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JP2511356B2 - Mobile platform force detection system - Google Patents

Mobile platform force detection system

Info

Publication number
JP2511356B2
JP2511356B2 JP4115298A JP11529892A JP2511356B2 JP 2511356 B2 JP2511356 B2 JP 2511356B2 JP 4115298 A JP4115298 A JP 4115298A JP 11529892 A JP11529892 A JP 11529892A JP 2511356 B2 JP2511356 B2 JP 2511356B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
force
axis
axis direction
moving
acting
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP4115298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH05285789A (en
Inventor
村 洋 太 郎 畑
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP4115298A priority Critical patent/JP2511356B2/en
Publication of JPH05285789A publication Critical patent/JPH05285789A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2511356B2 publication Critical patent/JP2511356B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば工作機械等に
用いられる移動台装置に関し、特に移動台上に設けられ
る被案内部材に作用する力を検出する力検出システムに
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a moving table apparatus used for, for example, a machine tool, and more particularly to a force detecting system for detecting a force acting on a guided member provided on the moving table.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体技術に代表されるように微
細加工の高精度化の要求が高まっている。NC(数値制
御)が開発されて以来、位置制御により加工精度は飛躍
的に向上した。このような位置制御を高精度にするため
に、従来は工作機械の剛性を上げることに力がそそがれ
てきた。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for higher precision in fine processing as represented by semiconductor technology. Since NC (Numerical Control) was developed, position control has dramatically improved the machining accuracy. In order to make such position control highly accurate, conventionally, efforts have been made to increase the rigidity of the machine tool.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし工作機械の剛性
を高めるといってもおのずと限界があり、近年の微細加
工に要求される加工精度を得るのが困難になってきてい
る。
However, increasing the rigidity of a machine tool has its limits, and it has become difficult to obtain the machining accuracy required for recent micromachining.

【0004】一方、機械加工においては、力を測って機
械,工具,ワークの変形量等を知り、それによってワー
クの加工精度のみならず、ツールの形状変化や異常検
出、外乱への対処、さらには過大な力がワークあるいは
ツールにかかることの回避、加工能率等を考慮すること
も必要になる。力をモニタすると加工の状態を的確に把
握できる。
On the other hand, in machining, the force is measured to know the amount of deformation of the machine, the tool, the work, etc., so that not only the machining accuracy of the work but also the change in shape of the tool, abnormality detection, coping with disturbance, It is also necessary to consider that excessive force is not applied to the work or tool, and the machining efficiency is taken into consideration. By monitoring the force, the processing status can be grasped accurately.

【0005】自動化の技術が進んだ今日では、工作機械
や加工システムの無人化や省力化はかなり進んでいるも
のの、24時間完全無人化運転を実際に行っているシス
テムはなかなか見当たらない。
Nowadays, with the advance of automation technology, machine tools and machining systems are considerably unmanned and labor-saving, but it is difficult to find a system that actually performs unmanned operation for 24 hours.

【0006】その原因は、実際の加工での予期せぬ工具
の折損、あるいは周囲環境の変化により設定した条件と
は異なったことが起きた時に、それを検出する有効な手
段がないために対処できないからである。また、熟練加
工者が、経験から加工時のワークに与えている力を判断
し、微妙に調整して、安全にそして精密に加工する技術
が現行の工作機械には欠落しているためである。
The cause thereof is dealt with because there is no effective means for detecting when a condition different from the set condition occurs due to an unexpected tool breakage in actual machining or a change in the surrounding environment. Because you can't. In addition, it is because the skill of skilled workers judges the force applied to the work at the time of processing from the experience and finely adjusts it to safely and precisely process the current machine tool. .

【0007】そこで、従来の位置制御に欠けていた加工
の重要な要素である力を検出し、力情報をフィードバッ
クして工作機械を制御する必要性が生じてきている。
Therefore, it has become necessary to detect a force, which is an important element of machining, which is lacking in conventional position control, and to feed back force information to control a machine tool.

