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    公开号:WO1990015982A1
    申请号:PCT/JP1990/000800
    申请日:1990-06-19
    公开日:1990-12-27
    发明作者:Mitsuru Shiraishi；Hideo Kato
    申请人:Fujitsu Limited；
    IPC主号:G01N3-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 計測ロボッ ト システム
    [0002] 技術分野
    [0003] 本発明は計測口ボッ ト システムに関し、 特に、 プラスチッ ク成形品のような成形品の機械的特性として、 例えば、 変位 歪み、 応力特性及びこれらの分布特性を自動的に測定し評価 する計測ロボッ ト システムに関する。
    [0004] 背景技術
    [0005] 成形品として代表的なプラスチッ ク成形品は、 種々の製品 分野、 特に電気製品、 電子機器等の筐体に多く使用されてい る。 これらの製品には常に市場から成形品の高機能化と軽量 化の要請があるので、 これらを設計するメ ーカーの構造設計 の部門では成形品材料の薄肉化を図り、 必要最小限の強度を 得るべく極限的な設計が試みられている。 従って、 構造設計 に反映させるためにこのような構造物の機械的特性を迅速か つ正確に測定する必要がある。
    [0006] プラスチッ ク成形品は、 通常、 製品として完成したときに 曲げ荷重が加わる状態で使用されるので、 この曲げ荷重が加 わるときの変位と歪みと応力を測定する必要がある。 この場 合、 応力は直接測定できる量ではないので歪みとの相関関係 から換算されることが多い。
    [0007] 一般に、 構造物の機械的特性を解析する基礎方程式は材料 力学で与えられており、 その基本的な考え方は構造物の微小 領域 d Aにおける、 力の均衡、 変位と歪みの関係、 応力と歪 みの関係、 に集約することができる。
    [0008] 機械的特性の評価は、 このように変位、 歪み、 応力、 力が 重要な要因である。 この内、 変位と歪みは幾何学的な量であ り、 力と応力は力学的な量である。
    [0009] 一般に、 成形品の仕様は 「成形品に所定の外力、 例えば、 1 N (ニュー ト ン） を加えたときの最大変位を所定値 （例え ば、 1 誦） 以下にする」 如く規定する。 即ち、 機械的特性は 変位で規定することが多い。 そして、 このときの成形品の強 度は加わった外力に対する歪み又は応力で評価する。 周知の ように、 成形品に所定値以上の応力 （歪み） が生じると成形 品は破壊する。 この破壊に到る応力 （歪み） は材質、 構造に より異なる。 ここで、 強度は成形品に要求される力と変位の 関係とは別個に評価される。
    [0010] ところで、 従来から、 プラスチック成形品に代表される成 形品の機械的特性の評価は、 2つの方法、 即ち、 特定の試験 片による方法と成形品による方法とがある。 前者は、 成形品 から切り取った所定の寸法の試験片で行われるもので、 試験 片の縦、 横、 厚み等の寸法は国家の試験基準で決められてい る。 また、 後者は成形後に製造メ ーカーにより前述のような 所定の仕様に基づき成形品について行われる。
    [0011] 例えば、 変位の測定は前述のように、 成形品の特定の測定 点に所定の押付けを加えそのときの変位を測定する。 従って 従来の方法では成形品の測定点以外の任意の位置に押付け力 を加え、 そのときに生じている変位を迅速かつ全体的に捉え ることは著しく時間を必要とする問題があった。
    [0012] また、 歪みの測定においては、 一般に、 被測定物に歪みゲ ージを貼り付け、 力を加える前と力を加えた後での歪みゲー ジの電気的特性の変化を測定する。 しかし、 歪みゲージで測 定できる範囲はそれが貼り付けられた特定の測定点のみであ り、 さ らに、 この歪みゲージの接着作業や配線作業は煩雑で あり、 そのため測定に多くの時間を必要とする問題があった, ところで、 一般に成形品には成形温度、 成形圧等の成形条 件により特性が変化し易いという性質がある。 従って、 成形 品の機能を十分に引き出すためには、 使用条件に応じた実物 での特性評価を、 成形品の任意の測定点において迅速かつ簡 単に行う必要がある。 この場合、 被測定物の変形状態や加わ つている押付け力に対して、 より実際的な評価を行うために は、 前述のように変位、 歪み、 応力の測定を迅速かつ簡単に 行う必要がある。
    [0013] このような要求を満足させるために、 本発明者等は成形品 に押付け力を加えたときの変形状態や、 受けている押付け力 の状態から成形品の機械的特性を自動的に迅速、 正確かつ簡 単に測定することができる計測口ボッ ト システムの開発を行
    [0014] 発明の開示
    [0015] 本発明の目的は、 成形品、 特に、 プラスチッ ク成形品の、 変位、 歪み、 応力に代表される機械的特性及びその分布特性 を自動的に迅速、 正確かつ簡単に測定することができる計測 ロボッ ト システ厶を提供することにある。
    [0016] 本発明による被測定物の機械的特性を自動的に測定する計 測 πボッ ト システムは、 被測定物に所定の押付け力を加える 押付け口ボッ トと、 押付けロボッ トの先端部に押付け口ッ ド を介して取付けられ押付け力の大きさを検出する力検出機構 と、 被測定物に接触し押付け力により被測定物に生じた機械 的変位を検出する変位検出機構と、 変位検出機構を支持し測 定位置まで変位検出機構を移動させるセ ンシングロボッ トと、 力検出機構の検出結果を入力し検出結果に基づき押付けロボ ッ トの動作を制御し変位検出機構の検出結果を入力し検出結 果に基づき各種の機械的特性を算出するマイ ク口プロセッサ と、 マイ クロプロセッサの算出した各種の機械的特性を格納 するメ モ リを備え、 機械的特性の算出はスプライ ン平滑法に より行うようにしたものである。 図面の簡単な説明
    [0017] 第 1図は本発明の計測ロボッ ト システムの外観構造図、 第 2図は本発明の計測 πボッ ト システムの基本プロ ッ ク構 成図、
    [0018] 第 3図は本発明の計測ロボッ ト システムのセ ンシングロボ ッ トの位置制御の説明図、
    [0019] 第 4図は第 3図構成におけるォペレータが指令する移動、 測定コマンドの一例の説明図、
    [0020] 第 5図は第 4図の MOVE命令の処理フ ロ ーチャ ー ト、 第 6図は本発明の歪み測定装置のプロ ッ ク構成図、 第 7図 (a)は被測定物の変形前の状態の説明図、
    [0021] 第 7図 (b)は被測定物の変形後の状態の説明図、
    [0022] 第 8図は縁を補強した被測定物の歪み分布の説明図、 第 9図は第 6図装置の動作フ ロ ーチ ヤ一ト、
    [0023] 第 10図は本発明のスプライ ン平滑法による曲率算出装置の 基本ブ σ ッ ク構成図、
    [0024] 第 1 1図は従来のスプラィ ン補間式の説明図、
    [0025] 第 12図は従来の曲率算出の処理フ口一チ ャ ー ト、
    [0026] 第 13図は本発明のスプライ ン平滑法の説明図、
    [0027] 第 14図は本発明の曲率算出の処理フ ローチ ャ ー ト、
    [0028] 第 15図は被測定物の装着状態の説明図、
    [0029] 第 16図は被測定物の変位量の説明図、
    [0030] 第 17図は従来の方法による曲率の算出結果の説明図、 第 18図は本発明の方法による曲率の算出結果の説明図、 第 19図は求めた曲率と有限要素法との比較説明図、
