(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの物体の相対移動を検出するための検出装置（１０）であって、
これら二つの物体の間で延びる仮想的な平面である仮想平面（２４）に対して垂直な方向における上記二つの物体の相対移動を検出する四つの鉛直計測手段としての計測セル（２０）であって、第一の中心点（２６）を中心に互いに同一の角度間隔で配設される鉛直計測手段としての計測セル（２０）と、
上記仮想平面（２４）に対して平行な方向における上記二つの物体の相対移動を検出する四つの水平計測手段としての計測セル（２２）であって、上記仮想平面（２４）上において第二の中心点（２８）を中心に互いに同一の角度間隔で配設される水平計測手段としての計測セル（２２）とを具備し、
鉛直計測手段としての計測セル（２０）と第一の中心点（２６）とを結ぶ直線の少なくとも一つと、水平計測手段としての計測セル（２３）と第二の中心点（２８）とを結ぶ直線の少なくとも一つとの角度が１４°〜１５°である、検出装置。
【請求項２】
上記鉛直計測手段としての計測セル（２０）と上記第一の中心点（２６）とを結ぶ直線の少なくとも一つと、上記水平計測手段としての計測セル（２３）と上記第二の中心点（２８）とを結ぶ直線の少なくとも一つとの角度が１４．４°である請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
上記第一の中心点と第二の中心点とは同一の点であり、上記水平計測手段としての計測セルおよび鉛直計測手段としての計測セル（２０、２２）は同一の中心点に対して互いから同一の角度間隔で同一の円周上に位置する請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項４】
上記計測セル（２０、２２）は光電子装置であり、
各光電子装置は、光放射手段（４０）のビーム路内に配設された第一要素としての位置感知用検出器（４２）と、上記光放射手段（４０）のビーム路内であって該光放射手段（４０）と位置感知用検出器（４２）との間に配設された第二要素としてのスリット付きダイヤフラム（４４、４６）とを具備し、上記位置感知用検出器（４２）の検出軸はスリット付きダイヤフラム（４４、４６）のスリット手段に対して垂直に方向付けされ、上記光放射手段（４０）、スリット付きダイヤフラム（４４、４６）と、位置感知用検出器（４２）とから成るシステムの一つの要素は他の二つの要素に対して移動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の検出装置。
【請求項５】
各計測セル（２０、２２）は一つの光放射手段（４０）を有することを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
各計測セル（２０、２２）において、スリット付きダイヤフラム（４４、４６）が位置感知用検出器（４２）および光放射手段（４０）に対して移動可能である請求項４または５に記載の検出装置。
【請求項７】
少なくとも一つの計測セル（２０、２２）の位置感知用検出器（４２）と光放射手段（４０）とはプリント基板（６０）上に共通に配設されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の検出装置。
【請求項８】
第一基板（６０）と、第二基板（６２）とを具備し、該第一基板（６０）および第二基板（６２）とは互いに弾性的に連結され、且つ互いに対して移動可能である力・モーメントセンサ（５０）において、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の検出装置（１０）を具備し、該検出装置によって相対移動が検出される二つの物体が第一基板（６０）及び第二基板（６２）であることを特徴とする力・モーメントセンサ。
【請求項９】
上記第一基板（６０）および上記第二基板（６２）は少なくとも一つのバネ手段またはバネ・緩衝手段を介して互いに連結されることを特徴とする請求項８に記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１０】
上記少なくとも一つのバネ手段またはバネ・緩衝手段は、つる巻きバネ（７２）、バネ組立体、弾性体および注型樹脂のうちの少なくともいずれか一つを具備することを特徴とする請求項９に記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１１】
