JPH0447639Y2 - - Google Patents

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JPH0447639Y2
JPH0447639Y2 JP9334386U JP9334386U JPH0447639Y2 JP H0447639 Y2 JPH0447639 Y2 JP H0447639Y2 JP 9334386 U JP9334386 U JP 9334386U JP 9334386 U JP9334386 U JP 9334386U JP H0447639 Y2 JPH0447639 Y2 JP H0447639Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本考案は重力等の影響を受けずに工具に作用す
る反力を検出できる装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] A. Field of Industrial Application The present invention relates to a device that can detect reaction force acting on a tool without being affected by gravity or the like.

B 開示の概要 研削作業等を行う場合には、工具には研削力の
他に重力が作用する。このため、工具による力を
検出する場合には、重力の影響を取り除かなけれ
ばならないが、これをデジタル信号化して演算処
理するとシステムが大規模となる。そこで、重力
の影響を別個のロードセルで検出して、それらの
信号をアナログ信号のまま差動アンプにより減算
して、工具に作用する反力のみを求められるよう
にしたものである。
B. Summary of Disclosure When performing grinding work, etc., gravity acts on the tool in addition to the grinding force. Therefore, when detecting the force exerted by a tool, it is necessary to remove the influence of gravity, but converting this into a digital signal and processing it requires a large-scale system. Therefore, the influence of gravity is detected by a separate load cell, and these signals are subtracted as analog signals by a differential amplifier, so that only the reaction force acting on the tool can be determined.

C 従来の技術 第9図に示される可動装置は、固定部5及び可
動部6とからなり、可動部5と工具7との間には
第8図に示す力センサ部が介装されている。可動
部6は第9図に2点鎖線で示すように回動し、工
具7の刀具8が各々の姿勢で被研削物9を研削す
るようになつている。第8図に示される力センサ
部は、工具側フランジ1と可動装置側フランジ2
の間に反力用ロードセル3を介設したものであ
り、3成分の力を検出することができるよう反力
用ロードセル3には複数の3分力測定用ゲージ4
が備えられている。
C. Prior Art The movable device shown in FIG. 9 consists of a fixed part 5 and a movable part 6, and a force sensor part shown in FIG. 8 is interposed between the movable part 5 and the tool 7. . The movable part 6 rotates as shown by the two-dot chain line in FIG. 9, so that the cutting tool 8 of the tool 7 grinds the object 9 in each posture. The force sensor section shown in FIG. 8 includes a tool side flange 1 and a movable device side flange 2.
A reaction force load cell 3 is interposed between the two, and the reaction force load cell 3 is equipped with a plurality of 3-component force measuring gauges 4 so that the 3-component force can be detected.
is provided.

上述した可動装置により研削作業する場合に
は、被研削物を常に一定の研削力Fで押す必要が
あるが、上記力センサ部は研削力Fと工具7の重
力Wとをベクトル合成した値として検出するた
め、姿勢が変化するとその出力値が変化すること
となる。このため、可動装置の姿勢が変動した場
合にも、適応できるよう、第10図に示すように
デジタル信号化して演算処理するようにしてい
る。即ち、力センサ部10の信号を信号増幅回路
11により増幅し、A/Dコンバータ12により
A/D変換してセンサデータとして演算処理装置
13に入力する一方、可動装置の姿勢を位置検出
器14により検出し、インターフエース回路15
を通じて位置データとして演算処理装置13に入
力する。演算処理装置13は、センサデータ及び
位置データから、工具7に作用する反力Fのみの
力データとして出力する。
When performing grinding work using the above-mentioned movable device, it is necessary to always push the object to be ground with a constant grinding force F. Since the detection is performed, the output value changes when the posture changes. Therefore, in order to be able to adapt even when the posture of the movable device changes, as shown in FIG. 10, the signal is converted into a digital signal and arithmetic processing is performed. That is, the signal from the force sensor unit 10 is amplified by the signal amplification circuit 11, A/D converted by the A/D converter 12, and inputted to the arithmetic processing unit 13 as sensor data, while the posture of the movable device is detected by the position detector 14. Detected by the interface circuit 15
is input to the arithmetic processing unit 13 as position data. The arithmetic processing unit 13 outputs only the reaction force F acting on the tool 7 as force data from the sensor data and position data.

