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Dokumentenidentifikation DE69028076T2 09.01.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0429677
Titel MESSROBOTERSYSTEM
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder SHIRAISHI, Mitsuru 5-13-11, Shibokuhoncho, Kanagawa 213, JP;
KATO, Hideo Fujitsu Atsugi Ryo 319, Atsugi-shi Kanagawa 243, JP
Vertreter W. Seeger und Kollegen, 81369 München
DE-Aktenzeichen 69028076
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.06.1990
EP-Aktenzeichen 909093809
WO-Anmeldetag 19.06.1990
PCT-Aktenzeichen JP9000800
WO-Veröffentlichungsnummer 9015982
WO-Veröffentlichungsdatum 27.12.1990
EP-Offenlegungsdatum 05.06.1991
EP date of grant 14.08.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.01.1997
IPC-Hauptklasse G01N 3/02
IPC-Nebenklasse G01N 3/20   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Meßsystem, welches einen Roboter verwendet, insbesondere bezieht sie sich auf ein Robotermeßsystem, welches mechanis Checharakteristiken eines aus Kunststoff geformten Gegenstandes, z.B. eine Verschiebung, Verwindung und eine Spannung des aus Kunststoff geformten Gegenstandes, und dessen Verteilungscharakteristik automatisch messen und dann diese Charakteristiken auswerten kann.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Aus Kunststoff geformte Gegenstände werden weithin als Körper verschiedener Gegenstände, insbesondere elektrischer Güter und elektronischer Güter, verwendet. Der aus Kunststoff geformte Gegenstand wird im allgemeinen in dem Zustand verwendet, der dem aus Kunststoff geformten Gegenstand eine Biegebelastung hinzufügt. Demgemäß ist es notwendig, die Verschiebung, Verwindung und Spannung zu messen, wenn die Biegebelastung hinzugefügt wird. In diesem Fall wird, weil im allgemeinen die Spannung nicht direkt gemessen werden kann, sie beruhend auf der aus der Beziehung mit der Verwindung erhaltenen Umwandlung gemessen.

Im allgemeinen ist die Grundgleichung zum Analysieren der mechanischen Charakteristiken der Struktur des geformten Gegenstandes durch die Stärke der Materialien definiert. Gemäß der Stärke der Materialien wird die mechanische Charakteristik durch das Kräftegleichgewicht, die Beziehung zwischen der Verschiebung und der Verwindung und die Beziehung zwischen der Spannung und der Verwindung in einer kleinen Fläche dA erhalten.

Die Verschiebung, Verwindung, Spannung und Kraft sind wichtige Faktoren bei der Auswertung der mechanischen Charakteristiken. In diesem Fall werden die Verschiebung und die Verwindung als eine geometrische Größe ausgedrückt, und die Kraft und die Spannung werden als eine dynamische Größe ausgedrückt.

Im allgemeinen sind die Spezifikationen des aus Kunststoff geformten Gegenstandes durch die maximale Verschiebung definiert, die in dem Moment erhalten wird, wenn eine externe Kraft mit z.B. einer Stärke von 1 N (ein Newton) auf den geformten Gegenstand angewandt wird. Das heißt, die maximale Verschiebung ist durch einen vorbestimmten Wert (Z.B. unterhalb 1 mm) definiert, und die mechanischen Charakteristiken sind hauptsächlich durch die Verschiebung definiert. Ferner wird die Stärke des geformten Gegenstandes durch den Betrag einer Verwindung oder Spannung ausgewertet, die durch eine externe Kraft auf den geformten Gegenstand angewandt wird. Wie bekannt ist, wird, wenn eine Spannung (Verwindung) über einen vorbestimmten Wert auf den geformten Gegenstand angewandt wird, der geformte Gegenstand zerstört. Der Betrag einer Spannung (Verwindung), die auf den geformten Gegenstand angewandt werden kann, variiert in Abhängigkeit von dem Material und der Struktur des geformten Gegenstandes.

Herkömmlicherweise gibt es zwei Verfahren, um die mechanische Charakteristik eines aus Kunststoff geformten Gegenstandes auszuwerten. Eines ist ein Verfahren, welches das spezielle Teststück verwendet, und das andere ist ein Verfahren, welches den aus Kunststoff geformten Gegenstand verwendet. Das erste Verfahren wird ausgeführt, indem ein kleines Teststück mit einer vorbestimmten Größe verwendet wird, welches aus dem geformten Gegenstand abgeschnitten wird. Die Höhe, Breite und Dicke des Teststückes sind durch eine nationale Norm definiert. Das zweite Verfahren wird beruhend auf der vorbestimmten Spezifikation wie oben erklärt hinsichtlich des geformten Gegenstandes ausgeführt.

Zum Beispiel wird, wie oben erklärt ist, die Verschiebung gemessen, indem die vorbestimmte Preßkraft dem Testpunkt auf dem zu testenden, aus Kunststoff geformten Gegenstand hinzugefügt wird. Gewöhnlich sind zwei oder drei Testpunkte auf dem geformten Gegenstand definiert, um die Meßzeit zu verkürzen. Demgemäß ist es in dem herkömmlichen Verfahren sehr beschwerlich und schwierig, eine Messung auszuführen, indem die Preßkraft verschiedenen wahlfreien Punkten neben dem Testpunkt hinzugefügt wird, und die Verschiebung an diesem Punkt schnell zu messen.

Ferner wird im allgemeinen bei der Messung einer Verwindung ein Dehnungsmeßgerät an den zu messenden geformten Gegenstand angeheftet, und eine Änderung in den elektrischen Charakteristiken des Dehnungsmeßgerätes wird vor und nach einem Hinzufügen der Preßkraft gemessen. Der Bereich dieser Messung ist jedoch auf nur einen speziellen Meßpunkt beschränkt, an dem das Dehnungsmeßgerät angebracht ist. Ferner ist es beschwerlich, das Anheften und das Verdrahten des Dehnungsmeßgerätes auszuführen, so daß zusätzliche Zeit erforderlich ist, um die Verwindung zu messen.

Im allgemeinen hat ein aus Kunststoff geformter Gegenstand Charakteristiken, welche sich gemäß Formbedingungen, wie z.B. einer Formtemperatur und einem Formdruck, ändern. Demgemäß ist es, um die gewünschten Charakteristiken des geformten Gegenstandes zu erhalten, notwendig, die Charakteristiken bei wahlfreien Punkten beruhend auf den Bedingungen der eigentlichen Kunststofform auszuwerten. In diesem Fall ist es notwendig, eine Messung einer Verschiebung, Verwindung und Spannung schnell auszuführen, um den Defomationszustand und die hinzugefügte Preßkraft aktuell auszuwerten.

Um die obigen Anforderungen zu erfüllen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Robotermeßsystem vor, welches die mechanischen Charakteristiken eines aus Kunststoff geformten Gegenstandes in dem Deformationszustand automatisch und genau messen kann, wenn die Preßkraft hinzugefügt wird.

Einige Systeme nach dem Stand der Technik sind zum Testen von Komponenten bekannt. US-A-4,567,774 offenbart ein System, um das mechanische Verhalten einer kleinen Materialscheibe zu bestimmen. Die Probe wird gebogen, indem ein vorbestimmter Druck auf die Probe unter Verwendung eines Stempels angewandt und die Dauer, für die der Druck angewandt wird, die Temperatur und die Deformation der Probe überwacht und diese Ergebnisse verwendet werden, um das mechanische Verhalten beruhend auf einer linearen oder nichtlinearen Materialmechanik zu bestimmen.

US-A-4,572,001 zeigt ein Gerät und Verfahren, um die Dehnungsratenempfindlichkeit während eines plastischen Deformationstests eines festen Materials zu steuern. Das Verfahren erfordert, daß die angewandte plastische Dehnungsrate schnell geändert wird, und ein Feststellen irgendeiner Änderung in dem elastischen Ansprechen zu dieser Zeit. Eine Kompensation wird für dieses elastische Ansprechen vorgenommen. Indem auf diese Weise kompensiert wird, ist ein Testen des Materials möglich, als ob das Material einen unendlichen Modul aufweist.

Der Artikel "Plastic Suppliers take on more mechanical design", Machine Design, Band 61, Nr. 1, 12. Januar 1989, Seiten 121 bis 124, offenbart Testverfahren, die auf Straßentestkomponenten beruhend, während ihre Dehnungen und Verschiebungen gemessen werden, und eine Anwendung dieser Ergebnisse auf eine Fouriertransformation, um Frequenz- und Zeitverhaltensdaten zu erhalten.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Robotermeßsystem zu schaffen, welches automatisch, schnell und genau mechanische Charakteristiken eines aus Kunststoff geformten Gegenstandes, z.B. eine Verschiebung, Verwindung und Spannung des aus Kunststoff geformten Gegenstandes, zusammen mit dessen Verteilungscharakteristiken messen und dann diese Charakteristiken auswerten kann.

Gemaäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Robotermeßsystem, um eine mechanische Charakteristik eines zu messenden Objektes automatisch zu messen, wenn eine Biegebelastung auf das Objekt angewandt wird,

einen Preßroboter, um eine vorbestimmte Preßkraft dem zu messenden Objekt hinzuzufügen;

Kraft-Feststellungsmittel, das an einem Ende einer Preßstange angebracht ist und eine Stärke der Preßkraft durch die Preßstange feststellt;

Verschiebungs-Feststellungsmittel, um einen Abstand von dem Objekt vor und nach einem Hinzufügen einer Verschiebung dazu durch die Preßkraft festzustellen;

einen Meßroboter, um das Verschiebungs-Feststellungsmittel zu tragen;

einen Mikroprozessor, um resultierende Daten einer Feststellung durch das Kraft-Feststellungsmittel einzugeben, eine Bewegung des Preßroboters beruhend auf den resultierenden Daten einer Feststellung zu steuern und verschiedene mechanische Charakteristiken beruhend auf den festgestellten resultierenden Daten zu berechnen, die von dem Verschiebungs- Feststellungsmittel eingegeben wurden; und

einen Speicher, um die verschiedenen mechanischen Charakteristiken zu speichern, die durch den Mikroprozessor berechnet wurden,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßroboter eingerichtet ist, um das Verschiebungs-Feststellungsmittel zu einer Vielzahl verschiedener Positionen zu bewegen, um den Abstand von dem Objekt vor und nach einem Hinzufügen einer Verschiebung bei jeder Position festzustellen, und dadurch, daß der Mikroprozessor die mechanischen Charakteristiken des aus Kunststoff geformten Gegenstandes unter Verwendung eines Spline-Glättungsverfahrens berechnet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine äußere Strukturansicht eines Robotermeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist ein Basis-Blockdiagramm des Robotermeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 ist eine Veranschaulichung einer Positionssteuerung eines Meßroboters in dem Robotermeßsystem gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 ist eine Veranschaulichung, die ein Beispiel von Befehlen zeigt, welche durch einen Bediener für eine Bewegung und Messung verwendet werden, die in Figur 3 dargestellt ist. Figur 5 ist ein Flußdiagramm, um den Prozeß der BEWEGUNGS- Befehle in Figur 4 darzustellen.

