JPH03142312A - 歪み測定装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 柔構造体の歪み量を自動計測する歪み測定装置に関し、 被測定物の変位曲面の式を求めることなく、局所データ
から歪み量を得ることにより、歪み測定の迅速化と精度
向上を図ることを目的とし、柔構造体の歪み量を自動計
測する歪み測定装置であって、被測定物に対して変形を
与える変形手段と、被測定物に変形を与える前の形状と
、後の形状の変化を測定する形状測定手段と、被測定物
に変形を与える前の形状と後の形状との変位の差を求め
、前記差値から変位を求める変位算出手段と、前記変位
に基づき歪みを算出する歪み算出手段を備え、被測定物
の任意の点において、前記被測定物の任意の点の近傍に
おける離散的な変位デ−夕から変位の微分及び偏微分の
近似値を算出し、前記近似値に基づき歪み量を求めるよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はプラスチック構造体に代表される柔構造体の歪
み量を自動測定する歪み測定装置に関する。

〔従来の技術〕

プラスチック構造体に代表される柔構造体の機械的特性
を自動計測する装置には、例えば、計測ロボットがある
。

第８図（ａ）、ら）は計測ロボ７１−の一例概烙構成図
である。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図中
、１．２はＸＹＺ軸方向に移動する機構を有する直交型
ロボ７）であり、ロボット１には更に回転機構４が設け
られる。５．６は力センサてあり、力センサ６を介して
ロボット２の先端部に取りつけられたロッド８により被
測定物３に力を加える。

そして、そのときの被測定物３の変位分布をロボット１
の先端部に力センサ５を介して取りつけた変位検出用プ
ローブ７て被測定物３の変位を測定する。さらに、測定
した変位分布から歪み分布等を求めるように構成されて
いる。力センサ５は以下の説明おいて本質的な役割を果
たすものではな（省略してもよい。

第９図（ａ）、（１））は被測定物３の歪み量を求める
説明図である。（ａ）は外力を加える前、（ｂ）は外力
を加えた後である。被測定物３は平面板であり、座標を
図示のように与える。

（ｂ）において、図示のように、曲率中心方向から外力
を加えるとＸ軸に沿って表面１０の側は伸長し、表面１
■の側は収縮する。このように平面板に曲げが生じた場
合、一般に歪み量は曲率（曲率半径の逆数）に比例する
。具体的には歪みと曲率半径との間には次の関係がある
。

εＸＸ ｒＸＸ εＹＹ： ｒＹＹ εＸＶ ｒＸＹ ここで、ε□はＸ方向の直歪み、ε１．はＸ方向の直歪
み、ε８．は剪断歪みであり、２ε１．はいわゆる工学
的な剪断歪みに相当する。ｒＸＸはＸ方向の曲率半径、
ｒＹＹはＸ方向の曲率半径、ｒＸＹは捩じり率の逆数で
ある。以下の説明において、εＸＸ％ε、Ｙ、ε□を単
にまとめて歪みと称し、ｒＸＸｓｒＹＹ、ｒＸＹをまと
めて曲率半径と称する。

２は中立面１２（伸長も収縮もしない面、即ち、歪みが
′０″の面）から対象面までの距離である。

例えば、歪みが比較的小さい場合は中立面は平面の中央
（表面からも裏面からも等距離の面）にあるとみなせる
。従って、中立面から被測定物の表面までの距離は板厚
の１／２とみなせる。一方、曲率半径と変位分布Ｗとの
間には次式の関係が戊り立つ。即ち、 １　　　　６２Ｗ ｒｘｘ　　　　　ａＸ” １　　　　　　θ２Ｗ ｒｙｙ　　　　　　ａ　Ｙ２ １　　　　　　　ａ２　ｗ ｒＸＹ　　　　　ａＸａｙ 従って、変位分布を２階微分可能でかつ２階微分が連続
な関数Ｗとして求めることにより歪みを求めることがで
きる。即ち、測定した離散的な変位分布から変位曲面の
式を求め、この式を２階偏微分することにより、曲率半
径を、ひいては歪み分布を求めることができる。さらに
、材料の歪み量が小さい場合は材料特性は線型とみなす
ことができるので歪み分布から応力分布を求めることが
できる。