D 考案が解決しようとする問題点 上述した従来の技術では、力センサからの信号
から重力を補正して削除することにより研削力を
求めており、そのためには力検出装置には可動装
置の姿勢の変化を検出する位置検出器とそのイン
ターフエース回路及び演算処理装置が必要となつ
て、システムが大規模になり、コストが高くなる
などの欠点があつた。
D Problems to be solved by the invention In the conventional technology described above, the grinding force is determined by correcting and removing the gravity from the signal from the force sensor. Since a position detector, its interface circuit, and arithmetic processing unit are required to detect changes in the position, the system becomes large-scale and costs increase.

本考案は、上記従来技術に鑑み、第11図に示
すように力センサ部16と信号増幅回路17から
構成され、信号増幅回路17からの信号をA/D
コンバータ18によりA/D変換することによ
り、工具に作用する反力のみの力データとして使
用することのできる力検出装置を提供することを
目的とする。
In view of the above-mentioned prior art, the present invention is composed of a force sensor section 16 and a signal amplification circuit 17 as shown in FIG.
It is an object of the present invention to provide a force detection device that can be used as force data of only reaction force acting on a tool by performing A/D conversion using a converter 18.

E 問題点を解決するための手段及び作用 反力用ロードセルによつて検出される力は、工
具に作用する反力だけでなく、工具自体の重力も
含まれており、これが第1の差動アンプで増幅さ
れることとなる。一方、重力補正用ロードセルは
ウエイトの重力を検出し、これが第2の差動アン
プによつて増幅されることとなり、この際第2の
差動アンプのゲインは工具とウエイトの質量比等
によつて可変されることとなる。従つて、第1,
2の差動アンプの信号を第3の差動アンプで減算
すると工具の反力のみが求められることとなる。
E Means and action for solving the problem The force detected by the reaction force load cell includes not only the reaction force acting on the tool but also the gravity of the tool itself, which is the first differential force. It will be amplified by an amplifier. On the other hand, the gravity correction load cell detects the gravity of the weight, and this is amplified by the second differential amplifier. At this time, the gain of the second differential amplifier depends on the mass ratio of the tool and the weight. It will be changed accordingly. Therefore, first,
When the signal from the second differential amplifier is subtracted by the third differential amplifier, only the reaction force of the tool can be determined.

F 実施例 以下、本考案の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
F. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図に本考案の一実施例に使用する力センサ
を示す。同図に示されるように力センサ部は工具
側フランジ21と装置側フランジ22の間に反力
用ロードセル23及び重力補正用ロードセル25
を介設して構成されている。反力測定用ロードセ
ル23は、環状部23aとこれと同心の円板部2
3bとを4つの連結部23cを介して連結したも
のであり、円板部23bが工具側フランジ21に
固定され、環状部23aが重力補正用ロードセル
25に固定されている。連結部23cは90°間隔
で配設され、各連結部23cには対称に4か所に
ストレンゲージ24(従つて合計16個のストレン
ゲージ24a〜24p)が具えられている。一
方、重力補正用ロードセル25は環状部25a
と、これと同心のウエイト27とを4つの連結部
25cにて連結して構成され、環状部25aは装
置側フランジ22及び反力用ロードセル23に固
定される。連結部25cは90°間隔で配設され、
各連結部25cには対称に4か所ストレンゲージ
26(従つて合計16個のストレンゲージ26a〜
26p)が具えられている。ウエイト27は環状
となつており、その中央をストツパ28が貫通す
る。ストツパ28は装置用ロードセル22の中央
に突設されている。
FIG. 1 shows a force sensor used in an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the force sensor section includes a reaction force load cell 23 and a gravity correction load cell 25 between the tool side flange 21 and the device side flange 22.
It is constructed by intervening. The reaction force measurement load cell 23 includes an annular portion 23a and a disk portion 2 concentric with the annular portion 23a.
3b are connected via four connecting parts 23c, the disc part 23b is fixed to the tool side flange 21, and the annular part 23a is fixed to the gravity correction load cell 25. The connecting portions 23c are arranged at 90° intervals, and each connecting portion 23c is provided with four strain gauges 24 (therefore, a total of 16 strain gauges 24a to 24p) symmetrically. On the other hand, the gravity correction load cell 25 has an annular portion 25a.
and a concentric weight 27 are connected by four connecting parts 25c, and the annular part 25a is fixed to the device side flange 22 and the reaction force load cell 23. The connecting portions 25c are arranged at 90° intervals,
Each connecting portion 25c has four strain gauges 26 symmetrically (therefore, a total of 16 strain gauges 26a-
26p) is provided. The weight 27 has an annular shape, and a stopper 28 passes through the center thereof. The stopper 28 is provided protruding from the center of the device load cell 22.

