JPS60158327A - Load cell array for detecting three components - Google Patents
Load cell array for detecting three componentsInfo
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- JPS60158327A JPS60158327A JP59013993A JP1399384A JPS60158327A JP S60158327 A JPS60158327 A JP S60158327A JP 59013993 A JP59013993 A JP 59013993A JP 1399384 A JP1399384 A JP 1399384A JP S60158327 A JPS60158327 A JP S60158327A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は荷重を互いに直交した3方向に分解して検出
することができる単位荷重計を行列状に配列して、荷重
の分布状態や荷重分布の時間的変化を検出する3分力検
知荷重計アレイに関する。[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] This invention is a method of arranging unit load meters in a matrix, which can separate and detect loads into three directions orthogonal to each other, to determine the state of load distribution and load. This invention relates to a three-component force sensing load meter array that detects temporal changes in distribution.
この種の荷重計アレイは本願出願人により提案されてい
るものであって、荷重の3方向への分解とその分布の測
定が可能であり、接触面の面圧分布の測定やロボットの
圧覚センサー等に用いられており、第1図Jこその構成
を示す。This type of load cell array has been proposed by the applicant and is capable of decomposing the load in three directions and measuring its distribution, and can be used to measure surface pressure distribution on contact surfaces and as a pressure sensor for robots. Figure 1J shows the configuration.
ここで単位荷重計1は上部受圧板ia、2個のシリコン
単結晶ウェハーからなる荷重セルlbから構成されてお
り、少なくとも一方の荷重セル1bの表面上には複数個
のストセンゲージ1cが後に説明するような構成でシリ
コンウェハーの表面上に拡散法で形成されている。そし
て複数個の単位荷重計1が多層下部基板2の上に設けら
れた溝2aに図のようにはめ合い接着によって固定され
、多層下部基板2の上に行列状に配置されている。第1
図では単位荷重計の2X2=4個が行列状に配列された
場合を示しているが、これは任意の数でよく一般にmx
n個(以下mn個という)が行列状に配列されている。Here, the unit load cell 1 is composed of an upper pressure receiving plate ia and a load cell lb made of two silicon single crystal wafers, and a plurality of stress gauges 1c are arranged on the surface of at least one of the load cells 1b, which will be explained later. This structure is formed on the surface of a silicon wafer by a diffusion method. A plurality of unit load cells 1 are fitted into grooves 2a provided on the multilayer lower substrate 2 and fixed by adhesive as shown in the figure, and are arranged in a matrix on the multilayer lower substrate 2. 1st
The figure shows a case where 2x2 = 4 unit load cells are arranged in a matrix, but this can be any number and is generally mx
n pieces (hereinafter referred to as mn pieces) are arranged in a matrix.
それぞれの単位荷重計から出力される荷重信号は、エツ
チング技術により形成された図示しない配線を経て差動
アンプやスイッチング素子が組み込まれたスキャナ3に
取り込すれ、その後の信号処理装置に送り込まれる。ま
た以後の説明が容易になるように上部受圧板1aに垂直
な方向をZ方向、上部受圧板1aに平行な面内で荷重セ
ル1bに平行な方向をX方向、垂直な方向をX方向とし
ておく。The load signals output from each unit load cell are taken into the scanner 3 incorporating a differential amplifier and switching elements through wiring (not shown) formed by etching technology, and then sent to a subsequent signal processing device. Also, for ease of explanation below, the direction perpendicular to the upper pressure receiving plate 1a is referred to as the Z direction, the direction parallel to the load cell 1b in a plane parallel to the upper pressure receiving plate 1a is referred to as the X direction, and the perpendicular direction is referred to as the X direction. put.
