DE3941364A1

DE3941364A1 - Messeinrichtung

Info

Publication number: DE3941364A1
Application number: DE3941364A
Authority: DE
Inventors: Akira Sato; Kazuaki Hama; Makoto Nakao; Junichi Misawa; Hiroyuki Suzuki
Original assignee: Bridgestone Corp; Misawa Shokai Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Corp; Misawa Shokai Co Ltd
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1990-06-28
Also published as: US5022475A; JPH02163627A; JP2699095B2

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Meßeinrichtung, mit der man nicht nur das in Richtung der Z-Achse wirkende Gewicht eines Fahrzeuges oder dergleichen messen kann, sondern z.B. auch die Kraft, der ein Kraftfahrzeug im Windkanalversuch ausgesetzt ist, also eine horizontal in Richtung der X-Achse angreifende Last und schließlich auch drei Komponenten einer Last in rechtwinklig zuein ander liegenden Achsen X-, Y-, und Z-Achse.

Eine Dehnungsmesser anstatt Kraftaufnehmer verwendende Meßeinrichtung ist in der US-PS 47 26 436 beschrieben. Diese vorbekannte Meßeinrichtung kann jedoch nicht gleich zeitig Kräfte in zwei verschiedenen rechtwinklig zuein ander stehenden Richtungen in horizontaler Ebene, also nicht in Richtung der X- und Y-Achse messen.

Es wird aber zunehmend erforderlich, nicht nur den Vektor einer Kraft in einer Richtung, sondern Kraft vektoren in der X- Y- und Z-Achse zu messen, z.B. für die Messung und Kontrolle sowie Steuerung der Kräfte an und in Präzisionswerkzeugmaschinen und Werkzeugen, wie z.B. computergesteuerte Fräser, Roboter und dergl.

Demnach lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die mindestens in der X-, Y- und Z-Richtung Belastungen messen kann.

Diese Aufgabe kann mit einer Meßeinrichtung gelöst werden, die eine Lastaufnahmeplatte, auf die die zu mes sende Last aufgebracht wird, einen die Lastaufnahmeplatte umschließenden Rahmen und mindestens vier Innenarme ein schließt, die zwei entgegengesetzte Seiten der Lastauf nahmeplatte mit zwei entgegengesetzten Seiten des Innen rahmens verbinden, und die ferner einen den Innenrahmen umschließenden Außenrahmen und mindestens vier Außen arme aufweist, die Richtungen rechtwinklig zu den Innen armen entgegengesetzte Seiten des Außenrahmens mit zwei inneren Seiten des Innenrahmens verbinden, wobei die Lastaufnahmeplatte und der Innenrahmen durch den Außen rahmen getragen werden. Auf den Innen- und Außenarmen sind ferner Dehnungsmesser vorgesehen, die Spannungen in den entsprechenden Armen nachweisen. Diese Spannungen werden elektrisch umgeformt und für die Messung verstärkt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lastaufnahme platte, auf die die Last aufgebracht wird, vom Innen rahmen mittels mindestens vier Innenarmen getragen, und der Innenrahmen durch den Außenrahmen mittels mindestens vier Außenarmen, und die auf die vorbestimmten Stellen der Innnen- und Außenarme angebrachten Dehnungsmesser weisen eine Spannung in einer Richtung rechtwinklig zur Lastaufnahmeplatte, also in der Z-Richtung, nach sowie Spannungen in der X- und Y-Richtung rechtwinklig zueinan der in der horizontalen Ebene der Lastaufnahmeplatte, wodurch die Messung von Lasten oder Kräften in zwei ver schiedenen Richtungen in horizontaler Ebene und einer Last in einer Richtung rechtwinklig zur Lastaufnahme pIatte, also z.B. des Gewichts, ermöglicht wird.

Da außerdem die Lastaufnahmeplatte sowie der Innen- und der Außenrahmen miteinander durch die Innen- und Außen arme verbunden sind und damit eine integrale plattenähn liche Struktur erhalten wird, wird die Meßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung so stabil, daß sie nicht leicht bricht und kompakt sowie als Ganzes von leichtem Gewicht sein kann.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser durch die folgende Beschreibung verstanden, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf ein bevor zugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 1 geschnitten längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 1 geschnitten längs der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 und 5 Beispile für Brückenverbindungsschau bilder der Dehnungsmesser

