(57)【要約】本発明は、軸方向の加工力を検出するための第１の感知装置（１８）を有するツール・ホルダ（１０）に関する。実際の加工力に応じて金属加工プロセスをより正確に制御するために様々な金属加工装置と共に普遍的に使用することができるツール・ホルダ（１０）を提供するために、本発明は、横方向の力を検出するための第２の感知装置（２０）をツール・ホルダ（１０）に装備する。そのようなツール・ホルダ（１０）は、段階的シート成形プロセスで使用されることが好ましい。
2011500331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向力を検出するための第１の感知装置（１８）を有し、横方向の力を検出するための第２の感知装置（２０）を特徴とするツール・ホルダ（１０）。
【請求項２】
前記第１の感知装置（１８）が圧電抵抗層（５０）を有し、
前記圧電抵抗層（５０）は、前記軸方向力を測定するために軸方向と交差する平面内に延在している、請求項１に記載のツール・ホルダ。
【請求項３】
前記圧電抵抗層（５０）が非晶質ダイヤモンド状炭素膜を有する、請求項２に記載のツール・ホルダ。
【請求項４】
前記第２の感知装置（２０）が、前記ツール・ホルダ（１０）および／または前記ツールの横方向の機械的逸脱または振れを検出するように形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項５】
少なくとも中間部分（２４）が、横方向（ｘ，ｙ）のうちのいずれかの横方向の剛性より実質的に大きい軸方向（ｚ）の軸方向剛性を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項６】
前記第２の感知装置（２０）が、第１の半径方向突出要素（２８）と第２の半径方向突出要素（３０）との間に挟まれた、前記振れ部分（３２）より高い横方向剛性を有する振れ部分（３２）を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項７】
前記第１の半径方向突出要素及び前記第２の半径方向突出要素（２８，３０）の少なくとも一方が、円盤要素または板要素である、請求項６に記載のツール・ホルダ。
【請求項８】
前記第１の半径方向突出要素及び第２の半径方向突出要素が、互いに平行でかつ非荷重状態で軸方向に垂直に配列された板（２８，３０）として設計されている、請求項７に記載のツール・ホルダ。
【請求項９】
前記振れ部分がロッド（３２）を有し、
前記ロッド（３２）は、前記軸方向（ｚ）に延在しかつ前記ツール・ホルダ（１０）の残りの部分に比してきわめて小さい剛性および／または直径を有する、請求項６〜８のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項１０】
前記ロッド（３２）が、前記第１の半径方向突出要素及び第２の半径方向突出要素（２８，３０）を互いに離間させるように相互接続する、請求項９及び請求項６〜８のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項１１】
前記第２の感知装置（２０）が、さらに、前記第１の半径方向突出要素（２８）の半径方向突出部と、これに対応する前記第２の半径方向突出要素（３０）の半径方向突出部分との間の距離の変化を検出するための少なくとも１つの変位センサ（４４〜４７）を有する、請求項６〜１０のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項１２】
前記第２の感知装置（２０）が、円周方向に互いに離間された少なくとも３つの異なる点において前記第１の半径方向突出要素及び第２の半径方向突出要素（２８，３０）の半径方向突出部分の間の距離の変化を検出するために、円周方向に互いに離間された少なくとも３つの変位センサ（４４〜４７）を有する、請求項１１に記載のツール・ホルダ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの変位センサが、
渦電流センサ（４４〜４７）と、
ひずみゲージと、
容量性距離センサと、
誘導性距離センサ、
光学距離または変位センサとを含む、請求項１１または１２のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項１４】