第2図に単位荷重計1を構成する荷重セル1bの表面上
にストセンゲージを取りつけた状態を示す。X方向の力
Fx検検出スストレンゲージa〜4dを図の位置に取り
つける。この位置にストセンゲージを取りつけてX方向
に荷重が加われば、ストセンゲージ4aと4cの位置に
は荷重に比例した引張り応力が、またストセンゲージ4
bと4dの位置には荷重に比例した圧縮応力がそれぞれ
発生し、それらの応力の絶対値はすべて等しい。そこで
電源(+)用端子7aと電源(−)用端子7bの間に電
圧を加えれば、ブリッジのFxx力用端子8aとFxx
力用端子8bの間にはX方向荷重に比例した電圧信号が
発生する。FIG. 2 shows a state in which a load cell 1b constituting the unit load cell 1 has a load cell 1b mounted on the surface thereof. Attach the force Fx detection strain gauges a to 4d in the X direction to the positions shown in the figure. If a load is applied in the X direction by attaching a strain gauge at this position, a tensile stress proportional to the load will be applied to the strain gauge 4a and 4c, and a tensile stress will be applied to the strain gauge 4a and 4c.
Compressive stresses proportional to the load are generated at positions b and 4d, and the absolute values of these stresses are all equal. Therefore, if a voltage is applied between the power supply (+) terminal 7a and the power supply (-) terminal 7b, the bridge's Fxx force terminal 8a and Fxx
A voltage signal proportional to the X-direction load is generated between the force terminals 8b.
もしここでX方向に荷重が加われば、ストセンゲージ4
aと4bの位置には荷重に比例した圧縮応力が、またス
トセンゲージ4cと4dの位置には荷重に比例した引張
り応力が発生しそれらの応力の絶対値はすべて等しい。If a load is applied in the X direction here, the stress gauge 4
A compressive stress proportional to the load occurs at the positions a and 4b, and a tensile stress proportional to the load occurs at the positions of the stress gauges 4c and 4d, and the absolute values of these stresses are all equal.
従って、図のようなブリッジ回路ではFxx力用端子8
aの電位とFxx力用端子8bの電位とは等しくなるの
で、これらの間に電圧信号は発生しない。Therefore, in the bridge circuit shown in the figure, Fxx force terminal 8
Since the potential of a and the potential of the Fxx force terminal 8b are equal, no voltage signal is generated between them.
才たZ方向に荷重が加われば、ストセンゲージ4a〜4
dの位置はちょうどZ方向荷重の中立線上になるように
定めであるので、それぞれのストセンゲージ4a〜4d
の位置には応力は発生せず、その結果Fxx力用端子8
aと8bの間1こは電圧信号は発生しない。If a load is applied in the Z direction, the load is applied to the center gauge 4a~4.
Since the position of d is determined to be exactly on the neutral line of the Z direction load, each of the stress gauges 4a to 4d
No stress is generated at the position of Fxx force terminal 8.
No voltage signal is generated between a and 8b.
以上をまとめるとFxx力用端子8aと8bの間には、
X方向の荷重が加わった時だけ電圧信号力1発生し、X
方向や2方向の荷重が加わった時lこ&は電圧信号が発
生しない。いいかえれば荷重セル1bに任意方向の荷重
が加わった時、F”x出力用端子8aと8bの間には荷
重F(II)x方向分力F”xζこ比例した電圧信号が
発生する。才ったく同様にして、Fy検検出スストレン
ゲージ5a〜5d図の位置に取りつければ、Fyy力用
端子9aと9bの間には荷重Fのy方向分力Fyに比例
した電圧信号が発生し、Fz検検出用ストンレンゲシロ
a〜6dを図の位置に取りつければ、Fzz力用端子1
0aと10bの間には荷JiFのZ方向分力Fzに比例
した電圧信号が発生する。このようにしてg2[dlこ
示したようなストセンゲージ位置でブリッジ回路を構成
すれば、任意方向の荷重Fを互いに直交した3分力Fx
、 Fy、 Fzに分解して検出することができる。To summarize the above, between the Fxx force terminals 8a and 8b,
Voltage signal force 1 is generated only when a load is applied in the X direction, and
When a load is applied in one direction or two directions, no voltage signal is generated. In other words, when a load in an arbitrary direction is applied to the load cell 1b, a voltage signal proportional to the load F(II) x-direction component force F''xζ is generated between the F''x output terminals 8a and 8b. Similarly, if the Fy detection strain gauges 5a to 5d are installed in the positions shown in the figure, a voltage signal proportional to the y-direction component force Fy of the load F will be generated between the Fyy force terminals 9a and 9b. Then, if the Fz test detection stone range shields a to 6d are installed in the positions shown in the figure, the Fzz force terminal 1
A voltage signal proportional to the Z-direction component force Fz of the load JiF is generated between 0a and 10b. In this way, if a bridge circuit is constructed with the strain gauge position as shown in g2 [dl], the load F in any direction can be converted into a three-component force Fx which is orthogonal to each other.
