JPH11108780A - 複数分力測定装置 - Google Patents

複数分力測定装置

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JPH11108780A
JPH11108780A JP9270716A JP27071697A JPH11108780A JP H11108780 A JPH11108780 A JP H11108780A JP 9270716 A JP9270716 A JP 9270716A JP 27071697 A JP27071697 A JP 27071697A JP H11108780 A JPH11108780 A JP H11108780A
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JP
Japan
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deformation
load
measured
coefficient matrix
transfer coefficient
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Pending
Application number
JP9270716A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Aoyama
隆之 青山
Mizuho Inagaki
瑞穂 稲垣
Atsushi Kawamoto
敦史 川本
Nobuyuki Mori
信行 森
Toshiyuki Suzuki
俊之 鈴木
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定可能な対象物を広くする。 【解決手段】 測定する複数の分力以上の数の変形検出
器1と、記憶装置及び演算装置4を備え、各変形検出器
1は、被測定物の任意の位置に取り付け、記憶装置と演
算装置4は、被測定物に既知の各分力を加えて較正を行
なうと、各分力毎の較正変形データを入力して荷重−変
形伝達係数行列を作成し、荷重−変形伝達係数行列を変
形−荷重伝達係数行列に逆変換して、変形−荷重伝達係
数行列を記憶し、その後、被測定物に荷重が加わると、
各変形検出器1が出力する変形データを入力し、記憶し
た変形−荷重伝達係数行列と、変形検出器から入力した
変形列ベクトルの積を演算して、各分力を求める複数分
力測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の分力を、分
力間の相互干渉による誤差を除去して、測定する装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】
<第1従来例(特開平4−76428号公報)>6つの
分力を検出する分力計を使用して6つの分力を測定する
装置である。
【0003】分力計は、被測定物の測定位置に作用する
力とモーメントを、3次元直交座標における3本の軸の
方向に沿った3つの力成分と3本の軸の回りの3つのモ
ーメント成分の6つの分力に分解して、検出する。
【0004】この分力計は、A/D変換器を介して電子
計算機に接続している。
【0005】先ず、分力計は、既知の各分力を加えて較
正を行なう。電子計算機は、分力計の各分力毎の較正ひ
ずみデータを入力して荷重−ひずみ変換行列を作成し、
6行6列の荷重−ひずみ変換行列を6行6列のひずみ−
荷重変換行列に逆変換して、ひずみ−荷重変換行列を記
憶する。
【0006】次に、分力計は、被測定物の測定位置に取
り付け、被測定物に荷重を加える。電子計算機は、分力
計が出力する各分力のひずみデータを入力し、記憶した
ひずみ−荷重変換行列と、分力計から入力したひずみ列
ベクトルの積を演算して、各分力を求め、測定位置の3
軸方向の3つの力成分と3軸回りの3つのモーメント成
分を出力する。
【0007】<第2従来例(特開平1−189535号
公報)>ロボットハンドの指先に加わる荷重を測定する
装置である。
【0008】指に相当する柱を途中で直角に折り曲げて
垂直部と水平部を形成し、指先に相当する柱の先端に加
わる荷重によって、柱の垂直部または水平部を曲げるモ
ーメントが発生する構成にし、柱の垂直部と水平部にひ
ずみゲージを所定の位置に貼り付けている。
【0009】ひずみゲージは、増幅器とA/D変換器を
介して電子計算機に接続している。
【0010】電子計算機は、ひずみゲージの出力から、
柱の垂直部と水平部に作用するモーメントを求める理論
式と、柱の垂直部と水平部に作用するモーメントから、
柱の先端に加わる荷重の大きさ、方向と作用点を求める
理論式を記憶している。
【0011】ロボットハンドの指先に荷重が加わると、
ひずみゲージが出力し、電子計算機において、記憶して
いる理論式によって指先荷重の大きさ、方向と作用点の
位置を演算する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第1従来例
においては、分力計を使用しているので、分力計の起歪
体が高価である上、分力計が測定位置に取り付け不可能
な構造や形状の被測定物には使用することができない。
【0013】また、第2従来例においては、ひずみゲー
ジを所定の位置に貼り付け、ひずみと荷重の関係を材料
力学理論から求めているので、ひずみゲージを所定の位
置に貼り付けられない構造や形状の被測定物や、材料力
