JP2656599B2 - Rotary load sensor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機構その他種々の機械における回転機
構に生じるスラスト、又はスラストとトルクを検出する
回転機構の荷重センサに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load sensor for a rotating mechanism that detects a thrust or a thrust and a torque generated in a rotating mechanism of a machine mechanism or other various machines.
回転機構を有する機械において、その回転機構に生じ
る荷重(スラスト、トルク)を検出することは、当該機
械の駆動を制御する場合に不可欠である。従来、このよ
うな荷重を検出する荷重センサとしては、例えば、「機
械学会誌」第86巻,第774号,第480〜481頁に記載され
ているような、いわゆる平行平板構造を用いたトルクセ
ンサが提案されていた。しかしながら、このトルクセン
サは、回転軸のねじれ変形量を電気信号に変換するひず
みゲージが回転体と一体に回転するため、電気信号をス
リツプリングやFM発振器を介して外部に取出さねばなら
ず、このため、スリツプリングを用いることによるノイ
ズの発生により検出精度が低下し、又はFM発振器を用い
ることによりトルクセンサが高価になるのを避けること
はできなかつた。In a machine having a rotating mechanism, detecting a load (thrust, torque) generated in the rotating mechanism is indispensable when controlling driving of the machine. Conventionally, as a load sensor for detecting such a load, for example, a torque using a so-called parallel plate structure as described in Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 86, No. 774, pp. 480-481, has been proposed. Sensors have been proposed. However, in this torque sensor, since the strain gauge that converts the amount of torsional deformation of the rotating shaft into an electric signal rotates integrally with the rotating body, the electric signal must be extracted to the outside via a slip ring or an FM oscillator. For this reason, it has been impossible to avoid a decrease in detection accuracy due to the generation of noise due to the use of the slip ring, or an increase in the cost of the torque sensor due to the use of the FM oscillator.
このような不具合を解消するトルクセンサが、特開昭
61−76927号公報に提案されている。このトルクセンサ
の概略を第3図により説明する。第3図は従来のトルク
センサの断面図である。図で、4は本体であって、該本
体4には軸受5,6を介して第1の回転軸7と第2の回転
軸8がそれぞれ回転自在に支承されている。これら回転
軸7,8の軸心は同一線上にあり、また両回転軸7,8はいず
れもスラスト方向へ変位しないように規制されている。A torque sensor that solves such a problem is disclosed in
61-76927. The outline of this torque sensor will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view of a conventional torque sensor. In the figure, reference numeral 4 denotes a main body, on which a first rotating shaft 7 and a second rotating shaft 8 are rotatably supported via bearings 5 and 6, respectively. The axes of the rotating shafts 7, 8 are on the same line, and both the rotating shafts 7, 8 are regulated so as not to be displaced in the thrust direction.
第4図は前記第1の回転軸7の詳細を示す側面図、第
5図は第4図のB−B線断面図であり、これらの図に示
すように、第1の回転軸7の左端部には、四角柱状の伝
達部9aと薄肉平板状の第1の斜平板部9bとを介して第1
のリング9が連設されている。伝達部9aは第1の回転軸
7の外周面より放射状に3本延びており、第1の斜平板
部9bは各伝達部9aの先端部分と第1のリング9とを連通
するように相対向して2枚ずつ、合計で6枚設けられて
おり、各第1の斜平板部9bは第1の回転軸7の軸心に対
して所定角度θをもつて傾斜している。FIG. 4 is a side view showing the details of the first rotary shaft 7, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. At the left end, a first rectangular plate-shaped transmitting portion 9a and a thin flat plate-shaped first slanted flat plate portion 9b are used.
Are connected in series. The three transmitting portions 9a extend radially from the outer peripheral surface of the first rotary shaft 7, and the first swash plate portions 9b are relatively opposed to each other so as to communicate the distal end portion of each transmitting portion 9a and the first ring 9. The first swash plate portion 9b is inclined at a predetermined angle θ with respect to the axis of the first rotary shaft 7.
かかる構造の第1のリング9を備えた第1の回転軸7
は、溶接やボルト等の結合手段を用いず、金属材料から
一体に作り出すことができる。以下、その加工方法の一
例を説明する。The first rotating shaft 7 having the first ring 9 having such a structure.
Can be integrally formed from a metal material without using a joining means such as welding or a bolt. Hereinafter, an example of the processing method will be described.
