JPS62161034A - 荷重検出器の検定装置 - Google Patents

荷重検出器の検定装置

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JPS62161034A
JPS62161034A JP133086A JP133086A JPS62161034A JP S62161034 A JPS62161034 A JP S62161034A JP 133086 A JP133086 A JP 133086A JP 133086 A JP133086 A JP 133086A JP S62161034 A JPS62161034 A JP S62161034A
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Shinsaku Tsutsui
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体に作用するMl!(力、モーメント)を
検出する荷重検出器において、その較正値を求めるため
に使用される荷重検出器の検定装置に関する。
〔従来の技術〕
物体に作用する荷重を検出する荷重検出器は、直交する
3つの軸における任意の軸方向の力成分、又は任意の軸
まわりのモーメント成分、あるいはそれらの両者を検出
するものであり、種々の散のものが知られている。その
うちの1例を第3図により説明する。
第3図は荷重検出器の斜視図である。図で、lは上部円
環、2は下部円環、3a、3b、3cはそれぞれ上部円
環1と下部円環2とを連結する柱である。4は各柱の所
定個所に2枚ずつ貼着されたひずみゲージである。なお
、X、Y、Zは座標軸を示す。
上部円環1と下部円環2との間に荷重が作用するとこれ
に応じて柱3a、3b、3cがたわみ。
このたわみに応じて各ひずみゲージにひずみが生じ、こ
のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化する。こ
の抵抗値の変化を電気信号としてとり出すことにより荷
重を検出することができる。
図示の荷重検出器は、Y軸、Y軸、2強方向の力成分F
工、Fア、F8、およびY軸、Y軸、2軸まわりのモー
メント成分M、 、 MT、 M、を検出することがで
きる。
ところで、上記の荷重検出器においては、1つのひずみ
ゲージにより検出された値は対応する1つの荷重成分に
よるものだけでなく、他の荷重成分(干渉成分)による
ものも含まれている。したがって、正確な荷重を得るた
めには、上記干渉成分を除去する処理を行う必要がある
。このためには、次式に示される較正行列を用いた演算
が採用されている。
ここで F:荷重成分に□〜M、を表わす列ベクトルC:値C□
〜C66より成る較正行列 E:各ひずみゲージ4の出力EI〜E6を表す列ベクト
ル とすると、上記行列式は次式で表される。
(F)=(C)・(E) このように、較正行列(C)を用いることにより、各ひ
ずみゲージ4の出力B1〜E6から正確な荷重成分Fx
 ”’ Mπを得ることができる。そして、そのために
は、各荷重検出器毎に較正行列(C)を知る必要がある
この較正行列(C)は、上記行列式から明らかなように
、当該荷重検出器に正確な既知の荷重Faを負荷し、そ
のときの荷重検出器の出力信号Eを検出することにより
次式から求めることができる。
(C)=(シ゛、)・(E)−1 以下、正確な既知の荷重を荷重検出器に負荷するための
手段について説明する。第4図は荷重検出器に対する負
荷付与装置の側面図である。図で、5は既知の荷重を負
荷することにより較正行列(C)が定められる(検定さ
れる)荷重検出器である。6は荷重検出器50所定個所
に取付けられた変換バー、7は支点、8は支点7に中心
を支持された変換バー、9は載荷バー、lOは皿、11
は分銅である。変換バー6の一端はナイフェツジリング
12およびワイヤ13を介して変換バー8の一端に釣り
下げられ、変換バー6の他端はナイフェツジリング12
およびワイヤ13を介して載荷バー9の一端を釣り下げ
ている。変換バー8の他端はナイフェツジリング12お
よびワイヤ13を介して載荷バー9の他端を釣り下げて
いる。又、皿10はナイフェツジリング12およびワイ