, Fy, and Fz.
このような荷重セルを複数用いて単位荷重計が構成され
るが、このうち前記3つの検出用ブリッジが形成される
荷重セルは1つの単位荷重計に少なくとも1つあればよ
い。もちろん単位荷重計を構成する荷重セルがすべて3
つの検出用ブリッジを持っていることが好ましく、この
場合は、各荷重セル内でブリッジ回路の配線をしておき
、基板上の荷重セル近傍で各荷重セルの対応するブリッ
ジ回路を直列に接続すればよい。A unit load cell is constructed using a plurality of such load cells, and at least one load cell in which the three detection bridges are formed is sufficient for one unit load cell. Of course, all the load cells that make up the unit load cell are 3.
It is preferable to have two detection bridges; in this case, wire the bridge circuit in each load cell, and connect the corresponding bridge circuits of each load cell in series near the load cell on the board. Bye.
接触面の面圧分布の測定やロボットの圧覚センサーでは
、mn個の単位荷重計をmxnx列に配列して使用する
が、mn個の単位荷重計にブリッジ電圧を与え出力を取
出すための従来回路を第3図に示す。In measuring surface pressure distribution on contact surfaces and in pressure sensors for robots, mn unit load cells are arranged in mxnx rows, but conventional circuits apply bridge voltage to mn unit load cells and extract output. is shown in Figure 3.
なおこの例では、単位荷重計を構成する荷重セルのうち
、1つの荷重セルだけに3つの検出用ブリッジが形成さ
れたものについて説明する。すなわち、1番目の単位荷
重計を構成する荷重セル11は、Flx検出用ブリッジ
lla、Fly検出用ブリッジllb、Fsz検出用ブ
リッジllcを有しまったく同じ構成の単位荷重計の荷
重セルがmn個ある。In this example, a case will be described in which three detection bridges are formed in only one load cell among the load cells forming a unit load cell. That is, the load cell 11 constituting the first unit load cell has a Flx detection bridge lla, a Fly detection bridge llb, and an Fsz detection bridge llc, and there are mn load cells of the unit load cell having exactly the same configuration. .
すなわちmn番目の単位荷重計の荷重セル12はFmn
xmn用ブリッジ12a 、Fmnymn用ブリッジ1
2b、Fmnzmn用ブリッジ12cから構成されてい
る。それぞれのブリッジの出力は差動増幅器13(以下
差動アンプという)で差動増幅された後、スキャナ14
でスキャニングされるマルチプレクサ15を経てCPL
l+16に取込まれる。That is, the load cell 12 of the mnth unit load cell is Fmn
Bridge 12a for xmn, bridge 1 for Fmnymn
2b, and a bridge 12c for Fmnzmn. The output of each bridge is differentially amplified by a differential amplifier 13 (hereinafter referred to as a differential amplifier), and then sent to a scanner 14.
CPL via multiplexer 15 scanned by
It is taken into l+16.