前記第２の感知装置（２０）がさらに複数の力センサ（６０）を有し、
前記複数の力センサ（６０）は、前記第１の半径方向突出要素（２８）の半径方向突出部分とこれに対応する前記第２の半径方向突出要素（３０）の半径方向突出部分との間の押す力または引っ張る力の変化をそれぞれ検出する、請求項６〜１３のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項１５】
前記複数の力センサ（１〜４）が、圧電抵抗層（６０）の円周方向に離間された少なくとも３つの領域を有する、請求項１４に記載のツール・ホルダ。
【請求項１６】
前記ツール・ホルダ（１０）を機械装置（５４）に接続するためのフランジ接続部分（２２）を有し、前記フランジ接続部分（２２）が、円周方向に互いに離間された複数のスルーホールを有するフランジを有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のツール・ホルダ。
【請求項１７】
加工力を測定し、前記測定した加工力に応じて段階的シート成形段階を制御するために請求項１〜１６のいずれか１項に記載のツール・ホルダ（１０）を使用する、段階的シート成形方法。
【請求項１８】
機械装置（５４）からツール（１４）に金属加工力を伝達するように形成され、
第１の半径方向突出要素（２８）と、
第２の半径方向突出要素（３０）と、
前記第１の半径方向突出要素及び第２の半径方向突出要素（２８，３０）を接続するための接続手段（３２，６２）と、
前記第１の半径方向突出要素及び第２の半径方向突出要素（２８，３０）の偏心部分の間で変位または押す力／引っ張る力をそれぞれ測定するために円周方向に離間された複数の変位センサ（４４〜４７）または力センサ（６０）と、
を有する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の前記ツール・ホルダ（１０）の前記第２の感知装置（２０）として使用するための力感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向力を検出するための第１の感知装置を備えたツール・ホルダに関する。さらに、本発明は、そのようなツール・ホルダを使用する段階的シート成形方法（incremental sheet forming method）、およびそのようなツール・ホルダのための感知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
段階的シート成形（すなわち、ＩＳＦ）は、シートが一連のわずかな段階的変形によって最終加工物に成形されるシートメタル成形技術である。ほとんどの用途で、シートメタルは、先端が丸いツールによって成形される。そのようなツールは、一般に、５〜２０ｍｍの直径を有する。ツールは、適切なツール・ホルダによって、ＣＮＣ機械、ロボット・アームまたは任意の類似の機械装置に取り付けることができる。機械装置は、取り付けられたツールを動かして、シートを例えば約１ｍｍのわずかな距離だけ押し込んで、所望の部品の輪郭をなぞるようにする。次に、ツールは、部品の次の輪郭をシートにさらに押し込んで移し、これを完全な部品が形成されるまで続ける。
【０００３】
この段階的シート成形方法の詳細な説明は、非特許文献１と非特許文献２に見ることができる。両方の文献は、２００７年９月中にインターネットで取得可能であり、段階的シート成形用のＣａｍｂｒｉｄｇｅ装置を示している。この装置では、ツールの全力ベクトルは、モーメント荷重や過抑制（overconstraint）を回避するために加工物を６つの１０ｋＮロードセルに取り付けることによって測定される。
【０００４】
段階的シート成形方法のさらに詳しい説明は、参照により本明細書に組み込まれる特許文献１に示される。
【０００５】
金属細工の分野では、ツール・ホルダにセンサを装備することは既知である。
【０００６】
特許文献２は、ツール・ホルダ上に保持されたツールの稼働時間を監視するためのツール・ホルダを開示している。ツールの機械加工操作が実行されているかどうかを判定するためのセンサと電気回路が提供される。センサは、法線方向Ｒに沿った加速度（遠心力）を検出するための加速度センサである。
