JPH0820318B2 - グラインダユニットの磁歪式応力測定装置 - Google Patents

グラインダユニットの磁歪式応力測定装置

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JPH0820318B2
JPH0820318B2 JP62189255A JP18925587A JPH0820318B2 JP H0820318 B2 JPH0820318 B2 JP H0820318B2 JP 62189255 A JP62189255 A JP 62189255A JP 18925587 A JP18925587 A JP 18925587A JP H0820318 B2 JPH0820318 B2 JP H0820318B2
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正章 轟木
博幸 青木
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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、産業用ロボットのアームに持たせたグライ
ンダユニットの押し付け力とトルクとを同時に測定する
磁歪式応力測定装置に関する。
従来の技術 磁歪式応力測定装置の中には、例えば特開昭57−7732
6号公報に示されるように、被測定軸の周面に被測定軸
の応力を磁気ひずみに変換する第1・第2セグメントを
軸方向に所要の角度をもって略ハ字形に設け、この第1
セグメントの外周に励磁コイルと検出コイルとを無接触
に外嵌配置するとともに、第2セグメントの外周にも励
磁コイルと検出コイルとを無接触に外嵌配置し、それぞ
れの励磁コイルに通電させておき、被測定軸に捩れ力が
加えられることによって、第1・第2セグメントの磁気
ひずみ効果によって各検出コイルのインダクタンスを変
化させ、このインダクタンスの変化量に基づいて被測定
軸の周方向応力の大きさと向き、すなわちトルクの大き
さと向きを計測するようにしたものが知られている。
発明が解決しようとする問題点 産業用ロボットのアームに支持させたグラインダユニ
ットで研削加工を施すにあたり、前述の磁歪式応力測定
装置を利用して、グラインダユニットのうち砥石が取り
付けられるモータの出力軸を被測定軸となして、これに
第1・第2セグメントと励磁コイルおよび検出コイルと
を配置する一方、産業ロボットのコントローラに前記検
出コイルの出力を入力して、研削状態をモニタしつつ研
削作業を自動的に行うことが考えられる。
しかし、この場合には、出力軸の捩れトルクの大きさ
と向きすなわち砥石の切れ味等に依存する出力軸の捩れ
トルクを検出することはできたとしても、別のストレイ
ンゲージ等を用いないかぎり出力軸の軸方向応力の大き
さと向きを同時に計測することができないので、結果的
にはワークに対する砥石の押し付け力を適確にモニタす
ることができない。
そこで、本発明は出力軸の周方向応力の大きさと向き
のみならず、軸方向応力の大きさと向きをも同時に計測
することができるグラインダユニットの磁歪式応力測定
装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段 本発明は、産業用ロボットのアームに支持させたグラ
インダユニットで研削加工を施すにあたり、そのグライ
ンダユニットの出力軸に加わるトルクと押し付け力とを
同時に測定する装置であって、砥石が取り付けられる出
力軸の周面に軸方向に所要の角度をもって略ハ字形に設
けられてその出力軸の応力を磁気ひずみに変換する第1
・第2セグメントと、第1セグメントの外周に無接触に
外嵌配置されて第1セグメントの磁気ひずみをインダク
タンスの変化量に変換する第1・第2コイルと、第2セ
グメントの外周に無接触に外嵌配置されて第2セグメン
トの磁気ひずみをインダクタンスの変化量に変換する第
3・第4コイルと、第1・第3コイルのインダクタンス
の変化量に相当する電圧を入力として出力軸に加わるト
ルク値を出力する減算器と、第2・第4コイルのインダ
クタンスの変化量に相当する電圧を入力として出力軸に
加わる軸方向の押し付け力を出力する加算器とを備えた
構成としてある。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。
第1〜5図に示すように、この実施例の磁歪式応力測
定装置は、大まかには、産業用ロボット1のアーム2に
取り付けられるグラインダユニット3のうち、砥石4が
取り付けられるモータ5の出力軸6を被測定軸として構
成してあり、第1・第2セグメント7,8と第1・第2・
第3・第4コイル9,10,11,12と第1・第2ブリッジ回路