Figur 6 ist ein Blockdiagramm einer Verwindungs-Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 7A ist eine Veranschaulichung, um den Zustand eines zu messenden Objektes zu erklären, bevor eine Deformation stattfindet.

Figur 7B ist eine Veranschaulichung, um den Zustand eines zu messenden Objektes zu erklären, nachdem eine Deformation stattgefunden hat.

Figur 8 ist eine Veranschaulichung, um die Verwindungsverteilung eines Objektes zu erklären.

Figur 9 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Vorrichtung in Figur 6 zeigt.

Figur 10 ist ein Basis-Blockdiagramm einer Krümmungs- Berechnungsvorrichtung, die ein Spline-Glättungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.

Figur 11 ist eine Veranschaulichung zum Erklären der herkömmlichen Spline-Interpolationsformel.

Figur 12 ist ein Flußdiagramm zum Erklären der herkömmlichen Krümmungsberechnung.

Figur 13 ist eine Veranschaulichung zum Erklären des Spline-Glättungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 14 ist ein Flußdiagramm zum Erklären der Krümmungsberechnung gemäß der Erfindung.

Figur 15 ist eine Veranschaulichung zum Erklären des Haltezustandes des zu messenden Objektes.

Figur 16 eine Veranschaulichung zum Erklären einer Verschiebungsgröße des zu messenden Objektes.

Figur 17 ist eine Veranschaulichung zum Erklären gemessener Krümmungsdaten unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens.

Figur 18 ist eine Veranschaulichung zum Erklären gemessener Daten einer Krümmungsberechnung unter Verwendung eines Berechnungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 19 ist eine Veranschaulichung zum Erklären von Krümmungsvergleichsdaten und der finiten Elementemethode.

Figur 20 ist ein Blockdiagramm einer Verschiebungs- Meß/Berechnungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 21 ist eine Veranschaulichung zum Erklären von Koordinaten des zu messenden Objektes.

Figur 22 ist eine Strukturansicht eines Verschiebungs- Meßinstrumentes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 23 ist eine Konstruktionsansicht eines Verschiebungs- Meßinstrumentes gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 24 ist eine Konstruktionsansicht eines Verschiebungs- Meßinstrumentes gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 25 ist eine Veranschaulichung, um ein Positionieren einer Haltevorrichtung eines Biegeermüdungs-Testmechanismus eines Robotermeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu erklären.

Die Figuren 26A und 26B sind eine Seitenansicht und Vorderansicht der Haltevorrichtung, wie sie in Figur 25 dargestellt ist.

Figur 27 ist ein Blockdiagramm eines Biegeermüdungs- Testsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESTER, DIE ERFINDERUNG VERKÖRPERNDER MODUS

Figur 1 ist eine Außen-Strukturansicht eines Robotermeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Robotermeßsystem 10 ist auf einer Basis mit zwei Arten von Robotern versehen, d.h. einem Preßroboter 12 und einem Meßroboter 14. Eine Preßstange ist in der Nähe des Kopfes des Preßroboters 12 durch einen Innenkraftsensor 13 vorgesehen, der das zu messende Objekt berührt. Ein Verschiebungs-Meßgerät 15 ist dem Kopf des Meßroboters 14 benachbart vorgesehen.

Der Preßroboter 12 zwingt eine Preßstange durch den Innen kraftsensor 13, einen wahlfreien Teil auf dem Objekt 11 zu berühren, und kann darauf eine wahlfreie Preßkraft unter Verwendung einer Kraftsteuerung geben. Der Preßroboter 12 kann eine Preßkraft in dem Bereich von 0 bis 20 N steuern. Der Innenkraftsensor 13 weist 6 Freiheitsgrade auf und wird verwendet, um eine an der Preßstange hinzugefügte Kraft festzustellen.

Ein Laser-Verschiebungs-Meßgerät 15 ist auf dem Kopf des Meßroboters 14 vorgesehen und kann die Verschiebungsgröße bei einer Auflösung von 0,5 µm messen.

Der Preßroboter 12 und der Meßroboter 14 sind rechtwinklige Roboter mit den vier Freiheitsgraden X, Y, Z, θ. Zum Beispiel mißt der Meßroboter 14 sequentiell die Verschiebung des Objektes 11, indem eine vorbestimmte Preßkraft über den Preßroboter hinzugefügt wird, so daß die Verschiebungsverteilung erhalten wird.

Figur 2 ist ein Basis-Blockdiagramm des Robotermeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung besteht das Robotermeßsystem aus einer dem Objekt 11 eine vorbestimmte Preßkraft hinzufügende Wirkeinheit, einer Meßeinheit 22, um die Deformation des Objektes 11 zu messen, einem Mikroprozessor 23, um die Verschiebung, Verwindung, Krümmung etc. beruhend auf den gemessenen Daten zu berechnen, und einem Speicher 24, um verschiedene Daten zu speichern.

Die Wirkeinheit 21 besteht aus dem Preßroboter 12, einem Kraft-Feststellungsmittel 13, das als ein Innenkraftsensor wirkt, und einer Steuereinheit 211, um den Preßroboter 12 zu steuern.

Die Meßeinheit 22 besteht aus dem Meßroboter 14, einem Verschiebungs-Feststellungsmittel 15, das als ein Verschiebungs-Meßgerät wirkt, und einer Steuereinheit 221, um den Meßroboter 14 zu steuern.

Der Mikroprozessor 23 umfaßt verschiedene Meßmittel, wie unten erklärt wird, d.h. ein Verschiebungs-Meßmittel, Verwindungs-Meßmittel, Krümmungs-Meßmittel und Biegeermüdungs- Meßmittel etc.

Der Speicher 24 speichert Formdaten vor und nach der Deformation, Daten einer Verschiebungsverteilungsfunktion, Neutralebene-Verwindungsdaten, Verwindungsverteilungsdaten, Krümmungskomponentendaten, ein Steuerprogramm etc.

Figur 3 ist eine Veranschaulichung, um eine Positions Steuerung des Meßroboters 14 in dem Robotermeßsystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zu erklären. In dem Robotermeßsystem 10 wird eine vorbestimmte Preßkraft (eine Belastung) auf jede sehr kleine Fläche des Objektes unter Verwendung des Preßroboters 12 angewandt, und die Verschiebung jeweiliger Meßpunkte wird sequentiell gemessen. Ein Bediener verwendet zwei Verfahren, um eine Aufgabe an die Steuereinheit anzuweisen, um den Meßroboter 14 zu steuern. Das heißt 1) das Verfahren, worin Absolutpositionen aller Meßpunkte an alle Roboter angewiesen werden (eine Roboter-Absolutpositions-Bewegungsanweisung) 1 und 2) das Verfahren, worin ein erster Meßpunkt als eine Absolutposition bestimmt wird und, nachdem der erste Meßpunkt bestimmt ist, jede Einheitsbewegung (ein Einheitsschritt) wiederholt und sequentiell an die Roboter angewiesen wird (eine Bewegungsanweisung für eine Roboter-Relativposition).

Das Verfahren 1) erfordert viele Bewegungsanweisungen an den Meßroboter während eines Betriebs, so daß die Bediener sehr beschäftigt sind, und daher wird gewöhnlich das Verfahren 2) verwendet.

Wegen eines Wiederholens der Anweisung für eine Relativbewegung in dem Verfahren 2) wird jedoch die Messung wegen eines Akkumulierens von Fehlern verschlechtert, die durch eine Berechnung, einen Codierer, eine Schwingung etc. verursacht werden.

Eine Wirksteuerung des Meßroboters 14 gemäß der Erfindung läßt die Steuereinheit 221, einen für die Relativbewegung verwendeten Bezugspunkt speichern und diesem einen Bezugsnamen geben und auch die identifizierten Namen jedem Einheitsschritt der relativen Bewegung geben. In der Bewegung des Meßroboters 14 wird eine Zielposition durch die Summe der Bezugsposition und des Produkts einer Einheitsschrittgröße und eines Schrittkoeffizienten wie folgt ausgedrückt:

(Zielposition) = (Bezugsposition) + (Einheitsschrittgröße) x (Schrittkoeffizient)

Der Meßroboter 14 wird durch eine Berechnung der obigen Gleichung bewegt.

Wie in Figur 3 dargestellt ist, interpretiert bei Empfang der Aufgabenanweisung von dem Bediener durch den Mikroprozessor 23 die Steuerung 221 die Aufgabenanweisung und erzeugt die Absolutpositions-Anweisung an den Meßroboter 14 und erzeugt ferner eine Meßanweisung. Eine gelesene Position des Meßroboters 14 wird dann zu der Steuerung 221 rückgekoppelt Figur 4 ist ein Beispiel der durch den Bediener in Figur 3 angewiesenen Bewegungs- und Meßbefehle.

In Figur 4 nehme man an, daß die zehn Meßpunkte von der Position (0,0,50) in der Richtung X in einem Intervall von 10mm auf dem Objekt 11 ausgerichtet sind und der Bediener die Befehle an die Steuereinheit 221 als eine Aufgabenanweisung gibt.

Zuerst registriert der (nicht dargestellte) Speicher innerhalb der Steuereinheit 221 sowohl "SOKU 0 0 50", was einen Startpunkt (0, 0, 50) einer Messung darstellt, die durch "EINSTELL"-Anweisungen 1) und 2) ausgeführt wird, als auch "SCHRITT 10 0 0", was einen Abstand 10 zwischen den Meßpunkten darstellt.

Dann werden in einer "BEWEGUNGS"-Anweisung 3) ein Schrittkoeffizient = 3, eine Einheitsschrittgröße = SCHRITT = (10,0,0), und eine Bezugsposition = SOKU = (0,0,50) erhalten, wobei demgemäß der Meßroboter zu der berechneten Zielposition = (30, 0, 50) bewegt wird.

Auf die gleiche Weise wie oben werden eine Zielpositionsberechnung und eine absolute Bewegung in BEWEGUNGS-Anweisungen 4) und 5) ausgeführt. In der BEWEGUNGS-Anweisung 4) gilt, weil der Schrittkoeffizient nicht bestimmt ist, dann der Schrittkoeffizient = 1, und die absolute Bewegung zu der Zielposition = (10,0,50) wird ausgeführt. In der BEWEGUNGS-Anweisung 5) gilt, weil die Einheitsschrittgröße nicht bestimmt ist, dann die Einheitsschrittgröße = (0,0,0), und die absolute Bewegung zu der Zielposition = Bezugsposition (SOKU) = (0,0,50) wird ausgeführt.

