JPS6333647B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6333647B2 JPS6333647B2 JP56004012A JP401281A JPS6333647B2 JP S6333647 B2 JPS6333647 B2 JP S6333647B2 JP 56004012 A JP56004012 A JP 56004012A JP 401281 A JP401281 A JP 401281A JP S6333647 B2 JPS6333647 B2 JP S6333647B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- strain gauge
- bridge circuit
- strain
- main beams
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
- G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、単一体で6分力まで検出できるよう
にした多分力検出器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a multi-force detector capable of detecting up to 6 components of force in a single body.
ある物体に外部から種々の力を加えた場合、そ
の物体には最大6種類の力およびモーメントが作
用する。これらの分力を計測手段として、従来は
ロードセルを用いていた。しかしながら、ロード
セルは、力の作用系としては最も単純な方向の力
のみが加わることを前提にし、その方向の力を計
測するだけであり、計測すべき力以外の他の分力
が作用した場合には、その干渉を避けることがで
きない。他の分力の影響を少なくするため、種々
の技術的考慮がなされているけれども、完全では
ない。 When various external forces are applied to an object, up to six types of forces and moments act on the object. Conventionally, load cells have been used to measure these component forces. However, as a force action system, a load cell assumes that only the simplest direction of force is applied, and only measures the force in that direction.If a force other than the force to be measured acts on the load cell, cannot avoid that interference. Although various technical considerations have been made to reduce the effects of other component forces, they are not perfect.
本発明は、分力相互間の干渉を生じることなく
最大6分力まで精度良く検出することの可能な多
分力検出器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a multi-force detector capable of accurately detecting up to six component forces without causing interference between component forces.
この目的を達成するため、本発明に係る多分力
検出器は、間隔をおいて対向する測定側フランジ
と固定側フランジとをビームによつて接続固定
し、前記2つのフランジの配設方向をZ軸とする
X、Y、Zの3軸直交座標系を仮想したとき、各
軸方向の分力Fx,Fy,Fz及び各軸まわりの回転
モーメントMx,My,Mzの全部または一部を、
前記ビームに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ
回路によつて互いに独立して検出する多分力検出
器において、前記ビームは前記測定側フランジ及
び前記固定側フランジ上のZ軸のまわりのX軸及
びY軸上に各軸に対称に4本以上配置し、X軸上
に配置された2本の主要ビームはX軸方向で見た
厚みがY軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形
状の歪ゲージ貼着部を有し、Y軸上に配置された
2本の主要ビームはY軸方向で見た厚みがX軸方
向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ
貼着部を有し、分力Fxを検出するブリツジ回路
はY軸上に配置された2本の主要ビームの前記歪
ゲージ貼着部において剪断応力に感応するように
厚み方向の面に貼着された歪ゲージを含んで構成
し、分力Fyを検出するブリツジ回路はX軸上に
配置された2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着
部において剪断応力に感応するように厚み方向の
面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fzを検出するブリツジ回路は4本の主要ビーム
のそれぞれの歪ゲージ貼着部において直応力に感
応するように貼着された歪ゲージの組合せを含ん
で構成し、回転モーメントMxを検出するブリツ
ジ回路はY軸上に配置された2本の主要ビームの
前記歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよ
うに貼着された歪ゲージを含んで構成し、回転モ
ーメントMyを検出するブリツジ回路はX軸上に
配置された2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着
部において直応力に感応するように貼着された歪
ゲージを含んで構成し、回転モーメントMzは4
本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪
断応力に感応するように厚み方向の面に貼着され
た歪ゲージの組合せを含んで構成したことを特徴
とする。 In order to achieve this object, the multi-force detector according to the present invention connects and fixes a measuring side flange and a stationary side flange which face each other at an interval by a beam, and sets the arrangement direction of the two flanges to Z. When a three-axis orthogonal coordinate system with X, Y, and Z as axes is assumed, all or part of the component forces Fx, Fy, Fz in each axis direction and the rotational moments Mx, My, Mz around each axis,
In the multi-force detector that detects the force independently from each other by a bridge circuit using strain gauges attached to the beam, the beam has an X axis around the Z axis on the measurement side flange and the fixed side flange, and Four or more beams are arranged symmetrically on each axis on the Y-axis, and the two main beams arranged on the The two main beams, which have a strain gauge attachment part and are arranged on the Y-axis, have a strain gauge attachment part with a rectangular cross section whose thickness in the Y-axis direction is smaller than the width in the X-axis direction. The bridge circuit that detects the component force Fx has a strain gauge attached to the surface in the thickness direction so as to be sensitive to shear stress at the strain gauge attached portion of the two main beams arranged on the Y axis. The bridge circuit for detecting the component force Fy is attached to the surface in the thickness direction at the strain gauge attachment part of the two main beams arranged on the X axis so as to be sensitive to shear stress. The component force is
The bridge circuit that detects Fz includes a combination of strain gauges attached to each of the four main beams so as to be sensitive to direct stress, and the bridge circuit detects the rotational moment Mx. is composed of strain gauges attached so as to be sensitive to direct stress at the strain gauge attachment portions of the two main beams arranged on the Y axis, and the bridge circuit for detecting the rotational moment My is X. The structure includes strain gauges attached so as to be sensitive to direct stress at the strain gauge attached portions of the two main beams arranged on the axis, and the rotational moment Mz is 4.
