JPH0295229A

JPH0295229A - 測定台

Info

Publication number: JPH0295229A
Application number: JP1150692A
Authority: JP
Inventors: Gustav Gautschi; グスタフ　ガウツキ; Kohler Denis; デニス　コーラー; Wolfer Peter; ペーター　ヴオルファー
Original assignee: Kistler Instrumente AG
Current assignee: Kistler Instrumente AG
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1990-04-06
Also published as: EP0360923B1; DE3877573D1; EP0360923A1; US5029483A; ATE84613T1

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、間を少なくとも一つの力変換器で接合された
構成要素、より詳細にはカバー・プレートとベース部分
、から成る測定台に関する。

従来の技術生体力学で一般に用いられるような測定台は、一つ以上
の方向の力および、時には更に、トルクを測定するのに
役立っている。例えば歩行する人間の定力が測方が測定
され、それにより垂直成分、歩行の方向における水平成
分、および横方向分力が解析される。カバー・プレート
は通常、地面と同じ高さにあり、ベース部分はベース・
プレートまたはフレームで構成され且つ床の中、例えば
通路の凹所内、へ恒久的に取り付けることができる。

但しベース部分はまた、４本足のみで構成しても良い。

完全に形成された測定台により、台上に作用する力Ｆの
３成分Ｆ　　、Ｆ　　、Ｆ　　と、更に結果とｘ　　　
　ｙ　　　　　ｚして生ずるモーメントベクトルの３成分Ｍ　。

Ｍ、Ｍ　　とを測定することが可能になる。このｚ測定台は通常、各変換器がそこへ任意の方向から作用す
る力の３成分Ｆ　　、Ｆ　　、Ｆ　　を測定できｘ　　
　　ｙ　　　　ｚるようにして、４組の力変換器を長方形に配置している
。Ｘおよびｙ座標は４組の力変換器で形成される長方形
の辺と平行に延び、２座標はそれらに対し垂直に立つ。

座標の原点は一般に、変換器の中間面に位置決めされる
。座標系の２軸は、それが、４組の力変換器で形成され
る長方形の中央でカバー・プレートの表面を貢くように
位置決めされる。４組の力測定セルにより発出される電
気信号が一般に（並列回路機構へ）部分的に加えられて
計算ユニット内で評価され、従って必要な分力と、力の
作用点の成分ａ、ａ　　やＺ軸の回りｙのトルクＴも測定することができる。力、力の作用点お
よびトルクを測定し計算するための諸芸式は周知されて
おり、例えば、ジエー・テイッチ１．７ｉｃｈ−ｙ）お
よびジー・ガウチ（Ｇ、　Ｇａｕｌｓｃｈｉ）著、ピエ
ゾエレクトリツシエ・メステヒニーク（Ｐｉｅｚｏｅｌ
ｅｋｌ＋１ｓｃｈｅ　Ｍｅｓｓｌｅｃｈｎｉｋ　）、１
７５〜１８１ページ、シュプリンガー・フエルラーク（
Ｓｐ＋ｉｎｇｅｒ　Ｖｅｒｌａｇ　）刊、を参照された
い。また更に言及すべきはＣＨ−ＰＳ　　５０２　５９
０で、これには更に、使用される回路機構の例が示しで
ある。

周知の測定台は一般に、圧電基底上に４組の力変換器を
備えているが、それより多数または少数の力変換器を有
する測定台も考えられる。従って例えば金属切削作業を
測定するために、３組の力変換器を備えた測定台が用い
られる。圧電変換器の代わりにレジスタンス、キャパシ
タンス等のような他の諸原理に基づく力変換器も考えら
れる。