第１０図は従来の歪み測定装置の構成国である。

図中、２１は変形を与える前の被測定物、２２は変形を
与えた後の被測定物であり、説明の都合上同じ被測定物
を変形前と後で区別している。２３は被測定物２２に変
形を与える変形手段であり、第８図のロボット２の部分
に相当する。形状測定装置２４は被測定物に変形を与え
る前と後の形状を測定するものであり、第８図のロボッ
ト１に相当する。形状データ格納装置２５、は変形前の
形状データを格納し、形状データ格納装置２６は変形後
の形状データを格納する。変位算出手段２７は両者の差
をとって変位データを求めるものである。得られた変位
データは変位データ格納装置２８に格納される。２９ａ
は変位データ格納装置２８に格納されている変位データ
をもとに、変位曲面の式を算出する装置である。得られ
た変位曲面の式は変位曲面の式の格納装置？２９ｂに格
納される。歪み分布算出装置２９は変位曲面の式から歪
み分布を算出する部分である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の従来装置には以下の問題がある。

即ち、使い勝手上、測定過程において全ての点での変位
分布が必要ではなく、部分的な限定された領域での歪み
量を早急に得たい場合がある。このような要望に対して
従来の変位曲面の式を求める方式では全測定点での変位
測定を終了してから求めるので、測定の途中において既
に測定を終了した領域での歪み量を知ることができない
。

さらに、変位曲面の式を求めるときには計算のためのメ
モリと、測定点の増大に伴う算出時間の増大により、実
際に計算できる測定点の数は限定され、比較的面積の広
い被測定物をきめ細かく測定するのは困難である。

本発明の目的は、変位曲面の式を求めることなく、対象
点の近傍における離散的な測定データを直接用いて、局
所的な量である微分等の近似値を算出しこの値を基に歪
み量を求めることにより、測定しながら逐次の判断を容
易にし、その結果のフィードバックを迅速に行うことが
可能な歪み測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図である。

本発明は柔構造体の歪み量を自動計測する歪み測定装置
であって、被測定物（Ａ）に対して変形を与える変形手
段（Ｂ）　　と、被測定物に変形を与える前の形状と、
後の形状の変化を指令値に基づき測定する形状測定手段
（Ｃ）　　と、被測定物に変形を与える前の形状と後の
形状との変位の差を求め、前記差値から変位を求める変
位算出手段（Ｄ）　　と、前記変位に基づき歪みを算出
する歪み算出手段（Ｅ）を備え、被測定物の任意の点に
おいて、前記被測定物の任意の点の近傍における離散的
な変位データから変位の微分及び偏微分の近似値を算出
し、前記近似値に基づき歪み量を求めるようにしたこと
を特徴とする。

〔作　用〕

本発明では変位曲面の式を求めることなく対象点の近傍
における離散的な測定データを直接用いて、対象点付近
の局所的な量である微分等の近似値を算出し、この値を
基に対象点近傍の歪み量を求めるものである。

〔実施例］ 第２図は本発明の一実施例装置構成図である。

図中、３１は変形を与える前の被測定物、３２は変形を
与えた後の被測定物であり、前述のように３１と３２は
同一物である。３３は被測定物３２に変形を与える変形
手段である。３４は変形前と後の被測定物の形状の変化
を測定するもの形状測定装置であり、指令装置３５の測
定位置の指令により動作する。３６．３７は局所形状デ
ータ格納装置であり、３６は変形前の形状データを格納
し、３７は変形後の形状データを格納するものである。

３８は両者の差を算出する局所変位算出装置である。３
９は局所変位データを格納する局所変位データ格納装置
である。４０は変位データに基づき歪みを算出する歪み
算出装置である。

第３図（ａ）、（ｂ）は本発明を適用する計測ロボット
の一例概略構戒図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は側
面図である。図中、５１．５２はＸＹＺ軸方向に移動す
る機構及びＺ軸について回転機構を有する直交型ロボッ
トである。５３は被測定物である。５４は力センサであ
り、力センサ５４を介してロボット５２の先端部に取り
つけられたロッド５５により被測定物５３に力を加える
。そして、そのときの被測定物５３の変位分布をロボッ
ト５１の先端部の変位検出用プローブ５６で測定する。

第４図（ａ）、（ｂ）は歪み量の算出についての説明図
である。（ａ）、（ｂ）において、縦軸Ｗは変位、横軸
Ｘは位置である。（ａ）において、２点ｘ、ｘ’　があ
り、Ｘ、　　Ｘ″での変位をｗ、　ｗ″とすると、微分
値ｄｗ／ｄｘは、次式で与えられる式、ｗ−ｗ’　　　
　△Ｗ Ｘ−Ｘ　　　　△Ｘ において、Ｘ′を無限にＸに近づけた（△Ｘ→０）とき
の極限値である。

