JPH09105706A - Six-axis load device - Google Patents

Six-axis load device

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JPH09105706A
JPH09105706A JP25690395A JP25690395A JPH09105706A JP H09105706 A JPH09105706 A JP H09105706A JP 25690395 A JP25690395 A JP 25690395A JP 25690395 A JP25690395 A JP 25690395A JP H09105706 A JPH09105706 A JP H09105706A
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load
actuator
command
servo amplifier
meter
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Naotaka Komatsu
直隆 小松
Tetsuo Akamatsu
哲郎 赤松
Akio Tanaka
昭夫 田中
Shiro Motomura
士郎 本村
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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
三菱重工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a six-axis load device by which a load of six degrees of freedom can be applied to a test piece and the weight and the center of gravity of the test piece can be easily measured. SOLUTION: A fixed plate 3 and a movable plate 2, in each of which spherical bearings 4 are arranged in both ends, are connected together via six links 5 provided with actuator units 1, and each of the actuator units 1 is provided with a load meter, a displacement meter, a servo valve, a servo amplifier connected to the servo valve, a returning signal switching apparatus switching the connection with the servo amplifier to either of the load meter and the displacement meter, a controller which receives a position figure command or a load command from the outside so as to give a command to the servo amplifier, and a switching valve arranged between the servo amplifier and the actuator unit 1.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は転がり軸受やすべり
軸受に負荷を与えて実機条件を実現する軸受試験に適用
される負荷装置及び供試品の重量重心を求める計測装
置、風洞実験における模型に所定の姿勢を設定するとと
もに作用する荷重を測定する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load device applied to a bearing test for applying a load to rolling bearings and slide bearings to realize actual machine conditions, a measuring device for determining the weight center of gravity of a sample, and a model in a wind tunnel experiment. The present invention relates to a device for setting a predetermined posture and measuring a load acting on the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の軸受負荷装置の例の平面図と側面
図を図8に示す。同図において油圧シリンダ1aは、荷
重計1c、シリンダロッド1bを介して供試軸受7に結
合されている。供試軸受7に与えられる荷重は荷重計1
cによって検出され、サーボアンプ(図示せず)に帰還
信号としてフィードバックされる。サーボアンプでは外
部から与えられる荷重指令値にもとづきサーボ弁1eの
スプール位置を操作することで供試軸受7に与える荷重
を上記荷重指令値に一致するよう制御する。図に示す例
では、x軸方向の並進荷重は、x軸に沿って2個並べた
負荷装置を協調して駆動することで与える一方、y軸ま
わりのモーメント荷重については、これらを差動させて
供試軸受に与えるようになっている(図ではy軸並進荷
重を与えるためにさらに1値負荷装置が設置されてい
る)。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows a plan view and a side view of an example of a conventional bearing load device. In the figure, the hydraulic cylinder 1a is connected to the test bearing 7 via a load meter 1c and a cylinder rod 1b. The load applied to the test bearing 7 is the load cell 1
It is detected by c and fed back to the servo amplifier (not shown) as a feedback signal. The servo amplifier operates the spool position of the servo valve 1e based on the load command value given from the outside to control the load applied to the test bearing 7 to match the load command value. In the example shown in the figure, the translational load in the x-axis direction is given by cooperatively driving the two load devices arranged along the x-axis, while the moment loads about the y-axis are differentiated. Is applied to the test bearing (in the figure, a one-value loading device is further installed to apply a y-axis translational load).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
軸受負荷装置では、1軸あるいは2軸の荷重しか設定で
きず、実際の軸受が受けると考えられる、複数の方向か
らの並進荷重やモーメント荷重、あるいは、これらの荷
重が同時に作用する場合が模擬できないという問題点が
あった。また、供試体である軸受の組立に際しては、負
荷装置とは別に軸受下半部を上半部に取り付ける際の移
動手段としての組立治具を別途製作する必要があった。
However, in the conventional bearing load device, only a uniaxial or biaxial load can be set, and it is considered that the actual bearing receives a translational load and a moment load from a plurality of directions, Alternatively, there is a problem that it is not possible to simulate the case where these loads act simultaneously. Further, when assembling the bearing as the test piece, it was necessary to separately manufacture an assembly jig as a moving means when the lower half of the bearing is attached to the upper half in addition to the load device.