上記構成の力センサには、3成分の力を検出で
きるようにストレンゲージ24,26が設けられ
ているが、動作原理は3成分とも同様であるの
で、信号増幅回路についてはその一成分について
説明する。
The force sensor configured as described above is provided with strain gauges 24 and 26 so as to be able to detect three components of force, but since the operating principle is the same for all three components, the signal amplification circuit will be explained for one component. do.

第4図に信号増幅回路の一実施例について示
す。同図に示されるように反力用ロードセル23
についてのストレンゲージ抵抗Rb,Rd,Rj,Rl
(添字はストレンゲージに対応する。以下同じ)
によつてブリツジが構成されると共に重力補正用
ロードセルについてのストレンゲージ抵抗Rb
Rd,Rj,Rlによつて構成されており、これらブ
リツジに所定の電圧が印加されている。従つて、
各ブリツジの平衡状態が崩れると、各ブリツジ内
の電位差が各各差動アンプ30,31によつて増
幅されてe1,e2となり、その出力e1,e2が差動ア
ンプ32により減算される。ここで、e1,e2,e0
は下式で示される。
FIG. 4 shows an embodiment of the signal amplification circuit. As shown in the figure, the reaction force load cell 23
The strain gauge resistances R b , R d , R j , R l
(The subscript corresponds to the strain gauge. The same applies below)
The bridge is constructed by and the strain gauge resistance R b for the gravity correction load cell is
It is composed of R d , R j , and R l , and a predetermined voltage is applied to these bridges. Therefore,
When the equilibrium state of each bridge collapses, the potential difference within each bridge is amplified by each differential amplifier 30 and 31 to become e 1 and e 2 , and the outputs e 1 and e 2 are subtracted by differential amplifier 32. be done. Here, e 1 , e 2 , e 0
is shown by the formula below.

e1=K1(F+W1) e2=K2W2 e0=e1−e2=K1F+K1W1−K2W2 但し、 Fは工具が受ける反力(研削力)、 W1は工具に作用する重力、 W2はウエイトに作用する重力、 K1は差動アンプ30によるゲイン、 K2は差動アンプ31によるゲイン である。 e 1 = K 1 (F + W 1 ) e 2 = K 2 W 2 e 0 = e 1 −e 2 = K 1 F + K 1 W 1 − K 2 W 2 However, F is the reaction force (grinding force) that the tool receives, W 1 is the gravity acting on the tool, W 2 is the gravity acting on the weight, K 1 is the gain due to the differential amplifier 30, and K 2 is the gain due to the differential amplifier 31.

また、W1=M1g,W2=M2g 但し、 M1は工具質量、 M2はウエイト質量、 gは重力加速度である。 Also, W 1 = M 1 g, W 2 = M 2 g where M 1 is the tool mass, M 2 is the weight mass, and g is the gravitational acceleration.

従つて、K1W1−K2W2=0であれば、差動ア
ンプ32の出力から重力の影響は完全に除去され
ることとなるから、差動アンプ31のゲインK2
=K1W1/W2=K1M1/M2となる様にすれば良い。更に、 重力加速度以外に加速度αが生じた場合にも、そ
の影響は除去される。即ち下式に示すように、重
力加速度の場合にも同一のゲイン設定で良いこと
となる。
Therefore, if K 1 W 1 −K 2 W 2 = 0, the influence of gravity is completely removed from the output of the differential amplifier 32, so the gain K 2 of the differential amplifier 31
=K 1 W 1 /W 2 =K 1 M 1 /M 2 . Furthermore, even if acceleration α occurs in addition to gravitational acceleration, its influence is removed. That is, as shown in the equation below, the same gain setting is sufficient even in the case of gravitational acceleration.