Anweisungen 6) bis 9) bilden bei einem eigentlichen Meß betrieb eine Schleife, und "SCHLEIFE 10" in der Anweisung 6 bestimmt ein zehnmaliges Wiederholen der Schleife.

Die BEWEGUNGS-Anweisung 7) bezeichnet "SCHLEIFE" als einen Schrittkoeffizienten, der ein Schleifenzählerwert ist, der die Anzahl von Durchläufen der Schleife zeigt. Der (nicht dargestellte) Schleifenzähler ist in der Steuereinheit 221 vorgesehen, um die Anzahl von Wiederholungen der Schleife zu bestimmen. Der Schleifenzähler wird bei seinem Start auf "0" zurückgestellt und wird in jedem Turnus der Schleife mit +1 addiert. Daher wird die Zielposition der BEWEGUNGS-Anweisung 7) durch eine absolute Bewegung sequentiell entlang der Meßpunkte ausgeführt, zuerst (0,0,50), als nächster (10,0,50), dann (20,0,50), ------ , und schließlich (90,0,50). Die Messung wird zu jedem Zeitpunkt einer Bewegung gemäß der Meßanweisung 8) ausgeführt, um insgesamt 10 Meßpunkte automatisch routenmäßig festzulegen.

Figur 5 ist ein Flußdiagramm der in Figur 4 dargestellten BEWEGUNGS-Anweisung. In dem Schritt 1 wird die Entscheidung bezüglich der Frage getroffen, ob der Schrittkoeffizient bestimmt ist oder nicht, und, wenn der Schrittkoeffizient nicht bestimmt ist, wird dann in dem Schritt 2 "Schritt = 1" bestimmt, und, wenn der Schrittkoeffizient bestimmt ist, wird dann in dem Schritt 3 die Entscheidung bezüglich der Frage getroffen, ob der Schrittkoeffizient "SCHLEIFE" ist.

Wenn der Schrittkoeffizient "SCHLEIFE" ist, wird der Schrittkoeffizient der Schleifenzählerwert in dem Schritt 4, und, wenn er nicht "SCHLEIFE" ist, wird er in dem Schritt 5 der bestimmte numerische Wert.

Die Entscheidung wird bezüglich der Frage getroffen, ob die Einheitsschrittgröße in dem Schritt 6 bestimmt ist oder nicht, und, wenn die Einheitsschrittgröße nicht bestimmt ist, wird dann die Einheitsschrittgröße = (0,0,0) gebildet, und, wenn sie bestimmt ist, wird dann in dem Schritt 8 die Einheitsschrittgröße von einer Datenbank innerhalb des Speichers gelesen.

Die Bezugsposition wird von der Datenbank in dem Schritt 9 gelesen, die Berechnung wird in dem Schritt 10 wie

(Zielposition) = (Bezugsposition) + (Einheitsschrittgröße) x (Schrittkoeffizient) ausgeführt, und eine absolute Bewegung wird zu der Zielposition in dem Schritt 11 ausgeführt.

Figur 6 ist ein Blockdiagramm einer Meßvorrichtung zum Messen einer Verwindung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugsziffer 10 stellt einen in Figur 1 dargestellten rechtwinkligen Roboter dar, der die Wirkeinheit und Meßeinheit enthält, welche in Figur 2 dargestellt sind. Bezugsziffer 23 entspricht dem Mikroprozessor und 24 dem Speicher in Figur 2. In dem Speicher 24 sind Bereiche 24a bis 24f, um die gemessenen Daten und die berechneten Daten zu speichern, und ein Bereich 24x vorgesehen, um das Steuerprogramm zu speichern. Die erstgenannten bestehen aus Formdaten vor dem Stattfinden einer Deformation, Formdaten nach dem Stattfinden der Deformationen, Verschiebungsverteilungsdaten, Verwindungsdaten bei einer Neutralebene, Krümmungskomponentendaten, Verwindungsverteilungsdaten etc. Diese gemessenen und berechneten Daten werden in den Mikroprozessor (CPU) 23 geschrieben oder aus ihm gelesen. Der CPU 23 liest das Steuerprogramm 24x, um die Roboter anzuweisen.

Die Erklärung zu der Verwindung des Teststückes wird unten gegeben.

Figur 7A zeigt den Zustand, bevor man die Deformation in dem Teststück einer flachen Platte stattfinden läßt, d.h. bevor die Messung ausgeführt wird. Figur 7B zeigt den Zustand, nachdem die flache Platte durch eine Preßkraft P deformiert worden ist. Die Koordinaten weisen Achsen X-Y-Z auf und beziehen sich für eine bequeme Erklärung auf das Beispiel bei Stattfinden der Deformation in der Richtung X wie folgt.

Nach Figur 7B ist bekannt, daß bei einer kleinen Verschiebung eine Verwindung im wesentlichen bei dem Mittelteil in Richtung der Dicke der flachen Platte 11 kaum entsteht. Solch eine Ebene mit einer Verwindung "0" wird eine "Neutralebene" genannt. Die vorliegende Erfindung übernimmt das Wort "Neutralebene" als eine imaginäre Ebene, welche bedeutet, daß die Biegeverwindung als "0" betrachtet wird. Die flache Platte weist die Neutralebene im wesentlichen bei der Mittelebene ihrer Dicke auf. Demgemäß wird der gegebene Punkt mit einem Abstand "z" von der Mittelebene etwa 1/2 der Dicke bei deren Oberfläche.

Die Verwindung εxx in der Achsenrichtung X mit einem Abstand z von der Mittelebene ist dann proportional zu einer inversen Zahl des Krümmungsradius und wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt;

εxx = z/rxx

wo rxx einen Krümmungsradius der Kurve entlang der Achse X auf der flachen Platte repräsentiert.

Auf die gleiche Weise wird die Verwindung εyy in der Achsenrichtung Y mit dem Abstand z von der Mittelebene durch die folgende Gleichung ausgedrückt;

εyy = z/ryy

wo ryy einen Krümmungsradius der Kurve entlang der Achse Y auf der flachen Platte wie in der Zeichnung repräsentiert.

Die Scherungsdeformation εxy wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt;

εxy = z/rxy

wo in Verbindung mit dem obigen im folgenden für die Verwindungen auf εxx, εyy, εxy verwiesen und für die Krümmungsradien auf rxx, ryy, rxy verwiesen wird.

Hier repräsentiert 1/rxx, d.h. das Inverse des Krümmungsradius rxx die Krümmung. Die Krümmung kann durch Verarbeiten der partiellen Ableitung zweiter Ordnung einer Verschiebungsverteilung "w" der flachen Platte bezüglich "x" erhalten werden. Die partielle Differentialgleichung zweiter Ordnung lautet wie folgt;

1/rxx = -δ²w/δx²

1/ryy = -δ²w/δy²

1/rxy = -δ²w/δxδy²

Daher wird die Verwindungsverteilung aus dem Ableitungswert der Verschiebungskrümmung oder ihrem Näherungswert erhalten, der aus diskreten Daten der gemessenen Verschiebung erhältlich ist. Weil eine Materialcharakteristik für eine geringe Verwindung als linear betrachtet wird, wird eine Spannungsverteilung aus der Verwindungsverteilung erhalten.

Figur 8 ist eine Veranschaulichung der Verwindung in der flachen Platte, deren Rand durch Rippen verstärkt ist. Der aus Kunststoff geformte Gegenstand mit dünner Dicke wird oft auf dem Rand der Platte mit den Verstärkungsrippen wie in der Zeichnung dargestellt versehen. Mit einer großen, einer solchen dünnen Platte hinzugefügten Preßkraft findet eine große Deformation in der Platte statt, und eine Ausdehnung ihrer Neutralebene wird nennenswert. Als eine Folge findet als ein wichtiger Faktor die Verwindung der Neutralebene statt.

Wie in Figur 8 dargestellt ist, wird die flache Platte 11 bei Tragepunkten A und B durch Rippen 11a und 11b an ihren beiden Enden getragen. Dieser Aufbau entspricht einem Biegen eines bei seinen beiden Enden getragenen Tragebalkens. Falls eine Kraft P oberhalb der flachen Platte 11 hinzugefügt wird, wird die Platte 11 wie in der Zeichnung dargestellt verwunden. Ein Symbol L&sub0; drückt eine projizierte Länge auf der Achse X bezüglich der verwundenen Platte 11 aus, und die projizierte Länge ist konstant (d.h. ist die Tragebalkenlänge). Unter der Annahme der Biegekurve "w" der Neutralebene, die durch die Kraft P auf der Platte 11 hervorgerufen wird, wird eine Länge L entlang der verwundenen Platte 11 und in einem Abstand "x" von einem Ursprung "0" entfernt durch die folgende Gleichung repräsentiert;

wo unter der Annahme von dw/dx « 1 dann die obige Gleichung wie folgt wird;

Die Ausdehnung Ux der Neutralebene bei der Position mit dem Abstand "x" von dem Ursprung "0" genügt der folgenden Gleichung;

Demgemäß tritt die Verwindung in der Neutralebene wegen der relativ großen Biegung auf. Diese Verwindung ε&sub0; wird durch die nächste Gleichung repräsentiert;

ε&sub0; = 1/2(δw/δx)² --- (4)

Wegen der obigen Gleichung ist die auf der die Biegekraft empfangenden, flachen Platte 11 hervorgerufene Verwindung gleich einer Summe der aus der Krümmung erhaltenen Verwindung und der durch die Ausdehnung der Neutralebene erzeugten Verwindung. Eine solche Verwindung εx in der Achsenrichtung x (vertikale Verwindung) wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt;

εx = - z (δ²w/δx²) + 1/2(δw/δx)² --- (5)

Auf die gleiche Weise wird die Verwindung εy in der Achsenrichtung Y (vertikale Verwindung) durch die folgende Gleichung ausgedrückt;

εx = - z (δ²w/δy²) + 1/2(δw/δy)² --- (6)

Auf die gleiche Weise wird die Verwindung εxy in der Achsenrichtung XY (Scherungsdeformation) durch die folgende Gleichung ausgedrückt;

εxy = - z (δ²w/δxδy) + 1/2(δw/δx)(δw/δy) --- (7)

Figur 9 ist ein Flußdiagramm, um die Operation der Meßvorrichtung in Figur 6 zu erklären.

In dem Schritt 1 läßt der CPU 23 den Meßroboter sich in Abhängigkeit von dem Steuerprogramm 24x innerhalb des Speichers 24 bewegen und mißt die Positionskoordinaten in der Achsenrichtung Z an jedem vorbestimmten Meßpunkt in der Ebene X-Y auf dem Objekt 11. Die Daten der so erhaltenen Positionskoordinaten werden in einem Forrndaten speichernden Bereich 24a vor Stattfinden der Deformation in dem Speicher 24 mittels des CPU 23 gespeichert.