【0004】本発明の目的は、供試体に6軸負荷が与え
られその組立治具としても使え且供試体の重量重心が簡
便に計測できる6軸負荷装置を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a 6-axis load device which can be used as an assembly jig for a 6-axis load applied to a test piece and which can easily measure the weight center of gravity of the test piece.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
複数のアクチュエータユニットの協調動作によって可動
板を運動させることにより前記可動板上に設置された供
試体に与える負荷を設定或は計測し或はその位置姿勢を
制御するパラレルメカニズムを応用した負荷装置におい
て、固定板3と、前記固定板に取付けられた6個の球面
軸受4と、前記球面軸受の各々に取付けられた直動形の
アクチュエータ1aと前記アクチュエータを制御するサ
ーボ弁1eと前記アクチュエータの圧縮引張荷重を検出
する荷重計1cと前記アクチュエータのストロークを検
出する変位計1dとから成る6個のアクチュエータユニ
ット1と、前記アクチュエータを制御するサーボアンプ
と、前記アクチュエータユニットをもって構成されてい
るリンク5と、前記各アクチュエータの他端に取付けら
れた球面軸受4と、前記球面軸受に前記固定板に対して
6自由度の位置姿勢変化が可能なように取付けられた可
動板2と、前記可動板に設置された供試体に与える所要
負荷にもとづいて前記各アクチュエータユニットの所要
推力を計算しそれらの値を指令値として前記サーボアン
プへ出力することで前記アクチュエータユニットの推力
の制御を可能とするとともに前記荷重計及び前記変位計
からの信号を検出可能としたことを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention,
In a load device applying a parallel mechanism for setting or measuring the load applied to a sample mounted on the movable plate by moving the movable plate by the coordinated operation of a plurality of actuator units or for controlling the position and orientation thereof. A fixed plate 3, six spherical bearings 4 attached to the fixed plate, a linear actuator 1a attached to each of the spherical bearings, a servo valve 1e for controlling the actuator, and compression of the actuator. Six actuator units 1 each including a load meter 1c for detecting a tensile load and a displacement meter 1d for detecting a stroke of the actuator, a servo amplifier for controlling the actuator, and a link 5 including the actuator unit. A spherical bearing 4 attached to the other end of each actuator A movable plate 2 mounted on the spherical bearing so that the position and orientation of the fixed plate can be changed in six degrees of freedom, and each actuator unit based on a required load applied to a sample mounted on the movable plate. Of the thrust force of the actuator unit by calculating the required thrust force of the actuator unit and outputting those values as command values to the servo amplifier, and enabling detection of signals from the load meter and the displacement meter. It has a feature.

【0006】請求項2記載の発明は、請求項1記載の6
軸負荷装置に加えコントローラ13からの指令にもとづ
きサーボアンプ12への帰還信号を変位計1dと荷重計
1cの相互に切換える帰還信号切換え器14と、供試体
の位置姿勢指令を入力可能としこの指令にもとづいて前
記各アクチュエータの所要ストロークを計算しその値を
指令値として前記サーボアンプへ出力することで前記ア
クチュエータユニットのストロークを制御可能としたコ
ントローラ13を具えたことを特徴とし請求項1記載の
6軸負荷を与える機能の他に位置決め機能を付加したこ
とを特徴としている。
The invention according to claim 2 is the same as the invention according to claim 1.
In addition to the axial load device, a feedback signal switching device 14 for switching a feedback signal to the servo amplifier 12 based on a command from the controller 13 between the displacement meter 1d and the load meter 1c, and a position / orientation command of the sample can be input. 2. The controller 13 according to claim 1, further comprising a controller 13 capable of controlling a stroke of the actuator unit by calculating a required stroke of each actuator based on the above, and outputting the value as a command value to the servo amplifier. The feature is that a positioning function is added in addition to the function of applying 6-axis load.

【0007】請求項3記載の発明は、請求項1及び請求
項2記載の6軸負荷装置において、特にアクチュエータ
として油圧シリンダを用いた方式において、サーボ弁1
eと油圧シリンダ1aとの間にコントローラ13からの
指令にもとづき開閉可能な開閉弁1fを具備したことを
特徴とし、前記サーボアンプへの帰還信号を前記荷重計
と前記変位計の相互に切換え又前記サーボアンプへの指
令信号切換えの際前記アクチュエータユニットの不安定
動作を防止可能としたことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the six-axis load device according to the first and second aspects, particularly in a system using a hydraulic cylinder as an actuator, the servo valve 1
An on-off valve 1f that can be opened and closed based on a command from the controller 13 is provided between the e and the hydraulic cylinder 1a, and a feedback signal to the servo amplifier is switched between the load meter and the displacement meter. It is characterized in that it is possible to prevent unstable operation of the actuator unit when the command signal is switched to the servo amplifier.

【0008】本発明では、複数のアクチュエータユニッ
トの協調動作により可動板を連動させることで、同可動
板上に設置した供試体に与える負荷を設定あるいは計測
したり、位置・姿勢を制御するパラレルメカニズムを負
荷装置に応用している。請求範囲の(1)において、各
アクチュエータユニットには、直動アクチュエータで発
生する圧縮、引張り荷重を検出する荷重計と直動アクチ
ュエータのストロークを検出する変位計が具備されてお
り、これにより各アクチュエータにおける推力とストロ
ークが検出可能となっている。
According to the present invention, the movable plate is interlocked by the coordinated operation of the plurality of actuator units to set or measure the load applied to the specimen mounted on the movable plate, and the parallel mechanism for controlling the position / posture. Is applied to the load device. In claim (1), each actuator unit is provided with a load meter for detecting compression and tensile loads generated in the linear actuator and a displacement meter for detecting the stroke of the linear actuator. The thrust force and stroke at can be detected.

【0009】供試体に作用する荷重(並進荷重およびモ
ーメント荷重)[Fout ]を次式で定義する。 [Fout ]=(Fx ,Fy ,Fz ,Mx ,My ,Mz T (1) ここで、Fx ,Fy ,Fzは、それぞれx軸、y軸、z
軸方向の並進荷重を表し、Mx ,My ,Mz は、それぞ
れx軸、y軸、z軸まわりのモーメント荷重を表す。ま
た、添字Tは転置を表す。他方、各直動アクチュエータ
で発生する推力ベクトル[Finp ]を次式で定義する。 [Finp ]=(F1 ,F2 ,F3 ,F4 ,F5 ,F6 )T (2) ここで、Fi はアクチュエータ番号iが発生する推力を
表す。
The load (translational load and moment load) [Fout] acting on the specimen is defined by the following equation. [Fout] = (Fx, Fy , F z, Mx, M y, M z) T (1) where, Fx, Fy, Fz is, x-axis, respectively, y-axis, z
Axial translational loads are indicated, and Mx, My, and Mz are moment loads about the x-axis, y-axis, and z-axis, respectively. The subscript T represents transposition. On the other hand, the thrust vector [Finp] generated by each linear actuator is defined by the following equation. [Finp] = (F1, F2, F3, F4, F5, F6) T (2) where Fi represents the thrust generated by the actuator number i.