ところが、このような信号取出し回路には次のような欠
点がある。すなわち、各々の単位荷重計の出力端子から
差動アンプが組み込まれたスキャナまで配線する必要が
あるが、配線数はlブリッジから2本必要で1つの荷重
セルは3ブリツジを有し、この荷重セルを有する単位荷
重計がmn個あるので、スキャナに達するまで合計6x
mn本の配線数が必要である。単位荷重計の数が増加す
れば基板上の出力配線数はmnに応じて増加するが、現
在の配線技術では配線のピッチは100μが限度なので
、各単位荷重計の出力配線が集まる集積回路の周辺では
配線が不可能になる。However, such a signal extraction circuit has the following drawbacks. In other words, it is necessary to wire from the output terminal of each unit load cell to the scanner with a built-in differential amplifier, but the number of wires required is two from the L bridge, and one load cell has three bridges. Since there are mn unit load cells with cells, a total of 6x until reaching the scanner
The number of wires is mn. If the number of unit load cells increases, the number of output wires on the board will increase according to mn, but with current wiring technology, the wiring pitch is limited to 100μ, so the integrated circuit where the output wires of each unit load cell gather Wiring becomes impossible in the surrounding area.
この発明は上記に鑑み、基板上の出力配線数を減らした
信号取出し回路を実現するための3分カ検知荷重計アレ
イを提供することを目的とする。In view of the above, an object of the present invention is to provide a 3-minute force sensing load meter array for realizing a signal extraction circuit with a reduced number of output wirings on a board.
この目的は本発明によれば、従来、スキャナを形成する
集積回路に組み込まれた差動アンプとスイッチング素子
とを単位荷重計に組み込み5、このスイッチング素子の
出力配線を同行にあるn個の単位荷重計のそれぞれ対応
するスイッチング素子の出力配線と共通にして前記荷重
計アレイの外に設けられた出力用スキャナに導くととも
に、前記スイッチング素子の制御用配線を同列にあるm
個の単位荷重計のスイッチング素子の制御用配線と共通
にして前記荷重計アレイの外に設けられた制御用スキャ
ナに導くことにより達成される。According to the present invention, this purpose is to incorporate a differential amplifier and a switching element conventionally incorporated into an integrated circuit forming a scanner into a unit load cell5, and connect the output wiring of this switching element to n units in the same unit. It is common to the output wiring of each corresponding switching element of the load cell and leads to an output scanner provided outside the load cell array, and the control wiring of the switching element is connected to the m
This is achieved by connecting the control wiring of the switching elements of each unit load cell to a control scanner provided outside the load cell array.
この発明の一実施例による信号取出し回路を第4図に示
す。なおこの例では一先の従来例と同様に、単位荷重計
を構成する荷重セルのうち、一つの荷重セルだけに3つ
の検出用ブリッジが形成されたものについて説明する。FIG. 4 shows a signal extraction circuit according to an embodiment of the present invention. Note that in this example, like the previous conventional example, a case will be described in which three detection bridges are formed in only one load cell among the load cells forming a unit load cell.
すなわち%mn個の単位荷重計がmxnx列を構成して
おり、第(1゜1)番目の単位荷重針を構成する荷重セ
ル17はFl 、 1 、X検出用ブリッジ17a、F
J、1.Y 検出用7’ IJッジ17b、Fx、t、
z検出用ブリッジ17cの他に、それぞれのブリッジ出
力を増幅するための3個の差動アンプ17dと差動アン
プの出力を取出すか否かを制御する3個のアナログスイ
ッチ17eとを有する。このような単位荷重計が、M(
1,n)番目の単位荷重針の荷重セル18や第(m、n
)番目の単位荷重針の荷重セル19を含めてmxnx列
を構成している。さらに、1つの行を構成するn個の単
位荷重計のFxx出用ブリッジのアナログスイッチ出力
を共通にして出力用スキャナ21に入力している。Fy
検出用ブリッジ及びFz検出用ブリッジについても同様
である。That is, %mn unit load cells constitute mxnx rows, and the load cells 17 constituting the (1°1)th unit load needle are Fl, 1, X detection bridge 17a, F
J, 1. Y detection 7' IJ edge 17b, Fx, t,
In addition to the z-detection bridge 17c, it includes three differential amplifiers 17d for amplifying the outputs of the respective bridges, and three analog switches 17e for controlling whether or not to take out the outputs of the differential amplifiers. Such a unit load cell is M(
The load cell 18 of the 1, n)th unit load needle and the (m, n)th unit load needle
) constitutes an mxnx column including the load cell 19 of the unit load needle. Furthermore, the analog switch outputs of the Fxx output bridges of the n unit load cells constituting one row are input to the output scanner 21 in common. Fy
The same applies to the detection bridge and the Fz detection bridge.