In dem Schritt 2 läßt der CPU 23 den Preßrotober 12 wirken und zwingt die Preßstange bei dem Kopf des Innenkraftsensors 13 gegen das Objekt. Um eine vorbestimmte Preßkraft P zu erhalten, steuert der CPU 23 die Preßkraft des Roboters 12 in Abhängigkeit von der Ausgabe des Innenkraftsensors 13.

In dem Schritt 3 wird die Koordinatenposition in der Achsenrichtung Z auf dem Objekt 11 in dem Zustand einer Deformation durch Biegen durch das Verschiebungs-Meßgerät 15 an der gleichen Meßposition wie oben erwähnt gemessen. So gemessene resultierende Daten werden in dem Formdaten speichernden Bereich 24b nach Stattfinden der Deformation gespeichert.

In dem Schritt 4 berechnet nach Messung der Formdaten zu dem Zeitpunkt vor und nach dem Stattfinden der Deformationen der CPU 23 die Verschiebungsverteilung "w" gemäß den Formdaten.

Die Berechnung der Verschiebungsverteilung "w" kann unter Verwendung des Spline-Glättungsverfahrens der Ordnung 3, das später erklärt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.

Indem die Verschiebungsverteilung "w" unter Verwendung des Spline-Glättungsverfahrens erhalten wird, können die Verschiebungsdaten bei der wahlfreien Position erhalten werden. Diese wahlfreie Position schließt jedoch die Meßpunkte aus, die von den diskreten Formdaten bestimmt wurden, welche vor und nach dem Stattfinden einer Deformation gemessen und in den Speicherbereichen 24a und 24b gespeichert werden. Ferner wird es möglich, einen mathematischen Ausdruck, z.B. die Ableitung, zu verarbeiten.

Die so erhaltene Verschiebungsverteilung "w" wird in dem Speicherbereich 24c als Verschiebungsdaten gespeichert.

In dem Schritt 5 berechnet der CPU 23 zuerst die Verwindung der Neutralebene, die in dem zweiten Ausdruck der jeweiligen Gleichungen (5) bis (7) erscheint, beruhend auf der Verschiebungsverteilung "w". Die berechneten Daten werden in dem Bereich 24d gespeichert.

In dem Schritt 6 berechnet der CPU 23 die Krümmungskomponente des ersten Ausdrucks auf der rechten Seite der jeweiligen Gleichungen (5) bis (7).

Wie aus der obigen Gleichung offensichtlich ist, wird der erste Ausdruck auf deren rechter Seite auf solch eine Weise erhalten, daß der Wert der partiellen Ableitung zweiter Ordnung bezüglich der Verschiebungsverteilung "w" mit dem Abstand "z" in Richtung der Dicke des zu messenen Objektes multipliziert wird.

Die so berechneten resultierenden Daten werden in dem Speicherbereich 24e des Speichers 24 als Krümmungskomponentendaten gespeichert.

In dem Schritt 7 liest der CPU 23 die Verwindungsdaten der Neutralebene und die Krümmungskomponentendaten und berechnet eine Summe dieser beiden Daten gemäß den Gleichungen (5) bis (7). Der CPU 23 kann dann die Verwindungsverteilung erhalten.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beschreibung unter Verwendung der flachen Platte, d.h. des Objektes 11, beschränkt, die auf ihrem Rand mit den Verstärkungsrippen versehen ist. Zum Beispiel wird in dem Objekt 11 mit den gitterartigen Rippen die Messung der Verwindungsverteilung ausgeführt, indem die Verschiebungsverteilung in jedem Einheitsgebiet bestimmt wird, um so den Einfluß der Rippen zu umgehen.

Auf diese Weise wird die Messung der Verwindung zuerst für die Formdaten zu dem Zeitpunkt vor und nach dem Stattfinden einer Deformation in dem Objekt 11 ausgeführt, und die Verschiebungsverteilung "w" wird aus der Differenz der Formdaten vor und nach dem Stattfinden einer Deformation unter Verwendung des Spline-Glättungsverfahrens der Ordnung 3 erhalten. Danach wird die Verwindung der Neutralebene des Objektes aus den Gleichungen bezüglich der oben beschriebenen Verwindungen berechnet, und die Krümmungskomponente wird ebenfalls daraus erhalten. Die Verwindungsverteilung kann somit aus der Summe der Verwindung der Neutralebene und der Krümmungskomponente erhalten werden.

Falls die Verwindung der Neutralebene unwesentlich klein ist, wird die Verwindungsverteilung nur aus den Krümmungskomponentendaten abgeleitet.

Für die ausführliche Erläuterung bezüglich der Berechnung der Verschiebungsverteilung "w" wird auf das folgende verwiesen. Wie aus dem ersten Ausdruck auf der rechten Seite der jeweiligen Gleichungen (5) bis (7) offensichtlich ist, muß die partielle Ableitung zweiter Ordnung "x" in der Verschiebungsverteilung "w" sein. Die partielle Ableitung zweiter Ordnung wird erhalten, indem die acht Meßpunkte unter Verwendung eines Polynoms der Ordnung (n-1) passiert werden, wo "n" die Anzahl der Meßpunkte ist. Es ist jedoch eine sehr komplizierte Funktion erforderlich, um die Verschiebungsverteilung "w" auszudrücken, die durch die acht Meßpunkte durchgeht, wobei eine Funktion für den ganzen Definitionsbereich (die Domäne) verwendet wird. Im allgemeinen ist, weil das Polynom mit einer höheren Ordnung "n" dazu neigt, bei einem Ableitungswert Schwingungen einer Lösung einzuführen, es für die Berechnung nicht geeignet, die viele Meßpunkte wie oben einschließt. Herkömmlicherweise ist die Spline-Interpolationsformel zum Lösen eines solchen Problems eingeführt worden.

Das Spline-Interpolationsverfahren teilt die ganzen zu verarbeitenden Bereiche (die Domänen) in einige endliche Abschnitte ein, bei welchen die Formeln von Polynomen der Ordnung "m", die niedriger als "n" ist, zugeteilt werden. Die Polynome mit der niedrigeren Ordnung können somit leicht ausgedrückt werden. Falls die Polynome in den ganzen Abschnittbereichen als bei den jeweiligen Berührungspunkten (d.h. Rändern zwischen irgendwelchen zwei der eingeteilten Abschnitte) stetig gebildet werden, kann dann die stetige Funktion mit der niedrigeren Ordnung leicht erhalten werden. Von solchen durch die Polynome einer Ordnung "m" ausgedrückten Funktionen ist die Funktion mit einem stetigen und mit einem Wert einer Ableitung (m-1). Ordnung über die ganze Domäne eine Splinefunktion der Ordnung "m".

Daher erfüllt die Splinefunktion mit der Ordnung, die nicht niedriger als 3 (m = 3) ist, die Bedingung (die Ableitung zweiter Ordnung ist möglich, die physikalisch erhaltene Krümmung ist stetig) des Näherungsausdrucks, der die Verschiebungsverteilung annähert.

Weil jedoch die Spline-Interpolationsformel die Verschiebungsfunktion definiert, um sicher durch die Meßpunkte durchzugehen, wird die Berechnungsgenauigkeit wegen eines Meßfehlers in der Ableitungsverarbeitung verschlechtert. Demgemäß kann bei Vorhandensein eines relativ kleineren Meßfehlers im Vergleich zu der Verschiebungsgröße der Krümmungsradius bei einem bestimmten Genauigkeitsgrad sogar bei Verwendung der Spline- Interpolationsformel gemessen werden. In der relativ kleineren Verschiebungsgröße wird jedoch ein Einfluß des Meßfehlers größer, und es ist schwierig, die genaue Krümmung unter Verwendung der Spline-Interpolationsformel zu berechnen.

Die vorliegende Erfindung übernimmt daher das Spline- Glättungsverfahren, um die Verschiebungsfunktion "w" zu erhalten. Das Spline-Glättungsverfahren kann eine Verschiebung erhalten, die einen reellen Wert mehr approximiert, ohne durch die Meßpunkte durchzugehen. Das heißt, das Spline-Glättungsverfahren verwendet ein Glättungsverfahren ähnlich der Näherung der kleinsten Quadrate beim Berechnen der Splinefunktion.

Figur 10 ist eine grundlegende Aufbauansicht der Krümmungs- Berechnungsvorrichtung, die das Spline-Glättungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.

Wie oben beschrieben ist, ist die Krümmung in der Achsenrichtung X eine inverse Zahl 1/rxx eines Krümmungsradius rxx, und ferner wird dessen inverse Zahl durch Verarbeiten der partiellen Ableitung zweiter Ordnung unter Verwendung eines Abstandes "x" für die Verschiebungsverteilung "w" der flachen Platte erhalten. Die Krümmung in der Achsenrichtung Y wird auf die gleiche Weise erhalten. Ein Scherfaktor wird durch Ausführen der partiellen Ableitung zweiter Ordnung unter Verwendung von x und y für die Verschiebungskrümmung erhalten. Im allgemeinen ist "Krümmung" als ein Grenzwert von Δω/Δs als Δs T 0 definiert, wo ein eine Tangente bei einem Punkt P mit einer Tangente bei einem Punkt P' bildender Winkel Δω ist, wenn sich der Punkt P entlang einer Kurve Γ um eine Länge Δs eines Bogens bewegt, um den Punkt P' zu erreichen.

Nach Figur 10 ist die Bezugsziffer 232 das Krümmungs- Berechnungsmittel, das in dem Mikroprozessor 23 wie in Figur 2 dargestell enthalten ist. Das Krümmungs-Berechnungsmittel 232 besteht aus einer Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d, um den Meßbereich des Objektes 11 in eine Vielzahl von Bereichen beruhend auf der vorbestimmten Auswertungsgröße einzuteilen, einer Polynom/Funktions-Ausgabeeinheit 232b, um sowohl die Abschnittpolynome einschließlich eines unbestimmten Koeffizienten, der die Verschiebungsgröße des Objektes 11 in jedem Bereich ausdrückt, als auch die Auswertungsfunktion auszugeben, die den Grad einer Näherung auswertet, die durch diese Abschnittpolynome erhalten wird, einer Koeffizienten-Entscheidungseinheit 232a, um den unbestimmten Koeffizienten des Polynoms mindestens beruhend auf der Auswertungsfunktion, der gemessenen Verschiebungsgröße und einer Randbedingung zwischen den Bereichen zu bestimmen, und einer Auswertungsgröße- Entscheidungseinheit 232e, um das Wieder-Teilen der Meßbereiche der Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d anzuweisen, falls entschieden wird, daß die von dem Bereich eingeteilten Abschnittbereiche ungeeignet sind, nachdem eine solche Entscheidung auf der Grundlage der aus der Auswertungsfunktion abgeleiteten Auswertungsgröße getroffen ist.