上記第一基板（６０）および上記第二基板（６２）は、９０°または１８０°の回転対称で配設された四つのまたは四の倍数個のバネ手段またはバネ・緩衝手段によって互いに弾性的に連結されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１２】
上記少なくとも一つのバネ手段またはバネ・緩衝手段は、はんだ付けによって上記第一基板（６０）および上記第二基板（６２）に固く連結された少なくとも一つのつる巻きバネを具備する請求項９〜１１のいずれか一つに記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１３】
上記バネ手段またはバネ・緩衝手段の破損を検出するための手段を具備し、該手段は、上記バネ手段またはバネ・緩衝手段の破損が起きた場合に該バネ手段またはバネ・緩衝手段を介した電流の遮断を検出することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１４】
上記仮想平面（２４）上の相対移動を制限するための少なくとも一つの停止手段（８０）を具備することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１５】
上記仮想平面（２４）に対して垂直方向の相対移動を制限するための少なくとも一つの停止手段（８０）を具備することを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一つに記載の力・モーメントセンサ。
【請求項１６】
データ変換を行うためのデジタルユニットと電圧を供給するための電力供給ユニットとのうち少なくともいずれか一方が載置される基礎基板と、少なくとも一つの計測モジュールとを具備し、該計測モジュールは少なくとも一つの計測基板と、一つの計測セル（２０、２２）と、一つのバネ手段またはバネ・緩衝手段とを具備することを特徴とする請求項８〜１５のいずれか一つに記載の力・モーメントセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二つの物体の相対移動を検知するための装置、およびこのような装置を用いた力・モーメントセンサ（力および／またはモーメントセンサ）に関する。さらに、本発明は力・モーメントセンサの可能な応用例に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、二つの物体の相対移動を検出するための装置および力・モーメントセンサは様々な形態で知られている。
【０００３】
特許文献１には、歪みゲージによってデカルト座標系の存在し得る六つの力およびトルク成分全てを検出する力・トルクセンサが開示されている。この機器は一方が他方の上方に配設され且つそれぞれ四つのスポークを備える二つのスポークホイールと、互いにワイヤ接続された全２０個の歪みゲージとから成る。センサの構成が複雑であるため、材料費用および組立費用が高くなってしまう。加えて、装置の剛性が制限されるため、特に産業機器への適応が行われていない。
【０００４】
特許文献２から、プラスチックボール内に収容された光電子装置が知られており、この光電子装置には六つの成分、すなわち三つの変位と三つの回転角度とが同時に入力される。この装置は、六つよりも多い計測セルを必要としないため構成が単純であるという利点を有し、計測セルは互いに等角度間隔で単一の平面上に配設される。三つの計測セルは一つの平面上での移動を計測し、三つの別の計測セルは上記平面に対して垂直な移動を計測する。光電子計測セルを用いることで、再現性、信頼性が高くなり、また、摩耗がなくなる。しかしながら他方では、まずデカルト座標系における対応する六つの変位および回転角度はマイクロコントローラによって算出されなければならず、これにより付加的な費用が必要となる。マイクロコントローラによって処理されるデータワード幅に応じて、丸め誤差が発生し、結果として算出された値の精度が元の計測値以下になってしまう。
【０００５】
先に出願され既に公開されている特許文献３は物体の相対移動を検出するための機器を開示しており、この機器には基本的に特許文献２の光電子装置が使用される。この機器は産業機器において頻繁に発生する大きな力およびトルクを検出するのに適している。このため、この装置は入力フランジと出力フランジとの間に配設された弾性体または注型樹脂から形成される中間部分を具備する。この装置は大きな力およびトルクに対応することができるが、結果として機器、特に光電子装置の破壊を起こしてしまう過負荷に対する保護がなされていない。また、中間部分は最も過酷な摩耗にさらされる。しかしながら、中間部分における起こりうる破損をユーザに知らせる手段や、破損を補償する手段は設けられていない。また、この機器は特許文献２から知られる装置と同一の欠点を有する。