まず、中実の金属材料を旋盤によつて切削し、第6図
に示すように、所定寸法の第1の回転軸7と肉厚寸法が
Bなる第1のリング9とを備えた形状に削り出す。次
に、第1の回転軸7と第1のリング9との連結部分に、
放電加工やワイヤカツト、レーザ加工あるいはドリル加
工等により、3個の眉形の孔10(第5図参照)をあけ、
各孔10の間に残された部分において第1の回転軸7と第
1のリング9とが連結されるように加工する。最後に、
第1のリング9周壁の3ケ所に、外方から前記孔10に向
かつて新たな透孔11を放電加工やドリル加工等によりあ
ける。これら透孔11は、1ケ所につき所定の肉厚Tを残
して2個ずつ、合計で6個あけられ、これにより、四角
柱状の伝達部9aと、長さと幅と厚さ寸法がそれぞれL,B,
Tである第1の斜平板部9bとが形成される(第5図及び
第6図参照)。First, a solid metal material is cut by a lathe into a shape having a first rotating shaft 7 having a predetermined dimension and a first ring 9 having a thickness B as shown in FIG. Cut out. Next, at the connecting portion between the first rotating shaft 7 and the first ring 9,
Drill three eyebrow holes 10 (see Fig. 5) by electric discharge machining, wire cutting, laser machining, drilling, etc.
Processing is performed so that the first rotating shaft 7 and the first ring 9 are connected to each other in a portion left between the holes 10. Finally,
New through-holes 11 are drilled at three places on the peripheral wall of the first ring 9 from outside toward the holes 10 by electric discharge machining, drilling, or the like. These through-holes 11 are formed two by two, leaving a predetermined thickness T at one place, so that a total of six holes are formed, and a rectangular columnar transmission part 9a and length, width, and thickness dimensions are L, B,
A first inclined flat plate portion 9b of T is formed (see FIGS. 5 and 6).
第3図に戻つて、前記第2の回転軸8の右端部には、
四角柱状の伝達部12aと薄肉平板状の第2の斜平板部12b
とを介して第2のリング12が連設されている。伝達部12
aは第2の回転軸8の外周面より放射状に3本延びてお
り、第2の斜平板部12bは、各伝達部12aの先端部分と第
2のリング12とを連通するように相対向して2枚ずつ、
合計6枚設けられているが、いずれも第1の斜平板部9b
と傾斜角度の絶対値が等しく傾斜方向が反対、すなわち
軸心に対して−θなる角度をもつて傾斜している。これ
ら第2の回転軸8、伝達部12a、第2の斜平板部12b、第
2のリング12も、前述した第1の回転軸7側と同様の加
工方法によつて金属材料から一体に作り出され、第1の
リング9と第2のリング12とは対向面の凹凸を利用して
精度良くはめ合わされた状態で溶接13等により固着され
ている。Returning to FIG. 3, at the right end of the second rotating shaft 8,
A quadrangular prism-shaped transmission portion 12a and a thin flat plate-shaped second inclined plate portion 12b
A second ring 12 is provided continuously through the first and second rings. Transmission unit 12
a extends three radially from the outer peripheral surface of the second rotating shaft 8, and the second inclined plate portions 12 b are opposed to each other so as to communicate the tip portion of each transmission portion 12 a and the second ring 12. And two at a time,
A total of six sheets are provided, but all of them are the first oblique flat plate part 9b.
And the absolute value of the tilt angle is equal and the tilt direction is opposite, that is, the tilt angle is −θ with respect to the axis. The second rotating shaft 8, the transmitting portion 12a, the second swash plate portion 12b, and the second ring 12 are also integrally formed from a metal material by the same processing method as the first rotating shaft 7 described above. The first ring 9 and the second ring 12 are fixed by welding 13 or the like in a state where the first ring 9 and the second ring 12 are accurately fitted to each other by utilizing the unevenness of the facing surface.
14は磁気式あるいは光学式などの非接触形変位計であ
つて、該変位計14は検出部14aが第1のリング9の端面
と対向するように前記本体4の内部に取付けられてい
る。前記一体化されたリング9,12のスラスト方向の微少
変位は変位計14によつて検出され、変位計14への入出力
動作はコード15を介して本体4の外部から行われる。な
お、第1の回転軸7には回転駆動源、例えばモータ、第
2の回転軸8には回転体、例えばドリル等の工具が連結
されている。Numeral 14 denotes a non-contact type displacement meter such as a magnetic type or an optical type. The displacement meter 14 is mounted inside the main body 4 so that the detecting portion 14a faces the end face of the first ring 9. The minute displacement of the integrated rings 9 and 12 in the thrust direction is detected by a displacement meter 14, and input / output operations to the displacement meter 14 are performed from outside the main body 4 via a cord 15. The first rotary shaft 7 is connected to a rotary drive source, for example, a motor, and the second rotary shaft 8 is connected to a rotary body, for example, a tool such as a drill.