（ｂ）において、測定点が離散的に表されているときに
、隣接する測定点Ｘ、、Ｘ、での変位の測定値をｗ、　
、　Ｗ２　としたとき微分値ｄｗ／ｄｘは近似的に次の
ように表示することができる。

ｄｘ　　　　　　ｘ２−Ｘ、　　　　　　△Ｘ同様にし
て、３点Ｘ２．Ｘｌ、ｘｏでの変位の測定値をｗ２　、
　　ｗ、、、　、　　Ｗｏとしたとき、Ｘｌ　における
２階微分は近似的に次のようになる。

Ｗ　２　　　　Ｗ　１　　　　　　Ｗ　１　　　　Ｗ　
。

ｄ２ｗ　　　　　ｘ２−ｘ、　　　　　ｘ、−Ｘ。

Ｗ２−２Ｗ、＋Ｗ。

（ΔＸ）２ 但し、簡単のために、 △ｘ＝ｘ２−Ｘ、＝ｘ、−Ｘｏ　とする。

このようにして対象点における曲率半径はその対象点の
前後の近傍における変位を測定することにより求めるこ
とができる。

第５図は本発明の歪み測定の説明図である。被測定物５
３に半径ｒＬＬの曲率中心方向から外力を加えると被測
定物５３は図示のように歪む。以下に説明するように、
曲面上の任意の直線り上にある３点での測定を行うこと
により直線りに沿った曲率を求めることができる。即ち
、直線としてＸ軸をとれば点ＰにおけるＸ方向の曲率を
知ることができ、ｙ軸をとればｙ軸方向の点Ｐにおける
曲率を知ることができる。

一般に曲面上の曲線は対象点の近傍では近似的に直線と
みなすことができる。従って、本発明では被測定物が平
面の場合だけでなく一般的な曲面〈測定物の表面形状或
いは変位曲面）に対して適用可能である。また、線分の
方向を任意に選択して測定するこによりあらゆる方向の
曲率半径（歪み）を得ることができる。通常、ある点Ｐ
において３方向の歪みを知れば点Ｐにける任意の方向の
歪みを得ることができる。さらに、点Ｐにおいて最大主
歪みが生じる方向があることも知られている。最大主歪
みの方向を求めてから実際にその方向について測定を行
えば、より精度高く最大主応力を求めることができる。

第６図は本発明の他の実施例装置構成図である。

図中、６１と６２は同一の被測定物、６３は被測定物６
２に変形を与える変形手段、６４は歪み算出位置を指令
する指令装置、６５は被測定物の変形前後の形状を測定
する形状測定装置、６６と６７は形状データを格納する
形状データ格納装置、形状データ格納装置６６．６７は
指令装置６４の指令に基づき測定データの内の一部を局
所形状データ格納装置６８．６９に転送する。局所変位
算出装置７０は局所形状データ格納装置６８．６９のデ
ータを基に局所変位データを算出し、局所変位データ格
納装置７１に転送する。７２は歪み算出装置であり、局
所変位データ格納装置７１のデータを基に歪みを算出す
る。

第７図は本発明のさらに他の実施例装置構成図である。

前述と同様に、８１と８２は被測定物、８３は変形手段
、８４は指令装置、８５は形状測定装置、８６と８７は
局所形状データ格納装置、８８と８９は形状データ格納
装置、９０は局所変位算出装置、９１は局所変位データ
格納装置、そして９２は歪み算出装置である。指令装置
８４からは測定位置の指令が形状測定装置８５に、歪み
算出位置の指令が形状データ格納装置８８．８９に送出
される。局所形状データ格納装置８６．８７は形状測定
装置８５の出力をそのまま格納する場合もあれば、形状
データ格納装置８８．８９の内容の一部を格納する場合
もある。さらに、両者を混合したデータを扱うこともて
きる。局所変位算出装置９０は局所形状データ格納装置
８６．８７のデータを基に局所変位データを算出し局所
変位デ−り格納装置９１に転送する。歪み算出装置９２
は局所変位データ格納装置９１のデータを基に前述した
ように歪みを算出する。

この場合、測定していない位置における歪みは周辺の値
を用いて補間して求めてもよい。また、前述のように、
被測定物の形状は平面に限定するものではなくより複雑
な形状をしたものでも同様に測定することができる。