    [0031] 第 20図は本発明の変位量測定装置の一実施例ブ σ ッ ク構成 図、
    [0032] 第 21図は被測定物の座標の説明図、
    [0033] 第 22図は本発明の変位測定治具の一実施例構造図、
    [0034] 第 23図は本発明の変位測定治具の他の実施例構造図、 第 24図は本発明の変位測定治具のさらに他の実施例構造図， 第 25図は本発明の曲げ疲労試験装置の保持部の取付け位置 の説明図、
    [0035] 第 26図 (a)、 （b)は第 25図の保持部の側面図及び正面図、 及び 第 27図は本発明の曲げ疲労試験装置の一実施例プロ ック構 成図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0036] 第 1図は本発明の計測ロボッ ト システムの外観構造図であ る。 計測口ボッ ト システム 10は、 台座の上に 2種類の口ボッ ト、 即ち、 押付けロボッ ト 12とセ ンシングロボッ ト 14を備え、 さらに、 押付け口ボッ ト 12の先端付近には被測定物 11に接触 する押付けロッ ドをカ覚セ ンサ 13を介して設け、 セ ンシング ロボッ ト 14の先端付近には変位計 15を備える。
    [0037] 押付けロボッ ト 12は、 カ覚セ ンサ 13を介して押付け口 ッ ド を被測定物 11の任意の場所に接触させ、 力制御による任意の 押付け力を与えることができる。 本実施例で、 押付けロボッ ト 12が制御できる押付け力は 0〜20 Nである。 また、 カ覚セ ンサ 13は 6 自由度を持ち、 その先の押付け口ッ ドに加わる力 の検出に用いる。
    [0038] セ ンシングロボッ ト 14は、 先端にレーザ変位計 15を備え、 0. 5 i m 分解能で変位量を測定することができる。
    [0039] 押付けロボッ ト 12及びセ ンシングロボッ ト 14はいずれも X， Υ , Ζ , の 4 自由度を持つ直交型ロボッ トである。 このよ うな構成において、 例えば変位量の測定では、 押付けロボッ ト 12が被測定物 11に所定の押付け力を加えている状態でセ ン シング oボッ ト 14が被測定物 11の変位量を逐次測定し変位分 布を求める。
    [0040] 第 2図は本発明の計測口ボッ ト システムの基本ブ α ッ ク構 成図である。 図示のように、 被測定物 11に所定の押付け力を 与える作用部 21と、 被測定物 11の変化を測定する測定部 22と. 測定データに基づき変位、 歪み、 曲率等を算出するマイ クロ プロセッサ 23と、 各種のデータを格納するメモ リ 24とにより 構成される。 そして、 より具体的に説明すると、
    [0041] 作用部 21は、 前述の押付けロボッ ト 12と、 カ覚セ ンサであ る力検出部 13と、 押付けロボッ ト 12の動作を制御する制御部 211 により構成される。
    [0042] 測定部 22は、 セ ンシングロボッ ト 14と、 変位計である変位 検出部 15と、 セ ンシングロボッ ト 14の動作を制御する制御部 221 により構成される。
    [0043] マイ クロプロセッサ 23は、 後述する各種の測定手段、 即ち- 変位測定手段、 歪み測定手段、 曲率算出手段、 曲げ疲労測定 手段等を包含する。
    [0044] メ モ リ 24は、 変形前後の形状データ、 変位分布関数データ、 中立面の歪みデータ、 歪み分布データ、 曲率成分データ、 及 び制御プ πグラム等を格納する。
    [0045] 第 3図は本発明の計測口ボッ ト システム 10のセンシング σ ボッ ト 14の位置制御の説明図である。 計測口ボッ ト システム 10では被測定物の各微小領域毎に、 押付け πボッ ト 12により 所定の押付け力 （荷重） を与え、 そのときの変位を各測定点 毎に順次測定する必要がある。 従って、 このセ ンシ ングロボ ッ ト 14を制御する制御部にオペレータが作業指示を与える方 法と して、 ①全ての測定点の絶対位置を全てロボッ トに指示 する （ロボッ ト絶対位置移動命令） 方法、 ②最初の測定点だ け絶对位置で指定し、 その後は最初の測定点を基準にして単 位移動量（ 単位ステップ量） を繰り返して順次次の測定点に 移る （口ボッ ト相対位置移動命令） 方法、 とがある。
    [0046] 従来、 ①の方法はセ ンシングロボッ トへの作業指令中に多 くの移動命令を指示する必要があり、 そのためオペレータの 負担が大きい、 という問題があり、 一般には②の方法が採用 されている。
    [0047] しかしながら、 ②の方法においても相対移動命令を繰り返 すと相対移動量の演算に伴う誤差、 例えば、 エ ンコーダによ る誤差や振動による誤差が蓄積され、 これらの誤差等が測定 結果に悪影響を及ぼす問題がある。
    [0048] 本発明のセ ンシングロボッ ト 14の動作制御は、 制御部 221 内に相対移動の際の基準位置となる点を予め記憶し名称を与 え、 さらに、 相対移動の単位ステップ量にも名称を与える。 そして実際のセ ンシングロボッ ト 14の移動の際には、 目標位 置は、 下式に示すように基準位置と、 単位ステップ量とステ ップ係数との積の和で示すようにする。 即ち、
    [0049] (目標位置） = (基準位置）
    [0050] + (単位ステップ量） X (ステップ係数） を演算してセ ンシングロボッ ト 14の移動を行う。
    [0051] 第 3図に示すように、 オペレータからの作業指令がマイク 口プロセッサ 23を介して制御部 221 に与えられると、 制御部 221 はオペレータの作業命令を解釈し、 セ ンシングロボッ ト 14に絶対位置指令を発し、 さらに測定指令を発する。 そして セ ンシングロボッ ト 14の読出し位置は制御部 221 にフ ィ ー ド ノ ッ クされる。
    [0052] 第 4図は第 3図の構成においてオペレータが指令する移動 測定コ マ ン ドの一例である。
    [0053] 第 4図において、 今、 被測定物 11上の測定点が、 位置（0， 0， 50)から X方向に 10誦間隔で 10点並んでいるとする。 そし て、 オペレータが図示の一連のコマンドを作業指令として制 御部 221 に与えるものとする。
    [0054] まず、 ①、 ②の SET 命令による測定点の始点（0， 0， 50)を 示す" S0KU 0 0 50" と、 測定点間の距離 10を示す" STEP 10 0 0 " を制御部 221 内のメ モ リ （図示せず） に登録する。
    [0055] 次に、 ③の MOVE命令において、 ステップ係数 = 3 、 単位ス テツプ量 = STEP = (10， 0， 0)、 基準位置 = S0KU = (0， 0， 50) となり、 算出した目標位置 = (30, 0， 50) にセ ンシングロボ ッ トを移動させる。
    [0056] ④、 ⑤の MOVE命令でも同様に目標位置算出と絶対移動を行 うが、 ④ではステップ係数が指定されていないためステップ 係数 = 1 となり、 目標位置 = (10， 0， 50) への絶対移動を行 う。 ⑤ではさらに単位ステツプ量も措定されていないため、 単位ステップ量 = (0, 0， 0) となり、 目標位置 =基準位置 (S0KU) = (0, 0, 50)への絶対移動を行う。
    [0057] ⑥〜⑨にかけては実際に測定を行うためのループを構成し ている。 ⑥の" LOOP 10 " はループ内を 10回繰り返すことを指
    [0058] /L "9 る Ο