このように構成されたトルクセンサにおいて、今、第
1の回転軸7が回転駆動され、第1の回転軸7と第2の
回転軸8との間でトルクM0か伝達されるものとすると、
該トルクM0は、第1の回転軸7→伝達部9a→第1の斜平
板9b→第1のリング9→第2のリング12→第2の斜平板
12b→伝達部12a→第2の回転軸8へと伝達される。In the torque sensor configured as described above, it is assumed that the first rotating shaft 7 is driven to rotate, and the torque M 0 is transmitted between the first rotating shaft 7 and the second rotating shaft 8. ,
The torque M 0 is applied to the first rotating shaft 7 → the transmitting portion 9a → the first swash plate 9b → the first ring 9 → the second ring 12 → the second swash plate.
12b → the transmission section 12a → the transmission to the second rotating shaft 8.
このような構造において、両回転軸7,8の間でトルクM
0が伝達されると、両リング9,12は、変位量δだけスラ
スト方向に変位する。この変位量は次式で表される。In such a structure, the torque M between the rotating shafts 7 and 8 is
When 0 is transmitted, both rings 9, 12 are displaced in the thrust direction by a displacement amount δ. This displacement is expressed by the following equation.
ここで、 r:軸心から斜平板部9b,12bの半径方向の中心までの距離 l:斜平板部9b,12bの長さ b:斜平板部9b,12bの幅 t:斜平板部9b,12bの厚さ n:斜平板部9b,12bのそれぞれの枚数 E:斜平板部9b,12bの弾性係数 θ:斜平板部9b,12bと回転軸7,8の軸心とのなす角度 である。かかる変位量δを変位計14で測定することによ
りトルクM0を検出できる。そして、変位計14が固定部で
ある本体4に設けられているので、検出信号を外部に取
出すためスリツプリングを設けたり、FM発振器を使用す
る必要はなく、前述の不具合は完全に解消される。 Here, r: distance from the axis to the radial center of the inclined plate portions 9b, 12b l: length of the inclined plate portions 9b, 12b b: width of the inclined plate portions 9b, 12b t: inclined plate portion 9b, Thickness of 12b n: Number of each of swash plate portions 9b, 12b E: Elastic coefficient of swash plate portions 9b, 12b θ: Angle formed between swash plate portions 9b, 12b and axes of rotating shafts 7, 8 . It can detect the torque M 0 by measuring such displacement δ in displacement meter 14. Since the displacement gauge 14 is provided on the main body 4 as a fixed portion, there is no need to provide a slip ring for taking out a detection signal to the outside or use an FM oscillator, and the above-mentioned problem is completely solved. .
ところで、上記トルクセンサが適用される機械のうち
には、第2の回転軸8に取付けられる回転体に作用する
スラストの大きさをも当該機械の制御要因とし、より一
層好ましい制御を行なうことを要望されるものがある。
例えば、当該機械がドリル,グラインダ等の工作機械で
ある場合、その工具(上記回転体)の異常検出や加工の
力制御を確実に行なうため、スラストの大きさを検出す
ることは重要である。しかしながら、上記トルクセンサ
では当然ながらスラストを検出することはできず、又、
他の荷重センサにあつても、スラストをも検出すること
ができる満足すべきものは提案されていない。By the way, among the machines to which the above-mentioned torque sensor is applied, the magnitude of the thrust acting on the rotating body attached to the second rotating shaft 8 is also used as a control factor of the machine to perform more preferable control. Some are requested.
For example, when the machine is a machine tool such as a drill or a grinder, it is important to detect the magnitude of the thrust in order to reliably detect the abnormality of the tool (the rotating body) and control the processing force. However, the above-described torque sensor cannot naturally detect thrust, and
No other load sensors have been proposed which can also detect thrust.
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、回転体に作用するスラストとトルク、又はスラスト
のみを、ノイズ発生のおそれなく、かつ安価な構成によ
り検出することができる回転機構の荷重センサを提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to detect a thrust and a torque acting on a rotating body or only a thrust by a low-cost configuration without fear of noise generation and a load sensor for a rotating mechanism. Is to provide.