The present invention is characterized in that the strain gauge attachment portion of the main beam of the book includes a combination of strain gauges attached to the surface in the thickness direction so as to be sensitive to shear stress.
以下実施例たる添付図面を参照し、本発明の内
容を具体的に説明する。第1図aは本発明に係る
多分力検出器の正面図、第1図bは第1図aの
C1−C1線上における断面図である。ただし、分
力検出に当つて必須の4本の主要ビーム以外のビ
ーム(例えば補強ビーム等)及び歪ゲージは省略
して示してある。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The content of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings, which are examples. Figure 1a is a front view of the multi-force detector according to the present invention, and Figure 1b is the same as Figure 1a.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line C1 - C1 . However, beams other than the four main beams (for example, reinforcement beams, etc.) and strain gauges that are essential for component force detection are omitted.
図において、1は測定側のフランジ、2は固定
側のフランジであり、これらのフランジ1,2は
間隔Kをおいて、4本の主要ビーム(以下この実
施例ではビームと称する)3〜6によつて互に接
続固定してある。 In the figure, 1 is a flange on the measurement side, 2 is a flange on the fixed side, and these flanges 1 and 2 are separated by a distance K and are connected to four main beams (hereinafter referred to as beams in this embodiment) 3 to 6. They are connected and fixed to each other by.
上記構造の多分力検出器において、ビーム4−
6方向にX軸をとり、ビーム3−5方向にY軸を
とり、フランジ1−2方向にZ軸をとり、各軸
X,Y,Z方向の分力をそれぞれ分力Fx,Fy,
Fzとし、各軸X,Y,Zのまわりの回転モーメ
ントをそれぞれMx,My,Mzとしたとする。 In the multi-force detector having the above structure, beam 4-
The X axis is taken in the 6 direction, the Y axis is taken in the beam 3-5 direction, and the Z axis is taken in the flange 1-2 direction, and the component forces in the X, Y, and Z directions of each axis are the component forces Fx, Fy,
Suppose that Fz is the rotational moment around the axes X, Y, and Z, and Mx, My, and Mz are the rotational moments around the axes X, Y, and Z, respectively.
測定側のフランジ1に分力Fyの力が作用する
と、ビール3,5は第2図aの如く変形し、ビー
ム4,6は第2図bの如くに変形する。そして各
ビーム3〜6に伝わる力は、それぞれのビームの
分力Fyに対するバネ定数に比例して按分される。
いま、説明を簡単にするため、
B1≒B2
B1≫T1、B2≫T2
とし、分力Fyに関しては、ビーム3,5の反力
を無視する。分力Fyに基づいてビーム4,6に
作用する力は、ビーム4,6を曲げるモーメント
による曲げ応力σと剪断応力τを生じさせる。第
3図a,b,cはこの場合の応力分布の状況を示
す図で、曲げ応力σの分布は第3図bのようにな
り剪断応力τの分布は第3図cのようになる。す
なわち、ビーム4,6のY軸方向の両面の中間位
置7,9では曲げ応力σは最大σnaxとなるが、剪
断応力τは零となる。またビーム4,6の幅B2
の中間位置8では曲げ応力σは零であるが、剪断
応力τは最大τnaxとなる。したがつて、中間位置
8において、Z軸に対してたとえば45度の方向に
歪ゲージを貼付けることにより、分力Fyを剪断
応力τとして検出することができる。 When a component force Fy acts on the flange 1 on the measurement side, the beers 3 and 5 are deformed as shown in FIG. 2a, and the beams 4 and 6 are deformed as shown in FIG. 2b. The force transmitted to each of the beams 3 to 6 is divided in proportion to the spring constant for the component force Fy of each beam.
Now, to simplify the explanation, it is assumed that B 1 ≒B 2 B 1 ≫T 1 and B 2 ≫T 2 , and the reaction forces of the beams 3 and 5 are ignored with respect to the component force Fy. The force acting on the beams 4 and 6 based on the component force Fy produces a bending stress σ and a shear stress τ due to the moment of bending the beams 4 and 6. FIGS. 3a, b, and c are diagrams showing the state of stress distribution in this case. The distribution of bending stress σ is as shown in FIG. 3b, and the distribution of shear stress τ is as shown in FIG. 3c. That is, at intermediate positions 7 and 9 on both sides of the beams 4 and 6 in the Y-axis direction, the bending stress σ becomes the maximum σ nax , but the shear stress τ becomes zero. Also, the width of beams 4 and 6 B 2
At an intermediate position 8, the bending stress σ is zero, but the shearing stress τ reaches a maximum of τ nax . Therefore, by attaching a strain gauge in the direction of, for example, 45 degrees to the Z axis at the intermediate position 8, the component force Fy can be detected as the shear stress τ.
分力Fxに対しては、分力Fyの場合のビーム
4,6が、ビーム3,5に代るだけで、全く同じ
考え方が成立する。 For the component force Fx, exactly the same idea holds true, only that the beams 4 and 6 in the case of the component force Fy are replaced by beams 3 and 5.