    [0059] ⑦の MOVE命令ではステップ係数に "LOOP"が指定されている ため、 ステツプ係数はループ通過の回数を示すループ力ゥン タ値となる。 ループカ ウ ンタ （図示せず） は制御部 221 に設 けられ、 ループの繰返し回数を把握する。 ループ開始後は 0 にセ ッ トされ、 ループが繰り返される度に + 1 される。 従つ て、 ⑦の MOVE命令の目標位置は最初は（0， 0， 50)、 次に（10， 0， 50) 、 (20, 0， 50) ……となり、 最後の（90， 0, 50) の 点まで、 測定点に沿って順次絶对移動する。 移動の度に⑧の 測定命令で測定を行い、 合計 10の測定点を自動的に測定する ことができる。
    [0060] 第 5図は第 4図の MOVE命令の処理フ ローチャ ー トである。 先ず、 ステ ッ プ 1で、 ステ ッ プ係数が指定されたか否か判断 し、 ステップ 2で、 指定されていなければステツプ = 1を指 定し、 ステップ 3で、 指定されていればステップ係数は" L00P: か否か判断する。
    [0061] ステツプ係数が" LOOP"のときは、 ステップ 4でステツプ係 数はループカウンタ値となり、 ステツプ係数が" LOOP"でない ときは、 ステップ 5でステップ係数は指定数値となる。
    [0062] 次に、 ステップ 6で単位ステップ量が指定されたか否か判 断し、 指定されていなければ、 ステップ 7で単位ステップ量 = (0, 0， 0) となり、 指定されていれば、 ステップ 8で単位 ステツプ量をメモリ内のデータペースから読み出す。
    [0063] そして、 ステップ 9で基準位置をデータベースから読み出 し、 ステ ッ プ 10で、 目標位置二基準位置 +単位ステ ッ プ量 X ステ ッ プ係数、 の演算を行い、 ステ ッ プ 11で目標位置へ絶対 移動する。
    [0064] 第 6図は本発明の歪み測定装置のプロック構成図である。 10は第 1図に示す直交型ロボッ トであり、 第 2図に示す作用 部 21及び測定部 22を含む。 23は第 2図のマイ クロプロセッサ であり、 24は第 2図のメ モ リ に対応する。 メモ リ 24内は、 計 測値及び計算値を格納する領域 24a 〜24f と制御プログラム を格納する領域 24x を有し、 前者は、 変形前の形状データ、 変形後の形状データ、 変位分布データ、 中立面の歪みデータ - 曲率成分データ、 歪み分布データ等からなる。 これらの計測 値及び計算値はマイ クロプロセッサ（CP U) 23 との間で書込み Z読出しされる。 また C P U 23は制御プログラム 24x を読み 出しその内容に従ってロボッ トに指令する。
    [0065] 以下に被測定物の歪みについて詳細に説明する。
    [0066] 第 7図 (a)は被測定物である平面板の変形前の状態、 即ち、 測定前の状態を示し、 第 7図 (b)は押付け力 Pによる平面板の 変形後の状態を示している。 座標は X— Y— Z軸とし、 以下 の説明では簡単のために X軸方向に変形させた場合について 説明する。
    [0067] 第 7図 (b)において、 変位が小さい場合は、 平面板 11の厚み 方向のほぼ中央の面では歪みが殆ど生じないことが知られて いる。 このように歪み 「 0」 の面は 「中立面」 と呼ばれてい る。 なお、 本発明では 「中立面」 という語を、 曲げ歪みが 「 0」 と見なせる仮想的な面という意味で使用することにす る。 平面板の場合は中立面は厚みのほぼ中央面にほぼ一致す るので、 中立面から考えている点までの距離を z とすると、 板の表面では zの値は平面板の厚みの約 1 Z 2 となる。
    [0068] このとき、 中立面から zの距離の位置における X軸方向の 歪み ε χχは、 曲率半径の逆数に比例し、
    [0069] e X = z / r XX
    [0070] で表すことができる。 ここで、 Γ XXは図示のように平面板 上の X軸に沿った曲線の曲率半径である。
    [0071] 同様にして、 Y軸方向の歪みは、
    [0072] Y Y — Z / Υ Υ
    [0073] 剪断歪みは
    [0074] ε X Υ = Ζ X X Υ
    [0075] で表すことができる。
    [0076] 但し、 以下の説明では ε χχ， ε γγ, ε χγ、 を歪みとし、
    [0077] XX - y γ, Τ ΧΥ を曲率半径とする。
    [0078] そして、 曲率半径 r xxの逆数である 1 Z r xxは曲率を示し. 曲率は平面板の変位分布 wを Xについて 2階偏微分すること により求めることができる。
    [0079] 1 d w
    [0080] 1 X X d χ 2
    [0081] — 1 ― d 2w
    [0082] ι" γ y d y 2
    [0083] 1 d 2w
    [0084] Γ χ γ ό x d y
    [0085] 従って、 測定した離散的な変位データから、 変位曲面の微 分値或いはその近似値を求めることにより、 歪み分布を求め ることができる。 さらに、 歪み量が小さいときは材料特性は 線型と見なせるので、 歪み分布から応力分布を求めることが できる。 第 8図は平面板の緣部に強度補強用のリ ブを設けた場合の 歪みの説明図である。 プラスチック成形品を薄肉にすると強 度を補強するために、 本図のように板の縁にリ ブを設けたも のが多い。 このような薄板に大きな押付け力を加えると大き な変形が起こり中立面の伸長が無視できなく なつてく る。 従 つて、 中立面の歪みも重要になってく る。
    [0086] 図示のように平面板 11は両端のリブ部 l la， l i b にて支点 A - Bで支持されている。 このような構造は両端を支持された梁 の曲げに相当する。 今、 平面板 11の上方から力 Pを加えると 平面板 11は図示のように撓む。 L。 は撓んだ平面板 11の X軸 への投影長さであり一定値である （即ち、 梁の長さである） C また、 平面板 11の力 Pによる中立面の撓み曲線を wとする。 平面板が撓んだ状態では原点 0から距離 Xにおける平面板 11 に沿った長さ Lは次式で表すことができる。
    [0087] d W 1 / 2
    [0088] L = J 1 + ( d x (1) d x
    [0089] d w Z d x《 l とすると、 上式は、
    [0090] κ 丄 a w -I
    [0091] L = S 1 + —— ( ) 2 d X (2)
    [0092] 2 d χ J
    [0093] となる。 従って、 原点 0からの位置 Xにおける中立面の伸 び量 u X は、
    [0094] » 1 d w
    [0095] u X = X —— ( ) 2 ··· ··· (3)
    [0096] ° 2 d X
    [0097] となる。 従って、 比較的撓みが大きいときは中立面に歪み を生じ、 この中立面に生じる歪み ε D は、 1 d w
    [0098] e n = ( ) (4)
    [0099] 2 d x
    [0100] となる。
    [0101] 従って、 曲げを受ける平面板 11に生じる歪みは、 曲率から 求めた歪みと中立面の伸びによる歪みとの和になり、 次式で 表すことができる。 X軸方向の歪み （垂直歪み） ε χ は、
    [0102] d 2w 1 d w
    [0103] = - z ( ) + ( ) (5)
    [0104] d x 2 2 d x
    [0105] Y軸方向の歪み （垂直歪み） ε Υ は、 同様にして.