【０００６】
【特許文献１】
独国特許第３６１１３３６号明細書（DE 3611336 C2）
【特許文献２】
欧州特許第０２４００２３号明細書（EP 0240223 B1）
【特許文献３】
独国特許出願公開第１００３４５６９号明細書（DE 10034569.7 A1）
【特許文献４】
独国特許出願公開第３２４０２５１号明細書（DE 3240251 A1）
【特許文献５】
独国特許第２７２７７０４号明細書（DE 2727704）
【特許文献６】
米国特許第３９２１４４５号明細書
【特許文献７】
米国特許第３６２８３９４号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、六つの計測セルを備えた光電子装置に基づいたシステムは、比較的適正な費用で必要な性能が達成されるため、多くの産業機器への適用、研究、開発において成功している。しかしながら、適用分野での技術進歩に伴い、計測システムの精度および速度に対する要求が大きくなっている。なお、ここで「速度」という用語は所定の時間間隔においてなされた計測の回数を意味する。これは、マイクロコントローラの速度およびマイクロコントローラにおいて実行されるプログラムによって決定される。性能を高めることとは別に、同時に出来るだけ価格が安いことが求められている。
【０００８】
このような技術的な状態に基づいて、本発明の目的は、材料費用および組立費用をできるだけ安く抑えつつ精度および速度に対する大きな要求を満たす、二つの物体の相対移動を検知するための装置を提供することにある。さらに、本発明の目的は、材料費用および組立費用をできるだけ安く抑えつつ精度および速度に対する大きな要求を満たす力・モーメントセンサ（力および／またはモーメントセンサ）を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明は、二つの物体の相対移動を検知するための装置であって、仮想平面に対して垂直な相対移動を検出するための鉛直計測手段として四つの計測セルを具備し、上記仮想平面上にある上記計測セルの鉛直突出部が中心点を中心に互いに同一の角度間隔で配設されるように上記計測セルが配設される検出装置を示す。
【００１０】
さらに、本発明は、第一基板と、第二基板とを具備し、該第一基板および第二基板とは互いに弾性的に連結され、且つ互いに対して移動可能である力・モーメントセンサにおいて、上記検出装置によって第一基板に対する第二基板の移動を検出するための手段を具備する力・モーメントセンサを示す。
【００１１】
上述した技術的状態に基づき、特に従来から最も有利であることが証明されている六つの光電子計測セルの装置に基づき、十分に質の高い構成要素を選択することによって、特により精度の高い計測セルとより速いマイクロコントローラとを選択することによって精度および速度に対する高い要求を満たすことができることは明らかである。
【００１２】
しかしながら、本発明によれば、従来とは異なった手法が用いられる。通常の三つの計測セルに替わり、仮想平面に対して垂直な方向の相対移動を検出するための鉛直計測手段として四つの計測セルが用いられ、仮想平面上の鉛直突出部が中心点を中心として互いに対して等しい角度間隔で配設されるように計測セルが配設される。この複雑な解決法により、構成要素の数、組立費用および製造費用が増大するので公知の解決法よりもコストが高くなる。
【００１３】
しかしながら、同じ精度および速度の非常に低価格の構成要素を用いることができるので本解決法は非常に経済的であり、これにより上述したコスト上の欠点を補償して余りある。その理由は、計測セルの数が多くなることによる精度の向上の他に、他の効果がある。この装置による四つの計測セルは既にデカルト座標に沿って整列せしめられ、これによりマイクロコントローラにおけるデカルト座標への変換が不要になり、このことに関連する精度および速度に対する欠点はもはや生じない。
【００１４】
本発明は、多くの計測作業において互いに対して垂直な二つの主要方向における力が計測されなければならないことを用いている。本発明は、これら主要方向に特に高い計測精度を有し、上記主要方向に沿って計測セルが配設される。四つの計測セルを使用していることにより上記主要方向が互いに垂直であるため、上記主要方向に沿って計測セルを配設することによって簡単に特に精度の高い計測が行われる。