【0010】例えば、Fi のx,y,z各座標軸成分を
それぞれ、Fxi,Fyi,Fziとすれば、以下の関係を得
る。
For example, if the x, y, and z coordinate axis components of Fi are Fxi, Fyi, and Fzi, respectively, the following relationship is obtained.

【0011】[0011]

【数1】 (Equation 1)

【0012】ここで、Fxi,Fyi,Fziは、可動板側の
アクチュエータユニットの取付けピッチ円、アクチュエ
ータユニットの固定板側の取付けピッチ円、可動板と固
定板の間等から求まるパラレルメカニズムの幾何学形状
によって決まる。
Here, Fxi, Fyi, and Fzi are determined by the mounting pitch circle of the actuator unit on the movable plate side, the mounting pitch circle of the fixed plate side of the actuator unit, and the geometrical shape of the parallel mechanism obtained from between the movable plate and the fixed plate. Decided.

【0013】この点を考慮して、式(3)〜(8)を書
き換えて、[Fout ]と[Finp ]の関係を表すと次式
のようになる。 [Fout ]=JF×[Finp ] (9) ここで、JFは[Fout ]と[Finp ]の関係を記述し
た6×6の行列であり、直動アクチュエータのストロー
クによって変化する。式(9)から、JFの逆行列JF
-1を用いて、次式を得る。 [Finp ]=JF-1×[Fout ] (10) すなわち、供試体に与えようとする荷重[Fout ]に対
する各アクチュエータユニットの所要推力[Finp ]は
式(10)により求めることができる。このとき、本発明
では、アクチュエータユニットのストロークは変位計で
検出可能であり、予めパラレルメカニズムの形状データ
を与えておけば、JF-1は既知の値となる。
In consideration of this point, the equations (3) to (8) are rewritten and the relation between [Fout] and [Finp] is expressed as the following equation. [Fout] = JF × [Finp] (9) Here, JF is a 6 × 6 matrix that describes the relationship between [Fout] and [Finp], and changes depending on the stroke of the linear actuator. From equation (9), the inverse JF matrix JF
Using -1 , we obtain [Finp] = JF -1 × [Fout] (10) That is, the required thrust [Finp] of each actuator unit with respect to the load [Fout] to be applied to the test piece can be obtained by the equation (10). At this time, in the present invention, the stroke of the actuator unit can be detected by the displacement gauge, and JF -1 will be a known value if shape data of the parallel mechanism is given in advance.

【0014】また、本発明では、[Fout ]に対する各
アクチュエータユニットの所要推力[Finp ]をコント
ローラで計算し、これを指令値としてサーボアンプに出
力する。各サーボアンプでは、荷重計の出力信号を帰還
信号とするフィードバック回路を形成し、アクチュエー
タユニットを操作して各シリンダにおける推力が所定の
値になるように制御する。
Further, in the present invention, the required thrust [Finp] of each actuator unit with respect to [Fout] is calculated by the controller, and this is output to the servo amplifier as a command value. In each servo amplifier, a feedback circuit that uses the output signal of the load meter as a feedback signal is formed, and the actuator unit is operated to control the thrust in each cylinder to a predetermined value.

【0015】前記した機能に加え、サーボアンプへの帰
還信号をコントローラからの指令にもとづき変位計出力
あるいは荷重計出力に切り換え可能とした帰還信号切り
換え器を備えたことで、各サーボアンプでは、荷重計の
出力信号の他に変位計1d出力を帰還信号とするフィー
ドバック回路も形成可能となり、アクチュエータユニッ
ト、を操作して各シリンダにおける変位が所定の値にな
るように制御できる。式(10)と同様に、可動板上の
代表点の所要の位置・姿勢[Pout ]=(x,y,z,
θx ,θy ,θz )T に対する各アクチュエータユニッ
トの所要ストローク[Pinp ]は次式で表される。
In addition to the above-mentioned functions, each servo amplifier is equipped with a feedback signal switching device capable of switching the feedback signal to the servo amplifier to the displacement meter output or the load meter output based on a command from the controller. In addition to the output signal of the meter, a feedback circuit that uses the output of the displacement meter 1d as a feedback signal can be formed, and the actuator unit can be operated to control the displacement in each cylinder to a predetermined value. Similar to the equation (10), the required position / orientation [Pout] of the representative point on the movable plate = (x, y, z,
The required stroke [Pinp] of each actuator unit for θx, θy, θz) T is expressed by the following equation.