Die Polynom/Funktions-Ausgabeeinheit 232b umfaßt eine Koeffizientenentscheidungsformel-Ableitung 2321, eine Splinefunktionsform-Entscheidung 2322 und eine Auswertungsfunktionsform-Entscheidung 2323, die unten erklärt werden.

Die Wirkanordnung 21 fügt die vorbestimmte Verschiebung dem Objekt 11 hinzu, und die Meßanordnung 22 mißt die Verschiebungsgröße in den Meßpunkten mit der Anzahl (n+1).

Wie oben beschrieben ist, gibt die Polynom/Funktions- Ausgabeeinheit 232b das Abschnittpolynom einschließlich des unbestimmten Koeffizienten aus, um die Verschiebung des Objektes 11 in jedem Abschnittbereich annähernd auszudrücken, der durch die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d eingeteilt wurde.

In dem obigen werden, falls eine maximale Ordnung des Abschnittpolynoms z.B. eine Ordnung "m" ist, dann stetige, (m-1) -fache Ableitungen bei den Rändern der jeweiligen Bereiche erhalten. Die Splinefunktion ( "m" ist eine ungerade Zahl) wird z.B. als ein Abschnittpolynom für jeden Bereich (t; t = 1, 2, ..., k) wie folgt verwendet;

f(x) = at,m xm + at,m-1 xm-1

+ --- at,1 x + at,0 --- (8)

wo die unbestimmten Koeffizienten at,m, at,m-1, ---at,0 durch die später erklärte Bedingung bestimmt werden.

Der "Bereich" ist als ein Bereich definiert, der auf dem zu messenden Objekt festgelegt ist, und meint die Bereiche mit 1 Dimension, 2 bzw. 3 Dimensionen. Für eine bequeme Erklärung nehme man durch Teilen eines Dimensionsliniensegments [a,b] erhaltene Bereiche (Abschnitte) mit der Anzahl "k" an. Die Abschnittbereiche in diesem Fall werden wie die folgende Gleichung ausgedrückt;

[x&sub0;,x&sub1;], [x&sub1;,x&sub2;], --- ---, [xk-1,xk], ---(9)

a = x&sub0;, b = xk

Knotenpunkte x&sub0;, x&sub1;, -- ---, xk der Ränder, die bei jedem Abschnittbereich in dieser Erfindung erzeugt werden, werden ungeachtet der durch die Meßanordnung 22 gemessenen, (n+1) Meßpunkte als von der herkömmlichen Spline-Interpolationsformel verschieden gemessen. Die Position des Knotenpunktes wird nicht in Abhängigkeit von der Position des Meßpunktes, sondern beruhend auf einer Bestimmung aus der externen oder der Auswertungsgröße bestimmt. Daher ist die Zahl n+1 der Meßpunkte nicht mit der Knotenzahl "k" identisch.

Auf der anderen Seite wird die Auswertungsfunktion zum Auswerten des Grades einer Näherung verwendet, die unter Verwendung des Abschnittpolynoms erhalten wird. Weil die herkömmliche Spline-Interpolationsformel durch die Meßpunkte ohne Fehler durchgeht, ist die Auswertungsfunktion unnötig. In der vorliegenden Erfindung muß jedoch, weil die Beschränkung auf ein Durchgehen durch die Meßpunkte nicht auferlegt wird, die Auswertungsfunktion gefordert werden.

Genauer müssen in dieser Erfindung die durch das Abschnittpolynom bei den Meßpunkten ausgedrückte Verschiebung und die gemessene Verschiebung vollkommen miteinander übereinstimmen, und die Auswertungsfunktion, die den Grad einer Näherung des Polynoms auswerten kann, wird eingeführt, so daß das Polynom die reelle Verschiebung mehr annähert.

Das Beispiel einer solchen Auswertungsfunktion wird dargestellt, worin ein Quadrat einer Differenz zwischen der durch das Polynom ausgedrückten Verschiebungsgröße und der gemessenen Verschiebungsgröße von den ganzen Meßpunkten summiert wird oder worin der Absolutwert der Differenz zwischen den selben von den ganzen Meßpunkten summiert wird oder ferner wie in der folgenden Gleichung dargestellt ist;

wo Wi und g eine Gewichtungsfunktion repräsentieren, s(xi) eine Splinefunktion ist, yi Meßdaten sind, "m" eine Splinefunktion ist und "i" einen Parameter repräsentiert, der eine Position des Meßpunktes zeigt.

Die Auswertungsfunktion der obigen Gleichung (10) hat die unten beschriebene Bedeutung. Bei einem kleineren Wert von "g" wird hauptsächlich der erste Ausdruck ausgewertet, und die Wahrheit der gemessenen Daten ist ein Hauptziel. Bei einem größeren Wert von "g" wird hauptsächlich der zweite Ausdruck ausgewertet, und die Glattheit ist ein Hauptziel. Die vorliegende Erfindung legt das Hauptziel auf die Wahrheit für den gemessenen Wert und gestattet den jeweiligen gemessenen Daten, das gleiche Gewicht zu tragen. Zu diesem Zweck wird die folgende Gleichung als eine Auswertungsfunktion in der Erfindung verwendet;

= Wi (s(xi) - yi) ²

wo Wi = 1 (i = 1 bis n) und g = 0 gelten.

Die Koeffizienten der Abschnittpolynome, die durch die Polynom/Funktions-Einstelleinheit 232b festgelegt werden, werden durch die Auswertungsfunktion bestimmt, und die durch die Meßanordnung 22 gemessene Verschiebungsgröße und die mögliche Bedingung für die (m-1)-fachen stetigen Ableitungen, welche die Abschnittpolynome bei den Rändern von Bereichen erfüllen müssen, die von einer Einstellung durch die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d abhängig sind.

In dem obigen Prozeß beurteilt die Auswertungs-Unterscheidungseinheit 232e, ob der von der Einstellung abhängige Abschnittbereich geeignet ist, gemäß dem Auswertungswert (der von der Auswertungsfunktion ausgegeben wird), der beruhend auf dem durch die Einstelleinheit 232d gebildeten Abschnittbereich bestimmt wird.

Genauer nehme man wie in der vorigen Erklärung die Auswertungsfunktion an, worin ein Quadrat einer Differenz zwischen der durch das Polynom ausgedrückten Verschiebungsgröße und der gemessenen Verschiebungsgröße von den ganzen Meßpunkten summiert wird. Dann wird bei Nichtvorhandensein des Meßfehlers die Näherung mit der Abnahme des Auswertungswertes berichtigt. Bei Vorhandensein des Meßfehlers wird jedoch sogar mit dem unter einen bestimmten Pegel erniedrigten Auswertungswert die Näherung nicht immer verbessert. Dies ist aus der Tatsache ersichtlich, daß der Auswertungswert nicht Null wird, sogar bei Verwenden einer Wahrheitsfunktion bei Vorhandensein des Meßfehlers.

Demgemäß wird bei Vorhandensein des Meßfehlers die aus dem Fehler eines Meßsystems abgeschätzte, vorbestimmte Schwelle zuerst festgelegt, und eine Entscheidung wird bezüglich der Frage getroffen, ob der geteilte Bereich geeignet ist oder nicht, in Abhängigkeit von dem Auswertungswert, welcher höher bzw. niedriger als der Schwellenwert ist. Falls der Auswertungswert größer ist, wird eine Anweisung in die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d eingegeben, um einen weiteren Teilungsprozeß auszuführen.

Figur 11 ist eine Veranschaulichung, um die herkömmliche Spline-Interpolationsformel zu erklären. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, realisiert die Spline-Interpolationsformel den Weg durch jeden Meßpunkt ohne Fehler. Aus diesem Grund ist, weil die Meßdaten sicher Fehler enthalten, und mit einer relativ kleineren Verschiebungsgröße, es schwierig, die Krümmung mit einer hohen Genauigkeit zu berechnen, weil sie infolge des Meßfehlers an einer größeren Verschlechterung infolge.

Figur 12 ist ein Flußdiagramm für eine herkömmliche Verarbeitung der Krümmungsberechnung. Herkömmlicherweise wird in dem Schritt 1 ein Bereich (Abschnitt) mit einer Vielzahl von Meßpunkten als Knotenpunkte vorher festgelegt, und in dem Schritt 2 wird die Spline-Interpolationsformel mit der vorbestimmten Zahl einer Ordnung (der niedrigeren Zahl als die Meßpunkte, z.B. m = Ordnung 3) in jedem Bereich eingestellt, so daß die (m-1)-fachen Ableitungen stetig erhältlich sind. In dem Schritt 3 werden die jeweiligen Koeffizienten unter Ausnutzung der Tatsache bestimmt, daß die Spline-Interpolationsformel sicher durch die Meßpunkte (die Knotenpunkte) durchgeht und eine abgeleitete Funktion der Spline-Interpolationsformel bei den Knotenpunkten stetig ist. In dem Schritt 4 wird die partielle Ableitung zweiter Ordnung bei der Krümmungs- Berechnungseinheit beruhend auf der so erhaltenen Spline- Interpolationsformel ausgeführt. Die Probleme eines in den Figuren 11 und 12 dargestellten herkömmlichen Systems sind erklärt worden, und deren Beschreibung wird dann hier weggelassen.

Figur 13 ist eine Veranschaulichung, um das Spline-Glättungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu erklären. Wie aus dem Vergleich mit der die herkömmliche Spline-Interpolationsformel darstellenden Figur 11 offensichtlich ist, kann das Spline-Glättungsverfahren die durch den Meßfehler verursachte Fluktuation außerordentlich reduzieren.

Figur 14 ist ein Flußdiagramm für eine Verarbeitung der Krümmungsberechnung gemäß der Erfindung. Wie in Figur 10 dargestellt ist, umfaßt die Polynom/Funktions-Ausgabeeinheit 232b im Detail die Koeffizientenentscheidungsformel-Ableitung 2321, die Splinefunktionsform-Entscheidung 2322 und die Auswertungsfunktionsform-Entscheidung 2323.

In dem Schritt 1 werden die Zahl "k" des Abschnittbereichs und der Meßbereich [a, b] vorher durch die Abschnittbereichs- Einstelleinheit 232d eingestellt. Falls z.B. die Zahl der Meßpunkte "n" ist, wird "k" für eine Ausgabe von "n" verschieden eingestellt (falls k = n gilt, wird sie dann die gleiche wie die herkömmliche Spline-Interpolationsformel).