【０００７】
特許文献３は、切削インサートに力センサが埋め込まれた器具ツール・ホルダを開示している。
【０００８】
ツール側から直接ツールに作用する軸方向力の測定を可能にする軸方向力センサを有するツール・ホルダが、特許文献３から既知である。そのような既知のツール・ホルダは、添付した請求項１のプリアンブル部分を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００６／１１０９６２
【特許文献２】米国特許第４８９０３６０Ａ号
【特許文献３】米国特許第４６７１１４７Ａ号
【特許文献４】日本国特許６２０  ５４６  ５２ＡＡ号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ジェイ．オールウッド、ケイ．ジャクソン、「インクリメンタルなシート形成の紹介」ケンブリッジ大学、製造工学研究所、ケンブリッジ、２００５年６月２１日、CMIワークショップ紙の差込シート
【非特許文献２】ケイ．ジャクソン、「インクリメンタルなシート形成−パワーポイントプレゼンテーション」２００５年１２月１日
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、特に段階的シート成形プロセスにおいてツールを保持し、かつ一般に他の金属加工プロセスおよびロボット工学でも使用可能なツール・ホルダを提供することであり、このツール・ホルダは、ツールまたは加工物上の荷重または過抑制を簡単かつ普遍的な方法で測定でき、その結果、様々な金属加工プロセスを制御しそれにより最適化できるように加工力の測定を可能にする。
【００１２】
そのような目的を達成するために、本発明は、添付した請求項１の特徴を有するツール・ホルダを提供する。
【００１３】
さらに他の独立クレームの目的は、そのようなツール・ホルダとそのようなツール・ホルダ内に使用される力感知装置とを使用した段階的シート成形方法である。
【００１４】
本発明の有利な実施形態は、従属クレームの対象を構成する。
【００１５】
本発明は、軸方向力を検出するための第１の感知装置と、さらに少なくとも１つの横方向の力を検出するための第２の感知装置とを含むツール・ホルダを提供する。
【００１６】
従って、主な加工方向の加工力を測定することができる。特に、第１の感知装置によって、ツールを通る主軸（例えば、Ｚ軸）の方向の力を測定することができる。本発明により、横方向の力を測定するための第２の感知装置も提供される。
【００１７】
近年、ブラウンシュワイクのフラウンホーファー研究所の表面工学及び薄膜技術研究部での研究により、金属加工ツール上の軸方向力を連続的に監視することができるセンサが開発されている。例えば、このセンサは、主に、薄い金属円板に付着された炭素層で構成される。そのような炭素被覆の圧力が増大すると、その電気抵抗が下がる。特に、高い耐摩耗性と高い硬さを持つダイヤモンド状炭素の薄層を製造することができる。ベース基板の変形を検出する周知のひずみゲージと一般的な圧電抵抗センサと異なり、この新規なセンサは、弾性継手なしに完全に硬直した配置で使用することができる。センサ膜をアクチュエータの荷重関連部分上に直接製造することができ、またこのセンサ膜により、自動操縦適応システムが可能になる。
【００１８】
したがって、軸方向力を検出するために第１の感知装置内に圧電抵抗層を使用することが好ましい。そのような圧電抵抗層は、非晶質ダイヤモンド状炭素膜から作成されることが好ましい。そのような炭素膜は、その優れた摩擦特性に関して周知である。特にナノ構造非晶質炭素膜は、荷重測定に使用することができる優れた圧電抵抗効果を示す。したがって、機械とツール先端の間の力の流れの中で高いシステム剛性と直接測定を達成することができる。そのような膜を備えまた第１の感知装置を確立するために使用できる組み立て式力センサは、フラウンホーファー研究所から商標「ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）」で入手可能である。
【００１９】