【００１５】
好適な実施形態では、本発明の装置は、仮想平面上の相対移動を検出するための四つの付加的な計測セルを水平計測手段として提供することによって、六つの移動方向および回転方向を計測するための装置に発展せしめられ、仮想平面上にある計測セルの鉛直突出部が互いに等しい角度間隔で中心点周りに配設されるように計測セルが配設される。水平計測手段の計測セルは、仮想平面上において起こる各計測セルと中心点とを通って延びる特定の方向に垂直な移動を計測する。なお、「特定方向」という用語は以下のように定義される。
【００１６】
水平計測手段または鉛直計測手段の特定方向は、それぞれ水平計測手段の計測セルが相対移動を検出する平面上に位置する仮想矢印、または鉛直計測手段の計測セルが相対移動を検出する方向とは垂直な平面上に位置する仮想矢印によって与えられる。上記仮想矢印は、上記仮想平面上において計測セルの鉛直突出部を起点として中心点を向き、この中心点周りで計測手段の鉛直突出部が等しい角度間隔で配設される。
【００１７】
共通の中心点周りで等しく離間された状態で全ての計測セルを配設することによって、特にコンパクトな構成となる。換言すると、全ての計測セルは共通の円周上に位置する。
【００１８】
それぞれ９０°毎にオフセットしている鉛直計測手段の四つの計測セルは、それぞれＺ方向の移動と、Ｘ軸およびＹ軸周りの回転Ａおよび回転Ｂを計測する。鉛直計測手段の間に配設され且つそれぞれ９０°毎にオフセットしている水平計測手段の計測セルは、Ｘ方向およびＹ方向の移動とＺ軸周りの回転Ｃとを計測する。内蔵式マイクロコントローラが、簡単な変換によって、測定された移動値（Ｕ１〜Ｕ８）をデカルト座標値へ換える。
【表１】
0004287110.tif 000002
ここでＵ１、Ｕ３、Ｕ５、およびＵ７は鉛直計測手段の計測セルの計測値であり、一方、Ｕ２、Ｕ４、Ｕ６、およびＵ８は水平計測手段の計測セルの計測値であり、どちらの場合も時計回りである。Ｘ、Ｙ、およびＺは対応の座標軸に沿った変位であり、一方、Ａ、Ｂ、およびＣはこれら座標軸周りの回転である。
【００１９】
さらに、計測セルは、水平計測手段の少なくとも一つの特定方向と、鉛直計測手段の少なくとも一つの特定方向との角度が、１４°〜１５°、好ましくは１４．４°となるように配設される。
【００２０】
上述したように、計算費用の大きな短縮は、水平計測手段および鉛直計測手段の計測結果をマイクロコントローラによって共通のデカルト座標系に変換することが要求される他の角度と比較して、この角度を選択することによって達成される。ここで、１４．４°の固定値が使用されており、サインおよびコサインが１／３２の倍数によって非常に正確に表される。特に、アークコサイン（１−１／３２）は１４．３６°であり、アークサイン（１／４）は１４．４８°である。
【００２１】
鉛直計測手段の座標系に変換するために、水平計測手段の計測値には上記値を掛け合わせなければならない。それぞれ１／４または１／３２を掛け合わせること、あるいはそれぞれ４または３２で割ることはビットワイズ・シフト演算子を用いること（bitwise shifting）により非常に速く実行される。
【００２２】
本発明の計測セルにより、値Ｕ１〜Ｕ８を上述した行列式によって非常に簡単に変位Ｘ、Ｙ、Ｚおよび回転Ａ、Ｂ、Ｃに変換することができるようになる。これは、行列式が簡単に処理することができる１、１／４、１−１／３２、０の因数のみを有することによる。
【００２３】
仮想平面に対して垂直または水平な方向の相対移動を検出するための計測セルとして、光電子装置が選択されるのが好ましい。第一要素として、光電子装置は位置感知用検出器（ＰＳＤ）、特に位置感知用赤外線検出器を具備し、これらは光放射手段のビーム路に配設される。第二要素として、光電子装置は、（断面形状が）棒状またはバー状の光のみが下流のＰＳＤに影響を与えるように、光放射手段のビーム路上であって光放射手段と位置感知用検出器との間に配設されたスリット付きダイヤフラムを具備する。垂直計測手段の計測セルのスリット付きダイヤフラムのスリットは平面に対して垂直に延び、水平計測手段の計測セルのスリット付きダイヤフラムのスリットは平面に対して平行に延びる。
【００２４】
各計測セルには放射状に周囲に向かって照射する赤外線発光ダイオード（ＩＬＥＤ）の形態である光放射手段が設けられる。この場合、ＩＬＥＤはＰＳＤと対面する。よって、ビーム路は中心点を起点とする方向に延びる。