【0008】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、工
作機械等の移動台装置の各移動子に作用するZ軸方向の
力のみを検出するだけで、工作機械等に実際に加わる三
方向の力を高精度に検出して力の情報をモニタし得る移
動台装置の力検出システムを提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to apply only the force in the Z-axis direction acting on each moving element of a moving table device such as a machine tool. It is an object of the present invention to provide a force detection system for a movable table device capable of highly accurately detecting forces in three directions actually applied to a machine tool or the like and monitoring force information only by detecting the force.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、互いに平行に延びる一対の軌道
レールと、該軌道レールに転動体を介して摺動自在に組
み付けられる複数の移動子と、該移動子上に取り付けら
れる移動台とを備え、該移動台上に設けられた被案内部
材に作用する力を前記複数の移動子によって受け持つ移
動台装置において、前記一対の軌道レールによって作り
出される平面に直交する方向をX−Y−Z直交座標系の
Z軸方向とした場合に、前記各移動子に作用するZ軸方
向の力情報と、前記被案内部材の力作用点と各移動子間
の相対的な位置関係を表す位置情報と、に基づいて、
記被案内部材のX軸またはY軸周りのモーメントを求
め、該モーメントを移動台から力作用点までのZ軸方向
の高さで割ることにより、前記被案内部材に作用する
軸とY軸方向の力のうち少なくとも一方向の力を求める
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, a pair of track rails extending in parallel to each other and a plurality of slidably mounted on the track rails via rolling elements. A moving table and a moving table mounted on the moving table, wherein the plurality of moving elements bear the force acting on the guided member provided on the moving table. the direction perpendicular to the plane created by the rail when the Z-axis direction of the X-Y-Z orthogonal coordinate system, the Z-axis direction force information said that acting on the moving element, the force action of the guided member and position information indicating a relative positional relationship between the points and the moving child, based on the previous
Find the moment about the X-axis or Y-axis of the guided member
The moment from the moving table to the point of force application in the Z-axis direction.
X acting on the guided member by dividing by the height of
It is characterized in that the force in at least one of the axial and Y-axis directions is obtained.

【0010】位置情報は外部から観測することによって
得られる情報を用いてもよいし、予め定められているプ
ログラム情報であってもよい。
The position information may be information obtained by observing from outside, or may be predetermined program information.

【0011】[0011]

【作用】上記構成の移動台装置の力検出システムにあっ
ては、各移動子に作用するZ軸方向の力情報と被案内部
材の力作用点のXY軸方向の位置情報から、移動台のX
軸およびY軸周りに作用するモーメントが演算できる。
一方、各移動子から力作用点までのZ軸方向の高さが位
置情報としてわかっているので、各X,Y軸周りのモー
メントを高さで割ると、被案内部材に作用するX,Y軸
方向の力を求めることができる。 X,Y軸方向の力は、
X軸あるいはY軸方向の力だけを求めることもできる
し、軸とY軸方向の両方の力を求めることもできる。
た、被案内部材に作用するZ軸方向の力は、各移動子に
作用するZ軸方向の力情報を足し合わせれば当然に得ら
れるので、本発明のシステムによってX,Y軸方向の力
が求まれば、被案内部材に作用するXYZ軸方向のすべ
ての力を、Z軸方向の力情報のみから求めることができ
る。
In the force detecting system for the moving table apparatus having the above-mentioned structure, the force information in the Z-axis direction acting on each moving element and the guided portion are provided.
From the position information of the force application point of the material in the XY axis direction, the X
The moment acting around the axis and the Y axis can be calculated.
On the other hand, the height in the Z-axis direction from each mover to the point of force application is
Since it is known as placement information, the mode around each X and Y axis
If the element is divided by the height, the X and Y axes that act on the guided member
The force in the direction can be calculated. The forces in the X and Y axis directions are
It is also possible to obtain only the force in the X-axis or Y-axis direction.
However, it is also possible to obtain both axial and Y-axis forces. Ma
Also, the force in the Z-axis direction acting on the guided member is applied to each moving element.
Naturally, it can be obtained by adding the information on the forces acting in the Z-axis direction.
Therefore, the force of the X- and Y-axis directions can be
If is calculated, the XYZ axis direction acting on the guided member
All forces can be obtained only from the force information in the Z-axis direction.
It

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments.

