KR100478328B1 - 다축 로드 셀 - Google Patents

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KR100478328B1
KR100478328B1 KR10-1999-7002081A KR19997002081A KR100478328B1 KR 100478328 B1 KR100478328 B1 KR 100478328B1 KR 19997002081 A KR19997002081 A KR 19997002081A KR 100478328 B1 KR100478328 B1 KR 100478328B1
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Abstract

복수 방향의 힘과 모멘트 성분을 측정하는 부하 셀 몸체(10, 10´)는 강성 중앙 허브(14)와 이 중앙 허브(14)와 동축인 강성 환상 링(16)을 갖는 일체형 결합체를 포함한다. 적어도 3개의 반경 방향 튜브(21, 22, 23, 24)는 해당 길이 방향 축(21A, 22A, 23A, 24A)을 따라 중앙 허브(14)로부터 환상 링(16)까지 반경 방향으로 연장한다. 소성 부재(31, 32, 33, 34)는 반경 방향 튜브(21, 22, 23, 24)를 환상 링(16)에 결합한다. 각 소성 부재(31, 32, 33, 34)는 해당 길이 방향 축(21A, 22A, 23A, 24A)을 따라 대응하는 각 반경 방향 튜브(21, 22, 23, 24)의 변위에 유연하다. 부하 셀(10, 10´)의 일부인 각 반경 방향 튜브(21, 22, 23, 24) 상에 장착된 왜곡 센서(44, 46, 48)는 그 튜브 내의 왜곡을 측정한다.

Description

다축 로드 셀{MULTI-AXIS LOAD CELL}
본 발명은 3개의 직교축에 따르는 선형력과 이들 축을 중심으로 한 모멘트를 전달하고 측정하는 로드 셀에 관한 것이다. 특히, 강성 중앙 허브, 이 허브와 동일 중앙 축을 갖는 강성 환상 링, 및 상기 중앙 허브와 환상 링 사이를 연장하는 반경 방향 부재를 갖는 소형 로드 셀 몸체에 관한 것이다. 이 로드 셀 몸체는 성능이 개선되고, 로드 셀의 감도를 변화시키기 위해서 그의 특징을 용이하게 조절할 수 있다.
3개의 직교축에 따르는 힘과 이들 축을 중심으로 한 모멘트를 결정하는 변환기나 로드 셀은 이미 공지되어 있다. 이러한 로드 셀은 두개의 미국 특허 제4,640,138호와 제4,821,582호에 개시되어 있다. 미국 특허 제4,640,138호는 축 방향으로 이격된 한 쌍의 스파이더로 결합된 내부 및 외부 부재를 갖는 다축 하중 검출 변환기를 나타낸다. 스파이더는 내부 부재와 통합된 암을 갖고, 이 암은 소정의 길이 방향 길이를 갖는 가소성 스트랩을 이용하여, 외부 부재에 고정되어 있는 스트랩의 단부에 연결되어 있다. 스파이더의 암은 관련된 스트랩의 중앙에 고정되어 있다. 하중은 스파이더 암 상에 작용하는 굴곡의 함수로서 감지된다.
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미국 특허 제4,821,582호는 3개 축의 선형력과 이들 축 중 2개의 축을 중심으로 한 모멘트를 측정하는 로드 변환기를 개시한다. 변환기는 하중 검출 스파이더 암이나 전단 빔으로 연결된 내외부 구조를 갖는다. 스파이더의 평면에 수직인 축을 따라 한 방향으로 내부 구조에 하중이 가해지는 경우, 스파이더의 외부 단부는 강성인 외부 길이에 연결된다.더욱 소형인 다른 로드 셀은 영국 특허 출원 GB 2096777 A에 개시되어 있다. 이러한 로드 셀은 중앙 허브 부분과 환상 링 부분을 포함하고, 환상 링 부분은 중앙 허브 부분과 그 환상 링 부분을 접속하는 4개의 반경 방향 스포크 부재를 갖는 환상 링 부재를 포함하고, 이 부재 상에 결합된 적합한 왜곡 게이지를 갖는다. 이러한 구조를 갖는 종래의 로드 셀은 GB 2096777 A에 개시되지만, 스포크를 통해 연장하는 축을 중심으로 하여 가해지는 모멘트를 측정하지는 않는다. 영국 특허 출원 GB 2096777 A는 트렁크 단부와 종단부를 갖는 견고한 스포크를 개시한다. 각 종단부는 해당 트렁크 단부보다 작은 치수의 "폭"을 갖는다. 각 종단부의 감소된 폭은 이 종단부를 스포크가 연장되는 방향을 중심으로 한 비틀림력에 관하여 가소성으로 하는데 충분히 작다.
따라서 복수 방향의 힘과 모멘트의 성분을 측정하는 것이 용이하고 제조하기 용이한 개선된 소형 로드 셀이 계속적으로 요구되었다.
도 1은 본 발명의 로드 셀에 대한 사시도.
도 2는 반경 방향 튜브를 단면으로 도시하기 위해서 일부를 제거한 로드 셀에 대한 측단면도.
도 3은 변형예의 반경 방향 튜브를 단면으로 도시하기 위해서 일부를 제거한 로드 셀에 대한 측단면도.
도 4는 단면으로 도시된 타이어 림에 장착된 로드 셀에 대한 측단면도.
도 5는 본 발명의 로드 셀의 제2 실시예를 나타내는 평면도.
도 6은 도 5의 로드 셀에 대한 단면도.
도 7은 슬립 링 장착 판과 커넥터를 갖는 제2 실시예에 대한 평면도.
도 8은 제어기에 대한 일반적인 블록도.
도 9는 비례 조정 및 기하학적 변환 회로에 대한 블록도.
도 10은 교차 결합 매트릭스 회로의 일부분에 대한 회로도.
도 11은 좌표 변환 회로에 대한 블록도.
도 12는 변형예의 반경 방향 튜브를 단면으로 도시하기 위해서 일부를 제거한 로드 셀에 대한 측면도.
도 13은 휘트스톤 브리지의 개략도.
힘과 모멘트를 전달하는 로드 셀 몸체는 강성 중앙 허브와 이 중앙 허브와 동심인 강성 환상 링을 갖는 일체형 어셈블리를 포함한다. 적어도 3개의 반경 방향 튜브는 중앙 허브로부터 환상 링까지 해당 길이 방향 축을 따라 반경 방향으로 연장된다. 소성 부재는 반경 방향 튜브를 환상 링에 결합한다. 각 소성 부재는 해당 길이 방향 축에 따른 각 대응하는 반경 방향 튜브의 변위에 유연하다.
본 발명의 다른 양상은 강성 중앙 허브, 이 중앙 허브와 동심인 강성 환상 링 및 중앙 허브로부터 환상 링까지 해당 길이 방향 축을 따라 반경 방향으로 연장하는 복수의 반경 방향 튜브를 갖는 로드 셀이다. 각 튜브는 길이 방향 축에 수직인 단면에서 비장방형 외면을 가지며, 튜브 내의 응력을 집중시키기 위해서 간격이 이격되고 두께가 얇은 복수의 벽부를 포함한다.