本発明では試験板の形状を測定するのが目的ではなく変
位を測定するのが目的であるため、ロボットは位置繰返
し精度が高ければよく必ずしも位置絶対精度が高い必要
はない。一般に、位置絶対精度に比べ、位置繰返し精度
は容易に高くすることができるのでロボットは安価に製
作が可能である。また、ロボットは直交型ロボットに限
定されるものではなく、関節型ロボットを含めその他の
形状のロボットを用いてもよい。

第２図に示す局所形状データ格納装置３６．３７はそれ
ぞれ変形前と変形後の形状データを格納するが、２つに
限定されるものではなく、それ以上であってもよく、基
準形状として変形を与えた形状を用いてもよい。例えば
、荷重をかけて変形を与える場合において、荷重３００
ｇをかけたときを基準の形状としてＩＫｇの荷重をかけ
たときの変位及び歪みを求めても本発明の主旨から逸脱
しない。

また、各実施例の局所形状データ格納装置３６．３７．
６８．６９．８６．８７の内容は局所変位データを求め
ることができるようにデータが格納されていればよく、
必ずしも同一の点の形状データを格納している必要はな
い。例えば局所形状データ格納装置３６．６８．８６の
内容は変形前の全領域にまたがった多数の点を含ませ、
局所形状データ格納装置３７．６８．８７の方の内容は
現在測定している点の近傍の値のみを格納するようにし
てもよい。

さらに、本発明において、被測定物に変形を与える変形
手段として特に限定するものではなく、ロボットによる
押しつけ以外の方法として重りを用いても可能である。

さらに、温度変化により被測定物に変形を与えその時の
変位をロボットにより測定する場合にも適用可能である
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被測定物の歪み
を測定する場合に、従来のように変位曲面の式を求める
方法と異なり、被測定物領域全体の測定を行う前に、部
分的に歪み量を算出できるので、測定しながらその結果
についての判断を逐次行うことができる。そして、この
判断に基づき測定点を変更したりすることにより、きめ
細かい測定を迅速に行うことができる。また、全測定デ
ータを一括して処理する必要がないので測定点を大幅に
増加させることができ、結果的に測定精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の一実施例装置構成図、第３図ａ）、ら
）は本発明を適用する計測ロボットの平面図ａ）と側面
図（ｂ）、 第４図ａ）、ｂ）は変位と位置の関係の説明図、第５図
は被測定物の測定点の説明図、 第６図は本発明の他の実施例装置構成図、第７図は本発
明の更に他の実施例装置構成図、第８図（ａ）、（ｂ）
は計測ロボットの平面図（ａ）と側面図（ｂ）、 第９図（ａ）、（ｂ）は被測定物の歪み状態の説明図、
及び 第１０図は従来のｍ個装置構成図である。 （符号の説明） １．２・・・直交型ロボット、 ３　、２１．２２．３１．３２．６１．６２．８１．８
２・・・被測定物、４・・・回転機構、 ５．６・・・力センサ、 ７・・・測定プローブ、 ８・・・ロッド、 ２３、３３．６３．８３・・・変形手段、２４、３４．
６５．８５・・・形状測定装置、２５、２６．６６、６
７、８８．８９・・・形状データ格納装置、３６、３７
．６８．６９．８６．８７・・・局所形状データ格納装
置、２７・・・変位算出装置、 ：３８．７０．９０・・・局所変位算出装置、２８・・
・変位データ格納装置、 ３９、７１．９１・・・局所変位データ格納装置、２９
．４０．７２．９２・・・歪み算出装置、３５、６４．
８４・・・指令装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、柔構造体の歪み量を自動計測する歪み測定装置であ
   って、 被測定物（Ａ）に対して変形を与える変形手段（Ｂ）と
   、 被測定物に変形を与える前の形状と、後の形状の変化を
   指令値に基づき測定する形状測定手段（Ｃ）と、 被測定物に変形を与える前の形状と後の形状との変位の
   差を求め、前記差値から変位を求める変位算出手段（Ｄ
   ）と、 前記変位に基づき歪みを算出する歪み算出手段（Ｅ）を
   備え、 被測定物の任意の点において、前記被測定物の任意の点
   の近傍における離散的な変位データから変位の微分及び
   偏微分の近似値を算出し、前記近似値に基づき歪み量を
   求めるようにしたことを特徴とする歪み測定装置。 ２、前記任意の点において、任意の方向における歪みを
   測定できるようにした請求項１に記載の歪み測定装置。