In dem Schritt 2 läßt die Splinefunktionsform-Entscheidung 2322, welche die Zahl "k" des Abschnittbereichs von dem vorigen Schritt 1 empfängt, die jeweiligen Abschnittbereiche den Polynomen einer Ordnung "m" (eine ungerade Zahl, z.B. 3) entsprechen, welche unbestimmte Koeffizienten enthalten. Die Auswertungsfunktionsform-Entscheidung 2322 bestimmt die Form der Auswertungsfunktion wie oben. Wie in Figur 11 dargestellt ist, lautet die Gleichung wie folgt;

= Wi (s(xi) - yi) ²

wo Wi eine Gewichtsfunktion repräsentiert, s(xi) eine Splinefunktion ist, yi Meßdaten sind, "i" ein die Meßpositionen darstellender Parameter ist.

In dem Schritt 3 leitet die Koeffizientenentscheidungsform- Ableitung 2321 eine Entscheidungsformel, welche durch die unbestimmten Koeffizienten der Polynome erfüllt wird, aus der Splinefunktion, die in jedem Bereich festgelegt ist, und der Auswertungsfunktion und der stetigen Bedingung ab, die zwischen den jeweiligen Abschnittbereichen eingerichtet werden soll.

Die Polynome einer Ordnung m (= 3), welche den Abschnittbereichen entsprechen, jeweils mit der Zahl "k", lauten wie folgt;

sj(x) = aj,3 x³ + aj,2 x² + aj,1 x¹ + aj,0

die durch die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d festgelegten Bereiche sind

[x&sub0;, x&sub1;], [x&sub1;, x&sub2;], --- --- , [xk-1, xk],

die Ränder (die Knotenpunkte) der obigen Bereiche lauten wie folgt

x&sub0; (=a), x&sub1;, x&sub2;, --- --- xk-1, xk (=b)

in der obigen Abgrenzung ist die abgeleitete Funktion der Splinefunktion

S(c)(x) (c = 1, 2, --- --- , m-1)

wobei die jeweiligen Ausdrücke in dem obigen verwendet werden, d.h. wegen der Randbedingung, daß die Splinefunktion und ihre abgeleitete Funktion an den Rändern (den Knotenpunkten) der Bereiche, welche durch die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d festgelegt werden, stetig sein müssen, und der Bedingung, daß der Wert der Auswertungsfunktion minimiert sein muß, wird dann eine durch die unbestimmten Koeffzienten zu erfüllende Entscheidungsformel auf der Grundlage einer Formel abgeleitet, die aus einem Variationsprinzip gebildet wird.

In dem Schritt 4 wird die bei jeweiligen Meßpunkten gemessene Verschiebungsgröße in die obige Entscheidungsformel für die durch die obige Entscheidungsformel und die Wirkanordnung 21 hinzugefügte Verschiebung substituiert.

In dem Schritt 5 werden die unbestimmten Koeffizienten der Splinefunktion bestimmt.

In dem Schritt 6 substituiert die Auswertungsgröße-Unterscheidungseinheit 232e den von der Koeffizienten-Entscheidungseinheit 232a erhaltenen Koeffizienten in die Auswertungsfunktion, um eine Auswertungsgröße zu berechnen.

In dem Schritt 7 wird die so berechnete Auswertungsgröße mit der vorbestimmten Schwelle &sub0; verglichen, und, falls größer als &sub0; ist, wird eine Entscheidung bezüglich der Frage getroffen, ob ein der Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d zuzuschreibender ungeeigneter Bereich existiert oder nicht.

In dem Schritt 8 wird auf eine Entscheidung hin, bei der ein ungeeigneter Bereich bei der Einstelleinheit 232d bei dem vorigen Schritt 7 festgestellt wurde, die Anweisung für ein Wieder-Teilen der Bereiche in mehr Abschnitte an die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d abgegeben, und die Verarbeitung beginnt wieder von dem Schritt 2 aus.

In dem Schritt 9 wird, falls die Auswertungsgröße kleiner als die Schwelle &sub0; ist, wobei dann der von der Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d erhaltene Bereich als ein geeigneter betrachtet wird, das Abschnittpolynom mit dem Koeffizienten, bestimmt durch die Abschnittbereichs-Einstelleinheit 232d, an die Krümmungs-Berechnungseinheit 232c als ein Verschiebungsausdruck des Objektes ausgegeben.

Figur 15 ist eine Veranschaulichung der Montierung des zu messenden Objektes. Wie in Figur 1 dargestellt ist, bezeichnet Bezugsziffer 1 das Objekt 11, welches durch geeignete Befestigungsmittel 11a, 11b befestigt ist. Das Objekt 11 ist aus z.B. Metall mit einer hohen linearen Eigenschaft hergestellt. Gitterlinien 11c, die auf dessen Oberfläche dargestellt sind, sind Veranschaulichungen zur bequemen Erklärung, und eine Verschiebungsgröße wird bei jedem Schnittpunkt der Gitterlinien 11c gemessen.

Figur 16 ist eine Veranschaulichung der Verschiebungsgröße des Objektes 11. Durchgezogene Linien 11 zeigen eine Bezugsebene einer Verschiebung "0" in dem Objekt. Strichpunktierte Linien zeigen die Verschiebung zu dem Zeitpunkt nach einem Hinzufügen der Preßkraft. Strichpunktierte Linien zeigen interessehalber das Ergebnis einer Strukturanalyse, das durch eine finite Elementernethode erhalten wurde.

Figur 17 ist eine Veranschaulichung des Berechnungsergebnisses der Krümmung, das durch das herkömmliche Verfahren erhalten wurde. Durchgezogene Linien 170 zeigen die Bezugsebene einer Krümmung "0". Gepunktete Linien 171 zeigen die Krümmung in der Achsenrichtung X, und Linien 172 zeigen die Krümmung in der Achsenrichtung Y. Doppelt strichpunktierte Linien 173 zeigen eine Torsion. Augenscheinlich zeigt die Zeichnung einen Unterschied in der tatsächlichen Krümmung und Torsion, und dies läßt einen durch die Begrenzung auf den Spannungsmeßbereich verursachten Nachteil erkennen.

Figur 18 ist eine Veranschaulichung des Berechnungsergebnisses der Krümmung, das durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Durchgezogene Linien 180 zeigen die Bezugsebene der Krümmung "0". Gepunktete Linien 181 zeigen die Krümmung in der Achsenrichtung X, und einfach strichpunktierte Linien 182 zeigen die Krümmung in der Achsenrichtung Y. Doppelt strichpunktierte Linien 183 zeigen die Torsion. Wie aus einem Vergleich mit Figur 17 offensichtlich ist, können eine extrem genaue Krümmung und Torsion erhalten werden.

Figur 19 ist eine Veranschaulichung, in der eine aus Figur 18 erhaltene, durch gepunktete Linien dargestellte Krümmung 191 in der Achsenrichtung X mit dem Ergebnis einer Strukturanalyse verglichen wird, das durch das finite Elementeverfahren er halten wurde, wie durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist das Ergebnis gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen gleich einem theoretischen Wert unter Verwendung eines finite Elementeverfahrens. Ein Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem theoretischen Wert bei den beiden Enden des stationären Teils wird dem Unterschied in einer Befestigung der Enden zugeschrieben.

Figur 20 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Verschiebungs-Meßvorichtung gemäß der Erfindung. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel des Objektes 11, welches teilweise Kerben aufweist. Bezugsziffer 233 stellt ein Verschiebungs-Berechnungsmittel innerhalb des Mikroprozessors 23 in Figur 2 dar und berechnet die Verschiebung mit der Preßkraft P, die dem Objekt 11 hinzugefügt wird. Das Verschiebungs-Berechnungsmittel 233 besteht aus einer Verschiebungsdaten-Meß/Berechnungseinheit 233a, Verschiebungsdatenspeichern 233b bis 233d, einer Verschiebungskrümmungsformel-Berechnungseinheit 233e, einem Verschiebungskrümmungsformel-Speicher 233f und einer Verschiebungs-Berechnungseinheit 233g.

Die Verschiebungs-Meß/Berechnungseinheit 233a mißt die Formdaten vor und nach einem Hinzufügen einer Deformation bei den Gitterpunkten, die auf dem Objekt 11 vorgesehen sind, und berechnet die Verschiebung aus der Differenz dazwischen.

Die Verschiebungsdatenspeicher 233b bis 233d speichern in jedem Abschnittbereich die Verschiebungsdaten, die bei der Verschiebungsdaten-Meß/Berechnungseinheit 233a in dem vorigen Schritt erhalten wurden.

Die Verschiebungskrümmungsformel-Berechnungseinheit 233e gibt die Verschiebungsdaten ein, welche in den Verschiebungsdatenspeichern 233b bis 233d in jedem Bereich gespeichert sind. Unter der Annahme, daß das Objekt 11 eine rechtwinklige Form und keine Kerben aufweist, berechnet die Krümmungsformel- Berechnungseinheit 233e die Verschiebungskrümmungsformel, um die resultierenden Daten in dem Verschiebungskrümmungsformel- Speicher 233f zu speichern.

Die Verschiebungs-Berechnungseinheit 233g berechnet die Verschiebung bei einer gegebenen Position unter Verwendung der Verschiebungskrümmungsformel, die in dem Verschiebungskrümmungsformel-Speicher 233f gespeichert ist.

Figur 21 ist eine Veranschaulichung, um Koordinaten des Objektes 11 zu erläutern. Symbole D und E zeigen die Kerben.

Das Objekt 11 ist in Rechtecke A, B und C geteilt, um netzartig geschnitten zu sein.

In dem Bereich A sind Meßpunkte als eine Position definiert, entsprechend einem Satzelement, welches durch ein direktes Produkt "XA x Y" repräsentiert wird, das der folgenden Gleichung genügt;

ein Satz XA, der eine Koordinate x darstellt

= [xa1, xa2, ---, xam]

ein Satz Y, der eine Koordinate y darstellt

= [y&sub1;, y&sub2; , --- yn]

Auf die gleiche Weise sind in dem Bereich B Meßpunkte als eine Position definiert, entsprechend einem Satzelement, welches durch ein direktes Produkt "XB x Y" repräsentiert wird, das der folgenden Gleichung genügt;

ein Satz XB, der eine Koordinate x darstellt

=[xb1, xb2 ---, xbm]

ein Satz Y, der eine Koordinate y darstellt

= [y&sub1;, y&sub2;, ---, yn]

Ebenso sind auf die gleiche Weise in dem Bereich C Meßpunkte als eine Position definiert, entsprechend einem Satzelement, welches durch ein direktes Produkt "XC x Y" repräsentiert wird, das der folgenden Formel genügt;

ein Satz XC, der eine Koordinate x darstellt

= [xc1, xc2, ---, xcm]

ein Satz Y, der eine Koordinate y darstellt

= [y&sub1;, y&sub2; , ---, yn]

Die gemessenen Verschiebungsdaten in den Bereichen A, B bzw. C werden in den Verschiebungsdatenspeichern 233b bis 233d wie in Figur 20 dargestellt gespeichert. Die Verschiebungskrümmungsformel-Berechnungseinheit 233e nimmt das Objekt 11 mit einer rechtwinkligen Form und ohne die Kerben D und E an und erhält die Verschiebungskrümmungsformel "w" (x,y) , die als Verschiebungsdaten bei der Position betrachtet wird, welche einem Satzelement entspricht, das durch ein direktes Produkt "x x y" repräsentiert wird, welches dem folgenden Ausdrück genügt;

ein Satz X, der eine Koordinate x darstellt

= [x&sub1; , x&sub2; , ---, xm]

ein Satz Y, der eine Koordinate y darstellt

= [y&sub1;, y&sub2;, ---, ym]

Eine Domäne der Verschiebungskrümmungsformel "w" erfüllt die folgende Formel;

[(x,y) x&sub1; ≤ x ≤ x, y ≤ y ≤ yn ]

wo die Kerben D und E enthalten sind.