第１の感知装置の検出要素を構成するために使用することができるダイヤモンド状炭素膜のさらに他の詳細と機能は、参照により本明細書に組み込まれるドイツ国特許第１０２５３１７８  Ｂ４号明細書と、参照により本明細書に組み込まれる欧州特許第１０５７５８６  Ｂ１にも開示されている。そのようなセンサの１つの大きな利点は、剛性環境において軸方向の荷重先端の変位がほぼゼロで力を測定できることである。従って、ツール先端の位置が、明確に規定されたままであり、これは、ＩＳＦなどのコンピュータ制御式の金属加工プロセスおよびロボット工学では大きな利点である。さらに、そのような力センサはきわめて高い荷重を伝達することもでき、それにより、荷重伝達経路またはパワー・トレイン内に力センサを配置することができ、またパワー・トレインの中間部分として力センサを配置することもできる。
【００２０】
本発明の概念の１つは、加工物の加工中にツール先端の横方向および軸方向の力を測定するために、特別に設計されたツール・ホルダ内に、距離もしくは変位および／または力を測定するためのいくつかの好ましくは異なるセンサを組み合わせることである。例えば、加工プロセスを行うための工作機械や任意の他の機械装置またはロボットを、測定された横方向と軸方向の力に応じて制御することができる。
【００２１】
好ましい実施形態では、ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサは、フラウンホーファー研究所によって開発された薄い円板センサとして入手可能であり、ツールの拡張部と平行に向けられた軸方向の力を担う。市場で入手可能なような距離センサおよび／または変位センサ（例えば、渦電流センサ、容量性変位センサ、誘導変位センサ、ひずみゲージおよび／または光センサ）は、２つの半径方向突出要素の偏心部分の間の距離の変化を検出する。横方向要素は、互いに平行に配置されることが好ましく、非荷重状態で軸方向に対して垂直に延在する円盤状板の形で設計されることが更に好ましい。半径方向突出要素の間の距離は、横方向の力がツールに作用したときに変化する。より一般には、第２のセンサ装置が、ツール・ホルダの傾きの量を検出する。円周方向に離間された複数の変位センサにより、傾きの方向を検出することができる。
【００２２】
そのような市販の距離または変位センサの代替または追加として、複数のＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサ（非晶質ダイヤモンド状炭素の圧電抵抗層）を使用することができる。複数のＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサに適応するために、機械的取り付け部品の修正が必要な場合がある。
【００２３】
ツール・ホルダは、いくつかの異なる機械装置に固定できるように設計されることが好ましい。例えば、汎用フランジ接続が提供される。これにより、ツール・ホルダを、段階的シート成形などの冷間加工プロセスだけでなく、フライス盤、ボール盤、旋盤などの他の工作機械でも使用することができる。さらに、ロボット工学では、ツール・ホルダを使用して、荷重に応じてツールの動きを制御するにことができる。本発明による汎用スマート・ツール・ホルダは、任意のそのような用途において、加工プロセス中にツールおよび／または加工物に作用する荷重の測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下で、本発明の好ましい実施形態が、添付図面に関連して詳細に説明される。
【図１】組み立てた状態のスマート・ツール・ホルダを示す斜視図である。
【図２】図１のスマート・ツール・ホルダの構成要素を示す斜視分解図である。
【図３】軸方向力と横方向の力をそれぞれ測定するためのひずみゲージと変位センサが接着されたツール・ホルダの中間部分を示す拡大斜視図である。
【図４】例えば段階的シート成形プロセスを実行するためにツール・ホルダを取り付けることができるロボットの概略図である。
【図５】４つの変位センサの円周方向の位置が示された軸方向のツール・ホルダの概略正面図である。
【図６】本発明によるツール・ホルダの中間部分のさらに他の実施形態の斜視分解図である。