【００２５】
各計測セルにはそれぞれ光放射手段が設けられるため、位置感知用検出器の出力信号は、各位置感知用検出器が均一な光量の光に晒されるように関連の光放射手段の電流を制御するのに使用される。このことは、六つの計測装置が温度、経年変化、汚染および構成要素の幾何公差にあまり影響されないという利点を有する。
【００２６】
相対移動を計測することができるようにするために、各システムの一つの構成要素、すなわち光放射手段、スリット付きダイヤフラム、検出器は他の二つの要素に対して移動可能である。好適な実施形態では、光放射手段および位置感知検出器はプリント基板上に固定され、一方、スリット付きダイヤフラムはこれらに対して移動可能である。これにより、全ての電子構成要素は単一のプリント基板（計測基板）上に収容される。
【００２７】
本発明の力・モーメントセンサ（力および／またはモーメントセンサ）は第一基板および第二基板とを具備し、第一基板および第二基板は互いに対して弾性的に連結され、互いに対して移動可能である。力・モーメントセンサは第一基板および第二基板の互いに対する移動を検出するための装置を具備する。基板はプリント基板であるのが好ましく、第一基板（計測基板）は全ての電子構成要素、特に光放射手段、位置感知検出器、光放射手段の電流を制御するための制御手段、必要であれば増幅器、データを変換するためのデジタルユニット、電流を供給するための電力供給ユニット、および／または他の手段を支持する。単一のプリント基板に全ての電子構成要素を配設することにより、製造時の組立費用が大幅に削減される。プリント基板は厚さ２ｍｍの多層型ファイバグラスエポキシ樹脂材料から形成されるのが好ましい。
【００２８】
二つの基板は少なくとも一つのバネ手段またはバネ・緩衝手段（バネおよび緩衝手段）によって連結され、好ましくはつる巻きバネ、バネ組立体、弾性体、および注型（キャスト）樹脂のうちの一つまたはこれらを組み合わせたものによって連結される。これらバネ手段またはバネ・緩衝手段は力およびトルクに追従する。その弾性特性が知られていれば、二つの基板の相対位置から二つの基板に作用する力およびトルクを計測することができる。
【００２９】
二つの基板は四つのまたは四の倍数個のバネ手段またはバネ・緩衝手段によって互いに弾性的に連結されるのが好ましい。バネ手段またはバネ・緩衝手段は中心点周りに９０°または１８０°の回転対称で配設されるのが好ましく、上記中心点周りに計測セルも配設される。これにより、常に対称な力が力・モーメントセンサに作用する。
【００３０】
好適な実施形態では、バネ手段またはバネ・緩衝手段は、両端部がはんだ付けによってそれぞれ第一基板および第二基板に固く連結された少なくとも一つのつる巻きバネを具備する。こうすることで、つる巻きバネには、つる巻きバネがその台座で動いたり台座から外れたりすることなく、全ての方向に負荷が加えられ、すなわち張力、圧縮力、およびバネの横方向に作用する力が加えられる。
【００３１】
本発明の好適な実施形態では、計測セルは計測モジュールに分けられ、各計測モジュールは少なくとも一つの計測手段を有し、好ましくは水平計測手段の一つの計測セルと、鉛直計測手段の一つの計測セルとから成る対を有する。さらに、各計測モジュールの二つの基板のうちの一つ（計測基板）は計測手段を駆動するための制御電子機器を支持する。本発明の力／モーメントセンサの上記単一の構成の計測モジュールは、少なくとも一つのバネ手段を具備するのが好ましい。計測モジュールを単一にすることにより、非常に直径が大きく、したがって、高い精度を備えた装置またはセンサが大きなプリント基板の必要なしで実現される。計測モジュールは中心点周りに対応の距離で配設される。データ変換のためのデジタルユニットおよび電力供給モジュールは別の基板（基礎基板）に収容される。
【００３２】
さらに、好適な実施形態では、バネ手段またはバネ・緩衝手段を介して電流が流され、この電流の遮断によりバネ手段またはバネ・緩衝手段の破損が検出される。好適な実施形態では、つる巻きバネ組立体から成るバネ手段が設けられ、つる巻きバネ組立体は一方のおよび他方の基板に両端部が連結され、このつる巻きバネ組立体を介して電流が流される。好適な実施形態では、一つのバネの破損が起こると、信号がユーザに伝わるように全てのバネが直列で接続される。別の好適な実施形態では、計算において欠陥のあるバネに修正を加えるためにおよび／またはユーザに正確な情報を提供するために、バネの破損が起きた場合に破損したバネを正確に特定することができるようにマトリックスの形態で全てのバネが互いに接続される。