これらの代替物もまた本発明に使用できることに留意す
べきである。

発明が解決しようとする問題点在来の測定台に圧力が作用すると、それが下方へ曲がる
。この圧力は単一の力である必要はな（、幾つかの個々
の力の合力であることもある。更にそれは一般に純然た
る圧力の力ではなく、測定台に対して多面角をなす力の
２方向に作用する垂直成分となろう。測定台の曲げは、
第１図に示す如く、計測学的な重要性を有する。この図
において１は測定台のカバー・プレート、２は力変換器
（２組のみを示す）、３はベース・プレートを、そして
４はサブフロアを示す。測定台へ垂直に作用する力Ｆ　
がこれを下方へ曲げる。このたわみの量は、このプレー
トの寸法とそれに用いた材料とに依存するこのプレート
の剛さに依存する。何れにせよ、圧力の力Ｆ　により、
第１図にＭ、１゜ＭＦ、Ｆ　　　で表示される曲げモー
ノｙ２゛　　ｘｌ　　　ｘ２ントとせん断力とが生ずるが、ここで添字は個々の力変
換器を示している。たわみのため、第２図に概略的に示
す如く、変換器の負荷は不均等である。これにより、そ
れらの感型、直線性および安定性が減退される。

トルクＭ　　　、Ｍ　　　とせん断力Ｆｘｌｙｌ　　　
　　ｙ２Ｆｘ２との計測学的な悪影響も重大である。例えば生体
力学的検査に際しては、この種の測定台に対する数多く
の適用例が、カバー・プレート１（第１図）の表面上で
測定された力の作用点の座標ａ、ａ　　の画定を極力正
確に要求している。

ｙ計算結果は、ａ、ａ　　に対する測定誤差Δａ　。

ｘ　　　　ｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ｘΔａ　が、対応する軸線（Ｘまたはｙ）の回りのトル
クの差ΔＭ　、ΔＭ　に比例することを示しｘ　　　　
　　　ｙている。座標ａ、ａ　　を有するいかなる偏心しｘｙた力の作用点Ｆ　についても測定誤差Δａ　。

Ｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　ＸΔａ　は相当量になるはずであり、従ってそれを無
視することはできない。

第１図に示すせん断力Ｆ　　　、Ｆ　　　は一般に、ｘ
ｉ　　　ｘ２軸方向力Ｆ　に「クロストーク」を生ずるが、これは変
換器の不備によるものである。代表的に２％のクロスト
ークが変換器に対する軸方向力にせん断力から加えられ
ると、各変換器の出力信号において、Ｆ　　の、および
Ｆｘ２の２％がそれぞｌれＦ　　およびＦｚ２の測定値に加えられる。

ＩＦｘｌとＦｘ２とがＦ２の一次関数ではないという事実
に加え、このようにして生ずる測定誤差は相当な量であ
る。またＦ　　　、Ｆ　　　から分力ｘｌ　　　ｘ２Ｆ　　　、Ｆ　　　へのクロストークもあり、従ってそ
ｙｌ　　　７２れらはその場合、誤って測定される。

問題点を解決するための手段それ数本発明は、荷重下にある測定台のカバー・プレー
トの曲げによる測定誤差の発生が全く、ないし大幅に回
避されるような、当初に述べた種類の測定台を創造する
という目的に基づくものである。

この目的は、特許請求の範囲第１項の特徴を示す部分に
ある諸特徴により達成される。これにより、力の単数ま
た複数の変換器の、場合に応じカバー・プレートまたは
ベース部分もしくはベース・プレートとの連結部分がほ
ぼ硬直となり、他方の部分についてはほぼ固着モーメン
トがなくなり、従ってカバー・プレートのたわみから生
ずる曲げモーメントとせん断力とを可成り阻止すること
ができ、言及されたいかなる測定誤差をもそれらが生じ
ないようにさせる。例えば二つの式Δａ　。

Δａ　およびΔＭ　、ΔＭ　は、モーメントが零ｙ　　
　　　　　　　ｘ　　　　　　ｙになるので皆無に等し
くなる。

本発明の開発によれば、力の変換器と測定台の関連部分
との間のほぼ固着モーメントのない連結部には、自動調
心玉軸受け、半径方向玉継手、軸方向玉継手等の如き適
切な継手装置、あるいはまた液圧素子もしくは中間リン
ク、または液体を満たした容器の如き適切な弾性支持要
素が含まれる。

本発明の別の開発によれば、連結部はまた、構成要素の
一方に固定された屈曲自在に弾力的な支持管の形態をと
ることもできる。力変換器はなるべくなら、屈曲自在に
弾力的なりランプねじで構成要素の一方に対し結合でき
ることが望ましい。