【0014】図1(a) は本発明の一実施例に係る移動台
装置の基本的な構成を示している。すなわち、一対の軌
道レール1,1を互いに平行に敷設し、軌道レール1,
1上を摺動する左右一対づつの計4個の移動子3,3,
3,3上に移動台7が取り付けられる。この移動台7上
に被案内部材としてのワーク8が取付けられる。加工時
に工具9からワーク8に作用する力Fは、移動台7を通
じて移動子3に伝達される。
FIG. 1 (a) shows the basic structure of a moving table apparatus according to an embodiment of the present invention. That is, a pair of track rails 1, 1 are laid parallel to each other, and
A total of four moving elements 3, 3, one pair on the left and one on the right.
The moving base 7 is attached on the surfaces 3 and 3. A work 8 as a guided member is mounted on the moving table 7. The force F that acts on the work 8 from the tool 9 during processing is transmitted to the mover 3 through the moving table 7.

【0015】図1(b) は、上記軌道レール1と移動子3
の概念的な構成を示している。すなわち、移動子3は、
転動体としての多数のボール2を介して軌道レール1に
摺動自在に組みつけられている。この移動子3は、移動
台7が取付けられる取付部4と、ボール2が転動する部
分を有するスライド部5と、取付部4とスライド部5と
の間に設けられる力検出手段6とから構成される。力検
出手段6により検出された検出信号は力情報として演算
手段としてのコントローラ部100に送られる。
FIG. 1 (b) shows the track rail 1 and the mover 3 described above.
Shows a conceptual configuration of. That is, the mover 3 is
It is slidably mounted on the track rail 1 through a large number of balls 2 as rolling elements. The moving element 3 includes an attaching portion 4 to which the moving base 7 is attached, a slide portion 5 having a portion on which the ball 2 rolls, and a force detecting means 6 provided between the attaching portion 4 and the slide portion 5. Composed. The detection signal detected by the force detecting means 6 is sent as force information to the controller section 100 as the calculating means.

【0016】工具9からワーク8を介して移動台7に作
用する力としては、図1(c) に示すように、一対の軌道
レール1,1によって作り出される平面に直交する方向
をX−Y−Z直交座標系のZ軸方向に、軌道レール1,
1の長手方向をY軸方向に取った場合に、Z軸方向に作
用するラジアル荷重FZ と、Y軸方向に作用するスラス
ト荷重FY と、X軸方向に作用する横方向荷重FX の三
方向の力がある。
As shown in FIG. 1 (c), the force applied from the tool 9 to the movable table 7 via the work 8 is XY in the direction orthogonal to the plane created by the pair of track rails 1, 1. -In the Z-axis direction of the Z orthogonal coordinate system, the track rail 1,
When the longitudinal direction of 1 is taken in the Y-axis direction, the radial load FZ acting in the Z-axis direction, the thrust load FY acting in the Y-axis direction, and the lateral load FX acting in the X-axis direction are divided into three directions. have power.

【0017】各移動子3に設けた力検出手段6は、各移
動子3に作用するZ軸方向の力fのみを検出するように
なっている。
The force detecting means 6 provided on each moving element 3 detects only the force f acting on each moving element 3 in the Z-axis direction.

【0018】そして、図1(c) に示すように、力検出手
段6によって検出されたZ軸方向の力情報と、ワーク8
の力作用点である工具9の接触位置と各移動子3間の相
対的な位置関係を表す位置情報と、に基づいて、前記コ
ントローラ部100おいて、工具9から被案内部材とし
てのワーク8に作用する力のX,Y,Z軸方向の力FX
,FY ,FZ を演算するようになっている。
Then, as shown in FIG. 1C, the force information in the Z-axis direction detected by the force detecting means 6 and the work 8 are detected.
Based on the contact position of the tool 9 that is the force acting point of the tool and the position information that indicates the relative positional relationship between the movable elements 3, the controller unit 100 causes the tool 9 to move the work 8 as a guided member. Force of force acting on X, Y, Z axis direction FX
, FY, FZ are calculated.