K2=K1F1/F2=K1M1α/M2α=K1M1/M2 但し、 F1は工具に加速度αを生じさせる力、 F2はウエイトに加速度αを生じさせる力であ
る。
K 2 = K 1 F 1 /F 2 = K 1 M 1 α / M 2 α = K 1 M 1 /M 2 However, F 1 is the force that causes acceleration α on the tool, and F 2 is the force that causes acceleration α on the weight. It is the force that causes

更に、同一の工具を可動装置に取り付けたまま
で使用する場合は、差動アンプ31のゲインをボ
リユームによつて設定すれば良いが、工具を自動
的に交換する場合は不便である。そこで、このよ
うな場合は、第5図、第6図に示す他の実施例の
ように外部制御信号ecによつて、差動アンプ31
のゲインを可変とするようにすると良い。即ち、
第5図に示される実施例では乗算器33を使用す
ることにより、差動アンプ31のゲインを外部制
御信号ecにより可変としている。また、第6図に
示す実施例ではD/Aコンバータ34を追加して
デジタル信号により差動アンプ31のゲインを設
定できるようにしている。尚、その他の構成は、
第4図に示す実施例と同様である。また上記実施
例において、ブリツジを構成するストレンゲージ
抵抗の選択は、上記例示のものに限らず、検出す
る力の方向によつて適宜変更することができる。
またブリツジの全ての抵抗としてストレンゲージ
抵抗を使用しなければならないものでなく、少な
くとも1つがストレンゲージ抵抗で他は固定抵抗
としても良い。
Furthermore, if the same tool is used while attached to the movable device, the gain of the differential amplifier 31 may be set by the volume, but this is inconvenient if the tool is automatically replaced. Therefore, in such a case, as in the other embodiments shown in FIGS. 5 and 6, the differential amplifier 31 is
It is better to make the gain variable. That is,
In the embodiment shown in FIG. 5, by using a multiplier 33, the gain of the differential amplifier 31 is made variable by an external control signal e c . Further, in the embodiment shown in FIG. 6, a D/A converter 34 is added so that the gain of the differential amplifier 31 can be set using a digital signal. In addition, other configurations are as follows.
This is similar to the embodiment shown in FIG. Furthermore, in the embodiments described above, the selection of strain gauge resistors constituting the bridge is not limited to those exemplified above, and can be changed as appropriate depending on the direction of the force to be detected.
Furthermore, it is not necessary to use strain gauge resistors as all the resistors of the bridge; at least one strain gauge resistor may be used and the others may be fixed resistors.

更に、ストレンゲージの信号が微弱であるた
め、極力配線を短くすることが望しい。そこで、
第7図に示すように、力センサ部35と信号増幅
回路36とを力センサユニツト37として同一パ
ツケージ内に実装すると良い。このようにする
と、ノイズの影響を受けにくくなり信頼性の向上
につながると共にシーケンサなど他の機器とイン
ターフエースしやすくなる利点がある。
Furthermore, since the strain gauge signal is weak, it is desirable to keep the wiring as short as possible. Therefore,
As shown in FIG. 7, it is preferable to mount the force sensor section 35 and the signal amplification circuit 36 in the same package as a force sensor unit 37. This has the advantage of being less susceptible to noise, leading to improved reliability, and making it easier to interface with other equipment such as a sequencer.

G 考案の効果 以上、実施例に基づいて具体的に説明したよう
に本考案は次の効果を奏する。
G. Effects of the invention As specifically explained above based on the embodiments, the invention has the following effects.

(1) 工具の重力の影響及び可動装置の加速度の影
響をリアルタイムでキヤンセルし、工具が受け
ている実際の反力(研削力)をマイクロコンピ
ユータの演算によらず検出可能である。
(1) The influence of gravity on the tool and the influence of acceleration of the movable device can be canceled in real time, and the actual reaction force (grinding force) being applied to the tool can be detected without using a microcomputer.

(2) マイクロコンピユータの演算を必要としない
為に、システムが非常にシンプルな構成とな
る。
(2) The system has a very simple configuration because it does not require calculations by a microcomputer.