    [0106] d 2w 1 d w
    [0107] ― z ( ) + ( ) (6)
    [0108] d y 2 2 d y
    [0109] また、 X Y軸方向の歪み （剪断歪み） ε χγも同様
    [0110] d w 1 d w d w
    [0111] ε X γ =一 ζ ( ) + ( ) ( ) (7) d x d y 2 d χ d y
    [0112] で表すことができる。
    [0113] 第 9図は第 6図装置の動作フ ローチャー トである。 第 1 ,
    [0114] 2図構成を参照しつつ説明する。
    [0115] ステップ 1では、 C P U23は、 メモリ 24内の制御プログラ
    [0116] ム 24x に従って、 先ずセ ンシングロボッ ト 14を移動し、 被測 定物 11上の X— Y面内の予め定められた測定点毎に Z軸方向 の位置座標を測定する。 そして C P U23は各測定点毎の Z軸 方向の位置座標を、 変形前の形状データとしてメモリ 24の変 形前形状データ格納領域 24a に格納する。
    [0117] ステップ 2では、 C P U23は押付けロボッ ト 12を動作させ てカ覚センサ 13の先端の押付け口 ッ ドを被測定物に押しつけ 所定の押付け力 Pが得られるようにカ覚センサ 13の出力に応 じて押付けロボッ ト 12の押付け力 Pを制御する。
    [0118] ステップ 3では、 被測定物 11を曲げ変形させた状態で、 上 記の各測定点と同じ座標位置にて被測定物 11の Z軸方向の座 標位置を変位計 15により測定する。 測定結果は変形後形状デ ータ格納領域 24b に格納する。
    [0119] ステップ 4では、 このようにして被測定物 Πの変形前後の 形状データを測定した後、 C P U 23はこれらの形状データに 従って、 変位分布 wを算出する。
    [0120] この変位分布 wの算出は本発明では後述する 3次のスプラ ィ ン平滑化法により求める。
    [0121] 変位分布 wをスプラィ ン平滑化法により求めることにより , メモ リの領域 24a， 24b に格納された変形前後の離散的な形状 データから指摘した測定点以外の任意の位置における変位デ ータを得ることが可能になる。 さらに、 微分等の数式処理を も可能にする。
    [0122] 得られた変位分布 wは格納領域 24c に変位分布データとし て格納される。
    [0123] ステ ップ 5では、 C P U 23は、 得られた変位分布 wから前 述した各式 (5) ~ (7)において、 まず各式の右辺の第 2項の中立 面の歪みを算出する。 そして、 その算出結果を領域 24d に格 納する。
    [0124] ステップ 6では、 C P U 23は各式 (5)〜(7)の右辺の第 1項の 曲率成分を算出する。
    [0125] この右辺の第 1項は式から明らかなように変位分布 wを X について 2階偏微分し、 その値に被測定物 11の厚み方向の距 離 zを乗算することにより求めることができる。
    [0126] 計算結果はメモリの格納領域 24e に曲率成分データとして 格納される。
    [0127] ステップ 7では、 C P U 23は、 格納されている中立面の歪 みデータと曲率成分データを読み出し、 前述の各式 (5)〜(7)に 従って両者を加算し歪み分布を求める。
    [0128] 上記の説明では第 8図に示すように被測定物 11である平面 板の縁に補強リブを有する場合について説明したが、 本発明 はこれに限定されるものではない。 例えば、 被測定物 11に格 子状のリブが設けられている場合には、 リブを避けて各単位 領域毎に変位分布を求めて歪み分布を測定することができる。
    [0129] このように、 本発明の歪み測定は、 先ず、 被測定物 11の変 形前後の形状データを測定し、 変形前後の形状データの差か ら 3次のスプライ ン平滑化法により変位分布 wを求め、 次に、 被測定物の中立面の歪みを前記の歪みの式から求め、 さらに 曲率成分を求め、 これらの和から歪み分布を求めている。
    [0130] なお、 予め中立面の歪みが無視できることが判っている場 合は、 曲率成分のみを考慮して歪みを求めるものとする。
    [0131] ここで、 変位分布 wの算出についてさらに詳しく説明する c 式 (5)〜(7)の右辺第 1項から明らかなように、 変位分布 wは X について 2階偏微分が可能でなければならない。 n個の測定 点について、 n — 1次の多項式を採用すれば n個の測定点を 通り、 かつ 2階偏微分が可能である。 しかし、 n個の測定点 を通る変位分布 wを定義領域全体で 1つの関数で表現しょう とすると複雑な関数となる。 一般に、 多項式は次数 nが高く なるにつれて微分値では解が振動しやすいので、 上述のよう に測定点が多い場合には適していない。 このような問題を解 決する方法として、 従来、 スプラィ ン補間式がある。
    [0132] スプラ イ ン補間では対象となる領域全体 （定義域） をいく つかの有限の区間に分割し、 各領域で nより次数の低い m次 の多項式を別々に当てはめれ、 比較的容易に低次元の多項式 を表現している。 そして、 各接点 （即ち、 分割された各区間 と区間との境界） にて各区分多項式が連続であるようにすれ ば、 容易に低次元の連続した関数が得られる。 このような、 m次の多項式で表される関数のうち、 定義域全体で m— 1階 の微分値が存在し、 連続であるものが m次のスプラィ ン関数 でめ O。
    [0133] 従って、 少なく とも 3次 （m = 3 ) 以上のスプラ イ ン関数 であれば、 変位分布を近似する近似式の条件 （ 2階微分が可 能、 物理的に得られた曲率が連続） を満足することがわかる しかし、 上記のスプラィ ン補間式は必ず測定点を通るよう に変位関数を定めるため、 微分処理を行うと測定誤差の影響 により計算精度が悪化する。 そのため、 変位量に比較して測 定誤差が小さいときは上記のスプラィ ン補間式を用いてもあ る程度精度良く曲率半径を求めることができるが、 相対的に 変位量が小さいときは測定誤差の影響が大き く なりスプライ ン補間式では精度良く曲率を算出することが困難となる。 そこで、 本発明ではスプラィ ン平滑化法を採用して変位関 数 wを求めることとした。 スプライ ン平滑化法は必ずしも測 定点を通らなくても、 より真の値に近い変位を示すように関 数を求める方法であり、 スプライ ン関数を求める際に、 最小 二乗近似に類似する平滑化の手法を適用したものである。
    [0134] 第 10図は本発明のスプライ ン平滑法を用いた曲率算出装置 の基本構成図である。
    [0135] 前述のように、 X軸方向の曲率は曲率半径 r x xの逆数 1 Z r x xであり、 この逆数は平面板の変位分布 wを距離 Xで 2階 偏微分することにより求めることができる。 Y軸方向の曲率 も同様に求めることができ、 また、 剪断率は変位曲面を Xと yでそれぞれ 1階偏微分することにより求めることができる。 一般に、 「曲率」 の定義として、 「曲率」 とは曲線 Γを点 P が弧の長さ Δ sだけ進んで P ' へ来たとき、 点 Pにおける接 線と、 点 P ' における接線のなす角度が Δ ωのとき Δ s→ 0 の極限をいう。
    [0136] 第 10図において、 第 2図で説明したように、 232 はマイ ク 口プロセッサ 23内に舍まれる曲率算出手段である。 曲率算出 手段 232 は、 被測定物 11の測定領域を所定の評価量に基づき 複数の領域に区分する領域区分設定部 232dと、 各領域毎に被 測定物 11の変位量を表す未定係数を含む区分多項式、 及びこ の多項式による近似の程度を評価する評価関数を出力する多 項式 · 関数出力部 232bと、 少なく とも評価関数、 測定された 変位量及び領域間での境界条件に基づいて多項式の未定係数 を決定する係数決定部 232aと、 評価関数から導出される評価 量に基づいて領域の区分が適当か否か判別し、 適当でない場 合に領域区分設定部 232dに対して測定領域の再区分を指令す る評価量判別部 232eとにより構成される。