【００３３】
さらに、好適な実施形態の力・モーメントセンサは、平面上のおよび／または平面と垂直な二つの基板の互いに対する相対移動を制限するための少なくとも一つの停止手段を具備する。このことは一方の基板に固く連結された停止ボルトによって実現されるのが好ましい。こうすることで、力・モーメントセンサを過負荷から保護することができる。
【００３４】
二つの物体の相対移動を検出するための本発明の装置の構成により、以下の有利な特性がある。
１．材料費用および組立費用が安いながらも高い精度および高い計測割合（速度、measuring rate）である。
２．光電子計測セルを用いることにより線形性が高く、ヒステリシスが低く、非常に耐摩耗性が高い。
３．非常にコンパクトに設計することができる。
【００３５】
力・モーメントセンサの本発明の構成により、上述した特性に加えて以下の有利な特性がある。
１．停止手段を使用することにより過負荷に対する耐久性が高い。
２．バネ破損の検出により信頼性が高い。
【００３６】
本発明の力・モーメントセンサは、他のものにおいて作用の力および反作用の力を計測するのに、例えば自動検査ベッドに適する。検出された直線移動および／または回転歪みは、変位または回転移動に直接変換される。これで、例えば、自動機器、ロボット、マニピュレータ、または同様なシステムを制御することができる。例えば、クレーンの鉛直方向の方向付けを制御するために、または初期の傾き移動を決定するために、下方に三つ、四つまたはそれ以上の力・モーメントセンサが配設された対応した大きさのプラットフォーム上のクレーンを取付けてもよい。
【００３７】
更なる可能な適用例では、例えばロボットによって操作される保持装置または把持装置におけるロボットアームの端部に力・モーメントセンサが取付けられる。
【００３８】
本発明の力・モーメントセンサをロボットに配置することで同様な結果を得ることができる。このことにより、ロボットが出した力は反作用の力として計測され、加えて、ロボットが出した力が加えられる正確な領域が決定される。したがって、本発明の力・モーメントセンサはロボットジョイントまたはロボットの下に設けられる必要がなく、対応の大きさのプラットフォームの上方または下方に配設されるのが好ましく、このプラットフォームの下方には、ロボットの反作用の力を検出して制御アルゴリズムまたは調整アルゴリズムを送出するために、それぞれ一つの力・モーメントセンサを備えた複数の、例えば三つ、四つまたはそれ以上の手段が配設される。
【００３９】
更なる特徴、特性、利点および可能な修正は添付の図面を参照した以下の好適な実施形態の記載から当業者には明らかである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１に示したように、二つの物体の相対移動を検出するための本発明の装置における鉛直計測手段２０の四つの計測セルは、仮想平面２４上まで鉛直方向に突出して仮想平面２４上にある各計測セルの鉛直突出部とこれと隣り合った各計測セルの鉛直突出部との角度間隔が同一になるように、中心点２６周りに配設される。このことは鉛直突出部が直交座標系に沿って方向付けされることを意味する。一方、同じことが水平計測手段２２の計測セルにも適用される。すなわち、水平計測手段２２の鉛直突出部も、仮想平面において直交座標系の方向に沿って方向付けされる。さらに、鉛直計測手段２０の計測セルと水平計測手段２２の計測セルとは、鉛直計測手段の少なくとも一つの特定方向３０と水平計測手段の少なくとも一つの特定方向３２との角度が１４°〜１５°、例えば１４．４°となるように配設される。
【００４１】
鉛直計測手段２０の計測セルは、各領域において仮想平面に対して垂直な方向、すなわち図１の視認方向への移動を計測する。一方、水平計測手段２２の計測セルは、仮想面上の方向、すなわち各計測セル２２を通って延びる特定方向３２に対して垂直な方向への移動を計測する。
【００４２】
鉛直計測手段２０の計測セルと水平計測手段２２の計測セルとは、仮想平面２４上の鉛直突出部が中心点２６、２８を中心とした円３４の円周上に位置するように配設される。
【００４３】
図２に、計測セル２０、２２の好適な実施形態を光電子装置として示す。各光電子装置は、ＩＬＥＤ４０のビーム路上に配設された位置感知用赤外線検出器４２を具備する。ＩＬＥＤ４０と位置感知用検出器４２との間のビーム路上にスリット付きダイヤフラム４４、４６が配設される。ＩＬＥＤ４０と位置感知用赤外線検出器４２とは共通のプリント基板上に配設され、ダイヤフラム４４、４６はこれらに対して移動可能である。