본 발명의 또다른 양상은 복수의 방향으로 힘과 모멘트를 전달하는 로드 셀 몸체를 제조하는 방법이다. 이러한 방법은 다음과 같은 단계를 포함하는데, 단일의 재료 블록과, 강성 중앙 허브를 갖는 일체형 조립 물체와, 허브와 동심인 강성 환상 링과, 중앙 허브로부터 환상 링까지 연장되는데 소성 부재는 각 반경 방향 부재의 단부와 환상 링 사이를 연장하는 적어도 3개의 반경 방향 부재로 제조되고, 소성 부재는 각 반경 방향 부재의 해당 길이 방향 축을 따라 각 해당하는 반경 방향 부재의 변위에 유연하며; 해당 길이 방향 축을 따라 각 반경 방향 부재 내에 보어를 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 로드 셀의 감도는 반경 방향 부재에 형성된 보어의 직경의 함수이다. 또한 제조하는 단계는 반경 방향 부재 내에 형성된 해당 보어와 함께 배열되는 환상 링 내에 개구를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 양상은 로드 셀 몸체와 복수의 감지 회로를 갖는 직교 좌표계에 대한 힘이나 모멘트를 감지하는 로드 셀이다. 로드 셀 몸체는 강성 중앙 부재, 강성 환상 링 및 중앙 부재를 반경 방향으로 연장하여 이 환상 링에 결합하는 복수의 반경 방향 부재를 포함한다. 복수의 감지 회로는 복수의 반경 방향 부재에 장착된다. 각 반경 방향 부재는 해당 반경 방향 부재를 관통하여 제1 방향으로 중앙 부재와 환상 링 사이에서 사용되는 제1 힘에 응답하는 제1 출력 신호를 제공하는 제1 감지 회로를 포함한다. 또한 각 반경 방향 부재는 해당 반경 방향 부재를 관통하여 제2 방향으로 중앙 부재와 환상 링 사이에서 사용되는 제2 힘에 응답하는 제2 출력 신호를 제공하는 제2 감지 회로를 포함하는데, 여기서 제2 방향은 상기 제1 방향에 대체로 직교한다.
도 1은 본 발명의 로드 셀(10)에 대한 제1 실시예를 나타낸다. 로드 셀(10)은 하나의 블록 재료로 제조된 본 발명의 일체형 몸체(12)를 포함하는 것이 바람직하다. 몸체(12)는 강성 중앙 허브(14)와, 이 중앙 허브(14)와 동심인 강성 환상 링(16)을 포함한다. 복수의 반경 방향 튜브(20)는 중앙 허브(14)를 환상 링(16)에 결합한다. 도시된 실시예에 있어서, 복수의 반경 방향 튜브(20)는 4개의 튜브(21, 22, 23, 24)로 구성된다. 각 튜브(21, 22, 23, 24)는 중앙 허브(14)로부터 해당 길이 방향 축(21A, 22A, 23A, 24A)을 따라 환상 링(16) 방향으로 반경 방향으로 연장한다. 축 21A는 축 23A와 일직선이 되고, 축 22A는 축 24A와 일직선이 되는 것이 바람직하다. 또한 일직선 축 21A-23A는 일직선 축 22A-24A와 수직이 된다. 도면에서 복수의 반경 방향 튜브(20)는 4개 이지만, 중앙 허브(14)를 환상 링(16)에 결합하는데 임의 수의 튜브, 예컨대 3개 이상의 튜브를 사용하는 것도 가능함을 이해하여야 한다. 복수의 반경 방향 튜브(20)는 중앙 축(26)을 중심으로 하여 동일한 간격으로 이격되는 것이 바람직하다.
소성 부재(31, 32, 33, 34)는 각 반경 방향 튜브(21∼24)의 단부를 환상 링(16)에 결합한다. 소성 부재(31∼34)는 해당 길이 방향 축(21A∼24A)에 따라 각 해당 반경 방향 튜브(21∼24)의 변위에 유연하다. 도시된 실시예에 있어서, 소성 부재(31∼34)는 동일하고, 소성 스트랩(36, 38)은 각 길이 방향 축(21A∼24A)의 대향하는 측면 상에 배치되어, 해당 반경 방향 튜브(21∼24)를 환상 링(16)에 결합한다.
복수의 왜곡 센서(40)는 복수의 튜브(20) 상에 장착되어 튜브의 왜곡을 감지한다. 비록 복수의 왜곡 센서(40)는 복수의 반경 방향 튜브(20) 상에 배치되어 튜브의 휨 응력을 나타내지만, 이들 왜곡 센서는 복수의 반경 방향 튜브(20)의 벽부의 전단 왜곡을 나타내는 출력 신호를 송신하도록 종래처럼 장착되는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에 있어서, 4세트 왜곡 센서는 각 튜브(21∼24) 상에 제공되고 각 튜브의 길이 방향 축 길이의 거의 중앙에 설치되는 것이 바람직하다. 1쌍의 제1 왜곡 센서(44)는 각 반경 방향 튜브(21∼24)의 상방향으로 접한 부분에 설치된다. 도시되지 않았지만, 1쌍의 제2 왜곡 센서는 상기 1쌍의 제1 왜곡 센서(44)로부터 대략 180°하방향으로 접한 면상에 장착된다. 각 튜브(21∼24) 상의 각 1쌍의 제1 및 제2 왜곡 센서는 종래의 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 형태로 접속되어 각 반경 방향 튜브(21∼24) 상에 제1 감지 회로를 형성한다. 1쌍의 제3 왜곡 센서(46)는 1쌍의 제1 왜곡 센서(44)로부터 대략 90°로 장착되고, 1쌍의 제4 왜곡 센서(48)는 1쌍의 제3 왜곡 센서(46)로부터 대략 180°로 장착된다. 또한 각 튜브(21∼24) 상의 1쌍의 제3 및 제4 왜곡 센서는 종래의 휘트스톤 브리지 형태로 접속되어 각 반경 방향 튜브(21∼24) 상에 제2 감지 회로를 형성한다. 대체로, 복수의 센서(40)는 저항성 왜곡 게이지로 구성된다. 하지만, 광학 센서나 용량성 센서와 같은 다른 형태의 감지 장치를 사용하는 것도 가능하다.
4개의 반경 방향 튜브(21∼24)를 갖는 도시된 실시예에서는 8개의 각 전단 감지 휘트스톤 브리지를 사용한다. 감지 회로의 수는 사용되는 반경 방향 튜브의 수에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 하지만 적어도 3개의 반경 방향 튜브인 것이 바람직하다.
왜곡 센서(40)로부터의 출력 신호는 중앙 허브(14)와 환상 링(16) 사이에서 자유도 6으로 전달되는 힘과 모멘트 성분을 나타낸다. 설명을 위해 직교 좌표계(47)가 정의되는 데, X축은 길이 방향 축 21A-23A와 일직선이 되고, Z축은 길이 방향 축 22A-24A와 일직선이 되며, Y축은 중앙 축(26)과 일직선이 된다.