上記の目的を達成するため、本発明のうちの第1の発
明は、本体に支承され回転駆動源に連結される第1の回
転軸と、前記回転駆動源により駆動される回転体と、こ
の回転体を連結する第2の回転軸と、前記第1の回転軸
端と前記第2の回転軸端との間に介在する荷重センサと
を備えた回転機構において、前記荷重センサを、前記第
1の回転軸からの径方向に伸びた腕にその軸心に対して
所定角度傾斜して固定された複数の第1の斜平板と、前
記第2の回転軸から径方向に伸びた腕にその軸心に対し
て前記所定角度と異なる角度傾斜して固定された複数の
第2の斜平板と、前記各第1の斜平板と前記各第2の斜
平板とを連結するリングと、このリング端面に対向して
前記本体に設置され前記リングのスラスト方向の変位を
検出する第1の非接触変位計と、前記第2の回転軸に連
結された板体と、この板体に対向して前記本体に設置さ
れた前記板体のスラスト方向の変位を検出する第2の非
接触形変位計とで構成し、これにより前記回転体に作用
するトルクおよびスラストを検出することを特徴とす
る。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a first rotary shaft supported by a main body and connected to a rotary drive source, a rotary body driven by the rotary drive source, In a rotating mechanism including a second rotating shaft that connects a rotating body, and a load sensor interposed between the first rotating shaft end and the second rotating shaft end, the load sensor includes the second rotating shaft and the second rotating shaft. A plurality of first swash plates fixed to an arm extending in a radial direction from one rotation axis at a predetermined angle with respect to the axis thereof; and an arm extending in a radial direction from the second rotation axis. A plurality of second swash plates fixed at an angle different from the predetermined angle with respect to the axis, a ring connecting each of the first swash plates and each of the second swash plates, A first non-contacting device which is disposed on the main body so as to face a ring end face and detects displacement of the ring in a thrust direction; A displacement meter, a plate connected to the second rotating shaft, and a second non-contact displacement meter configured to detect a displacement in a thrust direction of the plate installed on the main body facing the plate. And detecting the torque and the thrust acting on the rotating body.
又、第2の発明は、上記第1の発明において、前記第
1の非接触形変位計を除去し、前記第2の非接触形変位
計の演出値により、前記回転体に作用するスラストを検
出することを特徴とする。According to a second aspect, in the first aspect, the first non-contact type displacement meter is removed, and the thrust acting on the rotating body is determined by the effect value of the second non-contact type displacement meter. It is characterized by detecting.
上記第1の発明においては、回転体にトルクおよびス
ラストが同時に作用すると、第1の斜平板と第2の斜平
板にトルクによるたわみおよびスラストによるたわみが
生じ、これにより、リング、第2の回転軸および板体が
スラスト方向に変位する。この変位の大きさを第1の非
接触形変位計および第2の非接触形変位計で検出し、そ
れらの検出値に基づいてトルクとスラストの大きさがそ
れぞれ分離して算出される。In the first aspect, when the torque and the thrust act on the rotating body simultaneously, the first swash plate and the second swash plate are bent by the torque and bent by the thrust, whereby the ring and the second rotating plate are rotated. The shaft and the plate are displaced in the thrust direction. The magnitude of the displacement is detected by the first non-contact displacement meter and the second non-contact displacement meter, and the magnitude of the torque and the magnitude of the thrust are calculated separately based on the detected values.
上記第2の発明においては、回転体にスラストが作用
したとき、第1の斜平板と第2の斜平板にたわみを生
じ、このたわみにより板体がスラスト方向に変位する。
この変位を板体に対向する非接触形変位計により検出
し、その検出値に基づいてスラストの大きさが算出され
る。In the second aspect, when a thrust acts on the rotating body, the first and second swash plates bend, and the deflection displaces the plate in the thrust direction.
This displacement is detected by a non-contact displacement meter facing the plate, and the magnitude of thrust is calculated based on the detected value.
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments.
第1図は本発明の実施例に係るトルク・スラストセン
サの断面図である。図で、第3図に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。16は第2の回転
軸8に固定された円板、17は本体4に固定された非接触
形変位計である。この変位計17はその検出部17aが円板1
6と対向するように設置されている。15′は変位計17に
接続され本体外部に引出されるコードである。FIG. 1 is a sectional view of a torque / thrust sensor according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. Reference numeral 16 denotes a disk fixed to the second rotation shaft 8, and reference numeral 17 denotes a non-contact type displacement meter fixed to the main body 4. This displacement meter 17 has a detection unit 17a whose disk 1
It is installed to face 6. 15 'is a cord connected to the displacement meter 17 and drawn out of the main body.