【図７】図６によるツール・ホルダで使用される第２の感知装置の組み立てた状態の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図３には、段階的シート成形を行うための機械装置（例えば、図４に示したようなロボット５４）にツール１２を取り付けるためのツール・ホルダ１０の第１の実施形態が示される。ツール１２は、主に、ダイ１６の丸い先端１４によって構成される。
【００２６】
図１に示したように、ツール・ホルダ１０は、ダイ１６とツール・ホルダ１０の主軸（Ｚ軸）の方に向けられた軸方向力を感知するための第１の感知装置１８を有する。
【００２７】
さらに、ツール・ホルダ１０は、第２の感知装置２０を有し、その構成要素は、図２と図３に詳細に示される。第２の感知装置２０は、ダイ１６の先端１４にかかる、軸方向に垂直な任意の横方向（ｘ方向とｙ方向）の力を測定するように形成される。
【００２８】
次に図２には、ツール・ホルダ１０の主要な構成要素が示される。ツール・ホルダ１０は、ツール・ホルダ１０をロボット５４またはフライス盤（両方とも図１〜図３に示されていない）に接続するためのフランジ・インタフェース２２、中間部分２４、および調整ねじ（図示せず）を有する。中間部分２４は、ツール１２をフランジ・インタフェース２２に接続し、ダイ１６と第２の感知装置２０を有する。
【００２９】
段階的シート成形方法のためのスマート・ツール・ホルダ１０は、金属ブランクを形成し有効な成形力を測定するように設計され、ツール１２の機械的逸脱を測定することによって力成分を調べるための完全なセンサ技術を含む。力ベクトルの横方向成分（例えば、ｘ成分とｙ成分）は、ダイ１６全体の振れ、特に中間部分２４の振れを発生させることによってツール先端１４に作用する。ダイ１６は、特別な継手によってフランジ・インタフェース２２（図１を参照）に取り付けられ、この継手は、第２の感知装置２０の主構成要素である少なくとも３つのセンサ１〜４を取り付けるための２つの板２８および２９の形の第１と第２の半径方向突出要素を有する。示された実施形態では、第２の感知装置は、４つのセンサ１、２、３および４を含む。
【００３０】
第１の半径方向突出要素は、基準板２８によって構成される。第２の半径方向突出要素は、測定板３０によって構成される。基準板２８と測定板３０の間には、２つの板２８，３０を分離するロッド３２の形の振れ部分が挟まれる。ロッド３２は、きわめて小さい剛性を有する（図２と図３を参照）。
【００３１】
第１の実施形態では、図１〜図３に示したように、第２の感知装置２０は、板２８と板３０の間の変化する距離を検出する渦電流センサ・システム３４を有する。
【００３２】
外部電子回路またはソフトウェア・モジュール（図示せず）が、材料特性により実際の伸びを計算することにより、入力データを力値に変換する。
【００３３】
軸方向力成分は、２つの板２８と３０の間の距離を変化させることなく別の方法で測定される。ツール１２にそのように生じた応力は、圧電抵抗センサ・システム３６を含みダイ１６と交換式ツール・チップ１４（図４を参照）の間に組み込まれた第１の感知装置１８および／または弱い領域に当てられる複数のひずみゲージ５２によって測定される。図１〜図３の実施形態では、第１の感知装置は、圧電抵抗センサ・システム３６と、ロッド３２に当てられるひずみゲージ５２の両方を有する（図３を参照）。
【００３４】
中間部分２４は、その円錐形固定具によって締付け収容部４０内に調整ねじによって堅く留められ、円錐３８の端にあるミル加工特徴部分４２によって締付け部内部でねじれないようにされる（図４を参照）。それにより、ツール１２は、フランジ・インタフェースに堅く留められる。
【００３５】
したがって、ＩＳＦプロセスに組み込まれた一般のフライス盤や他の工作機械に取り付ける際にインタフェース２２に高い柔軟性を与えることができる。たとえば、様々な機械装置に適応するように様々なフランジや他の接続構造を有する１組の様々なインタフェース２２を提供することができる。
【００３６】
以下では、ＩＳＦプロセスを実行するように適応されたロボット５４に組み込まれたツール・ホルダ１０による測定が詳細に説明される。
【００３７】
ツール・ホルダ１０は、製造されたツール、横方向の力（ｘ−ｙ平面）の大きさと方向を測定するための第２の感知装置２０のセンサ１〜４として使用される４つの渦電流変位センサ４４〜４７、ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサ５０、およびｚ力を測定するためのひずみゲージ５２を有する。