次に、第4図aに示すように、フランジ1に回
転モーメントMxが作用した場合は、ビーム3〜
6には第4図bに示すような曲げ応力σが生じ
る。すなわち、回転モーメントMxに対しては、
ビーム3,5のY軸方向の外端面10,11に最
大の曲げ応力σnaxが生じる。したがつて、ビーム
3,5の外端面10,11に歪ゲージを貼付ける
ことにより、回転モーメントMxを曲げ応力σと
して検出することができる。 Next, as shown in Fig. 4a, when the rotation moment Mx acts on the flange 1, the beam 3~
6, a bending stress σ as shown in FIG. 4b occurs. That is, for rotational moment Mx,
The maximum bending stress σ nax occurs at the outer end surfaces 10 and 11 of the beams 3 and 5 in the Y-axis direction. Therefore, by attaching strain gauges to the outer end surfaces 10, 11 of the beams 3, 5, the rotational moment Mx can be detected as the bending stress σ.
回転モーメントMyに対しては、回転モーメン
トMxの場合のビーム3,5がビーム4,6に代
るだけで、全く同じ考え方が成立する。 For the rotational moment My, exactly the same idea holds true, except that the beams 3 and 5 in the case of the rotational moment Mx are replaced by beams 4 and 6.
また、回転モーメントMzが作用した時は、各
ビーム3〜6に剪断応力が生じる。説明を簡単に
するため、
B1=B2=B
H1=H2=H
L1=L2=L
T1=T2=T
とすると、この場合の剪断力FMZは、
FMZ=MZ/2L
となり、各々のビーム3〜6については、分力
Fx,Fyと同様に剪断力が生じる。ただし、分力
Fx,Fyの場合、ビーム3とビーム5、ビーム4
とビーム6の剪断応力の方向が同じであるのに対
し、回転モーメントMzの場合、ビーム3とビー
ム5、ビーム4とビーム6の剪断応力の方向が逆
になるから、回転モーメントMzを分力Fx,Fy
から分離して、剪断力として検出することができ
る。 Further, when the rotational moment Mz is applied, shear stress is generated in each of the beams 3 to 6. To simplify the explanation, let B 1 = B 2 = B H 1 = H 2 = H L 1 = L 2 = L T 1 = T 2 = T, then the shear force F MZ in this case is F MZ = MZ/2L, and for each beam 3 to 6, the component force is
Similar to Fx and Fy, shearing force is generated. However, component force
For Fx, Fy, beam 3, beam 5, beam 4
The direction of the shear stress in beam 6 and beam 6 is the same, but in the case of rotational moment Mz, the direction of shear stress in beam 3 and beam 5, and beam 4 and beam 6 is opposite, so rotational moment Mz is the component force. Fx, Fy
It can be separated from and detected as shear force.
更に、分力Fzが作用した時は、4本のビーム
3〜6に共に同じ応力が生じる。したがつて、分
力Fzに関しても、他の分力Fx,Fy,Mx,My,
Mzから分離して検出することができる。 Furthermore, when the component force Fz acts, the same stress is generated in all four beams 3 to 6. Therefore, regarding component force Fz, other component forces Fx, Fy, Mx, My,
It can be detected separately from Mz.
以上の応力分布の説明から、6分力Fx,Fy,
Fz,Mx,My,Mzの検出が可能であることがわ
かつた。次に上述の応力分布に対する歪ゲージの
貼着方法およびこの歪ゲージにより各分力の相互
干渉をなくすブリツジ回路の具体例について説明
する。 From the above explanation of stress distribution, the 6 component forces Fx, Fy,
It was found that it was possible to detect Fz, Mx, My, and Mz. Next, a method of attaching a strain gauge to the above-mentioned stress distribution and a specific example of a bridge circuit that uses the strain gauge to eliminate mutual interference of each force component will be explained.
第5図a,bは、歪ゲージの貼着方向及び位置
を示す図である。第5図aの矢印イ〜ホは歪ゲー
ジの感ずる方向を示している。まず、ビーム6に
注目すると、分力Fx,Fyに対する剪断応力が最
大となる外面側の中央部および内面側の中央部
に、歪ゲージ6−イ,6−ロ,6−ハおよび歪ゲ
ージ6−チ,6−リ,6−ヌをそれぞれ貼着す
る。歪ゲージ6−イと6−チはZ軸に直交する方
向(Y軸方向)に、歪ゲージ6−ロと6−リはZ
軸に対して45度となる同一方向に、また歪ゲージ
6−ハと6−チは歪ゲージ6−ロ,6−リに対し
て直交しZ軸に対して45度の角度で交叉するよう
に貼着する。 FIGS. 5a and 5b are views showing the direction and position of the strain gauge. Arrows I to H in FIG. 5A indicate the direction in which the strain gauge feels. First, paying attention to the beam 6, strain gauges 6-a, 6-b, 6-c and strain gauges 6-a and 6-c are located at the center of the outer surface and the center of the inner surface, where the shear stress with respect to the component forces Fx and Fy is maximum. Attach -chi, 6-li, and 6-nu, respectively. Strain gauges 6-A and 6-H are aligned in the direction perpendicular to the Z-axis (Y-axis direction), and strain gauges 6-RO and 6-RI are aligned in the Z direction.
In the same direction at 45 degrees to the axis, strain gauges 6-C and 6-H are perpendicular to strain gauges 6-B and 6-I, and intersect at a 45 degree angle to the Z-axis. Paste it on.
更に、ビーム6の外面側および内面側の両端部
即ち曲げ応力が最大となる部分には、歪ゲージ6
−ニ,6−ホおよび6−ル,6−オをそれぞれ貼
着し、またビーム6の幅方向の両端面には、歪ゲ
ージ6−ヘ,6−トをそれぞれ貼着する。 Furthermore, strain gauges 6 are installed at both ends of the outer and inner surfaces of the beam 6, that is, at the portions where the bending stress is maximum.