【0019】位置情報は外部から観測することによって
得られる情報を用いてもよいし、また予め定められてい
るプログラム情報であってもよい。すなわち、NC工作
機械の場合には、基礎的なデータとして、工具の形状,
移動台の位置あるいはワークの情報が予めNC情報とし
て入力されており、これらの情報に基づいて、ある時点
におけるワークに対する力作用点が容易にわかる。ま
た、移動台の位置等については、CCD素子や超音波等
を利用して実際の位置を検出するようにしてもよい。
The position information may be information obtained by observing from outside, or may be predetermined program information. That is, in the case of NC machine tools, basic data such as tool shape,
Information on the position of the moving table or the work is previously input as NC information, and the force action point on the work at a certain time can be easily known based on this information. As for the position of the moving table, the actual position may be detected by using a CCD element, ultrasonic waves, or the like.

【0020】次に、実際の演算について具体的に説明す
る。
Next, the actual calculation will be specifically described.

【0021】まず、Z軸方向の力は、各移動子3に作用
する力を足し合わせることによって求められる。
First, the force in the Z-axis direction is obtained by adding the forces acting on the moving elements 3.

【0022】すなわち、4つの移動子3に作用する力を
f1,f2,f3,f4とすると、ワーク8に作用する
力のZ軸方向の分力FZ は、 FZ =f1+f2+f3+f4 となる。
That is, if the forces acting on the four movers 3 are f1, f2, f3, and f4, the component force FZ of the force acting on the work 8 in the Z-axis direction is FZ = f1 + f2 + f3 + f4.

【0023】また、ワーク8の力作用点OをZ軸方向に
移動台7上面に投影した点をX−Y−Z直交座標系の零
点に定め、移動台7上面からの力作用点OまでのZ軸方
向の高さをh、4つの移動子3のX,Y座標をX1,X
2;Y1,Y2とし、X軸およびY軸周りに作用するモ
ーメントをMX,MYとすると、ワーク8に作用する力
のX,Y軸方向の力FX,FYは次式で求められる。
Further, the force acting point O of the work 8 is set in the Z-axis direction.
The point projected on the upper surface of the moving table 7 is set to zero in the XYZ orthogonal coordinate system.
Z axis direction from the upper surface of the movable table 7 to the point of force application O
The height of the direction is h, and the X and Y coordinates of the four movers 3 are X1 and X.
2; Y1 and Y2, and the moments acting around the X axis and the Y axis are MX and MY, the forces FX and FY in the X and Y axis directions of the forces acting on the work 8 are obtained by the following equations.

【0024】すなわち、 FX =MY /h={X1(f1+f2)+X2(f3+f4)}/h FY =MX /h={Y1(f1+f2)+Y2(f3+f4)}/h となる。That is, FX = MY / h = {X1 (f1 + f2) + X2 (f3 + f4)} / h FY = MX / h = {Y1 (f1 + f2) + Y2 (f3 + f4)} / h.

【0025】要するに、一方向の力検出手段4個の組み
合わせと、形状・位置情報の組み合わせにより、ワーク
8に作用する力Fの三方向の分力Fx,FY,FZを検
出することができる。
In short, it is possible to detect the three-direction component forces Fx, FY, FZ of the force F acting on the work 8 by the combination of the four unidirectional force detecting means and the combination of the shape / position information .

【0026】一方、力作用点Oの移動台7からの高さh
がわかっているので、各X,Y軸回りのモーメントを高
さで割ると、X,Y軸方向の力を演算することができ
る。
On the other hand, the height h of the force acting point O from the moving table 7
Therefore, by dividing the moment around each X and Y axis by the height, the force in the X and Y axis directions can be calculated.

【0027】そして、力情報のデータと、加工に関する
経験的知識を活用することで、加工状態をモデル化で
き、将来の加工状態の予測,予知が可能になり、予測,
予知した将来の加工状態に基づいて現在の加工状態に補
正をかけるフィードフォワード制御が可能となる。
By utilizing the force information data and empirical knowledge about machining, the machining state can be modeled, and the future machining state can be predicted and predicted.
It becomes possible to perform feedforward control in which the current machining state is corrected based on the predicted future machining state.