【００３８】
最初に、センサ４４〜５２が、スマート・ツール・ホルダ１０に組み込まれる。センサ４４〜５２の詳細な配置は、図１、図２、図３および図５に見ることができる。したがって、センサ１〜４を構成する渦電流変位センサ４４〜４８は、２つの板２８と３０の間の変位を４つの領域の半径方向の最も外側部分で測定するために円周方向に角度約９０°離間される。２つの変位センサ４４および４６がｙ軸上に位置決めされ、２つの変位センサ４５および４７がｘ軸の上で位置決めされる（図６を参照）。ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサ５０は、交換式ツール先端１４とダイ１６の間に配置される。さらに、ひずみゲージ５２は、図３から分かるようにロッド３２に接着される。ひずみゲージ５２は、軸方向力を測定するための第１の感知装置１８の部品でもある。
【００３９】
一体型センサ４４〜５２を備えたツールは、６軸同時ロボット５４に取り付けられる。そのようなロボット５４の例は、図５に示される。
【００４０】
図５に示したように、４つの渦電流変位センサ４４〜４７は、円周方向に９０°離間される。これにより、ロッド３２の任意の横方向の傾きまたは振れを測定することができる。
【００４１】
以下では、先端１４に下向きの垂直力が作用すると仮定する。ダイ１６の曲がり、より具体的にはダイ１６と一体形成されたロッド３２の曲がりによって、上側センサ１、すなわち第１の渦電流変位センサ４４は、基準板２８のターゲット面までの測定板３０のより幅広い距離を検出し、下側センサ３、すなわち第３の渦電流変位センサ４６は、基準板２８のターゲット面までのより小さな距離を検出し、２つの横方向センサ２と４、すなわち第２と第４の渦電流センサ４５と４７は、その現状のままである。
【００４２】
これにより、渦電流センサ・システム３４は、少なくとも１００〜１０３の大きさの横方向の力を正確に測定することができる。
【００４３】
渦電流センサ・システム３４を有するツール・ホルダの試作品のテストから、渦電流変位センサ４４〜４７はすべて、線形範囲または線形特性を有し、ＩＳＦプロセスや類似の用途で予想され得る全ての横方向の力を測定することができる。
【００４４】
結論として、各渦電流変位センサ４４〜４７の結果は、再現可能であり、特定の荷重と出力電圧の関係を示し、それにより、荷重の場合のセンサの挙動のルックアップ表または数学的モデルにより、力の変換が十分に正確になる。
【００４５】
以下では、圧電抵抗ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサを使用した軸方向力の測定について説明する。
【００４６】
図１と図３に示したように、ツール・ホルダ１０は、軸方向力を測定するための２つのセンサ要素、すなわちひずみゲージ５２と新しいＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサ５０を備える。
【００４７】
実際の使用中、ロボット５４は、動き生成段階によって、取り付けられたツール１２を加工物に押し付け、ツール１２内部にひずみを引き起こす。試験では、較正のために、ツール先端１４とベース板の間に配置されたロードセル（図示せず）による基準として軸方向力を測定することができる。
【００４８】
ひずみゲージ５０は、ツール・ホルダ１０の表面に接着され、ＤｉａＦｏｒｃｅ[Ｒ]センサ５０は、ダイ１６と交換式先端１４の間に堅く留められる。
【００４９】
ひずみゲージ５２の最も信頼性の高い測定結果は、第１の実施形態に関して図３に示したように、ツール・ホルダ１０の最も柔軟な部分にひずみゲージ５２を配置することにより期待される。このため、図３に、軸方向力を測定するためにひずみゲージ５２を振れ部分（ロッド３２）に当てることが示されている。さらに他の実施形態（図示せず）では、４つのひずみゲージ５２を、ダイ１６の表面上の測定板３０の下に当てることができる。ひずみゲージ５２は、フルブリッジ回路で電気接続される。
【００５０】