Herkömmlicherweise ist die Verschiebungskrümmungsformel nur innerhalb des Bereichs erhalten worden, wo der materielle Körper existiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verschiebungskrümmungsformel unter der Annahme eines vorhandenen imaginären Körpers sogar in den Bereichen mit den Kerben und ohne eine Möglichkeit eines Messens und Erhaltens der Daten erhalten. Somit wird eine solche Verarbeitung möglich.

Figur 22 ist eine Strukturansicht eines Verschiebungs-Meßinstrumentes gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugsziffern 221 und 222 sind Befestigungsplatten, und 223 ist die Preßstange. Das zu messende Objekt wird durch die Befestigungsplatte 221 vertikal gehalten. Zum Messen der Verschiebung drückt der Preßroboter 12 mit einer vorbestimmten Stärke gegen das Objekt 11 durch den Innenkraftsensor 13 und die Preßstange 223. Das auf dem Meßroboter 14 angebrachte Verschiebungs- Meßgerät 15 mißt die Verschiebung der Rückseite des Objektes 11, d.h. der Seite ohne eine Belastung darauf.

Die Vorteile werden durch Messen der rückseitigen Verschiebung des Objektes unter Verwendung des Meßinstrumentes in der Erfindung erhalten. Die Vorteile sind: 1) die Messung um die Preßstange 223 herum wird möglich, und 2) und die Daten der Rückseite, die von der Messung einer Seitenoberfläche verschieden sind, können erhalten werden. Demgemäß kann die Ausdehnungsverwindung, andernfalls die Kompressionsverwindung, gemessen werden.

Figur 23 ist eine Strukturansicht eines Instrumentes zur Verschiebungsmessung gemäß der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Objekt 11 durch die Befestigungsplatte 221 horizontal befestigt. Der Innenkraftsensor 13 und die Preßstange 223 sind auf der Rückseite des Objektes 11 angebracht. Obwohl die Vorteile dieser Struktur die gleichen wie die der oben erwähnten Ausführungsform sind, wird ein weiterer Vorteil erhalten, weil das System in der Größe kompakt gemacht werden kann.

Figur 24 ist eine Strukturansicht eines Verschiebungs- Meßinstrumentes gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Preßstange 223 mit einer U-Form ist auf dem Innenkraftsensor 13 wie in der Zeichnung befestigt. Herkömmlicherweise berührt oft der Kopf des Verschiebungs-Meßgerätes 15 die Preßstange 223, was die Verschiebungsmessung um die Position herum verhindert, die durch die Stange 223 gepreßt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei Verwendung solch eines Instrumentes mit einer U-Form verhindert, daß der Kopf des Meßgerätes 15 die Preßstange 223 berührt, und die Messung kann somit nahe der Position, die durch die Stange gedrückt wird, ausgeführt werden.

Figur 25 ist eine Veranschaulichung der Befestigungsposition einer Haltevorrichtung eines Biegeermüdungs-Testsystems. Die Figuren 26A und 26B sind eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht der Haltevorrichtung. Figur 27 ist ein Blockdiagramm eines Biegeermüdungs-Testsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Das Blockdiagramm des Biegeermüdungs-Testsystems, das in Figur 27 dargestellt ist, entspricht dem Biegeermüdungs-Testmittel 234 des Mikroprozessors 23. Nach den Figuren 1 und 2 ist der Innenkraftsensor 13 in dem Preßroboter 12 vorgesehen. Das Biegeermüdungs-Testsystem der Erfindung ist auf seinem Innenkraftsensor 13 mit der Haltevorrichtung 16 versehen, um das Objekt 11 zu halten, wie in den Figuren 25, 26A und 26B dargestellt ist. Die Haltevorrichtung 16 hält das andere Ende (die nicht auf dem stationären Teil 11a befestigte Seite) zu dem Zeitpunkt des Biegeermüdungstests, und in diesem Fall hält die Haltevorrichtung das Teststück als in der orthogonalen Richtung zu der Biegerichtung beweglich.

In der vorliegenden Erfindung wird das Objekt 11 gehalten, um in der orthogonalen Richtung zu der Biegerichtung beweglich zu sein. Daher bewegt es sich, falls das Objekt 11 die Kraft in der Richtung abgesehen von der orthogonalen Richtung empfängt, in die durch die Kraft vorgegebene Richtung. Demgemäß wird der durch das Objekt 11 selbst verursachte Einfluß extrem reduziert.

Die Haltevorrichtung 16 besteht aus, wie in den Figuren 26A und 26B dargestellt ist, einem Gehäuse 161 und 162 mit einer U- Form, Innenwellen 163 und 164, die parallel zueinander durch das Gehäuse 161 und 162 durchgehen, Schrauben 165 und 166, welche die Innenwellen mit dem Gehäuse verbinden, Lagern 167 und 168, Außenwellen 169 und 170, die durch die Lager getragen werden, Zwischenlagen 171 und 172 und Schrauben 173 und 174.

Das zu messende Objekt 11 wird zwischen den äußeren Wellen 169 und 170 gehalten. Infolge dieses Aufbaus empfängt sogar in der vertikalen Bewegung der Haltevorrichtung 16 die Position, wo die Außenwellen 169 und 170 das Objekt 11 berühren, keine nennenswerte Reibungskraft und kann sich als eine Folge der freien Rotation der Außenwellen 169 und 170 automatisch bewegen. Solch eine Struktur wie oben legt eine im wesentlichen höhere Leistung im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur an den Tag, bei der bei Empfang einer Biegekraft in Abhängigkeit von einer vertikalen Bewegung von Verbindungsgliedern das Teststück 11 eine unerwünschte starke Kraft in der transversalen Richtung erfährt.

Eine tatsächliche Messung umfaßt zwei Verfahren, ein Verfahren ist, eine vorbestimmte Kraft dem Objekt 11 hinzuzufügen, das andere Verfahren ist, daß das Objekt 11 wiederholt über eine vorbestimmte Distanz bewegt wird. Bezugnehmend auf Figur 27 wird das letztgenannte Verfahren zum wiederholten Messen durch die Bewegung des Objektes 11 um eine vorbestimmte Distanz wie folgt erklärt werden.

Elektrische Steuervorrichtungen des Biegeermüdungs-Testsystems 234 sind in dem in Figur 2 dargestellten Mikroprozessor 23 enthalten. Der die wechselnden Bewegungen leistende Preßroboter 12 wird durch eine Anweisung von der Anweisungseinheit 234h gestartet und fügt die wechselnden Biegebewegungen dem Objekt 11 hinzu. Die Anweisung an den Preßroboter 12 enthält die Zahl N&sub0;, die angibt, wie oft ein Biegen ausgeführt wird, und die Distanz der Bewegung. Falls das Objekt 11 beurteilt wird, ohne Bruch zu widerstehen, werden die N&sub0;-maligen wechselnden Bewegungen beendet. Die Anweisung kann jedoch unbeschränkt oft wiederholte Biegebewegungen an den Preßroboter 12 richten und dann die selben durch die Anweisungseinheit 234h zu dem Zeitpunkt einer Entscheidung beenden, die gemäß den Daten eines Ermüdungsgrades des Objektes 11 getroffen wird.

Der Innenkraftsensor 13 stellt die dem Objekt 11 hinzugefügte Preßkraft fest. Ein resultierender gemessener Wert eines ersten Zyklus wird in einem Speicher 234a für einen gemessenen Wert eines ersten Zyklus gespeichert. Ein gemessener Wert eines N. Zyklus wird in einem Speicher 234b für einen gemessenen Wert eines N. Zyklus gespeichert. Eine Berechnungsvorrichtung 234c für eine erste Steifigkeit berechnet eine Steifigkeit des ersten Zyklus beruhend auf Daten des Speichers 234a für einen gemessenen Wert eines ersten Zyklus und speichert die resultierenden Daten in einem Speicher 234e für einen Steifigkeitswert eines ersten Zyklus.

Eine Berechnungsvorrichtung 234d für eine N. Steifigkeit berechnet eine Steifigkeit des N. Zyklus beruhend auf den Daten eines Speichers 234b für einen gemessenen Wert eines N. Zyklus und speichert die resultierenden Daten in einem Speicher 234f für einen Steifigkeitswert eines N. Zyklus.

Eine Errnüdungs-Entscheidungsvorrichtung 234g ist mit einem geeigneten Datenvergleichsmittel versehen, so daß die Daten des Speichers 234e für einen Steifigkeitswert eines ersten Zyklus mit denen des Speichers 234f für einen Steifigkeitswert des N. Zyklus verglichen werden. Falls der Steifigkeitswert des N. Zyklus niedriger als eine vorbestimmte Rate (z.B. 60 %) von dem des ersten Zyklus wird, wird das Objekt 11 als Versager beurteilt, was sich aus der Ermüdung ergibt. Das Entscheidungsergebnis wird an die Anweisungseinheit 234h gegeben, welche den Preßroboter 12 anweist, den meßablauf zu beenden.

Die Anweisungseinheit 234h weist eine Stärke der Preßkraft an den Preßroboter 12 an, um eine vorbestimmte maximale Abgabe für die wiederholte Bewegung auf dem Objekt 11 zu erzeugen. Falls das Objekt 11 bricht oder sich über die vorbestimmte Distanz bewegt, wird es als ermüdet beurteilt.

Wie in dem vorhergehenden erklärt ist, gestattet das Biegeermüdungs-Testsystem gemäß der vorliegenden Erfindung der Haltevorrichtung des Objektes 11, die Rotation in den horizontalen und Drehrichtungen zu absorbieren. Demgemäß werden die Kraftkomponenten außer in der vertikalen Richtung, welche eine vertikale Bewegung des zu messenden Objektes 11 ergeben, extrem reduziert. Als eine Konsequenz wird die Meßbedingung klar, und eine höhere Verläßlichkeit des Messung kann erhalten werden.