13,14と減算器25と加算器29とを備えている。
第1・第2セグメント7,8は出力軸6の周面に軸方向
に所要の角度θ、例えば45度をもって略ハ字形に設けら
れている。この実施例では出力軸6を磁気ひずみ効果を
有する材料で形成してあることから、第2図に示すよう
に第1・第2セグメント7,8は、出力軸6の周面に周方
向へ複数段の溝7a,8aを形成し、これら溝7a,8a間に左右
対称に存在する出力軸6の外周面部によって構成されて
いる。
ここで、出力軸6に生じる応力と第1・第2セグメン
ト7,8の磁気ひずみとの関係は第2図に示すようになっ
ている。例えば出力軸6に矢印Tで示す右まわりのトル
クTが加わったと仮定すると、第1セグメント7には矢
印σの磁気ひずみを生じ、第2セグメント8には矢印
−σの磁気ひずみを生じる。また、出力軸6に矢印F
で示す軸方向の外力が加わったと仮定すると、第1・第
2セグメント7,8には矢印σの磁気ひずみを生じる。
したがって、出力軸6に右まわりのトルクTと軸方向の
外力Fとが同時に加わると、前述の磁気ひずみσT,−σ
Tから、第1セグメント7には矢印σの合成磁気
ひずみを生じ、第2セグメント8には矢印σの合成磁
気ひずみ(−σに同じ)を生じる。
これを式にすると、 σ=σ+COSθ・σ =σ+COS45゜・σ …(1) σ=−σ+COSθ・σ =−σ+COS45゜・σ …(2) となる。
また、上式(1)−(2),(1)+(2)より σ−σ=2σ …(3) σ+σ=2COSθσ=2COS45゜σ …(4) となる。
第1・第2コイル9,10は第1セグメント7の外周に無
接触に外嵌配置されて、第1セグメント7の磁気ひずみ
σをインダクタンスL1,L2の変化量に変換するように
なっている。第3・第4コイル11,12は第2セグメント
8の磁気ひずみσをインダクタンスL3,L4の変化量に
変換するようになっている。
具体的には、第1・第2コイル9,10は筒状のヨーク15
の一端部内に形成した2つの受容凹部16,17に装着さ
れ、第3・第4コイル11,12はヨーク15の他端部内に形
成した2つの受容凹部18,19に装着されており、これら
第1〜第4コイル9,10,11,12に通電すると、第1コイル
9,ヨーク15,エアギャップg,第1セグメント7を通る磁
気回路と、第2コイル10,ヨーク15,エアギャップg,第1
セグメント7を通る磁気回路と、第3コイル11,ヨーク1
5,エアギャップg,第2セグメント8を通る磁気回路と、
第4コイル12,ヨーク15,エアギャップg,第2セグメント
8を通る磁気回路とがそれぞれ形成されるのである。
第1ブリッジ回路13は、第3図に示すように、第1・
第3コイル9,11と2つの抵抗20,21と平衡調整用の可変
抵抗器23と交流電源としての励磁用発振器24とを備え、
第1・第3コイル9,11のインダクタンスL1,L3の変化量
に相当する電圧を出力端c,dに出力するようになってい
る。この第1ブリッジ回路13の出力端c,dには演算増幅
器で構成された減算器25を接続してある。
第2ブリッジ回路14は第4図に示すように、第2・第
4コイル10,12と2つの抵抗26,27と平衡調整用の可変抵
抗器28と前述の励磁用発振器24とを備え、第2・第4コ
イル10,12のインダクタンスL2,L4の変化量に相当する電
圧を出力端c,dに出力するようになっている。この第2
ブリッジ回路14の出力端c,dには演算増幅器で構成され
た加算器29を接続してある。
以上の実施例構造によれば、可変抵抗器23,30を操作
して第1・第2ブリッジ回路13,14の平衡をとった後、
グラインダユニット3による研削作業を行う。
そして、グラインダユニット3の出力軸6にトルクT
や軸方向の力(グラインダユニット3の押し付け力)F
が加わると、第1・第2セグメント7,8に磁気ひずみ
σ1が生じ、第1〜第4コイル9,10,11,12のインダ
クタンスL1〜L4が変化し、これらインダクタンスL1〜L4
の変化量に応じて第1・第2ブリッジ回路13,14の平衡
がくずれ、出力端c,dにインダクタンスL1〜L4の変化量
に応じた電圧を生じる。
つまり、第1・第2ブリッジ回路13,14の出力端cに
生じた電圧E1は第1セグメント7の磁気ひずみσに相
当するものであり、第1・第2ブリッジ回路13,14の出
力端dに生じた電圧E2は第2セグメント8の磁気ひずみ
σに相当するものである。そして、前記第1ブリッジ
回路13の出力端c,dの電圧E1,E2が減算器25でひき算され
て出力される。即ちE1−E2=σ−σ=2σとなる
ので、出力軸6の周方向応力の大きさと向き、すなわち
出力軸6の捩りトルクの大きさと向きとを計測すること
ができる。
また、第2ブリッジ回路14の出力端c,dの電圧E1,E2