    [0137] さらに、 多項式♦ 関数出力部 232bは、 詳しく は、 係数決定 式導出部 2321と、 スプラ イ ン関数形決定部 2322と、 評価関数 形決定部 2323とを備えるが、 これらについては後述する。
    [0138] 作用部 21により被測定物 11に所定の変位を加え、 測定部 22 により n + 1個の各測定点における変位量を測定する。
    [0139] 多項式 ，関数出力部 232bは、 前述のように領域区分設定部 232dにより区分された領域毎に被測定物 11の変位を近似的に 表現するための未定係数を含む区分多項式を出力する。
    [0140] この場合、 区分多項式の最高次数を例えば m次とした場合 には、 各領域の境界において m— 1回の連続微分が可能とす る。 このような区分多項式として各領域 （ t ； t =1, 2, -, k) 毎に、 例えば、 次のようなスプラ イ ン関数 （mは奇数） を用 いればよい。
    [0141] f (x) = a t, m x "+ a t, m- i x™~ 1 H a t, i x + a t,。 (8) ここで、 未定係数 a t, « ， a t，„— …， a t，。 は後述する 条件により決定される。
    [0142] また、 「領域」 とは被測定物上に設定された領域であり、 1 , 2， 3次元の場合があるが、 説明を簡単にするために区 分された領域として 1次元の線分 〔 a , b〕 上を k個の領域 (区間） に区分する。 この場合には、
    [0143] C X 0 , X 1 J , し X i， X 2 〕 ， ， C X k- 1 , X k 〕 (9) a = x o, b= x k
    [0144] の如く記述することができる。
    [0145] なお、 本発明の領域区分により生じた各境界の節点 X c， X 1 : ……， x k は従来のスプライ ン補間式と異なり、 測定部 22に より測定された n + 1個の測定点とは何ら無関係である。 そ して節点の位置は測定点を何処に設定したかによつて定まる のではなく、 評価量または外部からの指示に基づいて定めら れるものである。 従って、 測定点の数 n + 1個と節点の数 k とは一致しない。
    [0146] 一方、 評価闋数はこの区分多項式による近似の程度を評価 するための関数である。 従来のようにスプライ ン補間式は測 定点を必ず通るということなので評価関数は特に必要でない が、 本発明では測定点を必ず通るという制約を課さないので 評価関数が必要となる。
    [0147] 即ち、 本発明では、 各測定点において区分多項式により表 された変位と測定された変位との完全な一致を要求するので はなく、 多項式の近似の程度を評価することができる評価関 数を導入して多項式が現実の変位をより良く近似できるよう にした。
    [0148] このような評価関数の例としては、 多項式に表された変位 量と測定点された変位量との差を 2乗したものの全測定点に ついてとった和や、 差の絶対値の全測定点の和等や、 下記の 評価関数の場合がある。 ff = ∑ W i I ( s (x i) - y i) I 2+ g S ( f °") (x )) 2 d x…' i =l b
    [0149] 但し、 Wi ， gは重み関数、 s ( x i ) はスプライ ン関数、 y i は測定データ、 mはスプライ ン闋数の次数、 i は測定点の位置を示すパラメ ータである。 上記の式 の評価関数は概略次のような意味を持っている gの値が小さい時は、 第 1項を主として評価することになり この場合は測定データに対して忠実であることを主眼とする, 一方、 gの値が大きいときは第 2項を主と して評価すること になり、 この場合は滑らかであることを主眼と している。 本 発明では測定データに忠実であることに主眼をおき、 かつ各 測定データに同じ重みを持たせるために、 上記の式 ωで、 w i = 1 (但し、 i = l〜n ) 、 g = 0 とおいた次式の評価 関数を使用している。
    [0150] σ =∑ ( s ( X 4 ) - y i ) I 2 …… (ID i
    [0151] このようにして、 多項式 ·関数設定部 232 bにより設定され た区分多項式の各係数は、 評価関数と、 測定部 22により測定 された変位量及び設定部 232 dにより設定された領域の境界に て区分多項式が満たすべき m— 1 回連続微分可能条件によつ て決定される。
    [0152] その際、 評価量判別部 232eは設定部 232 dで設定された領域 区分に基づいて定まる評価値（ 評価関数から導出する） によ り、 設定された領域区分が適当であるか否かを判断する。
    [0153] 即ち、 評価関数が、 前述のように多項式に表された変位量 と測定点の変位量との差を 2乗したものの全測定点について とつた和の関数である場合には、 測定誤差が無いときには評 価値は小さければ小さい程、 近似がよいことになる。 しかし- 測定誤差がある場合には必要以上に評価値を小さ く しても必 ずしも近似がよいとはいえない。 このことは測定誤差がある 場合には真の関数を用いた場合においても評価値はゼロとな らないことを考えれば明らかである。
    [0154] 従って、 測定誤差がある場合には測定系の誤差から予定さ れる所定のしきい値を設定し、 そのしきい值よりも評価值が 大きいか又は小さいかにより区分が適当であるか否かを判断 し、 評価値が大きい場合には領域区分設定部 232dに指令を行 い、 より細かい再区分を指令することになる。
    [0155] 第 11図は従来のスプライ ン補間式の説明図である。 図示の ように、 スプライ ン補間式では必ず各測定点を通るようにし ている。 そのため前述したように測定データに誤差を含み、 相対的に変位量が小さい場合には測定誤差の影響が大きくな り精度の高い曲率を算出することが困難となる。
    [0156] 第 12図は従来の曲率算出の処理フ ローチャー トである。 従 来は、 ステ ッ プ 1 において、 測定すべき複数の測定点を節点 とする領域 （区間） を予め設定し、 ステップ 2で、 各領域毎 に所定の次数 （測定点の数に比べて低い例えば m = 3次） の スプラ イ ン補間式を、 （m— 1 ) 回連続微分可能であるよう に設定する。 次に、 ステ ッ プ 3で、 測定点 （節点） をスプラ ィ ン補間式が通るとともに、 節点でスプラィ ン補間式の導関 数が連続であることを用い各係数を決定することができる。 そして、 ステップ 4で、 得られたスプラィ ン補間式に基づい て曲率算出部にてスプラ イ ン補間式の 2階偏微分を行う。 な お、 第 11， 12 図に示す従来方式の問題点はすでに説明したの で省略する。
    [0157] 第 13図は本発明によるスプライ ン平滑法の説明図である。 従来のスプラィ ン補間式による第 11図と比較すると明らかな ように、 スプライ ン平滑法では測定誤差に基づく変動を小さ く押さえることができる。
    [0158] 第 14図は本発明による曲率算出の処理フ ロ ーチ ャ ー トであ る。 なお、 前述のように、 第 10図に示す多項式 · 関数出力部 232bは、 詳しく は、 係数決定式導出部 2321と、 スプライ ン関 数形決定部 2322と、 評価関数形決定部 2323とを備える。
    [0159] ステ ッ プ 1 において、 予め領域区分設定部 232dにより領域 区分の数 k及び測定領域 〔 a， b〕 の設定を行う。 例えば、 測定点の数を nとした場合には kは nと異なるように設定し 出力する （ k = nとすると従来のスプラ イ ン補間式と同じに なってしまう） 。