【0028】すなわち、工具9に作用する力は移動台7
を通じて移動子3に伝達されており、移動子3に設けら
れた力検出手段6によって工具9に実際に作用する力を
検出することができる。この力を検出することによっ
て、工具9の形状変化と異常検出及びワーク8の形状認
識、さらに予め設定した値以上の力がワーク8や工具9
にかかった時の対処が可能となる。
That is, the force acting on the tool 9 is the moving table 7
The force that is transmitted to the moving element 3 through the force detecting means 6 provided on the moving element 3 can detect the force that actually acts on the tool 9. By detecting this force, the shape change of the tool 9 and the abnormality detection, the shape recognition of the work 8, and the force more than a preset value can be applied to the work 8 and the tool 9.
It is possible to deal with when

【0029】また、ワーク8に与える力を情報とするこ
とにより、加工力によるワーク8の変形のモデル化も可
能になる。
Further, by using the force applied to the work 8 as information, it becomes possible to model the deformation of the work 8 due to the processing force.

【0030】図2は、力検出手段6の基本的な構成を示
す模式図である。すなわち、この力検出手段6は、軸方
向に弾性変形可能な弾性部材11と、この弾性部材11
の軸方向変位または歪みを電気信号に変換して検出する
検出手段12と、を具備しており、弾性部材11は固定
部材13と可動部材14の間に介在され、固定部材13
と可動部材14を連結するようになっている。そして、
力の変化に応じて弾性部材11が弾性変形し、この弾性
部材11の歪みや変位が検出手段12によって電気信号
に変換されて軸力が検出される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic structure of the force detecting means 6. That is, the force detecting means 6 includes an elastic member 11 which is elastically deformable in the axial direction, and the elastic member 11.
Detecting means 12 for detecting the axial displacement or strain of the fixed member 13 by converting it into an electric signal, and the elastic member 11 is interposed between the fixed member 13 and the movable member 14, and the fixed member 13 is provided.
And the movable member 14 are connected to each other. And
The elastic member 11 is elastically deformed according to the change in force, and the strain or displacement of the elastic member 11 is converted into an electric signal by the detection means 12 to detect the axial force.

【0031】図3(a) 〜(e) には、上記力検出手段10
の検出手段12の各種変形例が示されている。
3A to 3E, the force detecting means 10 is shown.
Various modified examples of the detection means 12 are shown.

【0032】図3(a) に示すものは、検出手段として歪
みゲージ等の抵抗式センサ12aを用いて弾性部材11
の歪みを検出するようにしたものである。
The one shown in FIG. 3 (a) uses a resistance type sensor 12a such as a strain gauge as a detecting means and uses an elastic member 11a.
The distortion of is detected.

【0033】図3(b) に示すものは、検出手段として圧
電素子や電歪素子等を用いて変位を電圧変化として検出
する電圧式センサ12bを用いて弾性部材11の変位を
検出するようにしたものである。
The one shown in FIG. 3 (b) detects the displacement of the elastic member 11 by using the voltage type sensor 12b which detects the displacement as a voltage change by using a piezoelectric element or an electrostrictive element as the detecting means. It was done.

【0034】図3(c) に示すものは、検出手段として差
動トランスやうず電流センサ等の電磁誘導式センサ12
cを利用して弾性部材11の変位を検出するようにした
ものである。
The one shown in FIG. 3 (c) is an electromagnetic induction type sensor 12 such as a differential transformer or an eddy current sensor as a detecting means.
The displacement of the elastic member 11 is detected by using c.

【0035】図3(d) に示すものは、検出手段として静
電容量式ギャップセンサ12dを用い弾性部材11の変
位を電気容量に変換して検出するようにしたものであ
る。
In FIG. 3 (d), a capacitance type gap sensor 12d is used as a detecting means to detect the displacement of the elastic member 11 by converting it into an electric capacitance.

【0036】図3(e) に示すものは、検出手段として光
り干渉方式の光ファイバ式センサ12eを利用して弾性
部材11の変位を検出するようにしたものである。
The one shown in FIG. 3 (e) is one in which the displacement of the elastic member 11 is detected by using a light interference type optical fiber type sensor 12e as the detecting means.

【0037】この他、図示例のものに限られず、弾性部
材11の変位を検出するための各種センサを用いること
ができる。図4は図2の検出手段を移動子に適用した場
合の概念構成を示している。
Besides this, various sensors for detecting the displacement of the elastic member 11 can be used without being limited to the illustrated example. FIG. 4 shows a conceptual configuration when the detecting means of FIG. 2 is applied to a mover.