-D, 6-H and 6-L, 6-O are respectively pasted, and strain gauges 6-Heat, 6-T are pasted on both end faces of the beam 6 in the width direction, respectively.
他のビーム3〜5に対しても、Z軸まわりで考
えて、同一方向に同一の順序で同一数の歪ゲージ
を貼着する。以下の説明では、各ビーム3〜5に
おける歪ゲージに関しても、ビーム6の場合と同
様に、ビームの符号3,4,5にイ〜オの符号を
付して表示する。なお、歪ゲージイ,ロ,ハ、
チ,リ,ヌは3軸ロゼツトゲージで構成すること
を基本とするが、4軸ロゼツトゲージを用いて構
成することもできる。4軸ロゼツトゲージを用い
た場合には、その内の一つのゲージを歪ゲージヘ
またはトとして利用できるので、歪ゲージヘ,ト
をビーム3〜6の幅方向の両端面に貼着する必要
がなくなる。なお、4軸ロゼツトゲージとは、4
つの歪ゲージを同一平面上で45度の角度で順次交
叉させて構成したゲージである。 The same number of strain gauges are attached to the other beams 3 to 5 in the same direction and in the same order considering the Z-axis. In the following description, the strain gauges for each of the beams 3 to 5 will be indicated by attaching the symbols I to O to the beams 3, 4, and 5, similarly to the case of the beam 6. In addition, strain gauges A, B, C,
The channels 1, 2, and 3 are basically constructed using a 3-axis rosette gauge, but they can also be constructed using a 4-axis rosette gauge. When a four-axis rosette gauge is used, one of the gauges can be used as a strain gauge head or a head, so there is no need to attach strain gauge heads to both ends of the beams 3 to 6 in the width direction. Furthermore, a 4-axis rosette gauge is a 4-axis rosette gauge.
This gauge is constructed by sequentially intersecting two strain gauges at a 45 degree angle on the same plane.
第6図a〜fは、上述のようにして各ビーム3
〜6に貼着された歪ゲージによつて構成された分
力Fx,Fy,Mx,My,Fz,Mzの各検出力ブリ
ツジ回路をそれぞれ示している。まず、分力Fx
の検出回路は、歪ゲージ3−ロの対辺に歪ゲージ
5−ハを、また歪ゲージ3−ヌの対辺に歪ゲージ
5−リを設けた回路構成となつている。今、測定
側のフランジ1に第5図bに示す方向の分力Fx
が作用した場合、その時の剪断応力に応じて、歪
ゲージ3−ロ,5−ハに正の抵抗変化が生じ、歪
ゲージ3−ヌ,5−リに負の抵抗変化が生じる。
このため、ブリツジ回路の電気的平衡が崩れて不
平衡となるので、出力信号が得られる。すなわ
ち、分力Fxが検出される。 FIGS. 6a-f show that each beam 3 is
The detection force bridge circuits for the component forces Fx, Fy, Mx, My, Fz, and Mz each constituted by strain gauges attached to 6 are shown. First, component force Fx
The detection circuit has a circuit configuration in which a strain gauge 5-c is provided on the opposite side of the strain gauge 3-ro, and a strain gauge 5-li is provided on the opposite side of the strain gauge 3-nu. Now, a component force Fx in the direction shown in Fig. 5b is applied to the flange 1 on the measurement side.
When this occurs, a positive resistance change occurs in the strain gauges 3-B and 5-C, and a negative resistance change occurs in the strain gauges 3-N and 5-I, depending on the shear stress at that time.
As a result, the electrical balance of the bridge circuit collapses and becomes unbalanced, so that an output signal is obtained. That is, component force Fx is detected.
次に、他の分力Fy,Fz,Mx,My,Mzの相
互干渉が上記のブリツジ回路によつて解消される
理由について説明する。 Next, the reason why the mutual interference of the other component forces Fy, Fz, Mx, My, and Mz is eliminated by the above-mentioned bridge circuit will be explained.
まず、分力Fyが作用した場合、歪ゲージ3−
ロ,3−ヌ,5−リ,5−ハが分力Fyに対して
感応しない位置にあるので、ブリツジ回路の平衡
が保たれ、出力は生じない。また、第5図aに示
す方向の分力Fzに対しては、歪ゲージ3−ロ,
3−ヌ,5−リ,5−ハの全てが正の等しい抵抗
変化を示すので、やはりブリツジ回路の平衡が保
たれ、出力は生じない。 First, when component force Fy acts, strain gauge 3-
Since B, 3-N, 5-R, and 5-C are in positions that are not sensitive to the component force Fy, the bridge circuit is kept balanced and no output is generated. In addition, for the component force Fz in the direction shown in Fig. 5a, the strain gauge 3-b,
Since 3-N, 5-R, and 5-H all exhibit equal positive resistance changes, the bridge circuit is again balanced and no output is produced.