学の理論式が求められない構造や形状の被測定物には使
用することができない。
【0014】結局、第1,第2従来例の測定装置におい
ては、分力間の相互干渉による誤差が除去されるが、測
定可能な対象物が限定される。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、測定する複数
の分力以上の数の変形検出器と、記憶装置及び演算装置
を備え、各変形検出器は、被測定物の任意の位置に取り
付け、記憶装置と演算装置は、被測定物に既知の各分力
を加えて較正を行なうと、各分力毎の較正変形データを
入力して荷重−変形伝達係数行列を作成し、荷重−変形
伝達係数行列を変形−荷重伝達係数行列に逆変換して、
変形−荷重伝達係数行列を記憶し、その後、被測定物に
荷重が加わると、各変形検出器が出力する変形データを
入力し、記憶した変形−荷重伝達係数行列と、変形検出
器から入力した変形列ベクトルの積を演算して、各分力
を求めることを特徴とする複数分力測定装置である。
【0016】
【発明の効果】本発明においては、複数の変形検出器を
被測定物の任意の位置に取り付け、その取付状態で、較
正を行なって変形−荷重伝達係数行列を記憶し、被測定
物に荷重が加わると、各分力を求める。
【0017】従って、分力計の高価な起歪体を使用せ
ず、変形検出器を被測定物の任意の位置に取り付け、ま
た、材料力学の理論式を使用せず、較正変形データを使
用するので、被測定物の構造や形状が限定されず、測定
可能な対象物が広い。
【0018】
【発明の実施の形態】複数分力測定装置は、図1に示す
ように、変形検出器1、増幅器2、A/D変換器3と電
子計算機4を順次接続している。
【0019】変形検出器1は、ひずみゲージであり、そ
の個数mが測定する分力の数n以上である。変形検出器
1と増幅器2は、動ひずみ計を構成している。
【0020】電子計算機4は、記憶装置と演算装置など
を内蔵し、表示装置5を接続している。A/D変換器3
は、電子計算機4に内蔵してもよい。
【0021】各変形検出器1は、被測定物の任意の位置
に取り付ける。被測定物には、先ず、既知の各分力
{F}を順次加えて較正を行なう。
【0022】既知の各分力{F}についてそれぞれ各変
形検出器1が出力する較正変形データ{ε}は、順次電
子計算機4に入力し、演算装置において、{ε}=
[A]{F}の行列式を満たす荷重−変形伝達係数行列
[A]を作成し、荷重−変形伝達係数行列[A]を変形
−荷重伝達係数行列[B]に逆変換し、{F}=[B]
{ε}の行列式を満たす変形−荷重伝達係数行列[B]
を記憶装置に記憶する。
【0023】次に、被測定物に未知の荷重が加わると、
各変形検出器1が出力する変形データ{ε}は、電子計
算機4に入力し、演算装置において、記憶装置に記憶し
た変形−荷重伝達係数行列[B]と、変形検出器1から
入力した変形列ベクトル{ε}の積を演算し、即ち、変
形−荷重伝達係数行列[B]の各行ベクトルの各要素と
変形列ベクトル{ε}の各要素の積和をそれぞれ演算
し、{F}=[B]{ε}の行列式に基づいて未知の各
分力{F}を求め、各分力{F}を表示装置5にリアル
タイムで表示する。
【0024】電子計算機4において、既知の各分力
{F}毎の較正変形データ{ε}から荷重−変形伝達係
数行列[A]を経て変形−荷重伝達係数行列[B]を作
成する手順は、図2のフローチャートに示すように、次
の通りである。
【0025】 分力Fjの数nと変形検出器1の数m
を決定し、その数n,m(n≦m)を電子計算機4に入
力する。
【0026】例えば、図3に示す滑り軸受において、回
転軸11から軸受12に伝達される力とモーメントを測
定する場合、回転軸11の軸芯に配置したZ軸方向の力
成分とZ軸回りのモーメント成分を考慮しないので、2
次元直交座標におけるX軸,Y軸の方向に沿った2つの
力成分F1,F2と、X軸,Y軸の回りの2つのモーメン
ト成分F3,F4の合計4つの分力を測定する。
【0027】変形検出器1は、軸受12の任意の6個所
にそれぞれ取り付ける。
【0028】従って、測定する分力F1,F2,F3,F4
の数nは、4となる。使用する変形検出器1の数mは、
6となる。
【0029】この場合、{ε}=[A]{F}の行列式
は、
【0030】
【数1】 となる。
【0031】また、{F}=[B]{ε}の行列式は、
【0032】
【数2】 となる。
【0033】 被測定物に既知の分力{F}を加えて
較正を行なう。
【0034】Fj(j=k)=1(既知の単位荷重) Fj(j≠k)=0 k=1〜n これらの式のように、1つの分力Fj(j=k)を既知の単位
荷重にし、その他の全ての分力Fj(j≠k)を零に
し、この荷重条件で各変形検出器1が出力する較正変形
データ{ε}を電子計算機4に入力する。
【0035】図3に示す滑り軸受11,12において
は、較正時の分力{F}は、横書すると、k=1のとき
{1 0 0 0}、k=2のとき{0 1 0
0}、k=3のとき{0 0 1 0}、k=4のとき
{0 0 0 1}となる。
【0036】例えば、k=2のときF2=1の荷重条件
にするには、図3に破線の矢印で示すように、軸受12
から等距離の回転軸11の両端にそれぞれ単位荷重の半
分1/2をY軸方向に加える。
【0037】 較正変形データ{ε}から荷重−変形
伝達係数行列[A]の列の各要素Aikを算出する。
【0038】k番目の荷重条件Fk=1で各変形検出器
1が出力した較正変形データ{ε1・・εi・・εm}か
ら荷重−変形伝達係数行列[A]のk列の各要素Aik