【0038】図5は、この図4の概念構成のより具体的
な構成例を示すもので、力検出手段6の弾性部材11A
として薄肉の板ばねを用い、スライダ部5および取付部
4と一体構造としたものである。
FIG. 5 shows a more specific structural example of the conceptual structure of FIG. 4, in which the elastic member 11A of the force detecting means 6 is used.
A thin leaf spring is used as the slider, and the slider portion 5 and the mounting portion 4 are integrated with each other.

【0039】すなわち、取付部4は環状部材で、また力
検出手段6の弾性部材11Aを薄肉の環状平板形状と
し、環状平板状の弾性部材11Aの外端を取付部4内端
に固定し、弾性部材11Aの内端をスライダ部5に固定
してZ軸方向に弾性変形可能に構成したものである。
That is, the mounting portion 4 is an annular member, and the elastic member 11A of the force detecting means 6 has a thin annular flat plate shape, and the outer end of the annular flat plate-shaped elastic member 11A is fixed to the inner end of the mounting portion 4. The inner end of the elastic member 11A is fixed to the slider portion 5 so as to be elastically deformable in the Z-axis direction.

【0040】この例では、摺動台3を構成する四角形の
ブロック体を加工することによって取付部4と弾性部材
11Aとスライダ部5とを一体構成としてある。すなわ
ち、摺動台3の前後左右の側面に全周的にスリット15
を形成し、一方、摺動台3の上面中央にスリット15の
奥端の直径よりも大径の円形の凹部16を形成し、凹部
16底面とスリット15の間を薄肉にして弾性部材11
Aを構成している。この摺動台3の凹部16の開口部は
蓋体17によって閉塞されている。
In this example, the mounting portion 4, the elastic member 11A, and the slider portion 5 are integrally formed by processing a rectangular block body forming the slide base 3. That is, slits 15 are formed on the front, rear, left, and right side surfaces of the slide base 3 all around.
On the other hand, a circular concave portion 16 having a diameter larger than the diameter of the rear end of the slit 15 is formed in the center of the upper surface of the sliding base 3, and the elastic member 11 is made thin between the bottom surface of the concave portion 16 and the slit 15.
A. The opening of the recess 16 of the slide base 3 is closed by a lid 17.

【0041】弾性部材11Aを環状平板構造とすること
により、弾性部材11AはZ軸方向には弾性変形可能で
かつZ軸以外のX,Y軸方向には剛な構成となってお
り、X軸,Y軸方向の剛性を高剛性に保つことができ
る。
By forming the elastic member 11A into an annular flat plate structure, the elastic member 11A is elastically deformable in the Z-axis direction and rigid in the X- and Y-axis directions other than the Z-axis. , The rigidity in the Y-axis direction can be kept high.

【0042】そして、弾性部材11Aの表面には、弾性
部材11Aの弾性変形に対応する変位量を検出するため
の検出手段としての歪みゲージ12aが貼着されてい
る。この歪みゲージ12aはもっとも歪みの大きい弾性
部材11Aの付けね部に貼着することによって、感度が
高められている。
On the surface of the elastic member 11A, a strain gauge 12a is attached as a detecting means for detecting the amount of displacement corresponding to the elastic deformation of the elastic member 11A. The strain gauge 12a is attached to the base of the elastic member 11A having the largest strain to increase the sensitivity.

【0043】図示例では、歪みゲージ12aを円環状の
弾性部材11Aの外径端部に4枚等配し、一方、内径端
部に外径端側とは45度位相をずらして4枚等配し、合
計8枚の歪みゲージ12aが用いられている。
In the illustrated example, four strain gauges 12a are arranged at the outer diameter end portion of the annular elastic member 11A, while four strain gauges are arranged at the inner diameter end portion with a phase difference of 45 degrees from the outer diameter end side. A total of eight strain gauges 12a are used.

【0044】また、この実施例では、歪みゲージ12a
を弾性部材11Aの凹部16側の表面に取付け、歪みゲ
ージ12aからの信号線は取付部4に固定される接続端
子17を通じて取り出される。歪みゲージ12aからの
検出信号は、ストレインアンプ101によって増幅さ
れ、さらにA/D変換器102によってディジタル信号
に変換され、力情報としてコントローラ100で処理判
断される。
Further, in this embodiment, the strain gauge 12a
Is attached to the surface of the elastic member 11A on the concave portion 16 side, and the signal line from the strain gauge 12a is taken out through the connection terminal 17 fixed to the attaching portion 4. The detection signal from the strain gauge 12a is amplified by the strain amplifier 101, further converted into a digital signal by the A / D converter 102, and processed and judged by the controller 100 as force information.