実施例および作用本発明を、図面をおよび実施例につき、以下に更に詳細
に説明する。

図面において、同様または類似の部分は同一の参照数字
を有するものとする。

現行の技術水準を示す第１図および第２ａ図と第２ｂ図
については既に説明しである。

第３図は、力変換器２（この場合−つ以上の圧電石英デ
ィスク）のベース・プレート３への、ほぼ固着モーメン
トのない連結が、玉継手５．６の形態の機械的なリンク
装置で行われるようにした、本発明の好適な実施例によ
る測定台の細部を示す。

変換器２は片面をカバー・プレート１に直接接触させる
ことができ、同時に反対側の面からは玉継手の頭部５の
支持材４が突出する。クランプねじ７がその頭部で測定
台のカバー・プレート１内に支えられ、変換器２を貫通
して、玉頭部の支持材４とのねじ連結部に延びる。クラ
ンプねじ７により、変換器２に予荷重を加えることがで
きる。玉継手のソケット６は適当な方法でベース・プレ
ートに保持される。玉継手５．６の曲率中心は、カバー
・プレート１が曲がっても玉継手のピボットに力が全く
作用しないように位置決めされる。さもなければ上記の
力がベース・プレート３へ伝達され、反力が変換器２内
にせん断力を生起させるので、従って測定がわい曲され
る。

玉継手５，６は、カバー・プレート１がたわんだ際の摩
擦に誘起される曲げモーメントの発生を防止するため、
極力摩擦のないように設計されるべきである。従ってな
るべくなら、少なくとも互いに接して滑動する玉頭部５
とソケット６との表面が、ポリテトラフルオロエチレン
（Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ）のような適当なプラスチックまたは
プラスチックと金属との複合材から成ることが望ましい
。言うまでもなく本発明は、図示の継手装置に限定され
るものではなく、例えば自動調心玉軸受、半径方向また
は軸方向玉継手に基づいた他の何れかの適当なリンク装
置を用いても良い。力変換器２は、本発明により、それ
に作用する測定すべき力（せん断力を含む）を吸収する
ため、カバー・プレート１へほぼ硬直に接合される。他
方、力変換器２のベース・プレート３との連結部はほぼ
自由に回転でき、カバー・プレート１が荷重を加えられ
て曲がる際に発生する曲げモーメントとせん断力とを吸
収することができる。二つの機能、即ちカバー・プレー
トとの硬直な連結と、固着モーメントのないベース・プ
レートとの連結とが、一方では玉継手５，６により、他
方ではカバー・プレート１に対して堅固に結合され若し
くは押圧された変換器２によって遂行される。言うまで
もなくこの構成を、力変換器２の、ベース・プレート３
に対する硬直な連結とカバー・プレート１に対するほぼ
固着モーメントのない連結とに置き換えても良い。

第４図は、ベース・プレート３上にシリンダ８で支えら
れた玉継手を含む、ほぼ固着モーメントのない連結部を
備えた、本発明の別の実施例による測定台の細部を示す
。屈曲自在に弾力的なりランプねじ７が、カバー・プレ
ート１から、力変換器２と玉継手５．６と支持シリンダ
８とを貢いてベース・プレート３のねじ孔内へ延び、従
って諸部品をたわみ性クランプねじ７で一緒に締めるこ
とができる。玉継手５，６と屈曲自在に弾力的なりラン
プねじ７とにより、ほぼ固着モーメントのない力変換器
２の支持材が得られる。第４図は、第３図による実施例
において玉継手５．６の可動面がカバー−プレートにほ
ぼ垂直に配設されているのに対し、上記面を上記プレー
トとほぼ平行にさせた、その単純な設計の点で、第３図
による実施例とは本質的に異なっている。力変換器２は
玉継手の頭部５へ直接に置かれると共にそのソケット６
が支持シリンダ８内に形成され、それによりカバー・プ
レート１が、それに接触する力変換器２を以て、ベース
・プレート３から隔置される。