【0016】 [Pinp ]=JP-1[Pout ] (11) ここで、 [Pinp ]=(L1 ,L2 ,L3 ,L4 ,L5 ,L6 )T ただし、Li はリンクiのストローク変位 JPは[Pout ]と[Pinp ]の関係を記述した6×6
の行列であり、直動アクチュエータのストロークによっ
て変化する。このとき、本発明では、アクチュエータユ
ニットのストロークは変位計で検出可能であり、予めパ
ラレルメカニズムの形状データを与えておけば、JP-1
は既知の値となる。また、本発明では、[Pout ]に対
する各アクチュエータユニットの所要ストローク[Pin
p ]をコントローラで計算し、これを指令値としてサー
ボアンプに出力する。
[Pinp] = JP -1 [Pout] (11) where [Pinp] = (L1, L2, L3, L4, L5, L6) T where Li is the stroke displacement of link i JP is [Pout 6 × 6 that describes the relationship between [] and [Pinp]
Is a matrix of and changes with the stroke of the linear actuator. At this time, in the present invention, the stroke of the actuator unit can be detected by the displacement gauge, and if the shape data of the parallel mechanism is given in advance, JP -1
Is a known value. Further, in the present invention, the required stroke [Pin] of each actuator unit with respect to [Pout]
p] is calculated by the controller and this is output to the servo amplifier as a command value.

【0017】各サーボアンプでは、変位計の出力信号を
帰還信号とするフィードバック回路を形成し、アクチュ
エータユニットを操作して各シリンダにおけるストロー
クが所定の値になるように制御する。特にアクチュエー
タとして油圧シリンダを用いた方式において、サーボア
ンプへの帰還信号を荷重計出力から変位計出力に切り換
える(あるいはその逆の)際は、サーボアンプへの指令
信号や帰還信号が急変するため、油圧シリンダが暴走す
る恐れがある。このため、サーボ弁と油圧シリンダの間
にコントローラからの指令にもとづき開閉可能な開閉弁
を具備している。この弁は、通常時は開となっており、
サーボ弁のスプール位置に応じて作動油がシリンダに供
給されて作動する。
In each servo amplifier, a feedback circuit that uses the output signal of the displacement gauge as a feedback signal is formed, and the actuator unit is operated to control the stroke in each cylinder to a predetermined value. Especially in the system using a hydraulic cylinder as an actuator, when the feedback signal to the servo amplifier is switched from the load meter output to the displacement meter output (or vice versa), the command signal and feedback signal to the servo amplifier change suddenly. The hydraulic cylinder may run out of control. Therefore, an on-off valve that can be opened and closed based on a command from the controller is provided between the servo valve and the hydraulic cylinder. This valve is normally open,
Hydraulic oil is supplied to the cylinder to operate according to the spool position of the servo valve.

【0018】しかし、サーボアンプへの帰還信号を荷重
計出力から変位計出力に切り換えたり(あるいはその
逆)、サーボアンプへの指令圧を切り換える際は、その
前にコントローラから開閉弁に対し同弁を閉鎖するよう
指示を出す。これによりサーボ弁と油圧シリンダとの接
続が断たれ、油圧シリンダ内の作動油はシリンダ内に封
じ込められた状態となるとともに、サーボ弁のスプール
弁位置が変化してもその影響を受けない状態となる。こ
の状態のまま、サーボアンプへの帰還信号を荷重計出力
から変位計出力に切り換え(あるいはその逆)や、サー
ボアンプへの指令電圧を切り換えを行っても油圧シリン
ダは暴走せず、帰還信号、指令信号ともに切り換えが終
了した時点で弁を開に戻せば油圧シリンダは正常に動作
を再開する。
However, when the feedback signal to the servo amplifier is switched from the load meter output to the displacement meter output (or vice versa), or when the command pressure to the servo amplifier is switched, the same valve from the controller to the on-off valve must be sent before that. Instruct to close. As a result, the connection between the servo valve and the hydraulic cylinder is cut off, and the hydraulic fluid in the hydraulic cylinder is contained in the cylinder, and even if the spool valve position of the servo valve changes, it is not affected. Become. In this state, even if the feedback signal to the servo amplifier is switched from the load meter output to the displacement meter output (or vice versa) or the command voltage to the servo amplifier is switched, the hydraulic cylinder does not run away and the feedback signal, The hydraulic cylinder resumes normal operation if the valve is returned to the open state when the switching of both command signals is completed.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】直動アクチュエータとして油圧シ
リンダを使用した本発明の実施の形態を説明する。 [第1実施形態]図1に負荷装置の構成を、図2にアク
チュエータユニット1の詳細を示す。図1において、負
荷装置は、可動板2は固定板3に対して、各々がアクチ
ュエータユニット1で構成される6本のリンク5により
球面軸受4を介して拘束されており、アクチュエータユ
ニット1の伸縮により可動板2が固定板3に対し6自由
度の位置・姿勢変化を行う。アクチュエータユニット1
は、図2に示すようにシリンダ1a、同シリンダ1aの
シリンダロッド1bにシリンダ推力の測定を目的とした
荷重計1c、シリンダ1aのストロークを検出する変位
計1d、シリンダ1aへ供給する作動液の流量を制御す
るサーボ弁1eが開閉弁1fを介して装着されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention in which a hydraulic cylinder is used as a linear actuator will be described. [First Embodiment] FIG. 1 shows the configuration of a load device, and FIG. 2 shows the details of an actuator unit 1. 1, in the load device, the movable plate 2 is constrained to the fixed plate 3 by six links 5 each of which is composed of an actuator unit 1 via a spherical bearing 4, and the movable unit 2 expands and contracts. As a result, the movable plate 2 changes the position and orientation of the fixed plate 3 with 6 degrees of freedom. Actuator unit 1
As shown in FIG. 2, a cylinder 1a, a load rod 1c for measuring the cylinder thrust on the cylinder rod 1b of the cylinder 1a, a displacement meter 1d for detecting the stroke of the cylinder 1a, and a hydraulic fluid supplied to the cylinder 1a. A servo valve 1e for controlling the flow rate is attached via an on-off valve 1f.