このような構成において、第1列にある3xm個のスイ
ッチング素子に制御用スキャナ加を切換えてペース電圧
をOliえるとともに、出力用スキャナ21を第1行か
ら第m行まで切換えて各荷重セルのブリッジから出力デ
ータを取出しCPu22に送り込む。さらに制御用スキ
ャナ加によって電流を流す列を第1列から第n列まで切
換えれば、すべての単位荷重計の出力電圧を取出すこと
ができる。In such a configuration, the control scanner 21 is switched to the 3xm switching elements in the first column to control the pace voltage, and the output scanner 21 is switched from the first row to the m-th row to control each load cell. The output data is taken out from the bridge and sent to the CPU 22. Furthermore, by switching the rows through which current flows from the first row to the nth row by applying a control scanner, the output voltages of all unit load meters can be obtained.
このような回路構成にすれば各単位荷重計からの出力配
線数は3本になるからmn個の単位荷重計からの出力配
線数は3Xm本となり、これは単位荷重計の数が増加し
てもmに比例して増加するにとどまり配線密度も以前は
ど高くはならない。With this circuit configuration, the number of output wires from each unit load cell will be 3, so the number of output wires from mn unit load cells will be 3Xm, which is due to the increase in the number of unit load cells. The wiring density only increases in proportion to m, and the wiring density does not increase as high as before.
なお、スイッチング素子17eを荷重セル内に組み込む
ことにより、単位荷重計と制御用スキャナ間に、スイッ
チング素子の導通遮断を制御する制御用配線が新たに加
わるが、この制御用配線は各単位荷重trを共通接続す
るため、配線数は合計n本増えるにすぎず、配線密度が
増加する處れはないO
次にこのような回路を実現するための荷重セルの構成を
785図および第6図に示す。図でFx検検出スストレ
ンゲージ4a〜4aFymm用ストレンゲージ5a〜5
d、Fz検出用ストレンゲ−シロa〜6dの位置及びそ
れらによってブリッジを構成する配線と電源用端子7a
〜7bは第2図に示したものと同じである。この例では
同じシリコン単結晶ウェハーの表面上に、Fx、 Fy
、 Fzz出用ブリッジの出力を増幅するための差動ア
ンプ23a −23c 。In addition, by incorporating the switching element 17e into the load cell, a new control wiring is added between the unit load cell and the control scanner to control conduction and interruption of the switching element, but this control wiring is connected to each unit load tr. Since the number of wires is commonly connected, the total number of wires increases only by n, and there is no risk of increasing the wire density.Next, the configuration of the load cell to realize such a circuit is shown in Fig. show. In the figure, Fx detection strain gauges 4a to 4aFymm strain gauges 5a to 5
d, the positions of the Fz detection strain gauges a to 6d, and the wiring and power supply terminals 7a that form a bridge with them;
7b are the same as shown in FIG. In this example, on the surface of the same silicon single crystal wafer, Fx, Fy
, differential amplifiers 23a to 23c for amplifying the output of the Fzz output bridge.
差動アンプの出力を外部に取出すか否かを制御するため
のアナログスイッチ248〜24Gを拡散プロセスによ
り形成する。そしてそれらの出力用としてFxx力用端
子25.F)r出力用端子26. F”z出力用端子n
とアナログスイッチ制御用の制御信号用端子列を設ける
。このような荷重セルにより単位荷重計を組立てれば、
第4図に示した信号取出し回路を構成できるので、前に
述べたように出力配線数を大IJに減らすことができる
。Analog switches 248 to 24G for controlling whether or not to output the output of the differential amplifier to the outside are formed by a diffusion process. And Fxx power terminal 25 for those outputs. F) r output terminal 26. F”z output terminal n
and a control signal terminal array for analog switch control. If a unit load cell is assembled using such a load cell,
Since the signal extraction circuit shown in FIG. 4 can be configured, the number of output wirings can be reduced to a large IJ as described above.