回転モーメントMxが作用した場合には、歪ゲ
ージ3−ロが正の抵抗変化を示すのに対し、歪ゲ
ージ5−ハがこれと絶対値のほぼ等しい負の抵抗
変化を示す。また、歪ゲージ3−ヌが正の抵抗変
化を示すのに対し、歪ゲージ5−リがこれと絶対
値のほぼ等しい負の抵抗変化を示す。このため、
ブリツジ回路全体の電気的平衡が保たれ、出力は
生じない。 When the rotational moment Mx acts, strain gauge 3-B shows a positive resistance change, while strain gauge 5-C shows a negative resistance change with almost the same absolute value. Further, while strain gauge 3-1 shows a positive resistance change, strain gauge 5-2 shows a negative resistance change with almost the same absolute value. For this reason,
The entire bridge circuit is electrically balanced and no output is produced.
分力Myが作用したときは、歪ゲージ3−ロ,
3−ヌ,5−リ,5−ハの貼着位置が分力Myに
対して中立位置となるので、歪ゲージ3−ロ,3
−ヌ,5−リ,5−ハの抵抗変化がなく、ブリツ
ジ回路の平衡が保たれ、出力は生じない。 When component force My acts, strain gauge 3-ro,
Since the attachment position of 3-nu, 5-ri, and 5-c is the neutral position with respect to the component force My, strain gauges 3-ro and 3
There is no change in the resistances of -N, 5-R, and 5-C, the balance of the bridge circuit is maintained, and no output is generated.
最後に、分力Mzが作用したときは、歪ゲージ
3−ロ,5−リが負の抵抗変化を示すのに対し、
歪ゲージ3−ヌ,5−ハが正の抵抗変化を示すの
で、抵抗の増減が互に打消し合い、ブリツジ回路
の平衡が保たれ、出力は生じない。 Finally, when component force Mz acts, strain gauges 3-B and 5-I show negative resistance changes, whereas
Since the strain gauges 3-1 and 5-2 show positive resistance changes, increases and decreases in resistance cancel each other out, the bridge circuit is kept in balance, and no output is produced.
第6図b〜fの各ブリツジ回路についても、各
検出対象の分力Fy,Mx,My,Fz,Mzを他の
分力による干渉から分離して検出できることを、
同様の手法により解明することができる。なお、
第6図fの抵抗r1,R1は回転モーメントMx,
Myによる干渉をなくすための補償抵抗である。 Regarding each bridge circuit shown in Fig. 6 b to f, it is possible to detect the component forces Fy, Mx, My, Fz, and Mz of each detection target separately from interference caused by other component forces.
It can be elucidated using a similar method. In addition,
The resistance r 1 and R 1 in Fig. 6 f are the rotational moment Mx,
This is a compensation resistor to eliminate interference caused by My.
第7図a,bは、第6図a〜fに示したブリツ
ジ回路において、各分力が作用した場合の歪ゲー
ジの抵抗変化と出力の関係を示す図である。図中
歪ゲージの抵抗の増加は(+)で表示し、減少は
(−)で表示してある。(+)、(−)の下方に付し
たアルフアベツトA〜Jは抵抗変化量を示すもの
で、同一アルフアベツトはほぼ同一の変化量を表
わしている。ただし、A>B、C>D、E>F、
G>HおよびI>Jの関係にある。 FIGS. 7a and 7b are diagrams showing the relationship between the resistance change of the strain gauge and the output when each component force acts on the bridge circuit shown in FIGS. 6a to 6f. In the figure, an increase in the resistance of the strain gauge is indicated by (+), and a decrease is indicated by (-). Alphabets A to J attached below (+) and (-) indicate the amount of change in resistance, and the same alphabets represent almost the same amount of change. However, A>B, C>D, E>F,
The relationship is G>H and I>J.
第7図a,bに示すように、第6図a〜fに示
すブリツジ回路を構成することにより、各検出対
象の分力Fx,Fy,Mx,My,Fz,Mzを分力相
互間の干渉を生じることなく、高精度で検出でき
ることがわかる。 As shown in Fig. 7a and b, by configuring the bridge circuit shown in Fig. 6 a to f, the component forces Fx, Fy, Mx, My, Fz, and Mz of each detection target can be changed between the component forces. It can be seen that detection can be performed with high accuracy without causing interference.
また、分力Fx,Fyおよび回転モーメントMz
は、第8図a,b,cに示すようなブリツジ回路
によつても検出することができる。第8図a,b
の抵抗(r2,R2)、(r3,R3)は、回転モーメント
Mx,Myによる干渉を零にするための補償抵抗
である。 Also, component forces Fx, Fy and rotational moment Mz
can also be detected by a bridge circuit as shown in FIGS. 8a, b, and c. Figure 8 a, b
The resistances (r 2 , R 2 ) and (r 3 , R 3 ) are the rotational moment
This is a compensation resistor to eliminate the interference caused by Mx and My.
上記実施例では、6分力検出器を示したが、6
分力中のいくつかの分力を集めた多分力検出器と
しても実現することができる。また、歪ゲージの
組合せ配列を変えたり、ポアソン比の歪出力を生
じる歪ゲージ3−イ〜6−イの代りに、歪の出な
い部分に貼付けられた歪ゲージをダミーとして用
いることも自由である。更に、歪ゲージの貼着位
置は必ずしも実施例に限定するものではなく、剪
断応力、曲げ応力に感応し得る位置であればよ
い。 In the above embodiment, a 6-component force detector was shown, but the 6-component force detector was
It can also be realized as a multi-force detector that collects several force components. Also, you can freely change the combination arrangement of strain gauges, or use strain gauges attached to areas where no strain is produced as a dummy instead of strain gauges 3-A to 6-A that produce Poisson's ratio strain output. be. Further, the position where the strain gauge is attached is not necessarily limited to the example, and may be any position that can be sensitive to shear stress and bending stress.