次に、本実施例の動作を第2図を参照しながら説明す
る。第1の回転軸7と第2の回転軸8の間にトルクが伝
達された場合の動作には、前記公開公報に詳述されてい
るので説明は省略する。一方、第1の回転軸7と第2の
回転軸8の間にスラスト方向の力F0が伝達された場合の
動作を第2図に示すベクトル図を参照しながら以下に考
察する。上記力F0が伝達されるとき、各斜平板部9b,12b
の1枚には第2図に示すように、F0/nの力が各回転軸7,
8の軸方向に作用し、これにより各斜平板部9b,12bはそ
れら斜平板の薄肉方向にたわむ。この場合、斜平板部9
b,12bに垂直な方向の分力Wは、第2図に示すように、 となる。ところで、斜平板部9b,12bのたわみ量v1は、斜
平板の断面2次モーメントをIとすると上記公報に示す
ように であり、又、当該断面2次モーメントIは で表わされるので、結局、力F0が作用したときの斜平板
部9b,12bのたわみ量v2は となる。このときのリング10のスラスト方向の変位量δ
Fは となる。上記たわみ量v2および変位量δFが第2図に示
されている。上記(6)式において、値b,t,l,E,n,θは
いずれも既知であるから、変位計14によりリング9,12の
スラスト方向の変位量δFを測定することにより、力F0
を算出することができる。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The operation when the torque is transmitted between the first rotating shaft 7 and the second rotating shaft 8 is described in detail in the above-mentioned publication, so that the description is omitted. On the other hand, the operation when the thrust force F 0 is transmitted between the first rotating shaft 7 and the second rotating shaft 8 will be discussed below with reference to the vector diagram shown in FIG. When the force F 0 is transmitted, the swash plate portion 9b, 12b
As shown in FIG. 2, a force of F 0 / n is applied to each of the rotating shafts 7,
Acting in the axial direction of 8, the slanted plate portions 9b and 12b bend in the thin direction of the slanted plate portions. In this case, the oblique flat plate part 9
Component force W in the direction perpendicular to b and 12b is, as shown in FIG. Becomes Meanwhile, the oblique flat portion 9b, the deflection amount v 1 and 12b is the second moment of the oblique flat plate as shown in the above publication is I And the second moment of area I is In the end, the deflection amount v 2 of the oblique plate portions 9b and 12b when the force F 0 is applied is Becomes The displacement amount δ of the ring 10 in the thrust direction at this time
F is Becomes The deflection amount v 2 and the displacement amount [delta] F is shown in Figure 2. In the above (6), the values b, t, l, E, n, since θ is known either by measuring the thrust direction of the displacement of [delta] F of the ring 9, 12 by the displacement gauge 14, the force F 0
Can be calculated.
以上は、力F0が作用したときの変位計14のみによる検
出動作の考察であり、一方、トルクM0が作用したときの
変位計14のみによる検出動作は前記公報に記載されてい
る。そこで、今度は、トルクM0が作用した場合の変位計
14および変位計17の検出動作と、力F0が作用したときの
変位計14および変位計17の検出動作とを以下に考察す
る。The above is a consideration of the detection operation using only the displacement meter 14 when the force F 0 is applied. On the other hand, the detection operation using only the displacement meter 14 when the torque M 0 is applied is described in the above publication. Therefore, this time, the displacement meter when the torque M 0 is applied
The detection operation of the displacement meter 14 and the displacement meter 17 and the detection operation of the displacement meter 14 and the displacement meter 17 when the force F 0 acts will be described below.
第1の回転軸7と第2の回転軸8との間にトルクM0の
みが作用した場合、リング9,12は前述のようにスラスト
方向に変位するものの、第1の回転軸7と第2の回転軸
8にはスラスト方向の変位は生じない。したがつて、ト
ルクM0が作用したときの変位計14の検出変位量を
δ14M、変位計17の検出変位量をδ17Mとすると、 δ14M=C1・M0 ……(7) ただし、 δ17M=0 ……(9) となる。If only torque M 0 is applied between the first rotary shaft 7 and the second rotary shaft 8, although the ring 9, 12 is displaced in the thrust direction as described above, the first rotary shaft 7 first No displacement in the thrust direction occurs on the second rotating shaft 8. Was but connexion, 14M the detected amount of displacement of the displacement meter 14 at the time when the torque M 0 acts [delta], when the detected amount of displacement of the displacement meter 17 and δ 17M, δ 14M = C 1 · M 0 ...... (7) provided that , δ 17M = 0 (9)
一方、第1の回転軸7と第2の回転軸8との間に力F0
のみが作用した場合、第1の回転軸7とリング9,12との
スラスト方向の相対変位量と、第2の回転軸8とリング
9,12とのスラスト方向の相対変位量とは等しい値とな
り、この値δFは(6)式に示される値となる。したが
つて、力F0が作用したときの変位計14の検出変位量をδ
14F、変位計17の検出変位量をδ17Fとすると、 ただし、 となる。On the other hand, a force F 0 is applied between the first rotating shaft 7 and the second rotating shaft 8.