【0020】図3に本発明の第1実施形態の平面図を示
す。また、図4に本発明の第1実施形態の側面図を示
す。これらの図において、回転軸6は供試軸受7を貫通
し両端の支持軸受8により支持されており、モータ(図
示せず)により回転するようになっている。供試軸受7
は負荷装置の可動板2上に固定されており、アクチュエ
ータユニット1を内蔵した5本のリンク5を協調して伸
縮することで、供試軸受7を回転軸6に対して並進3自
由度、回転3自由度の相対位置・姿勢変化ができるよう
になっている。なお、図3に示す9は、負荷装置のy軸
方向の荷重発生を補助する目的で設置された横荷重発生
装置である。
FIG. 3 shows a plan view of the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 4 shows a side view of the first embodiment of the present invention. In these drawings, the rotary shaft 6 penetrates the test bearing 7 and is supported by the support bearings 8 at both ends, and is rotated by a motor (not shown). Test bearing 7
Is fixed on the movable plate 2 of the load device, and by expanding and contracting the five links 5 incorporating the actuator unit 1, the test bearing 7 is translated with respect to the rotary shaft 6 in three degrees of freedom, It is possible to change the relative position and orientation with three degrees of rotation. In addition, 9 shown in FIG. 3 is a lateral load generator installed for the purpose of assisting the load generation of the load device in the y-axis direction.

【0021】図5に本発明の制御系を示す。同図におい
て一点鎖線の枠で囲まれている領域は負荷装置のリンク
5の1本分の機器構成を示している。シリンダ1aの発
生推力およびストロークは、それぞれ荷重計1cおよび
変位計1dにより検出され、それぞれ荷重計アンプ10
あるいは変位計アンプ11を介してコントローラ13に
帰還信号としてフィードバックされる。これらのフィー
ドバック信号は帰還信号切り換え器14にも帰還されて
おり、コントローラ13の指令にもとづき、いずれか一
方の信号をサーボアンプ12に帰還する。
FIG. 5 shows the control system of the present invention. In the figure, the region surrounded by the one-dot chain line shows the device configuration of one link 5 of the load device. The generated thrust force and stroke of the cylinder 1a are detected by the load meter 1c and the displacement meter 1d, respectively, and the load meter amplifier 10
Alternatively, it is fed back as a feedback signal to the controller 13 via the displacement gauge amplifier 11. These feedback signals are also fed back to the feedback signal switch 14, and either one of the signals is fed back to the servo amplifier 12 based on a command from the controller 13.

【0022】すなわち、荷重フィードバックを行う場合
は荷重計アンプ10から出力される荷重計出力信号をサ
ーボアンプ12に帰還して荷重フィードバックループを
構成し、変位フィードバックを行う場合は変位計アンプ
11から出力される変位計出力信号をサーボアンプ12
に帰還して、位置フィードバックループを構成する。コ
ントローラ13では、位置・姿勢指令あるいは荷重指令
にもとづき各シリンダの所要推力あるいは所要ストロー
クを算出し、指令値としてサーボアンプ12に出力す
る。サーボアンプ12では、コントローラ13からの指
令にもとづきサーボ弁1eのスプール位置を制御してシ
リンダ1aへの作動油の供給を制御する。
That is, when performing load feedback, the load meter output signal output from the load meter amplifier 10 is returned to the servo amplifier 12 to form a load feedback loop, and when performing displacement feedback, it is output from the displacement meter amplifier 11. The displacement amplifier output signal to the servo amplifier 12
To form a position feedback loop. The controller 13 calculates the required thrust force or required stroke of each cylinder based on the position / attitude command or the load command, and outputs it to the servo amplifier 12 as a command value. The servo amplifier 12 controls the spool position of the servo valve 1e based on a command from the controller 13 to control the supply of hydraulic oil to the cylinder 1a.

【0023】制御モードを切り換える場合(例として、
荷重制御から位置・姿勢制御に切り換える場合で説明す
る)には、まずコントローラ13からの指令により開閉
弁1fが閉じてサーボ弁1eとシリンダ1aとの接続が
断たれ、その結果サーボ弁1eのスプール位置にかかわ
らずシリンダ1aは開閉弁1fが閉じる前の状態を保持
する。しかるのち、帰還信号切り換え器14によりサー
ボアンプ12へ帰還信号を荷重計アンプ10の出力信号
から変位計アンプ11の出力信号に切り換える。さらに
コントローラ13に対する指令を荷重指令から位置・姿
勢指令に変更する。これによりサーボアンプ12に対す
る指令信号、帰還信号とも位置制御となるため、サーボ
弁1eは位置制御モードとなる。
When switching the control mode (for example,
In the case of switching from load control to position / orientation control), first, the command from the controller 13 closes the on-off valve 1f and disconnects the servo valve 1e from the cylinder 1a. As a result, the spool of the servo valve 1e is closed. Regardless of the position, the cylinder 1a maintains the state before the on-off valve 1f is closed. After that, the feedback signal switching unit 14 switches the feedback signal to the servo amplifier 12 from the output signal of the load meter amplifier 10 to the output signal of the displacement meter amplifier 11. Further, the command to the controller 13 is changed from the load command to the position / posture command. As a result, both the command signal and the feedback signal to the servo amplifier 12 are in position control, and the servo valve 1e is in the position control mode.