도시된 실시예에 있어서, 부하 셀(10)은 복수의 튜브(20) 상의 8개의 힘을 측정한다. 다음으로 그 8개의 힘을 변환하여, 좌표계의 축에 대한 힘과 축을 중심으로 한 모멘트를 제공한다. 구체적으로, 반경 방향 튜브(21, 23)의 단부 상의 소성 부재(31, 33)는 이러한 방향에서 유연하기 때문에, X축을 따르는 힘은 반경 방향 튜브(22, 24)에서 생성된 전단 응력으로 인한 주요 왜곡으로서 측정된다. 이것은 다음 수학식 1로 표현된다.
수학식 1
FX = F22X + F24X
여기서, 튜브(22, 24) 상의 왜곡 센서(44)를 갖는 제1 감지 회로는 출력 신호를 제공한다.
유사하게, 반경 방향 튜브(22, 24)의 단부 상의 소성 부재(32, 34)는 이러한 방향에서 유연하기 때문에, Z축을 따르는 힘은 반경 방향 튜브(21, 23)에서 생성된 전단 응력으로 인한 주요 왜곡으로서 측정된다. 이것은 다음 수학식 2로 표현된다.
수학식 2
FZ = F21Z + F23Z
여기서, 튜브(21, 23) 상에 왜곡 센서(44)를 갖는 제1 감지 회로는 출력 신호를 제공한다.
모든 반경 방향 튜브(21∼24)에 생성된 전단 응력으로 인한 주요 왜곡으로서 Y축, 즉 중앙 축(26)을 따르는 힘이 측정된다. 이것은 다음 수학식 3으로 표현된다.
수학식 3
FY = F21Y + F22Y + F23Y + F24Y
여기서, 튜브(21∼24) 상에 왜곡 센서(46, 48)를 갖는 제2 감지 회로는 출력 신호를 제공한다.
X축을 중심으로 한 역전 모멘트는 반경 방향 튜브(22, 24)에 가해진 반대 방향의 힘으로부터 생성된 전단 응력으로 인한 주요 왜곡으로서 측정된다. 반경 방향 튜브(21, 23)는 X축을 중심으로 한 역전 모멘트에 대해 실질적으로 강성이다. 이것은 다음 수학식 4로 표현된다.
수학식 4
MX = F22Y - F24Y
여기서, 제2 감지 회로는 튜브(22, 24) 상에 왜곡 센서(46, 48)를 포함하고, 출력 신호를 제공한다.
마찬가지로, Z축을 중심으로 한 역전 모멘트는 반경 방향 튜브(21, 23)에 가해진 반대 방향의 힘으로부터 생성된 전단 응력으로 인한 주요 왜곡으로서 측정된다. 반경 방향 튜브(22, 24)는 Z축을 중심으로 한 역전 모멘트에 대해 실질적으로 강성이다. 이것은 다음 수학식 5로 표현된다.
수학식 5
MZ = F21Y - F23Y
여기서, 제2 감지 회로는 튜브(21, 23) 상에 왜곡 센서(46, 48)를 포함하고, 출력 신호를 제공한다.
Y축을 중심으로 한 역전 모멘트는 모든 반경 방향 튜브(21∼24)에 생성된 전단 응력으로 인한 주요 왜곡으로서 측정된다. 이것은 다음 수학식 6으로 표현된다.
수학식 6
MY = (F22X - F24X) + (F21Z - F23Z)
여기서, 튜브(21∼24) 상에 왜곡 센서(44)를 포함하는 제1 감지 회로는 출력 신호를 제공한다.
측정되는 힘과 모멘트의 자유도가 6 이하인 것이 바람직한 경우, 왜곡 센서(40)의 수와 감지 회로의 수는 감소되는 것을 인지해야 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 각 반경 방향 튜브(21∼24)는 압력을 집중하기 위해 복수의 얇은 두께의 이격된 벽부를 포함한다. 도 2의 실시예로서 반경 방향 튜브(23)에 있어서, 반경 방향 튜브(23)는 비직각인 외부 표면(60)을 가지는 데 얇은 두께의 벽부는 62A, 62B, 62C 및 62D로 표시된다. 얇은 두께의 벽부(62A∼62D)는 반경 방향 튜브(23) 내에서 원통형 보어(64)와, 서로 대향하는 1 쌍의 병렬로 된 평면(66A, 66B)과, 서로 대향하는 1 쌍의 제2 평판(68A, 68B)으로 구성된다.
한 세트의 제2 평면(68A, 68B)은 대체로 한 세트의 제1 평면(66A, 66B)과 직교하여, 상기 제1 평면과 제2 평면은 해당 길이 방향 축(23A)을 중심으로 하여 번갈아 배치된다. 도면에 도시되어 있지만, 벽부의 두께(62A∼62D)는 거의 같은 치수이고, 필요한 경우에 이러한 두께는 상호 다르게 하여 선택된 방향으로 소정의 감도를 제공할 수 있다. 벽부 두께(62A)는 대략 벽부 두께(62C)와 동일하고, 벽부 두께(62B)는 대략 벽부 두께(62D)와 동일한 것이 바람직하다.
제1 감지 회로의 왜곡 센서(44)는 병렬로 된 1쌍의 제1 평면(66A, 66B) 상에 장착되고, 제2 감지 회로의 왜곡 센서(46, 48)는 1쌍의 제2 평면(68A, 68B) 상에 장착된다. 장착 표면은 평탄한 것이 바람직하다. 그 이유는, 게이지 클램프 압력이 평탄한 표면에 균등하게 미치기 때문에, 측정된 출력 신호의 히스테리시스 및 게이지 결합의 크리프가 작기 때문이다. 이것에 반해서, 장착 표면이 만곡한 경우, 잔류 응력을 게이지에 고정한다. 또한, 만곡된 표면의 경우, 정합선을 이끌어내는 것과 이끌어 낸 선에 맞추어서 게이지를 고정시키는 것이 어렵다. 또한 비장방형 외면(60)도 유익한데 그 이유는 이러한 형태가 왜곡 센서(40)에 근접하는 반경 방향 튜브(23) 내의 응력을 집약시키기 때문이다. 장방형 교차부(코너가 서로 교차하는 4개의 평면)를 갖는 튜브는 사용 가능하지만, 중대한 압력 집중이 평탄 표면의 교차부에서 발생되어 왜곡 센서를 용이하게 장착 할 수 없다. 따라서, 성능이 크게 감소된다. 반대로, 도 2에 도시된 비장방형 반경 방향 튜브(23)는 1세트의 제1 평면과 이웃하는 1 세트의 제2 평면 사이에 연장하는 평면(70A, 70B, 70C, 70D)을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 평면(66A, 66B, 68A, 68B, 70A∼70D)은 8각 모양을 형성하는 것이 바람직하다. 각 반경 방향 튜브(21∼24)를 8각의 외면(60)으로 형성하는 것은 구조를 간소하게 하고 평형 표면은 용이하게 기계로 가공되기 때문에 생산 비용을 감소시킨다. 하나의 평면, 예컨대 평면(70A)은 제1 세트의 각 평면과 제2 세트의 연속하는 표면 사이를 연장하는 것으로 도시되어 있지만, 복수의 개입 평면을 이용할 수 있음을 이해하여야 한다. 마찬가지로, 복수의 평평한 평면(70A∼70D)을 소성 벽부(76A, 76B, 76C, 76D)로 대체하여 도 3에 도시된 것처럼 비장방형 반경 방향 튜브(23')를 형성할 수도 있다. 균일한 두께의 환상 벽부를 갖는 튜브형 구조와 다르게, 반경 방향 튜브(23')는 8각형의 단면과 유사하다. 내부에 응력을 집중시키는 평면(66A, 66B, 68A, 68B)으로 생성되고 소정 간격으로 이격되며 얇은 벽 두께(62A∼62D)를 갖는다.