When only the first rotating shaft 7 acts, the relative displacement of the first rotating shaft 7 and the rings 9 and 12 in the thrust direction and the second rotating shaft 8 and the ring
Becomes equal to the thrust direction of the relative displacement amount between 9,12, this value [delta] F is the value shown in equation (6). Therefore, when the force F 0 is applied, the detected displacement of the displacement meter 14 is δ
14F , and the detected displacement of the displacement meter 17 is δ 17F , However, Becomes
さて、以上の考察から、第1の回転軸7と第2の回転
軸8との間に任意のトルクM0と任意のスラストF0が同時
に作用した場合、変位計14の検出変位量δ14および変位
計17の検出変位量δ17から、当該トルクM0およびスラス
トF0を分離して検出することが可能であることが判る。From the above considerations, when an arbitrary torque M 0 and an arbitrary thrust F 0 simultaneously act between the first rotation shaft 7 and the second rotation shaft 8, the detected displacement amount δ 14 of the displacement meter 14 and the detected amount of displacement [delta] 17 of displacement gauge 17, it can be seen that it is possible to detect and separate the torque M 0 and the thrust F 0.
以下、その方法を説明する。 Hereinafter, the method will be described.
値δ14,δ17がそれぞれトルクM0とスラストF0による
ものとすると、各値δ14,δ17は次式のように表すこと
ができる。The value [delta] 14, the [delta] 17 is assumed by the torque M 0 and the thrust F 0, respectively, the values [delta] 14, [delta] 17 can be expressed by the following equation.
δ14=δ14M+δ14F ……(12) δ17=δ17M+δ17F ……(13) (12)式、(13)式に(7)式(9)式、(10)式を
代入すると、 δ14=C1・M0+C2・F0 ……(14) δ17=2・C2・F0 ……(15) そして、(14)式および(15)式を解くことにより、 となる。即ち、第1図に示す本実施例の構成により、変
位計14,17の各検出値に基づいて、両回転軸7,8間に同時
に作用したトルクM0とスラストF0とを分離して求めるこ
とができる。δ 14 = δ 14M + δ 14F (12) δ 17 = δ 17M + δ 17F (13) Substituting equations (7), (9), and (10) into equations (12) and (13) , Δ 14 = C 1 · M 0 + C 2 · F 0 (14) δ 17 = 2 · C 2 · F 0 (15) Then, by solving the equations (14) and (15), Becomes That is, according to the configuration of the present embodiment shown in FIG. 1, the torque M 0 and the thrust F 0 simultaneously acting between the two rotating shafts 7 and 8 are separated based on the detected values of the displacement meters 14 and 17. You can ask.
ここで、現実には、各斜平板部9b,12bの肉厚、板幅の
加工誤差、傾き角θのばらつき等が存在するため、
(7),(8),(9)式が正確に成立つとは限らな
い。そこで、このトルク・スラストセンサを次のように
して校正すればトルクおよびスラストをそれぞれ正確に
検出することができる。即ち、まず、大きさが既知であ
るトルクM0のみを作用させ、そのときの変位計14,17の
実際の測定値δ14M,δ17Mを求め、これらを前記
(7),(9)式に代わる次式(18),(19)式に代入
する。Here, in reality, since there is a processing error in the wall thickness and plate width of each of the inclined plate portions 9b and 12b, a variation in the inclination angle θ, and the like,
Equations (7), (8), and (9) are not always true. Therefore, if the torque / thrust sensor is calibrated as follows, the torque and the thrust can be accurately detected. That is, first, only the torque M 0 having a known magnitude is applied, and the actual measured values δ 14M and δ 17M of the displacement meters 14 and 17 at that time are obtained, and these are calculated by the above equations (7) and (9). Into the following equations (18) and (19) instead of
δ14M=C3・M0 ……(18) δ17M=C4・M0 ……(19) なお、C3,C4はある定数である。そして、定数C4は
(9)式に示すように理論的には0であるが、前記加工
誤差等が存在すると必ずしも0とはならない。 δ 14M = C 3 · M 0 ...... (18) δ 17M = C 4 · M 0 ...... (19) In addition, C 3, C 4 is some constant. Then, the constant C 4 is equal to 0 theoretically, as shown in (9), not always 0 when the processing error or the like is present.
次に、大きさが既知であるスラストF0のみを作用さ
せ、そのときの変位計14,17の実際の測定値δ14F,δ17F
を求め、これらを前記(10)式に代わる次式(20),
(21)式に代入する。Next, only the thrust F 0 having a known size is actuated, and the actual measured values δ 14F and δ 17F of the displacement meters 14 and 17 at that time are applied.
, And these are replaced by the following equations (20),
Substitute in equation (21).