【0024】この一連の切り換え作業終了後、開閉弁1
fを開とすることで、シリンダ1aはサーボ弁1eのス
プール位置に応じた動作を開始する。なお、図中に示し
た開閉弁1gは、緊急時に油圧シリンダ内の作動油をド
レンに排出するための弁である。
After completion of this series of switching operations, the on-off valve 1
By opening f, the cylinder 1a starts the operation according to the spool position of the servo valve 1e. The on-off valve 1g shown in the figure is a valve for discharging the hydraulic oil in the hydraulic cylinder to a drain in an emergency.

【0025】[第2実施形態]図6は重量物の重量計測
ならびに重心位置の割り出しに本発明を適用した本発明
の第2実施形態を示したものである。同図において、パ
レット21が測定対象22を載せた状態で可動板2の上
に搭載されている。このとき可動板2には、可動板2上
の基準点が固定板3に対して所定の位置・姿勢になるよ
う位置制御が掛かっており、アクチュエータユニット1
では所定の位置・姿勢を保持するために軸力を発生す
る。しかるに、アクチュエータユニット1には請求項の
第1項に示したように荷重計1cが内蔵されており、こ
れにより各アクチュエータユニットに作用する軸力がわ
かる。
[Second Embodiment] FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention in which the present invention is applied to the weight measurement of heavy objects and the determination of the position of the center of gravity. In the figure, a pallet 21 is mounted on the movable plate 2 with a measurement target 22 placed thereon. At this time, the movable plate 2 is subjected to position control so that the reference point on the movable plate 2 has a predetermined position / posture with respect to the fixed plate 3, and the actuator unit 1
Then, an axial force is generated to maintain a predetermined position / orientation. However, the actuator unit 1 has the built-in load cell 1c as described in the first item of the claims, and the axial force acting on each actuator unit can be known from this.

【0026】一方、位置制御により固定板3に対する可
動板2の位置・姿勢がわかっているため、幾何学的な関
係から各軸力を各座標軸に沿った分力に分解して座標軸
等に軸力の分力の和を求めることができる。これら各座
標軸毎の分力の和の反力が測定対象から可動板に作用す
る力に等しくなる。特に図のx軸方向の分力の和は測定
対象に作用する重力に等しくなるため、測定対象の自重
が分かる(厳密にはパレット自重と可動板に作用する初
期軸力を予め引いておく必要がある)。さらに、各リン
クと可動板2との接点1〜6(接点2,3は図示せず)
(すなわち、各軸力の作用点)のyz平面上の座標がわ
かっていれば、軸力のx軸方向の分力とその点の座標か
ら測定対象22のyz平面上の重心位置を求めることが
できる。
On the other hand, since the position / orientation of the movable plate 2 with respect to the fixed plate 3 is known by the position control, each axial force is decomposed into a component force along each coordinate axis from the geometrical relationship, and the coordinate axis and other axes are obtained. The sum of force components can be calculated. The reaction force of the sum of these component forces on each coordinate axis becomes equal to the force acting on the movable plate from the measurement target. In particular, the sum of component forces in the x-axis direction in the figure is equal to the gravity acting on the measurement target, so the self-weight of the measurement target can be known (strictly, the pallet self-weight and the initial axial force acting on the movable plate must be subtracted in advance. There is). Further, contacts 1 to 6 between each link and the movable plate 2 (contacts 2 and 3 are not shown)
If the coordinates on the yz plane (that is, the point of action of each axial force) are known, the center of gravity position of the measurement target 22 on the yz plane is determined from the component of the axial force in the x-axis direction and the coordinates of that point. You can

【0027】すなわち、接点i(i=1〜6)の固定板
3に設けた座標系に対する座標を(xi ,yi ,zi )
と表し、この点における軸力の反力のx軸成分をfxi
と表せば、yz平面上での測定対象22の重心のy座標
Gy 、およびz座標Gz は次式で表される。
That is, the coordinates of the contact point i (i = 1 to 6) with respect to the coordinate system provided on the fixed plate 3 are (xi, yi, zi).
And the x-axis component of the reaction force of the axial force at this point is fxi
Then, the y-coordinate Gy and the z-coordinate Gz of the center of gravity of the measurement target 22 on the yz plane are expressed by the following equations.

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【0029】ここで、fxi は接点iにおける軸力と幾
何学的な関係から求めることができ、yi ,zi も図面
上から予めわかっている値であるから上式から重心位置
GyおよびGz を求めることができる。これは、例え
ば、複雑な形状をした物体をクレーン等でつり上げる際
の重心位置の割り出しに有効である。
Here, fxi can be obtained from the axial force at the contact point i and the geometrical relationship, and yi and zi are values known in advance from the drawing, so the barycentric positions Gy and Gz are obtained from the above equations. be able to. This is effective, for example, in determining the position of the center of gravity when an object having a complicated shape is lifted by a crane or the like.

