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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- Japan
- Prior art keywords
- force
- differential amplifier
- tool
- signal
- gravity
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- Measurement Of Force In General (AREA)
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。
る反力を検出できる装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
詳細に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
る。
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。
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。
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。
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。
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。
に本考案は次の効果を奏する。
(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。
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。
(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。
為に、システムが非常にシンプルな構成とな
る。
(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。
為、コンピユータの演算の遅れがなく、応答が
よい。
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。
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。
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9334386U JPH0447639Y2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9334386U JPH0447639Y2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63236U JPS63236U (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0447639Y2 true JPH0447639Y2 (ja) | 1992-11-10 |
Family
ID=30955848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9334386U Expired JPH0447639Y2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0447639Y2 (ja) |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP9334386U patent/JPH0447639Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63236U (ja) | 1988-01-05 |
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