が
導電性のリンク１０に接続されている。このリンク１０
はアナログ、デジタルまたは周波数信号の形の測定情報
エレメントを例えば読取りエレメント、制御エレメント
または処理エレメントに伝える。
【００２０】例えば、図３に示す応力測定の応用例には
方向がＤの簡単な引っ張りひずみまたは圧縮ひずみに特
に対応した２つのリンク用の点が必要である。
【００２１】図４にはこの発明による応力測定装置の二
番目の可能な実施態様を示している。前述の例とは異な
り、チェックされる部分１にはみぞ１１があり、更にプ
レート１にはみぞ１１の中にはめ込まれるベースに直角
な壁２′がありプレート２と機械部分１との間を機械的
にリンクしている。機械的な結合は接着剤またはボンド
５″により行なわれるが、プレート２は少なくともみぞ
１１のレベルに接着されている。前述の応用例の場合の
ように、２つのリンク用の点がＤの方向にひずみを測定
するため必要である。図３および図４の装置は前述のよ
うに保護被膜７で覆われる場合がある。
【００２２】プレート２にあるひずみゲージにはサーミ
スタが取り付けられる場合がある。実際には特に温度が
上昇する場合、発生した信号にドリフトを生ずるゲージ
のパラメータが変化する。この場合、修正機能が例えば
信号成形手段４の中に記憶され、温度の関数としてこれ
らの信号を修正することが例えば温度の読出し時間およ
び記憶の時間にマイクロプロセッサにより行なうことが
可能である。この修正のモードはこの発明による応力測
定装置に特に取り入れられており、例えばディスクブレ
ーキを付けた自動車のブレーキ力を測定するのに使用さ
れる。
【００２３】図５ａにはこの発明による装置に対する特
に可能なプレート２の形を図示している。この形により
フレキシブルなプレートに曲げの力またはたわみの力を
加えることが特に可能と成るが、この力はプレートがあ
る時加えられるセッチングに依っている。このプレート
は幅がｌで所定の厚さがｅのバンド状の簡単な材料で構
成されている。例えば金属であるこの部分は４つのライ
ン６１、６２、６３、６４に沿って折り曲げられている
が、すなわち組み立てられているが、これらの４つのラ
インは角度のきついリッジすなわち肩を有し下側の部分
６６、６７から高さがｈであり幅がＬの上側の部分を構
成している。これらの下側の部分はねじ、リベット、ボ
ンドにより、またはこれらの組合せにより機械部分１に
取り付け点Ａ，Ｂで固定されている。これらの取り付け
点は下側の折り曲げすなわち組み立てライン６１、６４
と所定の距離にある。
【００２４】図５ｂと図５ｃは最初の曲げ力をプレート
２に加えることができることを示している。例えば、２
つの位置決めの応力が図示されている。
【００２５】図５ｂに示す一番目の位置決め応力は初期
角αが９０°より大きいプレートを取り付ける間に加え
られている。下側の部分６６と６７を下に折り曲げるこ
とは取り付け点Ａ，Ｂが最初の形より近くなることを意
味し、領域６５がくぼんだ形に反る。
【００２６】図５ｃに示す二番目の力は初期角αが９０
°より小さいプレートを取り付ける間に与えられてい
る。下側の部分６６と６７を下に折り曲げることは取り
付け点Ａ，Ｂが最初の形より近くなることを意味し、領
域６５がくぼんだ形に反る。
【００２７】プレート２の支持部、すなわち機械部分１
のあらゆる引っ張りひずみまたは圧縮ひずみによりプレ
ートに加えられた曲げすなわち反りの力が変化し、それ
故引っ張りまたは圧縮に比例した表面ひずみが変化す
る。これらの表面ひずみは例えば前述と同じタイプのひ
ずみゲージ３により読み取られる。
【００２８】図５ｄにはプレート２を支える機械部分１
が引っ張りひずみεを取る場合を図示しているが、プレ
ートが置かれた時加わるセッチングは図５ｂの時と同じ
である。プレート２は表面ひずみ、すなわち上側の縦方
向ひずみε1、下側の縦方向ひずみε2、上側の横方向ひず
みε3、下側の横方向ひずみε4 が変化する。それぞれの
場合、必要に応じこれらの表面ひずみε1、ε2、ε3、ε4
は全ては測定されない。前述のパラメータのＬ，ｌ，
ａ，ｅ，ｈ，α，α′をどのように選択するかにより応
力に対するプレートの感度が左右される。
【００２９】前述の図２に関する２つの向かい合った２
つのひずみの場合、特別な形を有するフレキシブルなプ
レートは図５ｂと図５ｃに示す形を組み合わせることに
より構成できる。この形を図６に示すが、プレートは３
つの取り付け点Ａ′, Ｂ′,Ｃ′で機械部分１に取り付
けられており、更に引っ張り応力を測定するため使用さ
れるセッチングに対応して一番目の部分７１が（図５ｂ
に示す形）、また圧縮応力を測定するため使用されるセ
ッチングに対応して二番目の部分７２が（図５ｃに示す
形）取り入れられている。
【００３０】この発明による応力測定装置は例えば機械
部分に固定され、図７に示す３つのステップから成る方
法によりチェックされる。
【００３１】一番目のステップ５１では、リンクエレメ
ントまたは手段がチェックされる機械部分に置かれる。
例えば、ねじ５′、みぞ１１、ピンまたは植込みボルト
のようなリンク手段は、例えば機械部分の所定の部分に
置かれる。しかし、その後の結合エレメントの位置決め
によりリンクエレメントを特に正確に置く必要はない。
【００３２】二番目のステップ５２では、リンク用エレ
メントの上に置かれるが、セッチングを与えるような力
またはモーメントは無い。
【００３３】三番目のステップ５３では結合手段または
エレメントがあり、プレートとリンクエレメントを最終
的に固定する結合が結合エレメントの位置決めにより行
なわれている。結合エレメントが特にボンドまたは粘着
剤であれば、このボンドはプレートを置く前または後に
塗られる。後の場合、ボンドはプレートの位置決めの間