ANWENDUNGSMÖGLICHKEIT IN INDUSTRIEN

Das Robotermeßsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist imstande, die mechanischen Charakteristiken, wie z.B. eine Verschiebung, Verwindung des aus Kunststoff geformten Gegenstandes, und seine Verteilungscharakteristiken automatisch und schnell zu messen, demgemäß kann es für den Strukturentwurf des Körpers des aus Kunststoff geformten Gegenstandes effektiv genutzt werden.


Anspruch[de]

1 Ein Robotermeßsystem (10), um eine mechanische Charakteristik eines zu messenden Objektes (11) automatisch zu messen, wenn eine Biegebelastung auf das Objekt angewandt wird, welches System umfaßt;

einen Preßroboter (12), um eine vorbestimmte Preßkraft dem zu messenden Objekt (11) hinzuzufügen;

Kraft-Feststellungsmittel (13, 19), das an einem Ende einer Preßstange angebracht ist und eine Stärke der Preßkraft durch die Preßstange feststellt;

Verschiebungs-Feststellungsmittel (15), um einen Abstand von dem Objekt (11) vor und nach einem Hinzufügen einer Verschiebung dazu durch die Preßkraft festzustellen;

einen Meßroboter (14), um das Verschiebungs-Feststellungsmittel (15) zu tragen;

einen Mikroprozessor (23), um resultierende Daten einer Feststellung durch das Kraft-Feststellungsmittel einzugeben, eine Bewegung des Preßroboters (12) beruhend auf den resultierenden Daten einer Feststellung zu steuern und verschiedene mechanische Charakteristiken beruhend auf den festgestellten resultierenden Daten zu berechnen, die von dem Verschiebungs-Feststellungsmittel eingegeben wurden; und

einen Speicher (24), um die verschiedenen mechanischen Charakteristiken, die durch den Mikroprozessor berechnet wurden, zu speichern,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßroboter (14) eingerichtet ist, um das Verschiebungs-Feststellungsmittel (15) zu einer Vielzahl verschiedener Positionen zu bewegen, um den Abstand von dem Objekt (11) vor und nach einem Hinzufügen einer Verschiebung bei jeder Position festzustellen, und dadurch, daß der Mikroprozessor (23) die mechanischen Charakteristiken des aus Kunststoff geformten Gegenstandes unter Verwendung eines Spline-Glättungsverfahrens berechnet.

2. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin der Mikroprozessor (23) ein Verwindungs-Berechnungsmittel (231), Krümmungs-Berechnungsmittel (232), Verschiebungs-Berechnungsmittel (233) und Biegeermüdungs-Testmittel (234) umfaßt.

3. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin der Speicher (24) Formdaten zu der Zeit vor und nach Stattfinden einer Deformation speichert, wie z.B. Verschiebungsverteilungsdaten, Neutralebenen-Daten; Krümmungskomponentendaten, Verwindungsverteilungsdaten und ein Steuerprogramm.

4. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin das Kraft-Feststellungsmittel (13) ein Innenkraftsensor ist.

5. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin das Verschiebungs-Feststellungsmittel (15) ein Laser-Verschiebungs- Meßgerät ist.

6. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin eine Zielposition des Meßroboters (12) durch den Mikroprozessor (23) berechnet wird, indem ein Produkt einer Einheitsschrittgröße und eines Schrittkoeffizienten auf eine Absolutbezugsposition addiert wird, die ein Bewegungsbezug des Meßroboters (14) ist.

7. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 6, worin bei Fehlen einer Bestimmung des Schrittkoeffizienten der Schrittkoeffizient als "1" festgelegt wird und die Zielposition durch eine Summe der Bezugsposition und der Einheitsschrittgröße gegeben ist.

8. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 6, worin die Zielposition durch die Bezugsposition gegeben ist, wenn nur die Bezugsposition bestimmt ist.

9. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 2, worin das Verwindungs-Berechnungsmittel (231) eine Formdifferenz, die vor und nach einer Deformation in dem Objekt (11) auftritt, bei einer Vielzahl von Positionen mißt, eine Verschiebungsverteilung aus der Formdifferenz berechnet, eine Verwindung einer Neutralebene und eine Krümmungskomponente jeweils von dem Objekt gemäß der Verschiebungsverteilung berechnet und eine Verwindungsverteilung aus einer Summe der Neutralebene- Verwindung und der Krümmungskomponente berechnet.

10. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 9, worin das Verwindungs-Berechnungsmittel (231) die Verschiebungsverteilung unter Verwendung eines Spline-Glättungsverfahrens der Ordnung 3 berechnet.

11. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 9, worin die Verschiebungskrümmungsformel-Berechnungseinheit (233e) die Krümmungskomponente durch die Schritte berechnet, daß

ein Meßbereich des Objektes in eine Vielzahl von Bereichen beruhend auf einer vorbestimmten Auswertungsgröße geteilt wird,

ein einen unbestimmten Koeffizienten enthaltendes Abschnittpolynom erhalten wird, welches die Verschiebungsgröße des Objektes in jedem Meßbereich annähert,

eine Auswertungsfunktion erhalten wird, um einen Näherungsgrad auszuwerten, der durch das Abschnittpolynom erzeugt wird,

der unbestimmte Koeffizient beruhend auf einer Randbedingung zwischen der Auswertungsfunktion und einer gemessenen Verschiebungsgröße und zwischen den Bereichen bestimmt wird, und

die Meßbereiche wieder geteilt werden, wenn die Bereiche mittels einer solchen Entscheidungsbildung beruhend auf einer Auswertungsgröße, die aus der Auswertungsfunktion abgeleitet wird, als nicht geeignet beurteilt werden.

12. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 11, worin das Abschnittpolynom eine Splinefunktion ist.

13. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 11, worin eine Summe eines Quadrates einer Differenz zwischen einer aus dem Abschnittpolynom berechneten Verschiebungsgröße und einer Verschiebung in jedem Meßpunkt für die ganzen Meßpunkte erhalten wird.

14. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 2, worin das Verschiebungs-Berechnungsmittel (233) umfaßt,

eine Verschiebungsdaten-Berechnungseinheit (233a), um Verschiebungsdaten aus einem Differenzwert einer Form zu berechnen, die vor und nach einer Deformation in jedem Gitterpunkt gemessen wurde, der auf dem Objekt festgelegt ist,

einen Verschiebungsdatenspeicher (233b), um von der Verschiebungsdaten-Berechnungseinheit erhaltene Verschiebungsdaten in jeden geteilten Bereich zu speichern,

eine Verschiebungskrümmungsformel-Berechnungseinheit (233e), um eine Verschiebungskrümmungsformel zu berechnen, indem die gespeicherten Verschiebungsdaten eingegeben werden, um sie als ein Objekt ohne Kerben zu betrachten,

einen Verschiebungskrümmungsformel-Speicher (233f), um die Verschiebungskrümmungsformel zu speichern, und

eine Verschiebungsgröße-Berechnungseinheit (233g), um eine Verschiebung bei bestimmten Positionen unter Verwendung der gespeicherten Verschiebungskrümmungsformel zu berechnen,

worin bei Vorhandensein der Kerben an dem Objekt das Verschiebungs-Berechnungsmittel Schritte umfaßt, daß

eine Vielzahl von Bereichen geteilt wird, um Meßpunkte in Gitterform auf dem zu messenden Objekt festzulegen,

die Verschiebungsdaten eingegeben werden, die in jedem Abschnittbereich gemessen, berechnet und gespeichert wurden,

die Verschiebungskrümmungsformel erhalten wird, wobei das Objekt als ohne die Kerben betrachtet wird, und

eine Verschiebungsgröße bei bestimmten Meßpunkten aus der Verschiebungskrümmungsformel erhalten wird.

15. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 14, worin eine Verwindung bei bestimmten Positionen durch Ausführen einer partiellen Ableitung zweiter Ordnung der Verschiebungskrümmungsformel berechnet wird.

16. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin ein Meßinstrument vorgesehen ist, um das Objekt zu befestigen, so daß eine Messung für eine mechanische Charakteristik einer Oberfläche verfügbar ist, die zu der Objektoberfläche rückseitig gelegen ist, welche die Preßkraft von dem Preßroboter (12) empfängt.

17. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin die Preßstange mit einem Abstand bei einer Messung nahe einer Preßposition auf dem Objekt versehen ist, so daß das Verschiebungs- Feststellungsmittel die Preßstange nicht berührt.

18. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 1, worin in dem Biegeermüdungstest ein Ende des Objektes (11) durch eine spezifizierte Befestigungsplatte (11a) befestigt ist, eine Haltevorrichtung (16) auf einem Kopf des Kraft-Feststellungsmittels (13) vorgesehen ist, um ein anderes Ende des Objektes (11) in der orthogonalen Richtung zu der Biegerichtung beweglich zu halten, und der Preßroboter (12) eine wechselnde Biegebewegung auf dem Objekt (11) durch die Haltevorrichtung (16) leistet.

19. Ein Robotermeßsystem (10) nach Anspruch 2, worin das Biegeermüdungs-Testmittel (234) umfaßt:

einen Speicher (234a) für einen gemessenen Wert eines ersten Zyklus, um einen gemessenen Wert des ersten Zyklus eines Biegens zu speichern,

einen Speicher (234b) für einen gemessenen Wert eines N. Zyklus, um einen gemessenen Wert des N. Zyklus eines Biegens zu speichern,

eine Berechnungseinheit (234c) für eine Steifigkeit eines ersten Zyklus, um eine Steifigkeit eines ersten Zyklus gemäß Daten des Speichers (234a) für einen gemessenen Wert eines ersten Zyklus zu berechnen und in einem Speicher (234c) für einen Steifigkeitswert eines ersten Zyklus zu speichern,

eine Berechnungseinheit (234d) für eine Steifigkeit eines N. Zyklus, um eine Steifigkeit eines N. Zyklus gemäß Daten des Speichers (234b) für einen gemessenen Wert eines N. Zyklus zu berechnen und in einem Speicher (234d) für einen Steifigkeitswert eines N. Zyklus zu speichern,

eine Ermüdungs-Entscheidungseinheit (234g) mit einem Vergleichsmittel, und um eine Ermüdung zu bestimmen, wenn die Steifigkeit des N. Zyklus nicht mehr als eine vorbestimmte Rate der Steifigkeit des ersten Zyklus beträgt, indem die Daten des Speichers (234a) für einen Steifigkeitswert eines ersten Zyklus mit denen des Speichers (234b) für einen Steifigkeitswert des N. Zyklus verglichen werden,

eine Anweisungseinheit (234h), um das Entscheidungsergebnis zu empfangen und eine End-Anweisung an den Preßroboter (12) auszugeben, um die Messung zu beenden.







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