(3) マイクロコンピユータの演算を必要としない
為、コンピユータの演算の遅れがなく、応答が
よい。
(3) Since microcomputer calculations are not required, there is no delay in computer calculations and the response is good.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第7図は本考案の実施例に係り、第1
図は力センサ部の実施例を示す断面図、第2図
a,bは各々反力測定用ロードセルの正面図、断
面図、第3図a,bは各々重力補正用ロードセル
の正面図、断面図、第4図、第5図、第6図は
各々信号増幅回路の第1、第2、第3の実施例を
示すブロツク図、第7図は力センサユニツトの構
成図、第8図は従来の力センサ部を示す断面図、
第9図は可動装置の可動部の位置と荷重分力を示
す説明図、第10図は従来の力測定ブロツク図、
第11図は本考案の力測定ブロツク図である。 図面中、21は工具側フランジ、22は装置側
フランジ、23は反力測定用ロードセル、24,
26はストレンゲージ、25は重力補正用ロード
セル、27はウエイト、28はストツパ、30,
31,32は差動アンプ、33は乗算器、34は
D/Aコンバータである。
Figures 1 to 7 relate to embodiments of the present invention;
The figure is a cross-sectional view showing an example of the force sensor section, Figures 2a and b are a front view and a cross-section of a load cell for measuring reaction force, and Figures 3a and b are a front view and a cross-section of a load cell for gravity correction. 4, 5, and 6 are block diagrams showing the first, second, and third embodiments of the signal amplification circuit, respectively, FIG. 7 is a configuration diagram of the force sensor unit, and FIG. A cross-sectional view showing a conventional force sensor section,
Fig. 9 is an explanatory diagram showing the position of the movable part of the movable device and the load component force, Fig. 10 is a conventional force measurement block diagram,
FIG. 11 is a force measurement block diagram of the present invention. In the drawing, 21 is a tool side flange, 22 is a device side flange, 23 is a load cell for measuring reaction force, 24,
26 is a strain gauge, 25 is a gravity correction load cell, 27 is a weight, 28 is a stopper, 30,
31 and 32 are differential amplifiers, 33 is a multiplier, and 34 is a D/A converter.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 力センサ部と、該力センサ部の信号を増幅、
演算する信号増幅回路からなる力検出装置に於
いて、前記力センサ部は、工具を取り付ける工
具側フランジと、可動装置に固定する為の装置
側フランジと、前記工具による反力を検出する
為の反力用ロードセルと、重力又は他の加速度
を補正する為のウエイトと、該ウエイトに作用
する力を検出する重力補正用ロードセルを備
え、一方、前記信号増幅回路は、前記反力用ロ
ードセルの信号を増幅する第1の差動アンプ
と、前記重力補正用ロードセルの信号を増幅す
る第2の差動アンプと、前記第1の差動アンプ
の出力から前記第2の差動アンプの出力を減算
することにより前記工具に作用する反力のみを
算出する第3の差動アンプとを備えたことを特
徴とする重力補正付力検出装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第1項において、前
記第2の差動アンプのゲインは、外部からのア
ナログ電圧信号を入力すると乗算器により、可
変となることを特徴とする重力補正付力検出装
置。 (3) 実用新案登録請求の範囲第1項において、前
記第2の差動アンプのゲインは、外部からのデ
ジタル信号を入力すると乗算器及びD/Aコン
バータにより、可変となることを特徴とする重
力補正付力検出装置。 (4) 実用新案登録請求の範囲第1項において、前
記力センサ部と前記信号増幅回路は同一パツケ
ージに実装されていることを特徴とする重力補
正付力検出装置。
[Claims for Utility Model Registration] (1) A force sensor section and amplifying the signal of the force sensor section;
In a force detection device comprising a signal amplification circuit for calculation, the force sensor section includes a tool-side flange for attaching a tool, a device-side flange for fixing to a movable device, and a device-side flange for detecting reaction force caused by the tool. The signal amplification circuit includes a reaction force load cell, a weight for correcting gravity or other acceleration, and a gravity correction load cell for detecting the force acting on the weight, and the signal amplification circuit is configured to detect the signal of the reaction force load cell. a first differential amplifier that amplifies the signal of the gravity correction load cell, a second differential amplifier that amplifies the signal of the gravity correction load cell, and subtracting the output of the second differential amplifier from the output of the first differential amplifier. A gravity-corrected applied force detection device comprising: a third differential amplifier that calculates only the reaction force acting on the tool. (2) Utility model registration Claim 1, wherein the gain of the second differential amplifier is made variable by a multiplier when an external analog voltage signal is input. Detection device. (3) Utility model registration Claim 1, characterized in that the gain of the second differential amplifier becomes variable by a multiplier and a D/A converter when an external digital signal is input. Gravity correction force detection device. (4) Utility Model Registration Claim 1: The gravity-corrected applied force detection device, characterized in that the force sensor section and the signal amplification circuit are mounted in the same package.
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