【0030】[第3実施形態]図7は、本発明を風洞実
験の荷重測定に適用した本発明の第3実施形態を示した
ものである。同図において可動板2から下の部分は計測
の際、支障にならないよう風洞の床面23より下に設置
されている。可動板2上には矢印Aの向きから空気流を
受けながら風洞模型24が固定されている。このとき可
動板2には、可動板2上の基準点が固定板3に対して所
定の位置・姿勢になるように位置制御が掛かっており、
アクチュエータユニット1では所定の位置・姿勢を保持
するために軸力を発生する。
[Third Embodiment] FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention in which the present invention is applied to load measurement in a wind tunnel experiment. In the figure, the portion below the movable plate 2 is installed below the floor surface 23 of the wind tunnel so as not to interfere with the measurement. A wind tunnel model 24 is fixed on the movable plate 2 while receiving an air flow from the direction of arrow A. At this time, the movable plate 2 is subjected to position control so that the reference point on the movable plate 2 has a predetermined position / posture with respect to the fixed plate 3.
The actuator unit 1 generates an axial force to maintain a predetermined position / posture.

【0031】この軸力は風洞模型24に作用する力に抗
して可動板2の位置・姿勢を保持するために発生する力
に他ならない。すなわち、本発明の第2実施形態と同様
にして、これらの軸力にもとづいた力の釣合いから風洞
模型24に作用する力とモーメントが検出できる。ま
た、可動板2を固定板3に対して傾けることで、風洞模
型24を空気流の向きに対して所要の迎え角を与えるこ
とができる。
This axial force is nothing but the force generated to maintain the position / posture of the movable plate 2 against the force acting on the wind tunnel model 24. That is, similarly to the second embodiment of the present invention, the force and moment acting on the wind tunnel model 24 can be detected from the balance of forces based on these axial forces. Further, by tilting the movable plate 2 with respect to the fixed plate 3, the wind tunnel model 24 can be provided with a required angle of attack with respect to the direction of the air flow.

【0032】なお以上の発明において、直動アクチュエ
ータとしては油圧シリンダ付のものについてのみ記載し
たが、この他に空気圧シリンダ、水圧シリンダの流体圧
力により動作する直動アクチュエータや、電動機とボー
ルねじ、あるいは電動機と減速機とボールねじの組み合
わせによるものも実現可能である。
In the above invention, only the linear actuator with the hydraulic cylinder is described, but in addition to this, the linear actuator which operates by the fluid pressure of the pneumatic cylinder or the hydraulic cylinder, the electric motor and the ball screw, or A combination of an electric motor, a speed reducer and a ball screw is also feasible.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明により、従来の軸受試験機では出
来なかった複数の並進荷重やモーメント荷重を供試軸受
に与えることが可能となり、実機の荷重条件がより正確
に再現できる。また、位置制御を可能としたことにより
負荷発生機としてだけでなく、供試体である軸受の組立
て装置としても利用でき、試験時の作業性が向上する。
又、本装置上に測定対象を載せるだけで重量や重心位置
が簡便に計測できる。
According to the present invention, it becomes possible to apply a plurality of translational loads and moment loads to the bearing under test, which cannot be achieved by the conventional bearing testing machine, and the load conditions of the actual machine can be reproduced more accurately. Further, since position control is possible, it can be used not only as a load generator but also as a device for assembling a bearing, which is a specimen, and workability during a test is improved.
In addition, the weight and the position of the center of gravity can be easily measured simply by placing the object to be measured on this device.

【0034】さらに風洞模型の姿勢設定とこの模型に作
用する荷重計測を本装置1台で実現でき、設備構成が単
純化される一方、試験時の作業性が向上する。また、油
圧シリンダをアクチュエータとする方式では、サーボ弁
とシリンダの間に開閉弁を設けたことにより、荷重制御
から位置制御(あるいはその逆)へ制御モードを切り換
える際のシリンダの暴走を予防でき、より安全に作業が
できるようになる。
Further, the setting of the attitude of the wind tunnel model and the measurement of the load acting on this model can be realized by this single device, which simplifies the equipment structure and improves the workability during the test. Further, in the system using a hydraulic cylinder as an actuator, by providing an opening / closing valve between the servo valve and the cylinder, it is possible to prevent runaway of the cylinder when switching the control mode from load control to position control (or vice versa). You can work more safely.

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

【図1】本発明の第1実施の形態の6軸負荷装置の主要
部の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a 6-axis load device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係るアクチュエータユニットの構成
図。
FIG. 2 is a configuration diagram of an actuator unit according to the present invention.

【図3】本発明の第1実施の形態の平面図。FIG. 3 is a plan view of the first embodiment of the present invention.

【図4】図3に対応する側面図。FIG. 4 is a side view corresponding to FIG. 3;

【図5】本発明に係る制御系の図。FIG. 5 is a diagram of a control system according to the present invention.

【図6】本発明の第2実施の形態の図。FIG. 6 is a diagram of a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施の形態の図。FIG. 7 is a diagram of a third embodiment of the present invention.