반경 방향 튜브(23)의 8각형 단면이나 반경 방향 튜브(23')의 단면은 동일한 면적의 균등한 환상 벽 두께를 갖는 튜브 보다도 대략 14 % 더 높은 출력(신호대 노이즈 비율)과 감도를 제공한다. 이러한 사실은 8각형 튜브(23)에서 생성된 전단 응력과 균등한 환상 벽 두께를 비교하여 나타낼 수 있다.
빔의 어떤 부분 q에서의 전단 응력()은 다음 수학식 7로 표현된다.
수학식 7
여기서, V는 q를 포함한 임의의 단면에서의 수직 방향 전단 응력이고, A'는 q보다 위(또는 아래)의 단면 부분의 면적이고, z'는 중립축으로부터 A'의 질량 중심까지의 거리이며, b는 q를 통해 측정된 단면의 순 폭(여기에서는 튜브의 벽부 두께의 2배)이고, I는 관성 모멘트이다.
반경이 0.650 인치인 내부 보어를 갖고, 최소 벽 두께(부분 62A~62D)가 0.150 인치이며, 중립축 상의 점 q를 사용하는 8각형 튜브의 경우에는, A'는 대략 0.398 인치2이고, z'는 대략 0.471 인치이며, I는 대략 0.219 인치4이고, b는 대략 0.300 인치이다. 수직 방향 전단력이 1,000 파운드라고 하면, 8각형 튜브에 대한 전단 응력은 대략 2,853 psi이다.
환상 벽부 두께가 균등한 튜브에 관한 내부 보어 반경이 0.650 인치(내부 직경이 1.300 인치)라고 가정하면, 전술한 8각형 튜브와 거의 같은 면적을 갖기 위해서는 1.643 인치가 된다. 중립축 상의 점 q에 대하여, 중심 z'는 대략 0.471 인치가 되고, I는 대략 0.218 in4가 되며, b는 대략 0.343 인치가 된다. 수직 방향 전단이 같고 1,000 파운드라고 가정하면, 환상 벽부 두께가 균등한 튜브에 대한 전단 응력은 상기 주어진 방정식에서 처럼 부여되고, 대략 2,504 psi가 된다. 따라서 8각형 튜브에 대한 전단 응력 집중도는 환상 벽부 두께가 균등한 튜브에 관한 전단 응력 집중도보다 대략 14 %가 더 크다. 응력 집중도의 증가에 의해서, 센서(40)의 신호 대 노이즈 비율이 높아지고 감도가 향상된다. 또한, 이러한 성능 개선에 따라서, 관성 모멘트와 휨 강도율이 높아진다. 또한, 피로 수명이 길어진다. 예를 들어, 몸체부(12)가 2024 T3 알루미늄으로 만들어지는 경우, 피로 수명은 환상 벽 두께가 균등한 튜브에 대한 106 사이클에서 8각형 튜브에 대한 4 ×106 사이클까지 증가된다. 이 때문에, 동일한 피로 수명에 대해 더 많은 출력을 제공한다. 다른 유용한 재료는 티탄, 4340 강철, 17-4PH 스테인레스 강철 또는 다른 고강도 재료가 포함된다. 또한 상기 기술된 많은 이점들은 도 3에 도시된 튜브(23')에도 적용된다.
로드 셀(10)은 회전하는 휠의 힘과 모멘트 성분을 측정하는데 적합하다. 본 발명의 제2 실시예(10')는 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7에 도시된다. 로드 셀(10')은 대체로 로드 셀(10)과 유사하고, 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 표시된다.
도 4에 있어서, 로드 셀(10')은 타이어 림(70)의 중심부에 놓여진다. 환상 링(16)은 복수의 죔쇠(74)를 수용하는 나사 개구를 포함하여 로드 셀(10')을 타이어 림(70)에 고정시킨다. 내부 장착 판(75)은 복수의 죔쇠(76)를 이용하여 중앙 허브(14)에 구비된 해당 나사 개구(78)에 고정시킨다(도 4). 내부 장착 판(75)은 알맞은 죔쇠(80)를 사용하여 자동차의 스핀들에 고정된다(도시되지 않음). 제어기(82)를 이용하여 복수의 왜곡 센서(40)에 전력이 전달되고, 이들 센서로부터 출력 신호를 얻는다. 이것은 만일 타이어 림(70)이 회전하거나 부분적으로 회전하는 경우, 슬립 링 어셈블리(84)를 통하여 행해진다. 제어기(82)는 로드 셀(10')로 측정된 힘과 모멘트 성분을 계산하고, 기록 및/또는 표시한다.
바람직한 실시예에 있어서, 도 7에 도시된 것처럼 로드 셀(10')은 증폭 회로(71, 73)를 각각 리세스(75, 77)에 장착한다. 증폭 회로(71, 73)는 반경 방향 튜브(21∼24) 상의 감지 회로에 접속되고, 슬립 링 어셈블리(84)를 통해 전달하기 전에 출력 신호를 증폭한다. 출력 신호를 증폭함으로써, 슬립 링 어셈블리(84)에 의해 생성된 노이즈 관련 문제들이 감소된다. 개구(83, 85)에 장착되는 커넥터(79, 81)는 증폭 회로(71, 73)를 슬립 링 어셈블리(84)에 접속한다. 장착판(87)은 슬립 링 어셈블리(84)를 중앙 허브(14)에 장착한다. 통로(87A, 87B)는 장착판(87)에 설치되고, 컨덕터를 슬립 링 어셈블리(84)로부터 커넥터(79, 81)로 연장한다. 인코더(89)는 각 입력 신호를 로드 셀(10')의 각부를 나타내는 제어기(82)에 제공한다.
도 8은 제어기(82)에 의해 튜브(21∼24) 상의 8개의 각 감지 회로로부터 수신된 출력 신호(88)를 변환하여 정적 직교 좌표계의 자유도 6에 관계있는 힘과 모멘트 성분을 나타내는 출력 신호(108)를 획득하기 위해서 제어기(82)가 수행하는 일반적인 동작을 도시한다. 도시된 것처럼, 감지 회로로부터의 출력 신호(88)는 비례 조정 및 기하학적 변환 회로(90)에 의해 수신된다. 비례 조정 및 기하학적 변환 회로(90)는 출력 신호(88)를 조정하여 감지 회로 사이의 불균형 신호를 보상한다. 또한 회로(90)는 상기 주어진 수학식에 따라 출력 신호(88)를 조합하여 직교 좌표계에 대한 힘과 모멘트 성분을 나타내는 출력 신호(94)를 제공한다(도 1).