次の式を用いて算出する。
【0039】Aik=εi/Fk i=1〜m Fk=1であるので、上式は、 Aik=εi i=1〜m となる。
【0040】 上記のステップ,をk=1〜nに
ついて繰り返し、荷重−変形伝達係数行列[A]の全列
の各要素Aikを算出する。即ち、m行n列の荷重−変形
伝達係数行列[A]を作成する。
【0041】 m行n列の荷重−変形伝達係数行列
[A]をn行m列の変形−荷重伝達係数行列[B]に逆
変換する。
【0042】行列の逆変換の方法には、最小二乗法が例
示される。最小二乗法を用いて変形−荷重伝達係数行列
[B]を求めると、 [B]=([A]T[A])-1[A]T となる。
【0043】ここで、[A]Tは、[A]のi行k列の
要素Aikをk行i列に並べ換えた転置行列である。
【0044】荷重−変形伝達係数行列[A]の逆変換に
より得られた変形−荷重伝達係数行列[B]は、電子計
算機4に記憶する。
【0045】次に、被測定物に未知の荷重が加わると、
例えば、図3に示す滑り軸受11,12が運転される
と、電子計算機4は、短い時間間隔毎に、各変形検出器
1から入力する変形データ{ε}と、記憶した変形−荷
重伝達係数行列[B]の積を演算してその時刻の各分力
{F}を求め、時々刻々と変化する各分力{F}をリア
ルタイムで表示する。
【0046】図3に示す滑り軸受11,12において、
各分力{F}を求める式は、具体的には、数2の行列式
を展開して F1=B11ε1+B12ε2+・・・+B16ε62=B21ε1+B22ε2+・・・+B26ε63=B31ε1+B32ε2+・・・+B36ε64=B41ε1+B42ε2+・・・+B46ε6 となる。
【0047】
【実験例】図3に示す滑り軸受11,12において、軸
受12の任意の6個所にそれぞれ変形検出器1を取り付
け、既知の単位荷重で較正を行なって、4行6列の変形
−荷重伝達係数行列[B]を記憶した後、測定する全て
の分力F1,F2,F3,F4を既知の静荷重にし、この荷
重状態で各分力を測定し、測定誤差を算出した。その結
果を次の表1に示す。
【0048】
【表1】 この表1から明らかなように、上記の複数分力測定装置
は、変形検出器1の取付位置が任意である上、測定誤差
が数%以下であって少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の複数分力測定装置の基本構
成を示すブロック線図。
【図2】同複数分力測定装置において変形−荷重伝達係
数行列を作成する手順を示すフローチャート。
【図3】同複数分力測定装置において被測定物となる滑
り軸受の斜視図。
【符号の説明】
1 変形検出器,ひずみゲージ 4 電子計算機,記憶装置と演算装置 11,12 滑り軸受,被測定物 {F},F1,F2,F3,F4 分力 {ε},ε1,ε2,・・,ε6 変形データ [A] 荷重−変形伝達係数行列 [B] 変形−荷重伝達係数行列 n 測定する分力の数 m 使用する変形検出器の数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 瑞穂 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 川本 敦史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 森 信行 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 俊之 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定する複数の分力以上の数の変形検出
    器と、記憶装置及び演算装置を備え、 各変形検出器は、被測定物の任意の位置に取り付け、 記憶装置と演算装置は、被測定物に既知の各分力を加え
    て較正を行なうと、各分力毎の較正変形データを入力し
    て荷重−変形伝達係数行列を作成し、荷重−変形伝達係
    数行列を変形−荷重伝達係数行列に逆変換して、変形−
    荷重伝達係数行列を記憶し、その後、被測定物に荷重が
    加わると、各変形検出器が出力する変形データを入力
    し、記憶した変形−荷重伝達係数行列と、変形検出器か
    ら入力した変形列ベクトルの積を演算して、各分力を求
    めることを特徴とする複数分力測定装置。
JP9270716A 1997-10-03 1997-10-03 複数分力測定装置 Pending JPH11108780A (ja)

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JP9270716A JPH11108780A (ja) 1997-10-03 1997-10-03 複数分力測定装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007071559A (ja) * 2005-09-05 2007-03-22 Saginomiya Seisakusho Inc 車軸多分力計測方法
CN102539050A (zh) * 2010-10-05 2012-07-04 株式会社神户制钢所 轮胎测试机使用的多分力测量主轴单元校正方法
JP2020041868A (ja) * 2018-09-08 2020-03-19 株式会社テック技販 ロードセル

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