Fig. 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Meßein richtung nach der Erfindung. Man erkennt, daß zwei zuein ander parallele Seiten einer Lastaufnahmeplatte 1, auf die die Last aufgebracht wird, mit zwei Seiten eines Innenrahmens 2, deren Innenflächen parallel zueinander liegen und der die Lastaufnahmeplatte umschließt, mit Hilfe von mindestens vier Innenarmen 3 verbunden sind. Ferner sind zwei entgegengesetzte Seiten eines den Innenrahmen 2 umschließenden Außenrahmens 4 mit zwei Sei ten des Innenrahmens durch mindestens vier Außenarme 5 verbunden, die rechtwinklig zu den Innenarmen 3 liegen. Ist die Meßeinrichtung aufgestellt bzw. plaziert, ruht die Unterfläche des Außenrahmens 4 auf dem Boden oder einer Stützfläche, während der Innenrahmen 2 und die Last aufnahmeplatte 1 Bodenfreiheit haben. Die Arme 3 und 5 sind so geformt und angeordnet, daß sie sich bei einer Bela stung der Lastaufnahmeplatte biegen und/oder verwinden.

Die Innnenarme 3 weisen beidends Dehungsmesser 6 A auf ihrer Ober- und Unterseite auf und ebenso ähnliche mittig lie gende Dehnungsmesser 6 B auf der Ober- und Unterseite. In gleicher Weise sind an den Außenarmen 5 nahe deren En den Dehnungsmesser 6 C auf ihrer Ober- und Unterseite an gebracht. Ferner haben die Außenarme 5 Dehnungsmesser 6 D auf ihren beiden Seiten und auf diesen Seiten Dehnungs messer 6 B in der Mitte, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Auf den gleichen Seiten sind an den Innenarmen 3 mittig Dehnungsmesser 6 E und an den Enden Dehnungsmesser 6 F angebracht, wie Fig. 3 zeigt. Eine in einer Richtung in horizontaler Ebene der Lastaufnahmeplatte 1 angreifende Kraft, also eine in der X-Richtung angreifende Kraft, wird durch den Nachweis der Biegespannungen in den Außenarmen 5 mittels der Dehnungsmesser 6 D gemessen, die an entgegengesetzten Enden auf beiden Seiten der Außenarme 5 angebracht sind. Eine Belastung in der Y-Rich tung rechtwinklig zur X-Richtung in der horizontalen Ebene wird durch den Nachweis der Scherspannungen in den Dehnungsmessern 6 E gemessen, die in der Mitte auf den beiden Seiten der Innenarme 3 bzw. Außenarme 5 vorgesehen sind. Außerdem wird das Moment um die X-Achse, also das Moment M _x, durch Nachweis der Biegespannungen mittels der Dehnungsmesser 6 C gemessen, die an entgegengesetzten Enden auf der Ober- und Unterseite der Außenarme 5 ange bracht sind. Das Moment um die Y-Achse, d.h. das Moment M _x, wird durch die Dehnungsmesser 6 A bestimmt, die an entgegengesetzten Enden auf der Ober- und Unterseite der Innenarme 3 liegen. Das Moment um die Z-Achse, d.h. das Moment M _z, wird gemessen durch den Nachweis der Scher spannung mit den Dehnungsmessern 6 E.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Brückenverbindungsdia gramms der Dehnungsmesser für den Nachweis der Belastung in der X- und Y-Richtung und des Moments um die X- und Y-Achse. Fig. 5 ist ein Beispiel eines Brückenverbin dungsdiagramms eines Dehnungsmessers für den Nachweis einer Last in der Z-Richtung und des Moments um die Z-Achse. Die Kombination der Dehnungsmesser 6 E bis 6 F und die Brückenverbindungen dieser Dehnungsmesser können selbstverständlich aus einer Vielzahl bekannter ausgewählt sein. Die Last kann in jeder axialen Richtung durch die Scher- oder Biegespannungen ermittelt werden.

Für die Messung der Belastung auf der Lastaufnahmeplatte in der Z-Achse, z.B. für die Messung des Gewichts eines Fahrzeuges oder dergl., sind insgesamt acht Dehnungs messer 6 E im Zentrum der Seiten der vier Innenarme 3 und insgesamt acht Dehnungsmesser 6 E im Zentrum auf den Seiten der Außenarme 5 vorgesehen. Jeder der Widerstände der Deh nungsmesser 6 E ist so angeordnet, daß er einen Winkel von 45° bezüglich der Richtung bildet, in der die Last wirkt. Auf die Dehnungsmesser 6 E wird eine vorgegebene Spannung angelegt und wenn dann eine Kraft oder Last in der Z-Achse auf die Lastaufnahmeplatte wirkt, wird der Mittelwert der Summe der von den Dehnungsmessern 6 E abgegebenen Spannun gen, verstärkt durch einen - nicht dargestellten - Ver stärker, abgegeben und auf einer geeigneten Anzeige ange zeigt. Lasten in der X- und Y-Richtung können ähnlich der in der Z-Achse gemessen werden und auch die Momente um die Achsen können ähnlich gemessen werden.