カバー・プレート１と変換器２と玉頭部５とソケット６
と支持シリンダ８とベース・プレート３とをその順序に
貫通し且つこれらの部品を一緒に締めるクランプねじ７
は、カバー・プレート１の曲げに対してそれが弾性的に
たわむような、適切な屈曲自在に弾力的な設計になるも
のである。支持シリンダ８の孔は、クランプねじ７に半
径方向のすきまを付与するように寸法を定められる。

第５図は、第４図に類似していながらベース・プレート
３の代りに足部１１を備える測定台の細部を示す。一般
に各力変換器２にこれらの足部１１の一つが備えられる
。生体力学における若干の用途に対しては、この種の単
純化された測定台が望ましい。第５図はまた、屈曲自在
に弾力的であり且つ変換器２と玉継手５．６との孔に充
分なすきまを備えなければならない中心クランプねじ７
を下方から、即ち足部１１から導入する可能性をも示す
。その場合、ねじを受容するねじ孔はカバー・プレート
１内にある。

力変換器と測定台の構成要素の一方との間に継手を設け
る代りに、屈曲自在の弾力性と、従って固着モーメント
からの脱却が、第６図〜第９図に図解した実施例に示す
如く、他の方法でも達成できる。

第６図は、固着モーメントのない連結部をカバー・プレ
ート側に備え、力変換器２がベース・プレート３へ硬直
に接合されるようにした、本発明による測定台を示す。

屈曲自在に弾力的な支持管１３はしかし、横方向の変位
に対してほぼ硬直に挙動し、カバー・プレート１へ堅固
にはめ込まれた場合には、中間体１０にはめ込まれた屈
曲自在に弾力的なりランプねじ７により、これに結合さ
れる。この中間体１０は力変換器２に接合され、それが
今度は、ベース・プレート２へ硬直に固定される。支持
管１３とクランプねじ７との屈曲自在の弾力性により、
測定台は、荷重下において固着モーメントからほぼ解放
される。

第６図に示す実施例はまた、カバー・プレート１と力変
換器２との間の固着モーメントのない連結がカバー・プ
レート側からも得られ、力変換器２が従ってベース・プ
レート３へ硬直に接合されること示している。この連結
は、このように、本発明の全ての実施例について形成で
きる。

第７ａ図と第７ｂ図は、それにより力変換器２とベース
・プレート３との間の屈曲自在に弾力的な、従って固着
モーメントのない連結部が弾力性の環状支持要素１６の
形態が得られるようにした実施例を示す。本発明のこの
実施例は、（前にＦ　で示した）垂直に作用する力のみ
が測定される機械工学においてもそうであるが、例えば
生体力学における用途に特に適している。弾性支持要素
１６はなるべくなら、エラストマーのような、可逆的に
変形可能なプラスチック材料から成ることが望ましい。

カバー・プレート１の凹所内に位置する力変換器２は、
硬直な中心の中空クランプねじ７により、カバー・プレ
ート１に結合することができる。この中空クランプねじ
７はクランプ部分１４にねじ込まれ、それが今度は、ク
ランプ部分１４と弾性支持要素１６とを通ってベース・
プレート３のねじ孔内に行く屈曲自在に弾力的な固定ね
じ１５を支えるのに役立つ。前述の装置の代りに、セメ
ンティングのような別の方法で、弾性支持要素１６をク
ランプ部分１４とベース部分１とに接合しても良い。

第７ｂ図は、カバー・プレート１が曲げられ、固定ねじ
１５が横に曲げられ且つ弾力性の環状支持要素１６が変
形された負荷状態にある第７ａ図の実施例による測定台
を概略的に示す。

第８図および第９図に示す本発明の実施例にも、何れの
側へも多少たわむ弾性支持要素または中間リンクが包含
されている。

第８図に示す実施例は、支持材１８を介してベース・プ
レート３上に支えられる液体を満たした液圧環状中間リ
ンク１７により、力変換器２とベース・プレート３との
間の連結部の屈曲自在な弾力性、従って固着モーメント
からの脱却、を達成している。上方から、即ちカバー・
プレート１から導入されて変換器２と液圧中間リンク１
７と支持材１８とを貫通するクランプねじ７はベース・
プレート３のねじ山に入り込み、とりわけ変換器２に予
荷重を加えるのに役立つ。クランプねじ７は、それが、
カバー・プレート１が荷重を受けた際にたわみ得るよう
に、たわみ性または屈曲自在に弾力的でなければならな
い。力変換器２と支持材１８とを貫く中心孔は、クラン
プねじに横方向のすきまを付与している。