    [0160] ステップ 2において、 前のステップ 1から領域区分の数 k を受けるとスプライ ン関数形決定部 2322は、 各領域に対して 未定係数を舎む m (奇数、 例えば 3 ) 次の多項式を対応させ る。 また、 評価関数形決定部 2323は前述のような形の評価関 数の形を決定する。 即ち、 （ 式で示したように
    [0161] σ =∑ w i I ( s ( x i ) - y i ) | 2 但し、 W i は重み関数、 s ( x Α ) はスプライ ン関数、 y i は測定データ、
    [0162] i は測定点の位置を示すパラメ ータである。
    [0163] ステ ッ プ 3において、 係数決定式導出部 2321は、 各領域毎 に設定されたスプラィ ン関数及び評価関数及び各区分領域間 で成立すべき連続条件に基づき、 各多項式の未定係数が満た すべき決定式を導出する。
    [0164] 即ち、 設定した m ( = 3 ) 次の多項式を各 k個の区分領域 j に対応させたものを、
    [0165] s j (x) =a j-， 3 x 3 + a j , 2 x 2 + a , ι x 1 + a j , 0
    [0166] とし、 区分領域設定部 232dにより設定した各領域、
    [0167] C X 0 , X I 〕 ， C X 1 , X 2 〕 ， ， [ X k - ! , X k 〕 、 の境界（ 節点） である、
    [0168] 0 ( = a ) , X 1， X 2， ， X k - 1 , X k ( = D
    [0169] において、 スプライ ン関数及び当該スプライ ン関数の導闋 数、
    [0170] s { c ) (x) (c=l， 2, ……， m- 1)
    [0171] が連続であるべきだという境界条件、 及び評価関数が極小 値をとるべきだという条件から、 変分原理により導出される 式に基づいて未定係数が满たすべき決定式が導出される。
    [0172] ステップ 4において、 上記の決定式及び作用部 21により加 えられた変位に対して各測定点で測定された変位量を上記の 決定式に代入する。
    [0173] ステップ 5において、 スプライ ン闋数の各未定係数を決定 する。
    [0174] ステップ 6において、 評価量判別部 232eは係数決定部 232a で求められた係数を評価関数に代入し評価量 を導出する。
    [0175] ステップ 7において、 導出された評価量 を予め定められ たしきい値び。 と比較し、 評価量びがしきい値び。 よりも大 きい場合には、 領域区分設定部 232dによる領域が適当でない と判断する。
    [0176] ステップ 8において、 前のステップ 7で領域区分設定部 23 2dによる領域が適当でないと判断したときに、 領域区分設定 部 232dに対して領域区分をより細かく した再区分を指令し、 ステップ 2から再度処理する。
    [0177] ステップ 9 において、 前のステップ 7で評価量びがしきい 値 ff D よりも小さい場合には、 領域区分設定部 232dによる領 域が適当であるとして、 係数決定部 232aにより決定された係 数を有する区分多項式を、 被測定物の変位を表すものとして 曲率算出部 232cに出力する。
    [0178] 第 15図は被測定物の装着状態の説明図である。 第 1図で示 したように 11は被測定物であり、 被測定物 11は適切な固定手 段 l l a， l l b により固定されている。 被測定物 11は例えば、 線 型性の高い金属であり、 表面に示した格子状の線 11c は説明 のための仮りの線であり、 この格子状の線 11c の各交点にお いて変位量を測定する。
    [0179] 第 16図は被測定物 11の変位量の説明図である。 実線の 11は 被測定物の変位 0の基準面であり、 一点鎖線の 11c が押付け 力 Pによる変位後である。 点線は参考のために有限要素法に よる構造解析の結果を示したものである。
    [0180] 第 17図は従来の方法による曲率の算出結果の説明図である c 実線 170 は曲率が 0の基準面であり、 点線 171 は X軸方向の 曲率、 一点鎖線 172 は Y軸方向の曲率、 2 点鎖線 173 は捩じ れ率を示す。 図示のように現実の曲率及び捩じれ率と合致せ ず、 そのためこれらのデータから応力を計測することができ る範囲が限定されるという問題があつた。
    [0181] 第 18図は本発明の方法による曲率の算出結果の説明図であ る。 実線 180 は曲率が 0の基準面であり、 点線 181 は X軸方 向の曲率、 一点鎖線 182 は Y軸方向の曲率、 点鎖線 183 は 捩じれ率を示す。 第 17図と比較すると明らかなように、 極め て精度の高い曲率及び捩じり率を求めることができる。
    [0182] 第 19図は、 点線で示す第 18図により求めた X軸方向の曲率 191 を、 一点鎖線で示す有限要素法により求めた構造解析結 果 192 とを比較した説明図である。 図示のように、 本発明に よる結果と、 有限要素法による理論値がほぼ一致することが わかる。 なお、 固定部両端で計測値と理論値に差があるのは 端部の固定に差があるからである。
    [0183] 第 20図は本発明による変位量測定装置の一実施例ブ D ック 図である。 被測定物 11が図示のように部分的に切り欠きを有 している場合である。 233は第 2図に示すマイ クロプロセッ サ 23の内部の変位算出手段である。 被測定物 11に押付け力 P を加えたときの変位を算出する。 変位算出手段 233 は、 変位 データ測定算出部 233aと、 変位データ格納部 233b〜233dと、 変位曲面式算出部 233eと、 変位曲面式格納部 233fと、 変位算 出部 233gにより構成される。
    [0184] 変位データ測定算出部 233aは、 被測定部 11上に設けられた 格子点における変形前及び変形後の形状を測定し両者の差か ら変位を算出する。
    [0185] 変位データ格納部 233b〜233dは、 前段の変位データ測定算 出部 233aで得られた変位データを分割された領域毎に格納す o
    [0186] 変位曲面式算出部 233eは、 前段の変位データ格納部 233b〜 233dに格納されている領域毎の変位データを入力し、 新たに 被測定物 11を切り欠き部分の存在しない長方形と見なして変 位曲面の式を算出し、 変位曲面式格納部 233Πこ格納する。 変位算出部 233gは、 変位曲面式格納部 233Πこ格納されてい る変位曲面の式を用いて指定された位置における変位を算出 する。
    [0187] 第 21図は被測定物 11の座標の説明図である。 切り欠き部分 は D, Eである。
    [0188] 先ず、 被測定物 11をメ ッ シュ切りが行えるような長方形 A， B, Cに分割する。
    [0189] 領域 Aにおいて、
    [0190] X座標を表す集合 X A = [ X a ., x a2, …， x am〕
    [0191] y座標を表す集合 Y = C y y 2， …， y n 〕
    [0192] の直積 X A x Yで表される集合の要素に対応した位置を測定 点とする。
    [0193] 同様に、 領域 Βにおいて、
    [0194] X座標を表す集合 Χ Β = [ X b ., X b 2, …， X bm]
    [0195] y座標を表す集合 Y = Cy y 2， …， y n 〕
    [0196] の直積 X B x Yで表される集合の要素に対応した位置を測定 点、とする。
    [0197] 同様に、 領域 Βにおいて、
    [0198] X座標を表す集合 X C = C X c 1 , X C 2, …， X cm]
    [0199] y座標を表す集合 Y = [y y 2, ···, y n 〕
    [0200] の直積 X C X Yで表される集合の要素に対応した位置を測定 点、とする c