第6図に荷重セルの他の構成を示す。第5図の構成では
荷重セルが荷重を受けた時に、シリコン単結晶ウェハー
の表面上に形成した差動アンプ23a〜23c及びアナ
ログスイッチ24 a −24cは荷重lこよって生じ
る応力を受けるという虞れがある。また、ストセンゲー
ジを形成する拡散プロセスと、差動アンプ、アナログス
イッチを形成する拡散プロセスは別のプロセスになる場
合があり、2つのプロセスをシリーズに行なうため製造
工程が複雑になる。この構成では、Fx検検出スストレ
ンゲージ4a〜4dFy検検出スストレンゲージ5a〜
5dFzz出用ストレンゲ−シロa〜6d及びそれらに
よってブリッジを構成する配線、電源用端子7a〜7b
を第2図に示したものと同じくリング状セルの表面上に
形成する。そして、別のシリコン単結晶ウェハー表面上
にブリッジの出力を増幅するための差動アンプ23a−
23c、差動アンプの出力を外部に取出すか否かを制御
するためのアナログスイッチ24 a −24cを拡散
プロセスにより形成し、シリコン羊結晶のウェハーから
以上の素子をもったチップを切り出し、このチップを上
記リング状セルの中心孔のなかに配置してリング状セル
とチップとの間を緩衝手段を兼ねる極細金属線列によっ
て接続する。このようにすれば、差動アンプ23a−Z
3c。FIG. 6 shows another configuration of the load cell. In the configuration shown in FIG. 5, when the load cell receives a load, there is a risk that the differential amplifiers 23a to 23c and analog switches 24a to 24c formed on the surface of the silicon single crystal wafer will receive stress caused by the load l. There is. Further, the diffusion process for forming the Stosen gauge and the diffusion process for forming the differential amplifier and analog switch may be different processes, and the manufacturing process becomes complicated because the two processes are performed in series. In this configuration, Fx detection strain gauges 4a to 4dFy detection strain gauges 5a to
5dFzz output strain gauges a to 6d, wiring constituting a bridge, and power supply terminals 7a to 7b
is formed on the surface of the ring-shaped cell in the same manner as shown in FIG. A differential amplifier 23a- for amplifying the output of the bridge is placed on the surface of another silicon single crystal wafer.
23c, an analog switch 24a-24c for controlling whether or not to output the output of the differential amplifier to the outside is formed by a diffusion process, and a chip having the above elements is cut out from a silicon crystal wafer. is placed in the center hole of the ring-shaped cell, and the ring-shaped cell and the chip are connected by an array of ultrafine metal wires that also serves as a buffer means. In this way, the differential amplifiers 23a-Z
3c.
アナログスイッチ24a−24Cは荷重により生じる応
力を受けなくなり、信頼性が向上するという利Aが得ら
れる。さらにストセンゲージを形成する拡散プロセスと
、差動アンプ・アナログスイッチを形成する拡散プロセ
スとをパラレルに行なえるため製造工程をフレキシブル
に組むことができる。Analog switches 24a-24C are no longer subject to stress caused by loads, providing advantage A of improved reliability. Furthermore, since the diffusion process for forming the Stosen gauge and the diffusion process for forming the differential amplifier/analog switch can be performed in parallel, the manufacturing process can be flexibly organized.
この発明lこよれば単位荷重計を構成する荷重セルにス
トセンゲージとそれから形成される3個のブリッジ回路
の他に、ブリッジ回路の出力を増幅する差動アンプと差
動アンプの出力を取出すか否□
−かを制御するアナログスイッチとを組み込み、複数個
の単位荷重計の行ごとの出力配線を共通にしたため、基
板上の出力配線数を6xmn本から3xm本に減らすこ
とができ、もって単位荷重計とスキャナとの間の配線が
可能になる。According to this invention, in addition to a load cell constituting a unit load cell and a load cell and three bridge circuits formed from the load cell, there is also a differential amplifier for amplifying the output of the bridge circuit, and whether or not the output of the differential amplifier is taken out. □ Incorporating an analog switch to control - and making the output wiring common for each row of multiple unit load cells, the number of output wiring on the board can be reduced from 6xmn to 3xm. Wiring between the meter and the scanner becomes possible.