【００４４】
位置感知用検出器４２から所定距離に光放射手段が取付けられる。スリット付きダイヤフラム４４または４６はそれぞれ光放射手段４０と位置感知用検出器４２との間で移動する。スリット付きダイヤフラム４４は、細いスリット状の光（光線に垂直な断面形状が細い光）のみが位置感知用検出器４２に当たるように、細いスリットを具備する。スリットと（上記断面形状が）棒状のまたはバー状の光とは計測セルの計測方向に対して垂直に延びる。このことは、鉛直計測手段の計測セル２０のスリット付きダイヤフラム４４のスリットが仮想平面２４に対して平行に延び、一方、水平計測手段の計測セル２２のスリット付きダイヤフラム４６のスリットが仮想平面２４に対して垂直に延びることを意味する。
【００４５】
全ての位置感知用検出器４２とＩＬＥＤ４０と残りの電子構成要素とはプリント基板４８上に配置される。
【００４６】
図３は本発明の力・モーメントセンサ（力および／またはモーメントセンサ）を示す。この力・モーメントセンサは互いに弾性的に連結される第一基板６０と第二基板６２とから成る。また、力・モーメントセンサは第一基板６０と第二基板６２との間の相対移動を検出するための装置を備える。第一基板６０はプリント基板であり、このプリント基板に位置感知用赤外線検出器４２と赤外線発光ダイオード４０とが固くはんだ付けされる。第一基板６０は残りの電子構成要素も保持する。スリット付きダイヤフラム４４、４６ははんだ付けによって第二基板６２に固く連結される。
【００４７】
つる巻きバネ７２のバネ組立体が、第一基板６０と第二基板６２とを弾性的に連結するバネ手段として作用する。つる巻きバネ７２の一方の端部は第一基板６０にはんだ付けされ、他方の端部は第二基板６２にはんだ付けされる。四つのバネ組立体が設けられ、各バネ組立体は最も隣接した鉛直計測手段の計測セル２０と水平計測手段の計測セル２２との対の間にそれぞれ配設される。各つる巻きバネ７２を介して電流が流される。そして、ユーザに対してバネの破損を知らせるためおよび／または力およびモーメントの算出においてバネの破損を考慮するために、つる巻きバネ７２が破損した場合に電流の遮断が検出される。どのバネが破損したかを特定することができるようにするために、バネは図４の回路図に示したようにマトリックス状回路７４で配設される。この場合、第二基板６２もプリント基板として設計される。
【００４８】
一つのバネ７２が破損していることを検出するために、これらバネ７２は直列に接続されてもよく、直列な接続を介して流れる電流が監視される。
【００４９】
安定性の観点から、両プリント基板は厚さ２ｍｍの多層型ファイバグラスエポキシ樹脂材料で形成される。
【００５０】
過負荷によって力・モーメントセンサ５０に損傷ができることがないように二つの基板６０、６２の相対移動を制限するために、停止ボルトの形態で四つの停止手段８０が設けられる。停止ボルトは第一基板６０に固く連結され、第二基板６２の孔を通って突出する。第一基板６０に対する第二基板６２の水平移動（範囲）は停止手段８０の直径と第二基板６２の孔の直径とによって決定される。二つの基板６０、６２の互いへのあるいは互いに離れるような移動は、ボルト状の停止手段８０にある拡大部８２、８４によって制限される。第二基板６２から仮想平面２４に向かう鉛直方向において第二基板６２と拡大部８２、８４との間の距離は、第一基板６０と第二基板６２とが互いに対して鉛直方向に移動することができる範囲を決定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】仮想平面に対して垂直に上方から見た二つの物体の相対移動を検知するための本発明の装置を示す。
【図２】それぞれ関連の光放射手段を備えた光電子装置として二つの計測セルの好適な実施形態を示す。
【図３】本発明の力・モーメントセンサの透視図である。
【図４】つる巻きバネをマトリックス状に接続した回路図である。
【符号の説明】
２０…鉛直計測手段
２２…水平計測手段
２４…仮想平面
２６…中心点
２８…中心点
４０…光放射手段
４２…位置感知用検出器
４４…ダイヤフラム
４６…ダイヤフラム
７２…つる巻きバネ
８０…停止手段
【図１】
0004287110.tif 000003
【図２】
0004287110.tif 000004
【図３】
0004287110.tif 000005
【図４】
0004287110.tif 000006