ヤ13を介して載荷バー9の中心点に釣り下げられてい
る。
皿10′に分銅11が載置されると、これにより生じる
力は載荷バー9により等分され、その一方は直接変換バ
ー6の一端に伝達される。又、他方は変換バー8および
支点7により力の向きを変換され変換バー6の他端に伝
達される。この結果、荷重検出器5には図で時計回りの
モーメントが負荷されることになる。そして、このモー
メントの値は分銅の重さにより定まる。このように、分
銅11を変化させろことにより荷重…゛、を変化させ、
較正行列(C)を求めることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
シカしながら、上記負荷付与装置においては、重さの異
なる分銅を何種類も用意しなければならず、又、皿10
にそれら分銅を載せ換える手間を要し、検定が極めて面
倒である。又、上記装置はモーメントの付与にのみ用い
られるものであり、荷重検出器5に力を付与するには上
記装置に類似した他の装置を用いる必要があり、1つの
装置で各軸のすべての荷重成分を付与することはできな
いという欠点がある。さらに、これらの装置は極めて高
い寸法精度を必要とし、装置自体高価になるという欠点
もあった。
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、検定される
荷重検出器に容易に任意の力およびモーメントを負荷す
ることができ、かつ、これら力およびモーメントの値を
連続的に変更することができる荷重検出器の検定装置を
提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、基準荷重検出器
と被検定荷重検出器を設置し、直交する3つの軸に関す
る並進運動および回転運動を生せしめるアクチュエータ
を設け、このアクチュエータを、基準荷重検出器の出力
と、所望の荷重信号を出力する荷重信号発生器の出力と
が一致するように制御手段により駆動して基準荷重検出
器および被検定荷重検出器に所定の荷重を負荷し、これ
ら側荷重検出器の出力に基づいて較正値を演算するよう
にしたことを特徴とする。
〔作用〕
荷重信号発生器により1つ又は複数成分の所望の荷重信
号を発生させ、この信号発生により制御手段を介してア
クチュエータを駆動させ、荷重成分を基準荷重検出器お
よび被検定荷重検出器に同時に作用させる。このとき、
基準荷重検出器の出力は作用した荷重に正確に一致する
ので、この出力が荷重信号発生器から出力される所望の
荷重信号と一致するように、制御手段によってアクチュ
エータの駆動が制御される。基準荷重検出器の出力と駆
動信号発生器からの出力が一致したとき、この出力と被
検定荷重検出器の出力に基づいて演算により較正行列が
作成される。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例に係る荷重検出器の検定装置の
系統図である。図で、15は検定されるべき荷重検出器
(被検定荷重検出器)、16は検定済みの荷重検出器(
基準荷重検出器)である。17は被検定荷重検出器15
と基準荷重検出器16に荷重を作用させるアクチュエー
タである。このアクチュエータについては後述する。1
8は基準荷重検出器16の出力に既知の較正行列を乗じ
る演算器である。
演算器18の出力は基準荷重検出器16および被検定荷
重検出器15に作用した荷重の正確な値となる。
19は被検定荷重検出器15に作用させる所望の荷重に
応じた信号を出力する荷″、Jt信号発生器、加は荷重
信号発生器19の出力信号から演算器18の出力信号を
減算する減算器である。21は減算器加からの信号に応
じてアクチュエータ17の駆動イS号を出力する駆動信
号発生器であり、アクチュエータ17はこの駆動信号に
応じて駆動される。ηは被検定荷重検出器15の出力信
号と演算器18の出力信号とに基づいて被検定荷重検出
器15の較正行列を演算するデータ処理装置である。
第2図は第1図に示すアクチュエータの側面図である。
図で、15.16はそれぞれ第1図に示すものと同じ被
検定荷重検出器および基準荷重検出器である。羽は架台
であり、その支持柱23aには被検定荷重検出器15が
取付けられている。24M、。
24F! 、 241m 、 24My 、 24Fy
