JPS62182631A - 荷重検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は剛性の高い高感度の荷重検出装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来の荷重検出装置は、例えば、特開昭５４−１３３１
７６号公報に開示されているように荷重を弾性体の変形
としてストレインゲージにより検出する方法が一般的で
あった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の荷重を弾性体の変形としてストレインゲージによ
り検出する方法では、微小な荷重を高感度で測定しよう
とすると弾性体の剛性を下げて変形を大きくしなければ
ならない。しかし剛性を下げることにより、周波数応答
の低下・誤差の増大被８１り定系への影響の問題があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、光の干渉を用いて微小な荷重を高感度
で測定できる剛性の高い荷重検出装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は、光反射性のある第１の部材と、光透過性
のある第２の部材とを接触状態に配置し。

第１の部材に加える荷重による接触面の変形を光の干渉
を用いて測定し、その接触領域の変化から荷重を求める
ように構成することにより達成される。

〔作用〕

第１の部材に荷重が加わると、第１の部材と第２の部材
の接触面積が変化して接触面の干渉縞及び強度分布が変
わるので、これによりご荷重が検出される。

〔実施例〕

第１図は本発明の荷重検出装置の一実施例を示すもので
、この図において、１は鋼球、２は鋼球１に接触する透
明なプラスチック平板、３はプラスチック平板の下方か
ら光を照射しその反射光を検出するための光ファイバ、
４は光ファイバ３を通して得られた干渉の光量を検出す
るセンサ、５はセンサ４の出力から荷重を求める演算処
理装置である。

第２図は荷重Ｐが加わったときの鋼球１とプラスチク板
との接触状態を示すもので、接触半径をａ、１及び２の
ポアリン比、ヤング率をＶＢ　ＶｘｙＥ　１　、　Ｅ　
ｚ、１の半径をＲｏ　とするとヘルツの接触応力よりそ
れらの関係は、 で与えられる。またこの時の荷重方向への変位δは、 である。

いま、Ｒｏ＝　１１１１ＲＩ、　Ｖ１＝　０．３　ｔ　
Ｖｘ＝　０．４　＋Ｅｔ＝　２　Ｘ　１０’ｋｇ／ｍ”
、Ｅｚ＝　Ｉ　Ｘ　１０１５ｋｇ／ｍ’とすると、 ８＝ｏ、。８゜Ｐ８ となり、荷重Ｐと接触面積の関係は第３図となる。

この接触面での干渉縞及び強度分布は第４図に示すよう
であり、荷重Ｐによって光強度の低い接触領域６が変化
する。そこで検出器により、ある範囲内での光量測定を
行うと、第５図に示すような荷重と光量との関係が得ら
れる。従って、あらかじめこの関係を求めておけば、検
出器４によって得られる光量から荷重Ｐを求めることが
できる。

また、この時の変位δから、荷重検出装置のバネ定数を
求メルト、２．８３　Ｘ　１０’ｇ／ｍトナル。

本実施例によれば、バネ定数が２．８３　Ｘ　１０４ｇ
　／　ｍという高い剛性をもつ小型の荷重検出装置を実
現できる。

上述の実施例において、第１の部材は球面、第２の部材
は平面としたが、第６図のように第１の部材、第２の部
材とも曲面としてもよい。このときは、各部材の半径を
Ｒ１，Ｒｚとしての関係があ売。

この実施例においては、第２図の部材が平担であるのに
比べて接触面積を大きくすることができ、荷重検出の感
度を上げることができる。

なお、前記実施例においては干渉光の光量から荷重を求
めたが、接触領域の面積より第３図の関係から荷重を求
めることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のストレインゲージの約１０００
倍近く剛性の高い荷重検出部ｂ１を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の荷重検出装置の一実施例を示す構成図
、第２図は本発明の装置を構成する球面と平板の接触状
態を、示す断面図、第３図は本発明における荷重と接触
面積との関係を示す特性図。 第４図は本発明の装置において得られる接触面での干渉
像と光強度分布を示す図、第５図は本発明の装置におけ
る荷重と光量の関係を表わす特性図、第６図は本発明の
他の実施例における球面と球面の接触状態を示す断面図
である。 １・・・鋼球、２・・・プラスチック平板、３・・・光
ファイバー、４・・・光検出器、５・・・演算処理装置
、６・・・接方　１　　ｍ Ｚ　２　図 ｆ：Ｊ４図 ７５図 ■　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光反射性のある第１の部材と光透過性のある第２の
   部材とを接触して配置し、前記第２の部材の近傍には、
   前記第１の部材と第２の部材の接触面に向けて光を照射
   するための光源と、前記第１の部材からの反射光を検出
   する光検出器を設け、前記光検出器には、第１の部材と
   第２の部材間の光の干渉によりその間に作用する力を演
   算する演算処理装置を接続したことを特徴とする荷重検
   出装置。 ２、第１の部材はその表面を曲面にし、第２の部材はそ
   の表面を平坦にしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の荷重検出装置。 ３、第１の部材、第２の部材ともその表面を曲面とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷重検出
   装置。 ４、第１の部材及び第２の部材間の干渉光の強度分布か
   ら２つの部材の接触面積を求め、その間に働く力を検出
   することを特徴とする特許請求範囲第１項記載の荷重検
   出装置。 ５、第１の部材及び第２の部材間の干渉光の光量からそ
   の間に働く力を求めることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の荷重検出装置。