δ14F=C5・F0 ……(20) δ17F=C6・F0 ……(21) なお、C5,C6はある定数である。そして、定数C5,C6は
(10)式に示すように理論的には等しい値であるが、前
記加工誤差等が存在すると必ずしも等しくはならない。 δ 14F = C 5 · F 0 ...... (20) δ 17F = C 6 · F 0 ...... (21) In addition, C 5, C 6 is some constant. Although the constants C 5 and C 6 are theoretically equal as shown in the equation (10), they do not always become equal when the processing error or the like exists.
以上、(19)〜(21)式により、定数C3,C4,C5,C6を
求めることができる。一方、(18)〜(21)式を(1
2),(13)式に代入してその解を求めると次式のよう
になる。As described above, the constants C 3 , C 4 , C 5 , and C 6 can be obtained from the equations (19) to (21). On the other hand, equations (18) to (21) are
Substituting into equations (2) and (13) and finding the solution gives:
定数C3〜C6は前述のように既知であるので、結局、
(22),(23)式によりトルクM0とスラストF0とを分離
して求めることができる。 Since the constant C 3 -C 6 are known, as described above, after all,
According to equations (22) and (23), the torque M 0 and the thrust F 0 can be obtained separately.
このように、本実施例では、新らたに第2の回転軸に
円板を固定するとともにこの円板に対向して他の変位計
を設け、2つの変位計の検出値に基づいて所定の演算を
行なうようにしたので、両回転軸に同時に作用するとト
ルクとスラストを、ノイズ混入のおそれもなく、かつ、
安価な構成で分離して求めることができる。これによ
り、例えば、ドリルによる穴明け加工におけるトルクお
よびスラストの制御、穴の貫通の瞬間的検出、ドリル破
損の瞬時検出等を行なうことが可能となる。さらに、例
えば、第2の回転軸の先端にグラインダを結合した場
合、グラインダの押付け力と研削トルクとを同時検出す
ることができ、グラインダの自動制御を極めて良好に行
なうことができる。As described above, in the present embodiment, a disk is newly fixed to the second rotating shaft and another displacement meter is provided to face the disk, and a predetermined value is determined based on the detection values of the two displacement meters. , The torque and thrust acting on both rotating shafts at the same time will not cause noise mixing, and
It can be obtained separately with an inexpensive configuration. Thereby, for example, it is possible to perform control of torque and thrust in drilling by a drill, instantaneous detection of penetration of a hole, instantaneous detection of breakage of a drill, and the like. Further, for example, when a grinder is connected to the tip of the second rotating shaft, the pressing force of the grinder and the grinding torque can be simultaneously detected, and the automatic control of the grinder can be performed extremely well.
なお、上記実施例の説明において、(17)式から明ら
かなように、スラストのみの検出を行なうセンサを構成
する場合には、変位計17と円板16を用いればよく、この
場合、変位計14は不要となる。In the description of the above embodiment, as is apparent from the equation (17), when a sensor that detects only thrust is configured, the displacement meter 17 and the disk 16 may be used. 14 becomes unnecessary.
又、上記実施例の説明における校正方法の説明から明
らかなように、定数C3〜C6を求めさえすれば、各斜平板
の肉厚、板幅、傾き角、枚数が異なつても何等支承なく
トルク、スラストを検出することができる。Further, as apparent from the description of the calibration method in the description of the above embodiment, if only to ask for a constant C 3 -C 6, the thickness of each swash plate and the plate width, the inclination angle, the number is different connexion nothing like bearing Torque and thrust can be detected.
以上述べたように、本発明では、第2の回転軸に板体
を固定し、これに対向して第2の非接触形変位計を本体
に設置したので、回転体に同時に作用するスラストとト
ルクを、又はスラストのみを、ノイズ発生のおそれな
く、かつ安価な構成で検出することができる。As described above, in the present invention, the plate body is fixed to the second rotating shaft, and the second non-contact type displacement meter is installed on the main body in opposition to the plate body. The torque or only the thrust can be detected with a low-cost configuration without fear of generating noise.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例に係るトルク、スラストセンサ
の断面図、第2図は第1図に示すセンサの動作を説明す
るベクトル図、第3図は従来のトルクセンサの断面図、
第4図は第3図に示されるリング付き回転軸の側面図、
第5図は第4図のB−B線断面図、第6図は第4図に示
されるリング付き回転軸の加工途中段階における構造物
の断面図である。 4……本体、7……第1の回転軸、8……第2の回転
軸、9b,12b……斜平板部、9,12……リング、14,17……
変位計、16……円板。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a torque and thrust sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a vector diagram for explaining the operation of the sensor shown in FIG. 1, and FIG. Sectional view of a torque sensor,
FIG. 4 is a side view of the rotating shaft with a ring shown in FIG. 3,
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the structure of the rotary shaft with a ring shown in FIG. 4... Body, 7... First rotation axis, 8... Second rotation axis, 9b, 12b.