본 발명의 바람직한 실시예의 중요한 장점은 온도에 의해 발생하는 에러가 적다는 것이다. 전술한 것처럼, 각 반경 방향 튜브(21∼24)는 출력 신호를 제공하는 독립된 감지 회로를 포함한다. 이들 출력 신호를 조합하여 직교 좌표계(47)의 힘과 모멘트를 실현한다. 통상, 종래의 기술은 왜곡 게이지와 같은 감지 구성 요소를 갖는 감지 회로를 사용한다. 왜곡 게이지는 실질적으로 이격된 2개의 상이한 유연 부재에 고정된다. 예를 들어, X축과 같은 축을 중심으로 한 모멘트를 계산하도록 대향하는 반경 방향 부재에 왜곡 게이지를 장착한 휘트스톤 브리지를 형성한다. 하지만, 반경 방향 부재가 상이한 온도인 경우에 반경 방향 부재 상에 장착되고 단일 휘트스톤 브리지를 형성하는 왜곡 게이지도 상이한 온도가 된다. 각 왜곡 게이지가 상이한 온도일 때, 휘트스톤 브리지에서 불균형이 발생되고, 따라서 측정되는 축을 중심으로 한 모멘트에 관하여 잘못된 표시가 나타난다.
응용예에 따라서는, 반경 방향 튜브(21∼24)는 용이하게 상이한 온도가 될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼 장치(10')가 사용되는 경우, 장치가 자동차에 장착될 때 회전 휠의 하중을 측정하고, 그 자동차에 급제동이 가해지는 경우에, 브레이크 캘리버와 같은 제동 요소와 관련 부품의 온도가 매우 증가하게 된다. 제동 후에 자동차가 브레이크를 작동한 후 일정 시간 동안 정지하는 경우, 제동 요소로부터의 복사 에너지에 의해서 용이하게 반경 방향 튜브(21∼24)를 불균일하게 가열시킨다. 하지만, 본 발명의 감지 회로를 형성하는 각 왜곡 게이지가 동일한 반경 방향 부재 상에 장착된 경우를 고려하면, 각 왜곡 게이지는 대략 동일한 온도이고, 온도에 의해서 발생하는 불균형이 최소화된다.
도 8에 있어서, 교차 결합 매트릭스 회로(96)는 출력 신호(94)를 수신하고, 이 출력 신호를 조정하여 모든 교차 결합 결과를 보상한다. 좌표 변환 회로(102)는 교차 결합 매트릭스 회로(96)로부터 출력 신호(100)를 수신하고, 인코더나 그 외로부터 각도 입력(104)을 수신하게 된다. 좌표 변환 회로(102)는 출력 신호(100)를 조정하고, 로드 셀(10')의 위치 함수인 출력 신호(108)를 제공하여, 정적 직교 좌표계에 관련하여 힘과 모멘트 성분을 제공하게 된다.
도 9는 비례 조정 및 기하학적 변환 회로(90)를 상세하게 도시한다. 고임피던스 버퍼 증폭기(110A∼110H)는 슬립 링 어셈블리(84)로부터 출력 신호(88)를 수신한다. 또한 가산기(112A∼112H)는 제로로 조정하고, 이 때, 바람직하게는, 조정 가능한 증폭기(114A∼114H)는 출력 신호(88)를 개별적으로 조정하여 튜브(21∼24) 상의 왜곡 센서(40)의 위치에 대한 벽 두께의 변화 또는. 튜브마다의 센서(40)의 배치의 상이함과 같은 물리적인 차이와 관련된 모든 불균형을 용이하게 보상 가능하다. 가산기(116A∼116H)는 상기 수학식에 따라 증폭기(114A∼114H)로부터의 출력 신호를 조합한다. 조절 가능한 증폭기(118A∼118D)를 설치하여 가산기(116A∼116D)로부터의 출력 신호가 적절한 진폭을 갖는 것을 보증한다.
상기 기술된 것처럼, 교차 결합 보상은 회로(96)에 의해서 제공된다. 예로써, 도 10은 신호 Fx를 교차 결합 보상하는 것을 나타낸다. 각각의 다른 출력 신호(F Y , FZ, MX, MY)는 교차 결합 효과를 유사하게 보상한다.
도 11은 좌표 변환 회로(102)를 상세히 설명한 도면이다. 인코더(89)는 RAM(random access memory)과 같은 적절한 메모리(120 및 122)에 기억된 사인 및 코사인 디지탈 값에 대한 인덱스를 제공한다. DA 변환기(Digital-to-Analog converter)(124, 126)는 적절한 십진값을 수신하고, 로드 셀(10')의 각도 위치를 나타내는 해당 아날로그 신호를 생성한다. 배율기(128A∼128H)와 가산기(130A∼130D)는 X축과 Z축을 따르고 이들 축을 중심으로 한 힘과 모멘트의 출력 신호를 조합하여, 정적 직교 좌표계에 관한 힘과 모멘트의 출력 신호(108)를 제공한다.
상기 기술된 로드 셀(10, 10')에는 반경 방향 튜브(20)에서 생성된 전단 응력의 표시를 제공하는 전단 센서로서 기능하는 복수의 센서(40)가 배열되어 있다. 원하는 경우, 복수의 센서(40)는 반경 방향 튜브(20)의 휨 응력의 표시를 제공하는 휨 센서로서 기능하도록 반경 방향 튜브(20)에 장착될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 휨 센서는 튜브의 근원, 즉 각 튜브(21∼24)를 중앙 허브(14)에 결합하는 필릿의 시작부에, 예를 들면, 도 5에 있어서 튜브(21) 상에 도면부호 140과 142로 나타낸 것처럼 배치할 수 있다.
또한 도 5는 근원, 즉 각 튜브(21∼24)를 중앙 허브(14)에 결합하는 필릿의 시작부에 장착된 휨 센서(150A, 150B, 150C, 150D)를 나타낸다. 센서(150A∼150D)는 대체로 X축과 Z축으로 형성된 평면에 평행한 공통 평면에 배치된다. 도 13에 있어서, 복수의 제2 센서(152A∼152D)는 센서(150A∼150D)와 유사한 방법으로 반경 방향 튜브(21∼24) 상에 장착되지만, 센서(150A∼150D)와는 반대 표면 상에 장착된다. 예를 들어 도 2에 있어서, 센서(150A)는 표면(66A)을 중앙 허브(14)에 결합하는 필릿 상에 장착되지만, 센서(150B)는 표면(66B)을 중앙 허브에 결합하는 필릿 상에 장착된다. 센서(150A∼150D, 152A∼152D)는 Y축, 즉 중앙 축(26)을 따르는 힘을 직접적으로 감지하는 휘트스톤 브리지 회로(154)(도 13)를 형성한다. 브리지 회로(154)는 상기 수학식 3으로 주어진 동일한 힘을 측정한다는 점에서 다소 중복되지만, 응용에 따라서는 직접적으로 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 로드 셀(10')이 회전 휠 상의 힘과 모멘트를 측정하는 데 사용되는 경우에, Y축, 즉 중앙 축(26)을 따르는 힘은 타이어와 도로 간의 접촉면에서 발생된다. 접촉면은 중앙 축(26)으로부터 어긋나 있기 때문에, 중앙 축(26)을 따르는 힘은 모든 반경 방향 튜브(21∼24)에 의해 동일하게 분배되지 않는다. 브리지 회로(154)를 사용하게 되면, 중앙 축(26)을 따르는 힘이 반경 방향 튜브(21∼24)에 의해 어떻게 분배되는 지를 가정할 필요가 없다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 브리지 회로(154)는 여기에 도시된 휨 센서(150A∼150D)가 아니고 전단 센서로 형성해도 좋다.