以上の説明では、歪ゲージの枚数が非常に多く
無駄であるように見える。しかし、分力Fzの力
が作用した時、フランジ1,2が第9図の如く変
形すると、それに伴つてビーム3,5も図のよう
に変形する。ビーム4,6も同様である。外側の
ゲージをA、その歪をξA、内側のゲージをB、そ
の歪をξBとすると、分力Fzによる歪ξzは
ξz=ξA+ξB/2
となる。従つて、分力Fx〜Mzの各ブリツジは分
力Fzによる曲げの影響を受けないように、ビー
ム3〜6の外側及び内側に貼着した歪ゲージを組
合わせて、出力が平均化されるように組込む必要
がある。これが、歪ゲージの枚数を多くしている
理由であり、これにより、分力Fzによるフラン
ジ1,2の曲げが大きい場合でも分力Fx〜Mzを
精度良く検出することが可能となる。分力Fzに
よるフランジ1,2の曲げの影響が少ない場合
は、歪ゲージはビーム3〜6の外側または内側の
いずれか一方に設けるだけで良く、歪ゲージの枚
数を大幅に減少することができる。なお、計測す
る分力の数が少ない場合も、歪ゲージの枚数を少
くし得ることは勿論である。 In the above explanation, the number of strain gauges seems to be extremely large and wasteful. However, when the component force Fz is applied, the flanges 1 and 2 deform as shown in FIG. 9, and the beams 3 and 5 also deform as shown in the figure. The same applies to beams 4 and 6. Assuming that the outer gauge is A, its strain is ξ A , the inner gauge is B, and its strain is ξ B , the strain ξz due to component force Fz is ξz = ξ A + ξ B /2. Therefore, so that each bridge of component forces Fx to Mz is not affected by bending due to component force Fz, the output is averaged by combining strain gauges attached to the outside and inside of beams 3 to 6. It is necessary to incorporate it like this. This is the reason why the number of strain gauges is increased, and thereby it becomes possible to detect the component forces Fx to Mz with high accuracy even when the flanges 1 and 2 are bent largely due to the component force Fz. If the bending effect of flanges 1 and 2 due to component force Fz is small, strain gauges need only be installed on either the outside or inside of beams 3 to 6, and the number of strain gauges can be significantly reduced. . It goes without saying that the number of strain gauges can also be reduced when the number of component forces to be measured is small.
以上述べたように、本発明に係る多分力検出器
は、間隔をおいて対向する測定側フランジと固定
側フランジとをビームによつて接続固定し、前記
2つのフランジの配設方向をZ軸とするX、Y、
Zの3軸直交座標系を仮想したとき、各軸方向の
分力Fx,Fy,Fz及び各軸まわりの回転モーメン
トMx,My,Mzの全部または一部を、前記ビー
ムに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ回路によ
つて互いに独立して検出する多分力検出器におい
て、前記ビームは前記測定側フランジ及び前記固
定側フランジ上のZ軸のまわりのX軸及びY軸上
に各軸に対称に4本以上配置し、X軸上に配置さ
れた2本の主要ビームはX軸方向で見た厚みがY
軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲ
ージ貼着部を有し、Y軸上に配置された2本の主
要ビームはY軸方向で見た厚みがX軸方向で見た
幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ貼着部を
有し、分力Fxを検出するブリツジ回路はY軸上
に配置された2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼
着部において剪断応力に感応するように厚み方向
の面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fyを検出するブリツジ回路はX軸上に配置され
た2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て剪断応力に感応するように厚み方向の面に貼着
された歪ゲージを含んで構成し、分力Fzを検出
するブリツジ回路は4本の主要ビームのそれぞれ
の歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよう
に貼着された歪ゲージの組合せを含んで構成し、
回転モーメントMxを検出するブリツジ回路はY
軸上に配置された2本の主要ビームの前記歪ゲー
ジ貼着部において直応力に感応するように貼着さ
れた歪ゲージを含んで構成し、回転モーメント
Myを検出するブリツジ回路はX軸上に配置され
た2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て直応力に感応するように貼着された歪ゲージを
含んで構成し、回転モーメントMzは4本の主要
ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪断応力に
感応するように厚み方向の面に貼着された歪ゲー
ジの組合せを含んで構成したことを特徴とするか
ら、たとえば断面矩形状等の加工の容易なビーム
を用いて、分力相互間の干渉をブリツジ回路によ
つて打消しながら、最大6分力まで検出し得る高
性能かつ高精度の多分力検出器を提供することが
できる。 As described above, in the multi-force detector according to the present invention, the measuring side flange and the stationary side flange, which face each other at an interval, are connected and fixed by a beam, and the arrangement direction of the two flanges is aligned with the Z axis. X, Y,
When a three-axis orthogonal coordinate system of Z is assumed, all or part of the component forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the rotational moments Mx, My, Mz around each axis are measured using a strain gauge attached to the beam. In the multi-force detector which detects each other independently by a bridge circuit using The two main beams placed on the X-axis have a thickness of Y when viewed in the X-axis direction.