Displacement gauge, 16 ... Disc.
Claims (3)
1の回転軸と、前記回転駆動源により駆動される回転体
と、この回転体を連結する第2の回転軸と、前記第1の
回転軸端と前記第2の回転軸端との間に介在する荷重セ
ンサとを備えた回転機構において、前記荷重センサを、
前記第1の回転軸から径方向に伸びた腕にその軸心に対
して所定角度傾斜して固定された複数の第1の斜平板
と、前記第2の回転軸から径方向に伸びた腕にその軸心
に対して前記所定角度と異なる角度傾斜して固定された
複数の第2の斜平板と、前記各第1の斜平板と前記各第
2の斜平板とを連結するリングと、このリング端面に対
向して前記本体に接地され前記リングのスラスト方向の
変位を検出する第1の非接触形変位計と、前記第2の回
転軸に連結された板体と、この板体に対向して前記本体
に設置され前記板体のスラスト方向の変位を検出する第
2の非接触形変位計とで構成したことを特徴とする回転
機構の荷重センサ。A first rotary shaft supported by a main body and connected to a rotary drive source; a rotary body driven by the rotary drive source; a second rotary shaft connecting the rotary body; A rotation mechanism including a first rotation shaft end and a load sensor interposed between the second rotation shaft end;
A plurality of first swash plates fixed to an arm extending radially from the first rotation axis at a predetermined angle with respect to the axis thereof; and an arm extending radially from the second rotation axis. A plurality of second swash plates fixed at an angle different from the predetermined angle with respect to the axis thereof, a ring connecting the first swash plate and the second swash plate, A first non-contact type displacement meter that is grounded to the main body and detects a displacement of the ring in a thrust direction in opposition to the end face of the ring, a plate connected to the second rotation shaft, A load sensor for a rotating mechanism, comprising: a second non-contact type displacement meter that is disposed on the main body to face and detects a displacement of the plate body in a thrust direction.
1の回転軸と、前記回転駆動源により駆動される回転体
と、この回転体を連結する第2の回転軸と、前記第1の
回転軸端と前記第2の回転軸端との間に介在する荷重セ
ンサとを備えた回転機構において、前記荷重センサを、
前記第1の回転軸から径方向に伸びた腕にその軸心に対
して所定角度傾斜して固定された複数の第1の斜平板
と、前記第2の回転軸から径方向に伸びた腕にその軸心
に対して前記所定角度と異なる角度傾斜して固定された
複数の第2の斜平板と、前記各第1の斜平板と前記各第
2の斜平板とを連結するリングと、前記第2の回転軸に
連結された板体と、この板体に対向して前記本体に設置
され前記板体のスラスト方向の変位を検出する非接触計
変位形とで構成したことを特徴とする回転機構の荷重セ
ンサ。A first rotary shaft supported by the main body and connected to a rotary drive source; a rotary body driven by the rotary drive source; a second rotary shaft connecting the rotary body; A rotation mechanism including a first rotation shaft end and a load sensor interposed between the second rotation shaft end;
A plurality of first swash plates fixed to an arm extending radially from the first rotation axis at a predetermined angle with respect to the axis thereof; and an arm extending radially from the second rotation axis. A plurality of second swash plates fixed at an angle different from the predetermined angle with respect to the axis thereof, a ring connecting the first swash plate and the second swash plate, A plate connected to the second rotating shaft, and a non-contact meter displacement type that is disposed on the main body so as to face the plate and detects displacement of the plate in a thrust direction. Load sensor for rotating mechanism.
前記第2の斜平板の傾斜角度は、前記第1の斜平板の傾
斜角度と絶対値が等しく傾斜方向が反対であることを特
徴とする回転機構の荷重センサ。(3) In claim (1) or (2),
The inclination angle of the second swash plate is equal in absolute value to the inclination angle of the first swash plate, and the inclination direction is opposite to the inclination angle of the first swash plate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984089A JP2656599B2 (en) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | Rotary load sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984089A JP2656599B2 (en) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | Rotary load sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201235A JPH02201235A (en) | 1990-08-09 |
| JP2656599B2 true JP2656599B2 (en) | 1997-09-24 |
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Family Applications (1)
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| CN111855206B (en) * | 2020-08-15 | 2022-08-02 | 温岭市微米自动化设备有限公司 | Bearing fatigue detection equipment and detection method thereof |
-
1989
- 1989-01-31 JP JP1984089A patent/JP2656599B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH02201235A (en) | 1990-08-09 |
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