に穴を開けられたバルブ(bulb)の形を取る。このボンド
は結合される表面の状態により成分が１または２であ
る。結合手段は例えばはんだにより構成される。この場
合、はんだは小球の形を取るが、これらの小球は例えば
プラスチックやすずで作ることも可能であり、当業者に
は周知の方法で溶ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による装置の原理を示す図
【図２】この発明による装置の原理を示す他の図
【図３】この発明による装置の可能な実施例
【図４】この発明による装置の可能な他の実施例
【図５ａ】この発明による装置のエレメントであるプレ
ート
【図５ｂ】初期角αが９０°より大きいセッチングを有
するプレート
【図５ｃ】初期角αが９０°より小さいセッチングを有
するプレート
【図５ｄ】初期角が９０°より大きく機械部分１が引っ
張りひずみを受けているプレート
【図６】引っ張り応力および圧縮応力を測定するための
部分を有するプレート
【図７】この発明による装置をチェックされる機械部分
にしっかり取り付ける方法
【符号の説明】
１ 機械部分 ２ プレート ２′ 壁 ３ ひずみゲージ ３′ 二番目のひずみゲージ ４ 電気信号の成形手段 ５、６ 結合装置 ５′ ねじ ５″ 粘着剤 ７ 保護被膜 ９ ガイド １０ リンク １１ みぞ ６１、６２、６３、６４ ライン ６５ 領域 ６６、６７ 下側の部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェラール ジサンジェ フランス国，68210 バルシュヴィラー, ルート ドゥ ベルンヴィラー，４番地 (72)発明者 ジャン−マルク ペロネ フランス国，92400 クルブヴォア，リュ ジャン−ピエール タンボー，50番地 (72)発明者 マルク レーネ フランス国，92400 クルブヴォア，リュ ジャン−ピエール タンボー，50番地

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つのプレートと少なくとも
    １つのひずみゲージから成り、前記のゲージはプレート
    に取り付けられ、前記のプレートはリンク結合手段によ
    り機械部分につながれ、ひずみゲージは加えられた応力
    を表す電気信号を発生している、機械部分に働く応力の
    測定装置。
  2. 【請求項２】 少なくとも２つのリンクの点によりプレ
    ートが機械部分につながれている請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 電気信号の成形手段がプレートの上に配
    置されている請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 成形手段が周波数信号を送出する請求項
    ３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 サーミスタがひずみゲージに結合され発
    生した信号のある温度におけるドリフトを補償する請求
    項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 結合手段がボンドである請求項１に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 結合手段がはんだである請求項１に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 保護被膜により覆われている請求項１に
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 プレートが４つのラインに沿い折り曲げ
    られたバンド状のフレキシブルな材料から成り、上側の
    部分が機械部分に固定される２つの下側の部分と側面で
    つながれている請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 下側の部分がプレートの側面に対し所
    定の角度を有するように、プレートがセッチングにより
    機械部分に取り付けられている請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 機械部分が引っ張りひずみまたは圧縮
    ひずみを受けるとプレートに固定されたひずみゲージに
    より上側の縦方向ひずみ、下側の縦方向ひずみ、上側の
    横方向ひずみ、および下側の横方向ひずみの中から少な
    くとも１つの表面ひずみを測定し、前記の表面ひずみが
    機械部分により受けたひずみにより生じている請求項９
    に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 次の３つのステップから成り前述の請
    求項のいずれかに記載の装置を取り付ける方法：リンク
    手段が機械部分に加えられる一番目のステップ；プレー
    トがリンク手段の上にある二番目のステップ；結合手段
    が加えられる三番目のステップで、プレートの最終的な
    連結およびリンク手段が結合手段を配置することにより
    得られる。
  13. 【請求項１３】 結合手段を置く前に結合手段が少なく
    とも１つのバルブに入れられたボンドから成るが、この
    バルブは機械部分の方向に向けられたプレートの面に固
    定され更にリンク手段の上にプレートを置いている間に
    穴が開けられている請求項１２に記載の方法。
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