加算器29でたし算されて出力される。即ちE1+E2=σ
+σ=2COSθσとなるので、出力軸6の軸方向応力
の大きさと向き、すなわち出力軸6に加わる軸方向の押
し付け力の大きさと向きとを計測することができる。
しかも、第1・第2セグメント16,17を出力軸6と同
一部材で一体に形成してあるので、例えば被測定軸に磁
歪膜を接着した場合のように、被測定軸に繰り返し加え
られるトルクや温度変化によって接着剤が劣化し、被測
定軸に加えられるトルクと磁歪膜の磁気ひずみとの間に
ずれを生じて検出精度が悪くなるという不都合もなくな
る。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、図示は省略するけれども、例えば溝7a,8aを非磁性
の電気良導体で埋めて第1・第2セグメント7,8の磁束
密度を増加して検出感度を高めたり、あるいは第1・第
2セグメント7,8を出力軸6の外周面に凸状に形成した
りすることもできる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、第1ブリッジ回路の2
つの出力端の電圧を減算し、第2ブリッジ回路の2つの
出力端の電圧を加算することによって、別のストレイン
ゲージ等を用いることなく、出力軸の周方向応力と軸方
向応力とについてそれぞれの大きさと向き、すなわち出
力軸に加わるトルクと押し付け力とを同時にかつ適確に
計測することができ、したがって、ストレインゲージ等
を併用した場合のようにスリップリングを原因とするノ
イズや耐久性の問題がなく、構造の簡素化と併せて計測
精度の信頼性が向上する。
しかも、第1〜第4コイルを自己インダクタンスとし
て構成してあるので、従来のように励磁コイルと検出コ
イルとからなる相互インダクタンスとして構成したもの
に比べて、第1・第2セグメントと第1〜第4コイルと
の出力軸への軸方向長さを小さくすることができ、これ
によってもまた構造の簡素化と小型化を図ることができ
る。
特に、産業用ロボットのアームに取り付けたグライン
ダユニットの出力軸に加わるトルクと押し付け力とを同
時に検出して、その2方向の荷重管理を行うことができ
るので、産業用ロボットのエコライジング機能に頼るこ
となく、実質的に砥石の切れ味、当たり具合、破損なら
びにワークの研削焼け等を監視しながら研削作業を行う
ことができ、作業性の向上とともに研削作業の完全自動
化の実現に大きく貢献できる等の新規な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第2図は
同実施例の出力軸まわりを示す模式図、第3図は同実施
例の第1ブリッジ回路を示す回路図、第4図は同実施例
の第2ブリッジ回路を示す回路図、第5図は同実施例の
産業用ロボットを示す斜視図である。 1……産業用ロボット、2……アーム、3……グライン
ダユニット、4……砥石、6……出力軸、7……第1セ
グメント、8……第2セグメント、9……第1コイル、
10……第2コイル、11……第3コイル、12……第4コイ
ル、L1〜L4……インダクタンス、25……減算器、29……
加算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】産業用ロボットのアームに支持させたグラ
    インダユニットで研削加工を施すにあたり、そのグライ
    ンダユニットの出力軸に加わるトルクと押し付け力とを
    同時に測定する装置であって、 砥石が取り付けられる出力軸の周面に軸方向に所要の角
    度をもって略ハ字形に設けられてその出力軸の応力を磁
    気ひずみに変換する第1・第2セグメントと、 第1セグメントの外周に無接触に外嵌配置されて第1セ
    グメントの磁気ひずみをインダクタンスの変化量に変換
    する第1・第2コイルと、 第2セグメントの外周に無接触に外嵌配置されて第2セ
    グメントの磁気ひずみをインダクタンスの変化量に変換
    する第3・第4コイルと、 第1・第3コイルのインダクタンスの変化量に相当する
    電圧を入力として出力軸に加わるトルク値を出力する減
    算器と、 第2・第4コイルのインダクタンスの変化量に相当する
    電圧を入力として出力軸に加わる軸方向の押し付け力を
    出力する加算器、 とを備えたことを特徴とするグラインダユニットの磁歪
    式応力測定装置。
JP62189255A 1987-07-29 1987-07-29 グラインダユニットの磁歪式応力測定装置 Expired - Lifetime JPH0820318B2 (ja)

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