第９図は、液体を満たした容器１９によって行われる、
力変換器２とベース・プレート３との間の固着モーメン
トのない連結を含む実施例を示す。

さもなければこの実施例は、液体を満たした容器が直接
ベース・プレート３上に載り、支持材が省略されている
点を除いて、第８図に示すそれに該当する。

荷重下にある測定台のカバー・プレートの曲げによる、
当初に述べた測定誤差を完全に若しくは大幅に除去し得
るようにさせる本発明を以てすれば、周知の測定台で発
生する測定誤差が特に生体力学における数多くの目的に
対して許容し難いものであった測定台の計測学に対して
、新しい応用の途が切り開かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は荷重を受けてたわんでいる周知の設計の測定台
、第２ａ図と第２ｂ図は概略的に示した第１図による測
定台の反対側に位置する二つの力変換器の負荷状態、第
３図は玉継手装置により固着モーメントなしに行われる
力変換器のベース・プレートへの連結を含む本発明によ
る測定台の細部、第４図は変換器と玉継手との双方をた
わみ性クランプねじて結合するようにした、ベース・プ
レートに結合された改良した玉継手装置によって行われ
る力変換器のベース・プレートへの連結を含む本発明に
よる測定台の細部、第５図は第４図に類似していながら
ベース・プレートを足部に置き換えた測定台の細部、第
６図は固着モーメントのない連結を付与する要素をカバ
ー・プレート側に配置した測定台、第７ａ図は力変換器
のベース・プレートへの固着モーメントのない連結が弾
性支持要素によって行われ、カバー・プレート上の硬直
なねじにより変換器が予荷重を加えられ且つ弾性支持要
素がたわみ性のねじでベース・プレート上に固定される
ようにした測定板の細部、第７ｂ図は負荷状態にある第
７ａ図による測定台（概略的に示したカバー・プレート
はたわんでいる）、第８図は力変換器のベース・プレー
トへの固着モーメントのない連結部に環状液圧中間リン
クの形態の支持要素が包含されるようにした測定台の細
部、第９図は液体を満たした環状の容器から成る固着モ
ーメントのない連結部の断面である。１．３５．６１６、　１７．　１８：構成要素：力変換器：継手装置：支持管：弾性支持要素：容器。

Claims

【特許請求の範囲】（１）二つの構成要素、より詳細にはカバー・プレート
とベース部分との間に拘束された少なくとも一つの力変
換器から成る測定台において、力変換器（２）が一方の
構成要素（１）、（３）とはほぼ固定的に且つ他方の構
成要素（３）、（１）とはほぼ固着モーメントなしに連
結されることを特徴とする測定台。（２）特許請求の範囲第１項に記載の測定台において、
とくにボール継手の形態の継手装置（５）、（６）から
成る、ほぼ固着モーメントのない連結部を具備すること
を特徴とする測定台。（３）特許請求の範囲第１項に記載の測定台において、
力変換器（２）と関連構成要素（１）、（３）との間に
置かれた少なくとも一つの弾性支持要素（１６）、（１
７）、（１８）を包含する、ほぼ固着モーメントのない
連結部を具備することを特徴とする測定台。（４）特許
請求の範囲第３項に記載の測定台において、液圧要素（
１７）である弾性支持要素を具備することを特徴とする
測定台。（５）特許請求の範囲第３項に記載の測定台において、
液体を満たした容器（１９）である弾性支持要素を具備
することを特徴とする測定台。（６）特許請求の範囲第１項に記載の測定台において、
構成要素（１）、（３）の一方に締結された屈曲自在に
弾力的な支持管（１３）を包含する、ほぼ固着モーメン
トのない連結部を具備することを特徴とする測定台。（７）特許請求の範囲第１項から第６項の何れか一つの
項に記載の測定台において、構成要素（１）、（３）の
一方に対して結合可能な力変換器（２）を具備すること
を特徴とする測定台。