The strain gauge attachment part has a rectangular cross section that is smaller than the width seen in the axial direction, and the two main beams arranged on the Y axis have a thickness as seen in the Y axis direction and a width as seen in the X axis direction. The bridge circuit that detects the component force Fx is sensitive to shear stress at the strain gauge attachment portions of the two main beams arranged on the Y axis. It consists of a strain gauge attached to the surface in the thickness direction, and the component force is
The bridge circuit for detecting Fy includes strain gauges attached to the planes in the thickness direction so as to be sensitive to shear stress at the strain gauge attached portions of the two main beams arranged on the X-axis. , the bridge circuit for detecting the component force Fz includes a combination of strain gauges attached to each of the four main beams so as to be sensitive to direct stress at the strain gauge attachment portion,
The bridge circuit that detects the rotational moment Mx is Y
The structure includes strain gauges attached to the strain gauge attached portions of two main beams arranged on the axis so as to be sensitive to direct stress, and rotational moment
The bridge circuit for detecting My is composed of strain gauges attached to the strain gauge attachment portions of the two main beams arranged on the X-axis so as to be sensitive to direct stress, and the rotational moment Mz is The strain gauge attachment portions of the four main beams are characterized by including a combination of strain gauges attached to the surfaces in the thickness direction so as to be sensitive to shear stress, so that the strain gauges have a rectangular cross section, for example. It is possible to provide a high-performance, high-precision multi-force detector that can detect up to 6 component forces by using a beam that is easy to process and canceling the interference between component forces using a bridge circuit. .
第1図aは本発明に係る多分力検出器の正面図
第1図bは第1図aのC1−C1線上における断面
図、第2図a,bは分力Fyに対するビームの変
形状態を示す図、第3図a,b,cは分力Fyに
対するビームの応力分布を説明する図、第4図
a,bは回転モーメントMxに対するビームの応
力分布を説明する図、第5図a,bは歪ゲージの
貼着位置、方向を示す図、第6図a〜fは分力
Fx,Fy,Mx,My,Fz,Mzを検出するための
各ブリツジ回路、第7図a,bは第6図a〜fに
示した各ブリツジ回路において、各分力が作用し
たときの歪ゲージの抵抗変化と出力の関係を示す
図、第8図a,b,cは分力Fx,Fyおよび回転
モーメントMzを検出するためのブリツジ回路の
他の実施例における各電気回路図、第9図はフラ
ンジ1,2に分力Fzが作用した場合のビーム3
〜6の変形を示す図である。
1……測定側のフランジ、2……固定側のフラ
ンジ、3〜6……ビーム、イ〜オ……歪ゲージ。
Figure 1a is a front view of the multi-force detector according to the present invention. Figure 1b is a sectional view taken along line C1 - C1 in Figure 1a. Figures 2a and b are beam deformation in response to component force Fy. Diagrams showing the state; Figures 3a, b, and c are diagrams explaining the stress distribution of the beam with respect to the component force Fy; Figures 4a and b are diagrams explaining the stress distribution of the beam with respect to the rotational moment Mx; Figure 5 a and b are diagrams showing the strain gauge attachment position and direction, and Figure 6 a to f are component forces.
Each bridge circuit for detecting Fx, Fy, Mx, My, Fz, Mz, Figure 7 a, b shows the distortion when each component force acts on each bridge circuit shown in Figures 6 a to f. Figures 8a, b, and c are diagrams showing the relationship between gauge resistance changes and output; Figures 8a, b, and c are electrical circuit diagrams of other embodiments of the bridge circuit for detecting component forces Fx and Fy and rotational moment Mz; The figure shows beam 3 when component force Fz acts on flanges 1 and 2.
It is a figure showing the modification of ~6. 1...Flange on the measuring side, 2...Flange on the fixed side, 3-6...Beam, I-O...Strain gauge.
Claims (1)
側フランジとをビームによつて接続固定し、前記
2つのフランジの配設方向をZ軸とするX、Y、
Zの3軸直交座標系を仮想したとき、各軸方向の
分力Fx,Fy,Fz及び各軸まわりの回転モーメン
トMx,My,Mzの全部または一部を、前記ビー
ムに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ回路によ
つて互いに独立して検出する多分力検出器におい
て、前記ビームは前記測定側フランジ及び前記固
定側フランジ上のZ軸のまわりのX軸及びY軸上
に各軸に対称に4本以上配置し、X軸上に配置さ
れた2本の主要ビームはX軸方向で見た厚みがY
軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲ
ージ貼着部を有し、Y軸上に配置された2本の主
要ビームはY軸方向で見た厚みがX軸方向で見た
幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ貼着部を
有し、分力Fxを検出するブリツジ回路はY軸上
に配置された2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼
着部において剪断応力に感応するように厚み方向
の面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fyを検出するブリツジ回路はX軸上に配置され
た2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て剪断応力に感応するように厚み方向の面に貼着
された歪ゲージを含んで構成し、分力Fzを検出
するブリツジ回路は4本の主要ビームのそれぞれ
の歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよう
に貼着された歪ゲージの組合せを含んで構成し、
回転モーメントMxを検出するブリツジ回路はY
軸上に配置された2本の主要ビームの前記歪ゲー
ジ貼着部において直応力に感応するように貼着さ
れた歪ゲージを含んで構成し、回転モーメント
Myを検出するブリツジ回路はX軸上に配置され
た2本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て直応力に感応するように貼着された歪ゲージを
含んで構成し、回転モーメントMzは4本の主要
ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪断応力に
感応するように厚み方向の面に貼着された歪ゲー
ジの組合せを含んで構成したことを特徴とする多
分力検出器。1. A measuring side flange and a fixed side flange facing each other with an interval are connected and fixed by a beam, and the X, Y,
When a three-axis orthogonal coordinate system of Z is assumed, all or part of the component forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the rotational moments Mx, My, Mz around each axis are measured using a strain gauge attached to the beam. In the multi-force detector which detects each other independently by a bridge circuit using The two main beams placed on the X-axis have a thickness of Y when viewed in the X-axis direction.