第１の感知装置１８のセンサ５０，５２の信号を視覚化するために、ひずみゲージ５２に動ひずみ計（図示せず）が使用され、ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサ５０に抵抗測定装置（図示せず）が使用される。
【００５１】
センサ５０は、軸方向力（例えば、約１００〜５００Ｎの力）での取り付け状態により、ツール先端１４によって予め荷重がかけられる。
【００５２】
ドイツ国特許１０２５３１７８  Ｂ４号明細書により詳しく示されたように、ダイヤモンド状炭素の圧電抵抗層は、温度による影響を受ける可能性がある。温度は、金属加工プロセス中に異なる場合があるので、力測定に影響を及ぼす可能性がある。したがって、第１の感知装置１８の有利な実施形態は、温度補償手段を有する。温度補償手段は、ドイツ国特許第１０２５３１７８  Ｂ４号明細書により詳しく示されているように、圧電抵抗層による温度と力の測定を使用してもよい。測定された温度を使用して、力測定に対する温度の影響を補償することができる。
【００５３】
ツール・ホルダの横方向の力の測定は、きわめて正確かつ再現可能である。渦電流変位センサ４４〜４７の出力電圧は、ダイ１６の作用力のＸ成分とＹ成分の十分な後方同定を実現する。典型的なＩＳＦプロセス中に生じるある範囲の作用力（例えば、１Ｎ〜１０００Ｎ）を機械加工部分内の新しい種類の一体型センサによって測定できることが確認された。
【００５４】
図６及び図７は、第２の感知装置２０の渦電流変位センサ４４〜４７を、スマート・ツール・ホルダ１０の２つの板２８と板３０の間に同心配列された４つのＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）リング・センサ６０の構成で代えた代替の力測定要素を有するさらに他の実施形態を示す。
【００５５】
非晶質ダイヤモンド状炭素の圧電抵抗層を有する４つのリング・センサ６０のこのシステムを使用して、第１と第２の感知装置１８，２０両方を構成することができる。軸方向力は、すべてのリング・センサ６０の信号を合わせることにより測定される。４つの渦電流変位センサ４４〜４７について前に説明したものと類似の個々の信号を使用することによって、横方向の力の大きさと方向とを測定することができる。
【００５６】
４つのリング・センサ６０は、平座金の形である。図６及び図７の実施形態では、リング・センサ６０は、板２８および３０を接続するボルト６３とナット６４からなる留め具６２と共に使用される。これにより、ロッド３２を省略することができる。
【００５７】
さらに他の実施形態（図示せず）では、第２の感知装置２０は、板２８，３０または類似の半径方向突出要素の間の力または距離を測定するために円周方向に離間された５つ以上のセンサ１〜４を備えてもよいことに注意されたい。さらに他の実施形態では、第２の感知装置２０内に、センサ１〜４のうち、例えば角度６０°離間された３つのセンサだけが使用される。
【符号の説明】
【００５８】
１  第２の感知装置の第１のセンサ
２  第２の感知装置の第２のセンサ
３  第２の感知装置の第３のセンサ
４  第２の感知装置の第４のセンサ
１０  ツール・ホルダ
１２  ツール
１４  先端
１６  ダイ
１８  第１の感知装置
２０  第２の感知装置
２２  フランジ・インタフェース（フランジ式接続部品）
２４  中間部品
２８  基準板（第１の半径方向突出要素）
３０  測定板（第２の半径方向突出要素）
３２  ロッド（振れ部分）
３４  渦電流センサ・システム
３６  圧電抵抗センサ・システム
３８  円錐（円錐形固定具）
４０  締付け収容部
４２  ミル加工特徴部分
４４  第１の渦電流変位センサ
４５  第２の渦電流変位センサ
４６  第３の渦電流変位センサ
４７  第４の渦電流変位センサ
５０  ＤｉａＦｏｒｃｅ（登録商標）センサ（非晶質ダイヤモンド状炭素の圧電抵抗層）
５２  ひずみゲージ
５４  ロボット
６０  リング・センサ
６２  ねじ留め具
６３  ボルト
６４  ナット
ｚ   軸方向
ｘ，ｙ  横方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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