第1図は面圧分布の測定やロボットの力覚センサー等に
用いられる荷重計アレイを示す斜視図、第2図は従来の
荷重セル表面上の電気接続状態を示す正面図、8g3図
は各単位荷重計からの出力を処理するための従来回路、
第4図は各単位荷重計からの出力を処理するための本発
明の一実施例を示す回路、第5図、第6図は本発明を実
施するための荷lセルの構成を示す正面図である。
1・・・単位荷重計、la・・・上部受圧板、1b・・
・荷重セル、1c・・・ストセンゲージ、2・・・多層
下部基板、2a・・・溝、3・・・スキャナ、4a〜4
d・・・Fx検出用ストレセンージs 5a〜5d・・
・Fyy出用ストレフ )J −シ、6a〜6d・・・
Fz検検出スストレンゲージ7a〜7b・・・電源用端
子、8a〜8b・・・Fx出出用用端子9・a〜9b・
・・Fyy力用端子、10−a〜10b・・・Fzz力
用端子、11・・・1番目の単位荷重計の荷重セル、1
1a〜llc・・・F!の3分力検出用ブリッジ、12
・・・mn番目の単位荷重計の荷重セル、12a〜12
c・・・Fmnの3分力検出用ブリッジ、13・・・差
動アンプ、14・・・スキャナ、15・・・マルチプレ
クサ、 16・・・CP u s17・・・jll、1
番目の単位荷重計の荷重セル、17a〜17c・・・F
!、1の3分力検出用ブリッジ、17d・・・差動アン
プ、17e・・・アナログスイッチ、18・・・第1,
4番目の単位荷重計の荷重セル、19・・・第m、n番
目の単位荷重計の荷重セル、加・・・’am用スキャナ
、21・・・出力用スキャナ、22・・・CP u 1
23 a〜23C・・・差動アンプ、24a〜24C・
・・アナログスイッチ、25・・・F’x出力用端子、
訪・・・Fy出力用端子、ご・・・Fz出力用端子、公
・・・制御信号用端子、四・・・極細金属線。
四′2図
イ
ーX’4(イ)
才50
昭和59年5月 8日
1、事件の表示 特願昭子ん/、? Pj;’、32、
発明の名称 3TII7痢)汐擲夢4’fイVノ
3、補正をする者 114願人
事件との関係
4、代 理 人
住 所 川崎市川崎区田辺新田1番1号己ヅ。Figure 1 is a perspective view showing a load cell array used for measuring surface pressure distribution and force sensing in robots, etc. Figure 2 is a front view showing the electrical connections on the surface of a conventional load cell, and Figure 8g3 shows each load cell array. Conventional circuit for processing output from unit load cell,
FIG. 4 is a circuit showing an embodiment of the present invention for processing the output from each unit load cell, and FIGS. 5 and 6 are front views showing the configuration of a load cell for implementing the present invention. It is. 1... Unit load cell, la... Upper pressure receiving plate, 1b...
・Load cell, 1c...Stosen gauge, 2...Multilayer lower substrate, 2a...Groove, 3...Scanner, 4a-4
d...Fx detection strain gauge s 5a to 5d...
・Fyy appearance stref) J-shi, 6a~6d...
Fz detection strain gauges 7a-7b...Power supply terminals, 8a-8b...Fx output terminals 9.a-9b.