 、 24MKは)県人可回動に連結された作業腕であ
る。作業腕24M8は架台乙の軸5を中心に回動し、作
業腕24Fxは作業腕24M、の軸あを中心に回動し、
作業腕2411I″2は作業腕24 k’ xの軸nを
中心に回動する。又、作業腕24M丁は作業腕24F、
の輸列を中心に回動し、作業腕24Fアは作業腕24M
Tの軸列を中心に回動し、作業腕24MIは作業腕24
FTの図で左右方向の軸(図示されていない)を中心に
回動する。加はばね等の弾性体(その弾性係数は既知で
ある)より成る連接体であり、基準荷重検出器16と被
検定荷重検出器15との間に装架されている。なお、図
示されていないが、各作業腕にはそれぞれを駆動する七
−夕等の駆動機構が内蔵されている。
今、座標軸を図示のように設定する(Y軸は紙面に垂直
な方向)と、各作業腕を回動したとき、基準荷重検出器
16には次のように荷重が作用することになる。
作業腕24 M mの回動:2軸まわりのモーメント作
業腕24F工の回動:X軸方向の力 作業腕24 F xの回動:2軸方向の力作業腕24M
、の回動:Y軸まわりのそ一メント作業腕24F丁の回
動:Y軸方向の力 作業腕24Mxの回動:X軸まわりのモーメントこのよ
うに、各作業腕により基準荷重検出器16にはX軸、Y
軸および2軸それぞれについての力およびモーメントを
独立して任意に作用させることができる。
一方、基準荷重検出器16は作用した荷重に応じて変位
せしめられるとともK、これに応じた信号を出力する。
ところで、この変位は連接休園を同様に変位させる。連
接休園は弾性体で構成されているので、これバ変位した
ことにより、その変位の量と連接休園の有する弾性係数
の積に応じた荷重が発生し、この荷重は被検定荷重検出
器15に作用する。したがって、被検定荷重検出器15
には基準荷重検出器16に作用する荷重と同じ荷重が作
用する。
以上、アクチュエータ17の構成、およびこれにより被
検定荷重検出器15および基準荷重検出器16に荷重を
負荷する作用を説明した。ここで、第1図に示す本実施
例の作用を説明する。
被検定荷重検出器15に、例えば所望の大きさのモーメ
ン) Mxを作用させる場合、荷重信号発生器19にモ
ーメントMxが設定され、荷重信号発生器19からはこ
れに応じた信号8 MXが出力される。
この信号SWXは減算器加を経て駆動信号発生器21に
入力され、駆動信号発生器21からはアクチュエータ1
7の作業腕24M、の駆動機構に対して駆動信号が出力
される。これにより作業腕24 Mxは当該駆動信号に
応じて回動せしめられ、基準荷重検出器16および被検
定荷重検出器15にモーメントM!が負荷される。
基準荷重検出器16からは、このときに負荷されたモー
メントMxによりその検出値が出力され、演算器18で
較正行列を乗じられることによりモーメントMIに応じ
た信号が出力される。この信号は減算器加に入力され、
所望の信号SM!との差が演算される。この差の信号は
駆動信号発生器21に入力され、駆動信号発生器21か
らはこの差の信号に基づいてさきに出力した信号を修正
した信号が出力される。即ち、減算器加、駆動イぎ号発
生器21、アクチュエータ17、基準荷重検出器16、
および演算器18により、一種のサーボ機構が構成され
ることになる。このようにして、所望の荷重Mxと実際
に負荷される荷重Mxとの差が除去され、遂には基準荷
重検出器16に所望の荷重Mxが負荷され、したがって
被検定荷重検出器15にも所望の荷重M!か負荷される
この状態において、データ処理装置22は演算器18か
らの信号、即ち所望の荷重M工に応じた信号(前述の既
知の荷重lF、に相当する)と、被検定荷重検出器15
の検出信号(前述の出力信号Eに相当する)とをとり入
れ、これらに基づいて較正行列を作成するための演算を
行なう。
他の荷重についても同様の手段で、個々に、又は同時に
複数、各荷重検出器15.16に作用させ、これKより
、データ処理装置乙において完全な較正行列が作成され
、被検定荷重検出器の検定が終了する。
このように、本実施例では、単に荷重信号発生器に所望
の荷重信号を設定するのみで、他に例等の手間を要する
ことなく、当該所望の荷重を容易に被検定荷重検出器に
負荷することができる。又、分銅交換や装置の取換えの