도 1과 도 5의 로드 셀 몸체부(12)를 만드는 본 발명의 방법은 단일의 재료 블록으로 일체형 강성 중앙 허브(14), 이 허브(14)와 동심인 강성 환상 링(16) 및, 중앙 허브(14)에서 환상 링(16)으로 연장되는 반경 방향 부재를 만드는 방법을 포함하고, 여기서 소성 부재(31∼34)는 각 반경 방향 부재의 단부와 환상 링(16) 사이를 연장한다. 소성 부재(31∼34)는 유연하고, 그 때문에, 각 해당 반경 방향 부재(21∼24)가 대응하는 길이 방향 축(21A∼24A)을 따라 변위한다. 로드 셀 몸체(12)는 상호 대칭이기 때문에, 종래의 제어 하에서의 기계 가공 공정을 사용하여 용이하게 제조할 수 있다. 2개의 주표면을 갖는 단일 블록으로부터 로드 셀 몸체(12)를 고정하여 제1 주표면을 기계 가공하고, 중앙 허브(14), 환상 링(16) 및 반경 방향 부재(21∼24)와 같은 각각의 주구성 요소 중 필수적인 성분의 절반을 형성한다. 이어서, 재료 블록을 뒤집어서 제2 주표면을 기계 가공 장치로 향하게 한다. 이어서, 기계 가공 작업을 제2 표면 상에서 수행하여 중앙 허브(14), 환상 링(16) 및 반경 방향 부재(21∼24)의 나머지를 형성한다. 바람직하게는 상기 기술된 것처럼, 반경 방향 부재(21∼24)는 평평하고 직교 배치된 측부(66A, 66B, 68A, 68B)를 갖는 비장방형 외면(60)을 갖도록 기계 가공된다.
이 방법은, 해당 길이 방향 축(21A∼24A)을 따라 각 반경 방향 부재(21∼24) 내에 보어(64)를 형성하고, 관형 구조를 형성하는 공정을 더 포함한다. 여기서, 로드 셀 몸체(12)의 감도는 반경 방향 부재(21∼24)에 형성된 보어(64)의 직경의 함수이다. 도 2와 도 12에 있어서, 튜브(23)의 보어(64, 64')는 서로 다른 크기가 된다. 튜브(21∼24)의 보어의 직경을 변화시킴으로써, 튜브의 벽 두께는 조정 가능하게 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 환상 링(16)에는 튜브(21∼24)의 보어(64)와 함께 정합된 개구(120)(도 1)가 형성된다. 바람직하게는 개구(120)는 적어도 튜브(21∼24)의 보어(64)와 동일한 직경이고, 보어(64)를 형성하기 직전에 환상 링(16)을 통해 중앙 허브(14) 방향으로 드릴링함으로써 형성된다. 보어(64)는 환상 링(16)을 통해 중앙 허브(14) 방향으로 드릴링함으로써 용이하게 형성될 수 있기 때문에, 환상 링(16)에도 개구(120)를 형성함으로써 로드 셀 몸체(12)의 감도가 용이하게 조정될 수 있다.
도 5에 도시된 것처럼 좀더 바람직한 실시예에 있어서, 반경 방향 튜브(21∼24)의 보어(64)는 중앙 허브(14)를 통해서도 연장되고, 좀더 작은 개구(122)로 약간 테이퍼링된다.
비록 본 발명은 바람직한 실시예를 이용하여 기술하였지만, 당 업자라면 본 발명의 범주와 기술적 사상으로부터 벗어나지 않고 변형하는 것이 가능하다는 것을 인지해야 한다.

Claims (54)

  1. 힘과 모멘트를 복수의 방향으로 전달하는 로드 셀 몸체에 있어서,
    상기 로드 셀 몸체는 일체형 어셈블리를 포함하며, 상기 일체형 어셈블리는,
    강성 중앙 허브와,
    상기 중앙 허브와 동심이고 복수의 개구가 형성된 강성 환상 링과,
    대응하는 길이 방향 축을 따라 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 반경 방향으로 연장되고 상기 복수의 개구 중 1개의 개구가 상기 반경 방향 튜브의 각 보어와 함께 정합되는 적어도 3개의 반경 방향 튜브와,
    상기 반경 방향 튜브의 각 단부와 상기 환상 링 사이를 연장하고, 대응하는 길이 방향 축을 따라 각 대응하는 반경 방향 튜브가 변위하도록 유연한 소성 부재를 갖는 로드 셀 몸체.
  2. 제1항에 있어서, 선택된 반경 방향 튜브의 왜곡을 측정하기 위해서 상기 선택된 반경 방향 튜브에 장착된 왜곡 센서를 더 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 왜곡 센서는 각 반경 방향 튜브에 장착된 전단 센서를 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  4. 제3항에 있어서, 각 반경 방향 튜브의 외면은 복수의 대향하는 평표면을 포함하고, 상기 전단 센서는 상기 표면에 장착되는 것인 로드 셀 몸체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 외면의 각각은 반대 방향으로 향한 제1 세트의 평행한 평표면과, 반대 방향으로 향한 제2 세트의 평표면을 포함하고, 상기 제2 세트의 평표면은 상기 제1 세트의 평표면에 대해서 실질적으로 직교하여, 상기 제1 세트의 평표면과 상기 제2 세트의 평표면은 각 대응하는 길이 방향 축을 중심으로 하여 번갈아 배치되고, 상기 전단 센서는 상기 제1 세트의 평표면과 상기 제2 세트의 평표면에 장착되는 것인 로드 셀 몸체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 외면의 각각은 상기 제1 세트의 각 평표면과, 이웃하는 상기 제2 세트의 평표면 사이에서 연장하는 하나의 평표면을 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 외면의 각각은 상기 제1 세트의 각 평표면과, 이웃하는 상기 제2 세트의 평표면 사이에서 연장하는 평표면들을 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  8. 제5항에 있어서, 상기 외면의 각각은 8각형인 것인 로드 셀 몸체.