【0045】この実施例では、弾性部材11Aが円環状
となっているので、あらゆる方向に均一のばね特性でも
って傾動可能である。したがって、各歪みゲージ12a
が貼着されたそれぞれの位置の荷重に比例して弾性部材
11Aの各部が弾性変形する。その結果、各歪みゲージ
12aからの出力情報を読むことで摺動台3上面に作用
するZ軸方向の力の円周方向の分布がわかる。この円周
方向のZ軸方向力の分布を知ることにより、力の大きさ
だけでなくその方向性および作用位置等についても精密
に検出することができる。また、このZ軸方向力の分布
と各歪みゲージの貼付け位置の距離からX軸およびY軸
回りのモーメントについても検出可能である。
In this embodiment, since the elastic member 11A has an annular shape, it can be tilted in all directions with uniform spring characteristics. Therefore, each strain gauge 12a
Each portion of the elastic member 11A elastically deforms in proportion to the load at each position where is attached. As a result, by reading the output information from each strain gauge 12a, the distribution of the force in the Z-axis direction acting on the upper surface of the slide base 3 in the circumferential direction can be known. By knowing the distribution of the force in the Z-axis direction in the circumferential direction, it is possible to accurately detect not only the magnitude of the force but also its directionality, action position, and the like. In addition, the moment around the X-axis and the Y-axis can be detected from the distribution of the Z-axis direction force and the distance between the attachment positions of the strain gauges.

【0046】図6は弾性部材11Aの各種形状を示すも
ので、図6(a) に示すような単なる環状平板構造の他
に、図6(b) 〜(e) に示すように孔11Bを開けた形状
に成形することもできる。
FIG. 6 shows various shapes of the elastic member 11A. In addition to a simple annular flat plate structure as shown in FIG. 6 (a), a hole 11B is provided as shown in FIGS. 6 (b)-(e). It can also be formed into an open shape.

【0047】図7は、取付部4とスライダ部5の間に介
在される弾性部材11Bを薄肉円筒形状としたものであ
る。このような構成としてもZ軸方向の力を検出するこ
とができる。Z軸方向の力を検出する場合は、弾性部材
11Bの軸方向中途部に歪みゲージ12aを貼着するこ
とが好ましい。
In FIG. 7, the elastic member 11B interposed between the mounting portion 4 and the slider portion 5 has a thin cylindrical shape. Even with such a configuration, the force in the Z-axis direction can be detected. When detecting the force in the Z-axis direction, it is preferable to attach the strain gauge 12a to the axially intermediate portion of the elastic member 11B.

【0048】もっとも、この円筒状の弾性部材11Bの
場合には、Z軸方向だけではなく、XY軸方向の力につ
いても検出することが可能である。
However, in the case of this cylindrical elastic member 11B, it is possible to detect not only the force in the Z-axis direction but also the force in the XY-axis direction.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、各移動子に作用するZ軸方向の力情報と、ワー
ク等の被案内部材の力作用点と各移動子間の相対的な位
置関係を表す位置情報の組み合わせにより、被案内部材
に実際に作用する力のX,Y軸方向の力を検出すること
ができる。
The present invention has the above-mentioned configuration and action, and provides force information in the Z-axis direction acting on each moving element and a work force.
The relative position between the force acting point of the guided member such as
Guided member by the combination of position information showing the positional relationship
Detecting the forces acting on the X and Y axes
Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(a) は本発明の移動台装置の力検出システ
ムの概念構成を示す図、同図(b) は摺動台の概略斜構成
図、同図(c) は力検出システムの演算手順を示す図であ
る。
FIG. 1 (a) is a diagram showing a conceptual configuration of a force detection system for a moving table apparatus according to the present invention, FIG. 1 (b) is a schematic oblique configuration diagram of a sliding table, and FIG. It is a figure which shows the calculation procedure of a system.

【図2】図2は図1の力検出手段を模式的に示す構成図
である。
2 is a configuration diagram schematically showing the force detection means of FIG.