Die so erfindungsgemäß aufgebaute Meßeinrichtung kann als integrale plattenähnliche Struktur konstruiert sein, die die Lastaufnahmeplatte 1, den Innenrahmen 2 , den Außen rahmen 4, die Innenarme 3 und Außenarme 5 einschließt, durch die die Platte sowie der Innen- und Außenrahmen mit einander verbunden sind. Diese integrale plattengleiche Struktur kann aus Stahlblech, Aluminium, Duraluminium, Keramik, Kunststoff oder dergl. Material gefertigt sein. Die Meßeinrichtung kann maximal etwa 5 cm hoch und extrem leicht konstruiert sein, wenngleich das Gewicht der Ein richtung vom gewählten Material abhängt. Außerdem können mehr als vier Innen- und/oder Außenarme vorgesehen sein. Ebenso können mehr als die dargestellten und beschrie benen Dehnungsmesser 6 A bis 6 F angewendet werden.

Die vorstehend beschriebene Meßeinrichtung kann auf vielen Gebieten angewendet werden und selbstverständlich ähnlich der in der vorerwähnten US-PS 47 26 436 beschriebenen be nutzt werden. Außerdem kann die Lastaufnahmeplatte 1 so ausgebildet sein, daß sie über die Peripherie der Ein richtung übersteht, also über den Innen- und/oder Außen rahmen.

Wie vorstehend ausgeführt ist die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung so konstruiert, daß Lasten in der X-, Y- und Z-Achse und insgesamt sechs Komponenten der Momente um diese Achsen gemessen werden können, aber durch Auswahl der Dehnungsmesser 6 A bis 6 F kann sie auch so konstruiert sein, daß sie mindestens drei Komponenten der Momente mißt.

Claims

1. Meßeinrichtung mit einer Lastaufnahmeplatte (1), auf die eine Last aufgebracht wird und einem diese um gebenden Rahmen (2) sowie mit bei Belastung Spannungen anzeigenden und diese elektrisch umwandelnden Dehnungs messern (6) ausgerüsteten Armen, die die Lastaufnahme platte und den Rahmen miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (2) als Innenrahmen von einem Außenrahmen (4) umgeben ist und die Lastaufnahmeplatte (1) mit dem Innenrahmen (2) sowie dieser mit dem Außenrahmen (4) jeweils durch mindestens vier Arme verbunden sind, wobei die zwei gegenüberliegende parallele Seiten der Lastaufnahmeplatte (1) mit dem Innenrahmen (2) verbindenden Innenarme (3) und die zwei gegenüberliegende parallele Seiten des Innenrahmens mit dem Außenrahmen (4) verbindenden Außenarme (5) rechtwink lig zueinander angeordnet sind.

2. Meßeinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrahmen (4) die Lastaufnahmeplatte (1) und den Innenrahmen (2) trägt.

3. Meßeinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die an den Innenarmen (3) und Außenarmen (5) angebrachten Dehnungsmesser (6 A bis 6 F) Scherspannungs- und Biegespannungsmesser sind, die mehr als drei Komponenten einer Last in Richtung recht winklig zur Lastaufnahmeplatte (Z-Achse) sowie in der Ebene der Lastaufnahmeplatte (1) in rechtwinklig zuein anderliegenden Richtungen (X- und Y-Achse) und die Momente um die X-, Y- und Z-Achse anzeigen.

4. Meßeinrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messungen der Spannungen in der X-, Y- und Z-Achse unterschiedliche Dehnungsmesser vorgesehen sind.

5. Meßeinrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Dehnungs messern solche vorgesehen sind, die von den Lastkompo nenten in der X-, Y- und Z-Richtung mehr als eine oder zwei messen.

6. Meßeinrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Dehnungs messern solche vorgesehen sind, die von den Momenten um die X-, Y- und Z-Achse mehr als eine oder zwei messen.

7. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Lastaufnahmeplatte (1) sowie der Innenrahmen (2) und der Außenrahmen (4) zu einer plat tengleichen Struktur zusammengefaßt sind.