  9. 제5항에 있어서, 제1 세트의 전단 센서는 상기 제1 세트의 평표면 상에 장착되어 각 튜브용 제1 전단 감지 회로를 형성하고, 제2 세트의 전단 센서는 상기 제2 세트의 평표면 상에 장착되어 각 튜브용 제2 전단 감지 회로를 형성하는 것인 로드 셀 몸체.
  10. 제9항에 있어서, 4개의 반경 방향 튜브는 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 연장되고, 제1 쌍의 반경 방향 튜브는 제1 축 상에 실질적으로 정합되며, 제2 쌍의 튜브는 제2 축 상에 실질적으로 정합되고, 상기 제1 축은 상기 제2 축에 실질적으로 직교하는 것인 로드 셀 몸체.
  11. 제2항에 있어서, 상기 왜곡 센서는 각 반경 방향 튜브에 장착된 휨 센서를 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  12. 제1항에 있어서, 각 반경 방향 튜브의 외면은 실질적으로 원통형인 것인 로드 셀 몸체.
  13. 제1항에 있어서, 각 보어는 상기 중앙 허브를 관통하여 연장하는 것인 로드 셀 몸체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 중앙 허브에 형성된 개구의 직경은 대응하는 보어의 직경 이하인 것인 로드 셀 몸체.
  15. 힘이나 모멘트의 선택된 성분을 측정하는 로드 셀에 있어서,
    상기 로드 셀은,
    강성 중앙 허브와,
    상기 중앙 허브와 동심인 강성 환상 링과,
    대응하는 길이 방향 축을 따라 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 반경 방향으로 연장하고, 상기 길이 방향 축에 대해서 수직한 부분에 비장방형 외면을 각각 가지며, 응력을 집중시키기 위해서 벽 두께가 얇은 복수의 이격된 벽부를 각각 포함하고, 얇은 두께의 각 벽부는 평평한 표면을 포함하는 복수의 반경 방향 튜브와,
    상기 반경 방향 튜브의 각 단부와 상기 환상 링 사이에 연장하고, 각 대응하는 반경 방향 튜브가 대응하는 길이 방향 축을 따라 변위하도록 유연한 소성 부재와,
    각 반경 방향 튜브에서 얇은 두께의 상기 벽부의 상기 평평한 표면 상에 장착되어 이들 부분의 왜곡을 나타내는 출력 신호를 제공하는 복수의 전단 센서를 포함하는 것인 로드 셀.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중앙 허브, 반경 방향 링 및 상기 복수의 반경 방향 튜브는 단일의 재료 블록으로 일체형으로 형성되는 것인 로드 셀.
  17. 제15항에 있어서, 상기 복수의 전단 센서는 복수의 힘이나 모멘트를 나타내는 출력을 제공하기 위한 수만큼 설치되는 것인 로드 셀.
  18. 제15항에 있어서, 각 튜브는 얇은 두께의 4개의 이격된 벽부를 포함하는 것인 로드 셀.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 전단 센서는 복수의 힘이나 모멘트를 나타내는 출력 신호를 제공하기 위한 수만큼 설치되는 것인 로드 셀.
  20. 제19항에 있어서, 상기 복수의 전단 센서는 1세트의 3개의 직교축을 따르는 힘과 상기 1세트의 3개의 직교축을 중심으로 한 모멘트를 나타내는 출력 신호를 제공하기 위한 수만큼 설치되는 것인 로드 셀.
  21. 제18항에 있어서, 각 튜브는 각 대응하는 길이 방향 축에 대해서 수직 방향으로 8각형 단면인 것인 로드 셀.
  22. 제21항에 있어서, 상기 8각형은 대체로 동일한 길이의 8개의 측면을 포함하는 것인 로드 셀.
  23. 제18항에 있어서, 각 튜브의 상기 평평한 표면들 사이를 연장하는 외면 부분은 굴곡된 것인 로드 셀.
  24. 힘과 모멘트를 복수의 방향으로 전달하는 로드 셀 몸체를 제조하는 방법에 있어서,
    강성 중앙 허브, 상기 허브와 동심인 강성 환상 링, 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 연장하는 적어도 3개의 반경 방향 부재를 갖는 일체의 어셈블리를 단일의 재료 블록으로부터 제조하는 단계로써, 소성 부재는 각 반경 방향 부재의 단부와 상기 환상 링 사이를 연장하고, 상기 소성 부재는 각 대응하는 반경 방향 부재를 각 반경 방향 부재의 대응하는 길이 방향 축을 따라 변위하도록 유연한 상기 제조 단계와,
    각 반경 방향 부재 내에 대응하는 길이 방향 축을 따라 보어를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 로드 셀의 감도는 상기 반경 방향 부재에 형성된 보어의 직경의 함수인 것인 로드 셀 몸체 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제조 단계는 상기 반경 방향 부재에 형성된 대응하는 보어와 함께 정합되는 개구를 상기 환상 링 내에 형성하는 단계를 포함하는 것인 로드 셀 몸체 제조 방법.
  26. 제24항에 있어서, 각 반경 방향 부재의 외면은 실질적으로 원통형인 것인 로드 셀 몸체 제조 방법.
  27. 제24항에 있어서, 각 반경 방향 부재의 외면은 평표면을 포함하는 것인 로드 셀 몸체 제조 방법.
  28. 힘과 모멘트를 복수의 방향으로 전달하는 로드 셀 몸체에 있어서,
    상기 로드 셀 몸체는 일체형 어셈블리를 포함하며, 상기 일체형 어셈블리는,
    강성 중앙 허브와,
    상기 중앙 허브와 동심이고 복수의 개구가 형성된 강성 환상 링과,
    대응하는 길이 방향 축을 따라 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 반경 방향으로 연장되고 각 반경 방향 튜브의 외면이 복수의 대향하는 평표면을 포함하는 적어도 3개의 반경 방향 튜브와,
    상기 반경 방향 튜브의 각 단부와 상기 환상 링 사이를 연장하고, 대응하는 길이 방향 축을 따라 각 대응하는 반경 방향 튜브가 변위하도록 유연한 소성 부재와,
    선택된 반경 방향 튜브의 왜곡을 측정하기 위해서 상기 선택된 반경 방향 튜브 상에 장착되고 복수의 대향하는 평표면의 각각에 장착된 전단 센서를 포함하는 왜곡 센서를 갖는 로드 셀 몸체.
  29. 제28항에 있어서, 상기 외면의 각각은 반대 방향으로 향한 제1 세트의 평행한 평표면과, 반대 방향으로 향한 제2 세트의 평표면을 포함하고, 상기 제2 세트의 평표면은 상기 제1 세트의 평표면에 대해서 실질적으로 직교하여, 상기 제1 세트의 평표면과 상기 제2 세트의 평표면은 각 대응하는 길이 방향 축을 중심으로 하여 번갈아 배치되고, 상기 전단 센서는 상기 제1 세트의 평표면과 상기 제2 세트의 평표면에 장착되는 것인 로드 셀 몸체.