    [0201] 測定された変位データは、 第 20図の変位データ格納部 233b ~ 233dの各々に対応して、 領域 A， B， Cが格納される。 そ して、 変位曲面式算出部 233 &では、 被測定物 11を切り欠き部 D , Eの存在しない長方形の物体と見なして測定データを、
    [0202] X座標を表す集合 X = C x X 2 , ··· , χ » 〕
    [0203] y座標を表す集合 Y - C y y 2， "'， y - 〕
    [0204] の直積 X X Yで表される集合の要素に対応した位置における 変位データと見なして変位曲面の式 w ( X , y ) を求める。
    [0205] 変位曲面の式 w ( x , y ) の定義域は、
    [0206] 〔（x， y) I x i≤x ≤ x ， y ≤ y ≤ y „ j
    [0207] となり、 切り欠き部 D， Eでの変位も含んだものとなって いる。 従って、 従来では物体が存在する領域内でのみ求めて いた変位曲面の式を、 実際には測定データが得られない切り 欠き領域においても、 仮想的に物体が存在するとして変位曲 面の式を求めることにより、 実際には測定不能な領域におい ても処理可能となる。
    [0208] 第 22図は本発明の変位測定治具の一実施例構造図である。 221, 222 は取付け板、 223 は押付けロッ ドである。 図示のよ うに、 被測定物 11は取付け板 221 により垂直に保持されてい る。 変位の測定に際しては、 押付けロボッ ト 12によりカ覚セ ンサ 13及び押付け u ッ ド 223 を介して、 被測定物 11に所定の 押付け力を加える。 変位の測定はセ ンシ ングロボッ ト 14に取 付けられた変位計 15により被測定物 11の背面、 即ち、 荷重を かけてない側の面の変位を測定する。
    [0209] このように、 本発明の測定治具で被測定物の背面の変位を 測定することにより、 ①押付け口ッ ド 223 の周辺の測定がで きる、 ②同一面の測定とは反対のデータ、 即ち、 伸長歪み若 しく は圧縮歪みを測定するこができる、 等の効果がある。
    [0210] 第 23図は本発明の変位測定治具の他の実施例構造図である, 図示のように、 本実施例では被測定物 11は取付け板 221 によ り水平に取り付けられている。 そして、 カ覚センサ 13と押付 けロ ッ ド 223 は被測定物 11の背面に設けられる。 この構造の 効果は前記の実施例と同様であるが、 さらに、 装置がコ ンパ ク トにできる利点がある。
    [0211] 第 24図は本発明の変位測定治具のさらに他の実施例構造図 である。 本実施例では図示のようにコの字型の押付け口 ッ ド 223 をカ覚センサ 13に取り付ける。 被測定物 11の押付け位置 附近での変位を測定する場合に、 従来では変位計 15の先端が 押付けロッ ド 223 に当たって押付け位置近辺での測定ができ ない場合があつたが、 このような治具の構造により、 変位計 15に当たることがないので被測定物 11の押付け位置の近辺ま で測定することができる。
    [0212] 第 25図は本発明の曲げ疲労試験装置の保持部の取付け位置 の説明図、 第 26図 (a)、 （b)は第 25図の保持部の側面図及び正面 図、 第 27図は本発明の曲げ疲労試験装置の一実施例プロ ック 構成図である。
    [0213] 曲げ疲労試験装置の第 27図に示すブロック構成は、 第 2図 のマイ クロプロセッサ 23の曲げ疲労試験手段 234 に対応する ものである。 前述の第 1， 2図に示すように、 押付けロボッ ト 12にはカ覚センサ 13が設けられているが、 本発明の曲げ疲 労試験装置はこのカ覚センサ 13に第 25図、 第 26図 (a)、 （b)に示 すように被測定物 11を保持する保持部 16を備えている。 この 保持部 16は曲げ疲労試験の際には被測定物 11の他端 （固定部 11a に固定されていない側） を保持するが、 この場合、 保持 部は試験片を屈曲方向に対して直交する方向に移動可能に保 持する。
    [0214] 本発明では、 被測定物 11をこのように屈曲方向に対して直 交する方向に移動可能に保持されているため、 屈曲方向以外 の力を受けると被測定物 11はその方向に移動し、 そのため被 測定物 11自体に与える影響は極めて小さ くすることができる。
    [0215] 保持部 16は第 26図 )、 （b)に示すように、 コの字型のハウジ ング 161， 162 と、 ハウジング 161， 162 を各々平行に貫通する ィ ンナーシャフ ト 163， 16 と、 イ ンナーシャフ トをハウジン グに結合するネジ 165, 166 と、 軸受 167， 168 と、 この軸受け に支持されたァゥターシャフ ト 169, 170 と、 スぺーサ 171， 172 と、 ネジ 173, 174 により構成される。
    [0216] 被測定物 11はアウターシャフ ト 169 と 170 の間に保持され る。 この様な構成により保持部 16が上下方向に移動すると、 アウターシャフ ト 169， 170 と被測定物 11が接している位置は、 アウターシャフ ト 169， 170 が回転して大きな摩擦力が働く こ とも無く 自動的に移動する。 このような構造は従来のリ ンク による上下動に伴って試験片 11が屈曲される際、 横方向に不 必要な大きな力が働くのに比べて、 非常に優れた効果を発揮 する。
    [0217] 実際の測定においては、 指定された力を繰り返し被測定物 11に加える場合と、 指令された距離を距離を繰り返し移動す る場合がある。 後者の指令された距離を繰り返し移動する場 合の測定方法について、 第 27図のプロ ック図を参照しつつ説 明する。
    [0218] 前述のように、 曲げ疲労試験装置 234 の電気的な制御部分 は第 2図のマイ クロプロセッサ 23に含まれる。 先ず、 指令装 置 234hの指令に基づいて、 繰り返し動作を行う押付け口ボッ ト 12が駆動を開始し、 被測定物 11の繰り返し曲げ動作、 即ち、 屈曲動作を行う。 この指令装置 234hが押付けロボッ ト 12に指 令するものとしては、 最終的な屈曲回数 N。 と移動距離とが ある。 この場合、 N。 繰り返し動作を行っても被測定物 11が 疲労しないと判断される場合には、 繰り返し動作を終了する が、 N。 は絶対的なものではなく押付けロボッ ト 12に無限回 の動作を指令し、 被測定物 11の疲労度データに沿って指令装 置 234hにより強制的に終了するようにしてもよい。
    [0219] 被測定物 11に加わっている押付け力はカ覚センサ 13で検出 し、 第 1 サイ クルの測定値は第 1サイ クル測定値格納装置 234a に格納する。 また、 第 Nサイ クルの測定値は第 Nサイ クル測 定値格納装置 234bに格納する。 第 1 サイ クル剛性値算出装置 234cは第 1 サイ ク ル測定値格納装置 234aのデータをもとに、 第 1サイ クルの剛性値を算出し第 1サイ クル剛性値格納装置 234eに格納する。
    [0220] 同様に、 第 Nサイ クル剛性値算出装置 234dは第 Nサイ クル 測定値格納装置 234bのデータをもとに、 第 Nサイ ク ル剛性値 を算出し、 第 Nサイ クル剛性値格納装置 234fに格納する。
    [0221] 疲労判定装置 234gは適切なデータ比較手段を備え、 第 1 サ ィ クル剛性値格納装置 234eのデータと、 第 Nサイ クル剛性値 格納装置 234fのデータを比較し、 第 Nサイ クルの剛性値が第 1 サイ クルの剛性値の所定の割合 （例えば、 60% ) 以下にな つたら疲労したと判断する。 判断結果は指令装置 234hに通知 され、 指定装置 234hは押付けロボッ ト 12に停止命令を出力し 測定を終了させる。