【図8】従来例の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アクチュエータユニット、2…可動板、3…固定
板、4…球面軸受、5…リンク、6…回転軸、7…供試
軸受、8…支持軸受、9…横荷重発生装置、10…荷重
計アンプ、11…変位計アンプ、12…サーボアンプ、
13…コントローラ、14…帰還信号切り換え器、1a
…シリンダ、1b…シリンダロッド、1c…荷重計、1
d…変位計、1e…サーボ弁、1f…開閉弁。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Actuator unit, 2 ... Movable plate, 3 ... Fixed plate, 4 ... Spherical bearing, 5 ... Link, 6 ... Rotating shaft, 7 ... Test bearing, 8 ... Support bearing, 9 ... Lateral load generator, 10 ... Load Meter amplifier, 11 ... Displacement meter amplifier, 12 ... Servo amplifier,
13 ... Controller, 14 ... Feedback signal switch, 1a
… Cylinder, 1b… Cylinder rod, 1c… Load cell, 1
d ... Displacement meter, 1e ... Servo valve, 1f ... Open / close valve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本村 士郎 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shiro Motomura 1-1-1, Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Takasago Research Institute

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のアクチュエータユニットの協調動
作によって可動板を運動させることにより前記可動板上
に設置された供試体に与える負荷を設定或は計測し或は
その位置姿勢を制御するパラレルメカニズムを応用した
負荷装置において、固定板(3)と、前記固定板に取付
けられた6個の球面軸受(4)と、前記球面軸受の各々
に取付けられた直動形のアクチュエータ(1a)と前記
アクチュエータを制御するサーボ弁(1e)と前記アク
チュエータの圧縮引張荷重を検出する荷重計(1c)と
前記アクチュエータのストロークを検出する変位計(1
d)とから成る6個のアクチュエータユニット(1)
と、前記アクチュエータを制御するサーボアンプ(1
2)と、前記アクチュエータユニットをもって構成され
ているリンク(5)と、前記各アクチュエータの他端に
取付けられた球面軸受(4)と、前記球面軸受に前記固
定板に対して6自由度の位置姿勢変化が可能なように取
付けられた可動板(2)と、前記可動板に設置された供
試体に与える所要負荷にもとづいて前記各アクチュエー
タユニットの所要推力を計算しそれらの値を指令値とし
て前記サーボアンプへ出力することで前記アクチュエー
タユニットの推力の制御を可能とするとともに前記荷重
計及び前記変位計からの信号を検出可能としたコントロ
ーラ(13)とを有して成ることを特徴とし供試体に6
軸負荷を与えることを可能とした6軸負荷装置。
1. A parallel mechanism for setting or measuring a load applied to a sample mounted on the movable plate by moving the movable plate by cooperative operation of a plurality of actuator units, or for controlling the position and orientation thereof. In the applied load device, a fixed plate (3), six spherical bearings (4) attached to the fixed plate, a direct acting type actuator (1a) attached to each of the spherical bearings, and the actuator. A servo valve (1e) for controlling the actuator, a load meter (1c) for detecting the compressive tensile load of the actuator, and a displacement meter (1 for detecting the stroke of the actuator.
6 actuator units consisting of (d) and (1)
And a servo amplifier (1
2), a link (5) including the actuator unit, a spherical bearing (4) attached to the other end of each actuator, and a position of 6 degrees of freedom in the spherical bearing with respect to the fixed plate. A movable plate (2) mounted so that its posture can be changed, and the required thrust of each actuator unit is calculated based on the required load given to the sample installed on the movable plate, and these values are used as command values. A controller (13) capable of controlling thrust of the actuator unit by outputting to the servo amplifier and capable of detecting signals from the load meter and the displacement meter is provided. 6 for trial
A 6-axis load device that can apply an axial load.
【請求項2】 請求項1記載の6軸負荷装置に加え、コ
ントローラ(13)からの指令にもとづきサーボアンプ
(12)への帰還信号を変位計(1d)と荷重計(1
c)の相互に切換える帰還信号切換え器(14)と、供
試体の位置姿勢指令を入力可能としこの指令にもとづい
て前記各アクチュエータの所要ストロークを計算しその
値を指令値として前記サーボアンプへ出力することで前
記アクチュエータユニットのストロークを制御可能とし
たコントローラ(13)とを具えたことを特徴とし請求
項1記載の6軸負荷を与える機能の他に位置決め機能を
付加した6軸負荷装置。
2. In addition to the 6-axis load device according to claim 1, a feedback signal to a servo amplifier (12) is sent to a displacement meter (1d) and a load meter (1) based on a command from a controller (13).
A feedback signal switching device (14) for switching between c) and a position / orientation command of the specimen can be input, and the required stroke of each actuator is calculated based on this command and the value is output as a command value to the servo amplifier. A 6-axis load device having a positioning function in addition to the 6-axis load applying function according to claim 1, further comprising a controller (13) capable of controlling the stroke of the actuator unit.
【請求項3】 請求項1及び請求項2記載の6軸負荷装
置において、特にアクチュエータとして油圧シリンダを
用いた方式において、サーボ弁(1e)と油圧シリンダ
(1a)との間にコントローラ(13)からの指令にも
とづき開閉可能な開閉弁(1f)を具備したことを特徴
とし、前記サーボアンプへの帰還信号を前記荷重計と前
記変位計の相互に切換え又前記サーボアンプへの指令信
号切換えの際前記アクチュエータユニットの不安定動作
を防止可能とした6軸負荷装置。
3. The 6-axis load device according to claim 1 or 2, wherein a controller (13) is provided between the servo valve (1e) and the hydraulic cylinder (1a), particularly in a system using a hydraulic cylinder as an actuator. Is provided with an on-off valve (1f) that can be opened / closed based on a command from the servo amplifier. The feedback signal to the servo amplifier is switched between the load meter and the displacement meter, or the command signal to the servo amplifier is switched. In this case, a 6-axis load device capable of preventing unstable operation of the actuator unit.
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