【図3】図3(a) 〜(e) は図2の力検出手段の各種変形
例を示す構成図である。
3 (a) to 3 (e) are configuration diagrams showing various modifications of the force detecting means of FIG.

【図4】図4は図2の基本構成の力検出手段を用いて表
現した本発明の力検出手段付き直線運動用案内装置の各
種構成例を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing various structural examples of the linear motion guide device with force detecting means of the present invention expressed by using the force detecting means of the basic configuration of FIG.

【図5】力検出手段を有する摺動台のより具体例を示す
もので、同図(a) は縦断面図、同図(b) は平面図、同図
(c) および(d) は作動状態を説明するための弾性部材近
傍の断面図である。
FIG. 5 shows a more specific example of a sliding table having force detecting means, in which FIG. 5 (a) is a longitudinal sectional view, FIG. 5 (b) is a plan view, and FIG.
(c) And (d) is a sectional view of the elastic member vicinity for explaining an operating state.

【図6】図6(a) 〜(e) は図5の装置の弾性部材の各種
変形例を示す平面図である。
6 (a) to 6 (e) are plan views showing various modifications of the elastic member of the apparatus shown in FIG.

【図7】図7(a) ,(b) は力検出手段を有する摺動台の
他の具体例を示すもので、同図(a) は縦断面図、同図
(b) は平面図である。
7 (a) and 7 (b) show another specific example of the slide base having force detecting means. FIG. 7 (a) is a vertical sectional view and FIG.
(b) is a plan view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 軌道レール 2 ボール(転動体) 3 移動子 4 取付部 5 スライダ部 6 凹部 7 移動台 8 ワーク(被案内部材) 9 工具 11,11A,11B 弾性部材 12,12a,12b,12c,12d,12e 変位
検出手段 13 固定部材 14 可動部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Track rail 2 Ball (rolling element) 3 Moving element 4 Mounting part 5 Slider part 6 Recessed part 7 Moving stand 8 Work piece (guided member) 9 Tool 11, 11A, 11B Elastic member 12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e Displacement detecting means 13 Fixed member 14 Movable member

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 互いに平行に延びる一対の軌道レール
と、該軌道レールに転動体を介して摺動自在に組み付け
られる複数の移動子と、該移動子上に取り付けられる移
動台と、を備え、 該移動台上に設けられた被案内部材に作用する力を前記
複数の移動子によって受け持つ移動台装置において、 前記一対の軌道レールによって作り出される平面に直交
する方向をX−Y−Z直交座標系のZ軸方向とした場合
に、前記各移動子に作用するZ軸方向の力情報と、前記
被案内部材の力作用点と各移動子間の相対的な位置関係
を表す位置情報と、に基づいて、前記被案内部材のX軸
またはY軸周りのモーメントを求め、該モーメントを移
動台から力作用点までのZ軸方向の高さで割ることによ
り、 前記被案内部材に作用するX軸とY軸方向の力のうち少
なくとも一方向の力を求めることを特徴とする移動台装
置の力検出システム。
1. A pair of track rails extending in parallel with each other, a plurality of moving elements slidably mounted on the track rails via rolling elements, and a moving table mounted on the moving element, In a moving table device in which the plurality of moving elements bear a force acting on a guided member provided on the moving table, a direction orthogonal to a plane created by the pair of track rails is an XYZ orthogonal coordinate system. when the Z-axis direction, and the position information representing the the Z-axis direction of the force information that acting on the moving element, the relative positional relationship between the force application point of the guide member each mobile child, Based on the X-axis of the guided member
Or, calculate the moment around the Y-axis and transfer the moment.
By dividing by the height in the Z-axis direction from the platform to the point of force application
In addition, a force detection system for a movable table device is characterized in that a force in at least one of the X-axis and Y-axis directions acting on the guided member is obtained.
【請求項2】 位置情報は外部から観測することによっ
て得られる情報である請求項1に記載の移動台装置の力
検出システム。
2. The force detection system for a mobile platform according to claim 1, wherein the position information is information obtained by observing from outside.
【請求項3】 位置情報は予め定められているプログラ
ム情報である請求項1に記載の移動台装置の力検出シス
テム。
3. The force detection system for a mobile table device according to claim 1, wherein the position information is predetermined program information.
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