    [0222] 押付け力を指令する場合には指令装置 234hが押付けロボッ ト 12に指令し、 所定の最大出力を得るように被測定物 1 1に対 して繰り返し動作を行う。 その結果、 被測定物 11が破損した り、 或いはその移動量が所定値以上になつたら疲労したと判 断する。
    [0223] 以上のように、 本発明の曲げ疲労試験装置では、 被測定物 11の保持が水平方向と回転方向の移動量を吸収できるように なっており、 かつ被測定物 11をその厚さに応じて適切な間隔 で保持できるようになっているので、 被測定物 11に上下動を 与える垂直方向以外の方向の力成分が極めて小さ くなる。 こ のため測定条件が明確となり信頼性の高い測定が可能となる t 産業上の利用可能性
    [0224] 本発明の計測ロボッ ト システムは、 特に、 プラスチ ッ ク成 形品のような成形品の、 変位、 歪み等の機械的特性とその分 布特性を自動的に迅速に測定することができるので、 製品の 筐体等の構造物設計に有効に利用することができる。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1. 被測定物の機械的特性を自動的に測定する計測ロボッ ト システムにおいて、
    前記被測定物に所定の押付け力を加える押付けロボッ トと 前記押付けロボッ トの先端部に取り付けられ、 押付け口 ッ ドを介して前記押付け力の大きさを検出する力検出手段と、 前記押付け力により前記被測定物に変位を与える前と後で 前記被測定物との距離を測定するための変位検出手段と、 前記変位検出手段を支持し、 測定位置まで前記変位検出手 段を移動させるセ ンシングロボッ トと、
    前記力検出手段の検出結果を入力し、 検出結果に基づき前 記押付けロボッ トの動作を制御し、 前記変位検出手段の検出 結果を入力し検出結果に基づき各種の機械的特性を算出する マイ クロ： °ロセッサと、
    前記マイ クロプ口セッサの算出した各種の機械的特性を格 納するメ モ リ とを備え、
    前記機械的特性の算出はスプライ ン平滑法により行う こと を特徴とする計測ロボッ ト システム。
    2. 前記マイ クロプロセッサは、 歪み算出手段と、 曲率算 出手段と、 変位算出手段と、 曲げ疲労試験手段を含む請求の 範囲第 1項に記載の計測口 ボッ ト システム。
    3. 前記メ モ リは、 変形前後の形状データ、 変位分布デー タ、 中立面のデータ、 曲率成分データ、 歪み分布データ、 制 御プログラムを含む請求の範囲第 1項に記載の計測ロボッ ト システム。
    4. 前記力検出手段は、 カ覚セ ンサである請求の範囲第 1 項に記載の計測口ボッ ト システム。
    5. 前記変位検出手段は、 レーザー変位計である請求の範 囲第 1項に記載の計測口ボッ ト システム。
    6. 前記セ ンシングロボッ トの目標位置は、 前記セ ンシン グ πボッ トの移動の基準となる絶対基準位置に、 単位ステツ プ量とステップ係数の積を加算して与える請求の範囲第 1項 に記載の計測ロボッ ト システム。
    7. 前記ステ ッ プ係数が指定されないときは、 前記ステツ プ係数を 「 1 」 と見なし、 前記目標位置は前記基準位置と前 記単位ステップ量の和で与える請求の範囲第 6項に記載の計 測ロ ボッ ト システム。
    8. 前記基準位置のみが指示されたとき、 前記目標位置は 前記基準位置で与える請求の範囲第 6項に記載の計測ロボッ ト システム。
    9. 前記歪み算出手段は、 被測定物の変形前後の形状の差 を測定し、 前記形状の差から変位分布を算出し、 前記変位分 布から被測定物の中立面の歪みと曲率成分を算出し、 前記中 立面の歪みと前記曲率成分の和から歪み分布を算出する請求 の範囲第 2項に記載の計測口ボッ ト システム。
    10. 前記変位分布は 3次のスプラ イ ン平滑法により算出す る請求の範囲第 9項に記載の計測ロボッ ト システム。
    11. 前記曲率成分は、 前記被測定物の測定領域を所定の評 価量に基づき複数の領域に区分し、 各測定領域毎に前記被測 定物の変位量を近似する未定係数を含む区分多項式を求め、 前記区分多項式による近似の程度を評価する評価関数を求め 前記評価関数と測定された変位量及び領域間での境界条件に 基づき前記未定係数を決定し、 前記評価関数から導出される 評価量に基づいて区分領域が適切か否か判別し、 適切でない ときは測定領域の再区分を行う、 ことにより求める請求の範 囲第 9項に記載の計測 σ ボッ ト システム。
    12. 前記区分多項式はスプラ イ ン関数である請求の範囲第 11項に記載の計測ロボッ ト システム。
    13. 前記評価関数は、 前記区分多項式により算出された変 位量と各測定位置における変位量との差の 2乗を、 全測定位 置について求めた和で与える請求の範囲第 11項に記載の計測 ロ ボッ ト システム。
    14. 前記変位算出手段は、 被測定物上に設定した格子点毎 に変形前後の形状を測定し両者の差値から変位データを算出 する変位データ算出部と、 前記変位データ算出部により得ら れた変位データを各分割された領域毎に格納する変位データ 格納部と、 格納された前記変位データを入力し新たに切り欠 き部分の存在しない被測定物と見なして変位曲面式を算出す る変位曲面式算出部と、 前記変位曲面式を格納する変位曲面 式格納部と、 格納された前記変位曲面式を用いて指定された 位置における変位を算出する変位量算出部とを備え、
    被測定物に切り欠き部分を有するとき、 被測定物を格子状 の測定点が設定可能な複数の領域に分割し、 各分割領域毎に 測定し算出され格納された変位データを入力し、 被測定物を 切り欠き部分の存在しないものと見なして変位曲面式を求め、 前記変位曲面式から指定された測定点における変位量を求め るようにした請求の範囲第 2項に記載の計測ロボッ ト システ ム。
    15. 前記変位曲面式を 2階偏微分して指定された位置にお ける歪みを算出する請求の範囲第 14項に記載の計測ロボッ ト システム。
    16. 前記前記押付けロボッ トにより押付け力を与えること のできる被測定物の面とは反対の面の機械的特性を測定可能 にするように、 被測定物を取り付ける測定治具を備えた請求 の範囲第 1項に記載の計測ロボッ トシステム。
    17. 前記押付けロッ ドは、 被測定物の押付け位置近辺を測 定するに際して前記変位検出手段が前記押付け口ッ ドに当た らないようにする凹み部分を備えた請求の範囲第 1項に記載 の計測口ボッ ト システム。
    18. 前記被測定物の曲げ疲労試験を行うに際して被測定物 の一端を所定の取付け板で固定し、 前記力検出手段の先端に は、 屈曲方向に対して直交する方向に移動可能に被測定物の 他端を保持する保持部を備え、 前記押付けロボッ トにより前 記保持部を介して被測定物の往復曲げを行う請求の範囲第 1 項に記載の計測ロボッ ト システム。
    19. 前記曲げ疲労試験手段は、
    屈曲の第 1サイ クルの測定値を格納する第 1サイ クル測定 值格納装置と、
    第 Nサイ クルの測定値を格納する第 Nサイ クル測定值格納 装置と、
    前記第 1 サイ クル測定値格納装置のデータをもとに第 1 サ ィ クルの剛性値を算出し第 1サイ クル剛性値格納装置に格納 する第 1 サイ クル剛性値算出装置と、
    第 Nサイ ク ル測定値格納装置のデータをもとに第 Nサイ ク ル剛性値を算出し第 Nサイ クル剛性値格納装置に格納する第 Nサイ クル剛性値算出装置と、
    比較手段を有し、 前記第 1 サイ クル剛性値格納装置のデー タと前記第 Nサイ ク ル剛性値格納装置のデータを比較し、 第 Nサイ クルの剛性値が第 1 サイ クルの剛性値の所定の割合以 下のとき疲労と判断する疲労判定装置と、
    判断結果を受け、 前記押付けロボッ トに停止命令を出力し 測定を終了させる指令装置と、
    を備える請求の範囲第 2項に記載の計測ロボッ ト システム c
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