  30. 제28항에 있어서, 상기 외면의 각각은 상기 제1 세트의 각 평표면과, 이웃하는 상기 제2 세트의 평표면 사이에서 연장하는 하나의 평표면을 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  31. 제28항에 있어서, 상기 외면의 각각은 상기 제1 세트의 각 평표면과, 이웃하는 상기 제2 세트의 평표면 사이에서 연장하는 평표면들을 포함하는 것인 로드 셀 몸체.
  32. 제28항에 있어서, 상기 외면의 각각은 8각형인 것인 로드 셀 몸체.
  33. 제28항에 있어서, 제1 세트의 전단 센서는 상기 제1 세트의 평표면 상에 장착되어 각 튜브용 제1 전단 감지 회로를 형성하고, 제2 세트의 전단 센서는 상기 제2 세트의 평표면 상에 장착되어 각 튜브용 제2 전단 감지 회로를 형성하는 것인 로드 셀 몸체.
  34. 제33항에 있어서, 4개의 반경 방향 튜브는 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 연장되고, 제1 쌍의 반경 방향 튜브는 제1 축 상에 실질적으로 정합되며, 제2 쌍의 튜브는 제2 축 상에 실질적으로 정합되고, 상기 제1 축은 상기 제2 축에 실질적으로 직교하는 것인 로드 셀 몸체.
  35. 힘이나 모멘트의 선택된 성분을 측정하는 로드 셀에 있어서,
    상기 로드 셀은,
    강성 중앙 허브와,
    상기 중앙 허브와 동심인 강성 환상 링과,
    대응하는 길이 방향 축을 따라 상기 중앙 허브로부터 상기 환상 링까지 반경 방향으로 연장하고, 상기 길이 방향 축에 대해서 수직한 부분에 비장방형 외면을 각각 가지며, 응력을 집중시키기 위해서 벽 두께가 얇은 4개의 이격된 벽부를 각각 포함하는 복수의 반경 방향 튜브와,
    상기 반경 방향 튜브의 각 단부와 상기 환상 링 사이에 연장하고, 각 대응하는 반경 방향 튜브가 대응하는 길이 방향 축을 따라 변위하도록 유연한 소성 부재와,
    각 반경 방향 튜브에서 얇은 두께의 상기 벽부의 상기 평평한 표면 상에 장착되어 이들 부분의 왜곡을 나타내는 출력 신호를 제공하는 복수의 전단 센서를 포함하는 것인 로드 셀.
  36. 힘이나 모멘트를 직교 좌표계에 관하여 감지하는 로드 셀에 있어서,
    상기 로드 셀은,
    강성 중앙 부재와, 강성 환상 링과, 상기 중앙 부재를 상기 환상 링에 결합하도록 반경 방향으로 연장하는 복수의 반경 방향 부재를 포함하는 로드 셀 몸체와,
    상기 대응하는 반경 방향 부재 상에서 제1 세트의 감지 요소로만 형성되고, 상기 중앙 부재와 상기 환상 링 사이에, 대응하는 반경 방향 부재를 통해 제1 방향으로 미치는 제1 힘에 응답하여 제1 출력 신호를 제공하는 제1 감지 회로와, 상기 대응하는 반경 방향 부재 상에서 제2 세트의 감지 요소로만 형성되고, 상기 중앙 부재와 상기 환상 링 사이에, 대응하는 반경 방향 부재를 통해 상기 제1 방향에 대해서 실질적으로 수직한 제2 방향으로 미치는 제2 힘에 응답하여 제2 출력 신호를 제공하는 제2 감지 회로가 각 반경 방향 부재에 설치된 복수의 감지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  37. 제36항에 있어서, 각 제1 감지 회로는 전단 응력 감지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  38. 제37항에 있어서, 각 제2 감지 회로는 전단 응력 감지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  39. 제36항에 있어서, 각 제1 감지 회로는 휨 감지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  40. 제39항에 있어서, 각 제2 감지 회로는 휨 감지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  41. 제36항에 있어서, 상기 복수의 반경 방향 부재는 3개의 반경 방향 부재를 포함하는 것인 로드 셀.
  42. 제41항에 있어서, 상기 복수의 반경 방향 부재는 4개의 반경 방향 부재를 포함하는 것인 로드 셀.
  43. 제42항에 있어서, 상기 4개의 반경 방향 부재는 2개의 수직한 축을 따라 연장하는 것인 로드 셀.
  44. 제36항에 있어서, 각 반경 방향 부재는 튜브를 포함하는 것인 로드 셀.
  45. 제36항에 있어서, 상기 제1 감지 회로의 각각은 휘트스톤 브리지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제2 감지 회로의 각각은 휘트스톤 브리지 회로를 포함하는 것인 로드 셀.
  47. 제36항에 있어서, 상기 환상 링은 공통 중앙 축에 관하여 상기 중앙 부재를 중심으로 하여 동심으로 위치 결정되고, 상기 제2 방향의 각각은 공통 중앙 축에 대응하는 것인 로드 셀.
  48. 제47항에 있어서, 상기 감지 회로의 각각으로부터의 출력 신호의 각각을 수신하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제2 감지 회로로부터의 출력 신호이 각각을 조합함으로써 공통 중앙 축을 따른 힘을 계산하는 것인 로드 셀.
  49. 제48항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 2개의 제1 감지 회로로 이루어지는 제1 세트로부터의 출력 신호를 조합함으로써 공통 중앙 축에 대해서 수직한 제1 축에 따르는 힘을 계산하고, 상기 제어기는 적어도 2개의 제1 감지 회로로 이루어지는 제2 세트로부터의 출력 신호를 조합함으로써 공통 중앙 축과 제1 축에 대해서 수직한 제2 축에 따르는 힘을 계산하고, 적어도 2개의 제1 감지 회로로 이루어지는 제2 세트는 적어도 2개의 제1 감지 회로로 이루어지는 제1 세트와 상이한 것인 로드 셀.
  50. 제49항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 감지 회로의 출력 신호로부터 상기 공통 중앙 축을 중심으로 한 모멘트를 계산하는 것인 로드 셀.
  51. 제50항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 2개의 제1 감지 신호로 이루어지는 제1 세트와 적어도 2개의 제1 감지 신호로 이루어지는 상기 제2 세트의 출력 신호로부터 공통 중앙 축을 중심으로 한 모멘트를 계산하는 것인 로드 셀.
  52. 제49항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 2개의 제2 감지 회로로 이루어지는 제1 세트로부터의 출력 신호를 조합함으로써 상기 제1 축을 중심으로 한 모멘트를 계산하고, 상기 제어기는 적어도 2개의 제2 감지 회로로 이루어지는 제2 세트로부터의 출력 신호를 조합함으로써 상기 제2 축을 중심으로 한 모멘트를 계산하며, 적어도 2개의 제2 감지 회로로 이루어지는 제2 세트는 적어도 2개의 제2 감지 회로로 이루어지는 제1 세트와 상이한 것인 로드 셀.
  53. 제52항에 있어서, 상기 복수의 반경 방향 부재는 4개의 반경 방향 부재를 포함하는 것인 로드 셀.
  54. 제51항에 있어서, 상기 복수의 반경 방향 부재는 4개의 반경 방향 부재를 포함하는 것인 로드 셀.
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