The strain gauge attachment part has a rectangular cross section that is smaller than the width seen in the axial direction, and the two main beams arranged on the Y axis have a thickness as seen in the Y axis direction and a width as seen in the X axis direction. The bridge circuit that detects the component force Fx is sensitive to shear stress at the strain gauge attachment portions of the two main beams arranged on the Y axis. It consists of a strain gauge attached to the surface in the thickness direction, and the component force is
The bridge circuit for detecting Fy includes strain gauges attached to the planes in the thickness direction so as to be sensitive to shear stress at the strain gauge attached portions of the two main beams arranged on the X-axis. , the bridge circuit for detecting the component force Fz includes a combination of strain gauges attached to each of the four main beams so as to be sensitive to direct stress at the strain gauge attachment portion,
The bridge circuit that detects the rotational moment Mx is Y
The structure includes strain gauges attached to the strain gauge attached portions of two main beams arranged on the axis so as to be sensitive to direct stress, and rotational moment
The bridge circuit for detecting My is composed of strain gauges attached to the strain gauge attachment portions of the two main beams arranged on the X-axis so as to be sensitive to direct stress, and the rotational moment Mz is A multi-force detector comprising a combination of strain gauges attached to the planes in the thickness direction so as to be sensitive to shear stress at the strain gauge attachment portions of the four main beams.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56004012A JPS57118132A (en) | 1981-01-13 | 1981-01-13 | Detector for multiple components of force |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56004012A JPS57118132A (en) | 1981-01-13 | 1981-01-13 | Detector for multiple components of force |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57118132A JPS57118132A (en) | 1982-07-22 |
| JPS6333647B2 true JPS6333647B2 (en) | 1988-07-06 |
Family
ID=11573051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56004012A Granted JPS57118132A (en) | 1981-01-13 | 1981-01-13 | Detector for multiple components of force |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57118132A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004097360A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Wacoh Corporation | Force-detecting device |
| JP2009271083A (en) * | 2009-08-17 | 2009-11-19 | Wacoh Corp | Force detection device |
| DE102010004576B4 (en) * | 2009-05-22 | 2020-06-10 | Mitsubishi Electric Corp. | Vehicle control device |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03128833U (en) * | 1990-04-09 | 1991-12-25 | ||
| JP2690626B2 (en) * | 1991-03-15 | 1997-12-10 | 東島 鎮▼かく▲ | Maybe force detector |
| DE4311903A1 (en) * | 1993-04-10 | 1994-10-13 | Audi Ag | Measuring wheel |
| JP2007040774A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Ono Sokki Co Ltd | Torque meter |
| JP4933838B2 (en) * | 2006-05-25 | 2012-05-16 | 株式会社共和電業 | Center-hole type load transducer |
| CN102589765B (en) * | 2012-03-19 | 2014-07-23 | 南宁宇立汽车安全技术研发有限公司 | Multi-dimensional force sensor |
-
1981
- 1981-01-13 JP JP56004012A patent/JPS57118132A/en active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004097360A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Wacoh Corporation | Force-detecting device |
| DE102010004576B4 (en) * | 2009-05-22 | 2020-06-10 | Mitsubishi Electric Corp. | Vehicle control device |
| JP2009271083A (en) * | 2009-08-17 | 2009-11-19 | Wacoh Corp | Force detection device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57118132A (en) | 1982-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4712431A (en) | Multi-axis load sensor | |
| US7500406B2 (en) | Multiaxial sensor | |
| EP0176173B1 (en) | Sensor for sensing three orthogonal forces and three orthogonal moments | |
| JPS6361609B2 (en) | ||
| JP2005031062A (en) | Multi-axis sensor | |
| US5230252A (en) | Force transducer | |
| US4454769A (en) | Radial force measuring cell | |
| JPS6333647B2 (en) | ||
| JP2699096B2 (en) | measuring device | |
| JP2767766B2 (en) | 6-axis force sensor | |
| JPS6095331A (en) | Force and moment sensor | |
| US4138884A (en) | Multi-axis load cell | |
| US4092854A (en) | Multi-axis load cell | |
| WO2025213532A1 (en) | Weakly-coupled six-dimensional force sensor with flexible hinges | |
| JPH0378637A (en) | Detector of multiple component force and force | |
| JP2000266620A (en) | Inner force sensor | |
| JPH01119731A (en) | Multi-axis force sensor | |
| KR0138568B1 (en) | Force/moment maesuring device | |
| JPS6225697Y2 (en) | ||
| JPS6340866A (en) | Accelerometer | |
| JPH06130083A (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
| JPH0224091A (en) | Detection of strain conversion matrix of force sensor | |
| JP3265539B2 (en) | Maybe a force meter | |
| JPH07113646B2 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
| JP2006058211A (en) | Strain gauge type sensor |