必要がないので、連続した検定を実施することができ、
検定時間を大幅に短縮することができる。さらに、アク
チュエータは単に作業腕を連結するだけであるので厳格
な寸法精度を要することはなく、構造を単純化すること
ができる。さらに又、連接体を弾性体とじたので、制御
が容易である位置制御のみで検定を行うことができ、か
つ安価に構成でき、しかも、その弾性係数が異なるもの
を選択することにより、位置変化に対する力、モーメン
トのゲインを自由に設定することができ、この結果、ア
クチュエータの位置変化は同じでも被検定荷重検出器の
測定レンジを自由に選定することができる。
なお、上記実施例では、連接体を弾性体で構成する例に
ついて説明したが、連接体を剛体で構成することもでき
る。この場合、基準荷重検出器により得られた荷重信号
を、所望の設定荷重に等しくなる様にアクチュエータの
駆動トルクを制御する事により被検定荷重検出器には、
基準荷重検出器に作用した荷重と同一の荷重が作用する
〔発明の効果〕
以上述べたように、本実施例では、アクチュエータによ
り基準荷重検出器と被検定荷重検出器に荷重を作用させ
、このアクチュエータを、荷重信号発生器の信号と基準
荷重検出器の信号とが一致するように制御する構成とし
たので、単に荷重信号発生器に所望の荷重を設定するの
みで任意の荷重を被検定荷重検出器に負荷することがで
き、かつ、荷重を連続的に変更することができ、検定作
業を容易とし、その能率を着るしく向上せしめることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る荷重検出器の検定装置の
系統図、第2図は第1図に示すアクチュエータの側面図
、第3図は荷重検出器の斜視図、第4図は荷重検出器に
対する負荷付与装置の側面図である。 15・・・・・・被検定荷重検出器、16・・・・・・
基準荷重検出器、17・・・・・・アクチュエータ、1
8・・・・・・演算器、19・・・・・・荷重信号発生
器、加・・・・・・減算器、21・・・・・・駆動信号
発生器、n・・・・・・データ処理装置、乙・・・・・
・架台、24F’! 、 24Fv 、 24Fg 、
 24Mg 、 24Mv 、 24Mg ”””作業
腕 tI  FEl 12 口 才3図 才 4 ロ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)荷重が作用したときその荷重の正確な値を検出で
    きる基準荷重検出器と、検定の対象となる被検定荷重検
    出器と、3つの直交軸のそれぞれに関して回転運動およ
    び並進運動を独立して実施できかつこれら運動による荷
    重を前記基準荷重検出器および前記被検定荷重検出器に
    同時に作用させるアクチユエータと、所望の荷重に応じ
    た信号を発生する荷重信号発生器と、前記基準荷重検出
    器の出力が前記荷重信号発生器の出力と一致するように
    前記アクチユエータを駆動する制御手段と、前記基準荷
    重検出器の出力および前記被検定荷重検出器の出力に基
    づいて当該被検定荷重検出器の較正値を演算する演算手
    段とを備えていることを特徴とする荷重検出器の検定装
    置。
  2. (2)特許請求の範囲第(1)項において、前記アクチ
    ユエータは、前記基準荷重検出器に連結されていること
    を特徴とする荷重検出器の検定装置。
  3. (3)特許請求の範囲第(2)項において、前記基準荷
    重検出器は、前記被検定荷重検出器に連接体を介して連
    結されていることを特徴とする荷重検出器の検定装置。
  4. (4)特許請求の範囲第(3)項において、前記連接体
    は、既知の弾性係数を有する弾性体で構成されているこ
    とを特徴とする荷重検出器の検定装置。
  5. (5)特許請求の範囲第(1)項において、前記制御手
    段は、前記荷重信号発生器の出力から前記基準荷重検出
    器の出力を減算する減算器と、この減算器の出力に応じ
    て前記アクチユエータを駆動する信号を出力する駆動信
    号発生器とで構成されていることを特徴とする荷重検出
    器の検定装置。
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