...Fyy force terminal, 10-a to 10b...Fzz force terminal, 11...Load cell of the 1st unit load meter, 1
1a~llc...F! 3-component force detection bridge, 12
...Load cells of the mnth unit load cell, 12a to 12
c...Fmn 3-component force detection bridge, 13...Differential amplifier, 14...Scanner, 15...Multiplexer, 16...CP u s17...Jll, 1
Load cells of the th unit load cell, 17a to 17c...F
! , 1 3-component force detection bridge, 17d...differential amplifier, 17e...analog switch, 18...first,
Load cell of 4th unit load cell, 19...Load cell of m-th and n-th unit load cell, addition...'am scanner, 21...output scanner, 22...CP u 1
23a~23C...Differential amplifier, 24a~24C・
...Analog switch, 25...F'x output terminal,
Visit...Terminal for Fy output, Go...Terminal for Fz output, Public...terminal for control signal, Fourth...Superfine metal wire. 4'2 Diagram E Pj;', 32,
Name of the invention 3 TII 7 Diarrhea) Shioyakumu 4'f I V no 3, Person making the amendment 114 Relationship to the petitioner's case 4, Agent Address 1-1 Kozu, Tanabeshinden, Kawasaki-ku, Kawasaki City.
Claims (1)
る3つのブリッジ回路を有する単位荷重計を行列状に配
置してなる3分力検知荷重計アレイにおいて、前記ブリ
ッジ回路の出力をそれぞれ差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力を導通遮断するスイッチング素子
とを前記荷重計に組み込み、当該スイッチング素子の出
力配線を同行にある複数個の単位荷重計のそれぞれに対
応するスイッチング素子の出力配線と共通にして前記荷
重計アレイの外に設けられた出力用スキャナに導くとと
もに、前記スイッチング素子の制御用配線を同列にある
複数個の単位荷重計のスイッチング素子の制御用配線と
共通にして前記荷重計アレイの外に設けられた制御用ス
キャナに導くことを特徴とする3分力検知荷重計アレイ
。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、差動増
幅器とスイッチング素子とを荷重セルと別個の基板に形
成し、この基板を荷重セルの一部に緩衝手段を介して組
み込むことを特徴とする3分力検知荷重計アレイ。[Scope of Claims] 1) In a three-component force sensing load cell array formed by arranging unit load cells in a matrix, each having three bridge circuits that convert stress in three orthogonal directions into electrical signals, the bridge circuit a differential amplifier that differentially amplifies the outputs of the
A switching element that conducts and cuts off the output of this differential amplifier is incorporated into the load cell, and the output wiring of the switching element is shared with the output wiring of the switching element corresponding to each of the plurality of unit load cells in the same unit. The load cell array is guided to an output scanner provided outside the load cell array, and the control wiring of the switching element is shared with the control wiring of the switching elements of a plurality of unit load cells in the same row. A 3-component force sensing load cell array that leads to an external control scanner. 2. The device according to claim 1, characterized in that the differential amplifier and the switching element are formed on a substrate separate from the load cell, and this substrate is incorporated into a part of the load cell via a buffer means. A three-component force sensing load cell array.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59013993A JPS60158327A (en) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | Load cell array for detecting three components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59013993A JPS60158327A (en) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | Load cell array for detecting three components |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60158327A true JPS60158327A (en) | 1985-08-19 |
Family
ID=11848753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59013993A Pending JPS60158327A (en) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | Load cell array for detecting three components |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60158327A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01259229A (en) * | 1988-04-09 | 1989-10-16 | Kajima Corp | Measuring instrument using pressure conductive rubber and linear sensor |
EP0702219A1 (en) * | 1994-09-14 | 1996-03-20 | Japan Electronics Industry, Ltd. | Stress composite sensor and stress measuring device using the same for structure |
-
1984
- 1984-01-27 JP JP59013993A patent/JPS60158327A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01259229A (en) * | 1988-04-09 | 1989-10-16 | Kajima Corp | Measuring instrument using pressure conductive rubber and linear sensor |
EP0702219A1 (en) * | 1994-09-14 | 1996-03-20 | Japan Electronics Industry, Ltd. | Stress composite sensor and stress measuring device using the same for structure |
US5723792A (en) * | 1994-09-14 | 1998-03-03 | Japan Electronics Industry, Limited | Stress composite sensor and stress measuring device using the same for structure |
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