載荷檢測裝置及具備該載荷檢測裝置的作業(yè)機械的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及具備銷式測力傳感器（load cell)的載荷檢測裝置、及具備該載荷檢 測裝置的作業(yè)機械。
【背景技術(shù)】
[0002] 對構(gòu)成機械的各機械部件所受到的載荷進行檢測，在對機械的狀態(tài)進行掌握及對 機械的驅(qū)動進行控制方面是重要的。以往，作為對作用于組合為連桿狀的機構(gòu)部件的連結(jié) 銷的載荷進行檢測的載荷檢測裝置，已知有使用機構(gòu)部件的連結(jié)銷本身具備載荷檢測功能 的銷式測力傳感器的載荷檢測裝置。銷式測力傳感器插入機構(gòu)部件的連結(jié)部，對作用于該 連結(jié)部的載荷進行檢測。
[0003] 在液壓挖掘機等的作業(yè)機械中，為了掌握作業(yè)量和確保穩(wěn)定性，必須對作用于附 屬裝置部的負荷進行測量。專利文獻1中提出有如下方案，即，作為適合于這種作業(yè)機械的 銷式測力傳感器，具備：銷孔，其設置于銷的軸向上；及2個應變傳感器，它們位于上述銷孔 的壁面或者銷的外周的同一周上，且在相互正交的2個面上分別各安裝1個，將銷孔的直徑 /銷的外徑的值設為〇. 2以下。專利文獻1中記載的銷式測力傳感器通過限制銷孔的直徑 而防止由載荷引起的銷的截面形狀的變形，因此，即使載荷的作用方向發(fā)生變化，也能夠高 精度地進行作用于銷的載荷的測定。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2010-159548號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 然而，專利文獻1中記載的銷式測力傳感器存在如下問題，即，由于將銷的孔徑設 為銷的外徑的〇. 2以下，因此，對于銷的外徑小、且將應變傳感器安裝于銷孔內(nèi)的銷式測力 傳感器而言，難以在銷孔內(nèi)充分確保應變傳感器的接合面，測量精度受到銷的尺寸的制約。 [0008] 本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于，提供無論銷的尺寸如何都能 夠高精度地對作用方向發(fā)生變化的載荷的大小及方向進行檢測的載荷檢測裝置，及具備該 載荷檢測裝置、且能夠安全且高效地進行作業(yè)的作業(yè)機械。
[0009] 為了解決上述課題，本發(fā)明涉及一種載荷檢測裝置，該載荷檢測裝置具備：銷式測 力傳感器；及載荷計算部，其根據(jù)上述銷式測力傳感器的檢測信號的輸出而對作用于上述 銷式測力傳感器的載荷進行計算，上述載荷檢測裝置的特征在于，上述銷式測力傳感器具 備：銷主體，其在軸向上設置有銷孔；及3對以上或者3個以上的應變檢測部，它們配置于 上述銷主體的周向上，上述載荷計算部具備：選擇部，其從上述3對以上或者3個以上的應 變檢測部中選擇上述銷主體的截面形狀變化的影響小的應變檢測部；及計算部，其基于通 過上述選擇部選擇的應變檢測部的檢測信號的輸出，而對作用于上述銷主體的載荷進行計 算。
[0010] 當受到剪切載荷時，具有銷孔的銷的截面形狀以關于載荷的作用方向上下非對稱 的方式進行變形。另外，作用方向伴隨著作業(yè)的進行而時時刻刻都在變化的載荷，作用于將 作業(yè)機械的斗桿與附屬裝置連結(jié)起來的轉(zhuǎn)動軸（銷）。因此，如現(xiàn)有例所涉及的銷式測力傳 感器那樣，當使用在相互正交的2個面上分別安裝有1個應變傳感器的銷式測力傳感器而 欲對作用于作業(yè)機械的斗桿與附屬裝置的連結(jié)部的載荷進行檢測時，由銷的截面形狀的變 形引起的應變量根據(jù)載荷的作用方向而與銷式測力傳感器的檢測信號重疊，無法檢測出正 確的載荷。與此相對，當在銷（銷主體）的周向上具備3對以上或者3個以上的應變檢測 部時，當對載荷進行檢測時，適當?shù)剡x擇銷的截面形狀的變形的影響小的應變檢測部，能夠 對作用于銷的載荷進行計算，因此，即使在因受到載荷而使得具有銷孔的銷的截面形狀以 上下非對稱的方式進行變形的情況下，也能夠正確地對作用于銷的載荷進行檢測。因此，無 需限制銷孔的尺寸，也能夠?qū)︿N尺寸不同的廣泛的部位的載荷進行檢測。
[0011] 另外，本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的載荷檢測裝置的特征在于，上述應變檢測部對安裝部 位的剪切應變進行檢測。
[0012] 銷式測力傳感器用于對作用于連桿部件的連結(jié)部的載荷的檢測，剪切力作用于連 桿部件的連結(jié)部。因此，作為應變檢測部而采用對安裝部位處的剪切應變進行檢測的部件， 由此能夠精度良好地對作用于連桿部件的連結(jié)部的載荷進行檢測。
[0013] 另外，本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的載荷檢測裝置的特征在于，上述3對以上的應變檢測 部分別將隔著上述銷主體的軸心而配置于相對的位置的2個應變傳感器作為1對。
[0014] 當將在隔著銷主體的軸心而相對的位置配置的2個應變傳感器作為1對而構(gòu)成應 變檢測部時，通過獲得這2個應變傳感器的檢測信號輸出之差而能夠消除作用于銷主體的 彎矩的影響，因此，能夠正確地對作用于銷主體的剪切力進行檢測。
[0015] 另外，本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的載荷檢測裝置的特征在于，相對于在上述3對以上或 者3個以上的應變傳感器中、相對于特定的1對或者1個應變檢測部的設定位置，在離開 90°以上的部位設置其它的至少1對或者1個應變檢測部的設定位置。
[0016] 當不使3對以上或者3個以上的應變檢測部集中于銷周向上的1個象限，而是在 相對于特定的1對或者1個應變檢測部的設定位置離開90°以上的部位設定其它至少1對 或者1個應變檢測部時，即使在無論從任何方向作用有載荷的情況，也能夠選擇銷的截面 形狀的變形的影響小、具有足夠的輸出的應變檢測部，能夠更高精度地對載荷進行檢測。
[0017] 另外，本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的載荷檢測裝置的特征在于，上述載荷計算部從上述3 對以上或者3個以上的應變檢測部中選擇載荷計算值最小的2對或者2個應變檢測部的 組，并根據(jù)該選擇的2對或者2個應變檢測部的檢測信號輸出，而對作用于上述銷主體的X 軸方向及與該X軸方向正交的y軸方向的載荷進行計算。
[0018] 在使用利用特定的1對或者1個應變檢測部的設定位置及與該設定位置正交的設 定位置的載荷的應變傳感器校正結(jié)果的情況下，因銷主體的上下非對稱的變形而引起的載 荷檢測值始終在正向上出現(xiàn)。因此，選擇載荷計算值最小的2對或者2個應變檢測部的組 而對載荷進行計算，從而能夠使因銷主體的截面傾斜方向的變化而引起的檢測誤差最小。
[0019] 另外，本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的載荷檢測裝置的特征在于，上述載荷計算部使用載荷 作用方向信息，從上述3對以上或者3個以上的應變檢測部中選擇上述銷主體的截面形狀 變化的影響小的應變檢測部，并根據(jù)選擇出的應變檢測部的輸出而對載荷進行計算。
[0020] 若使用載荷的作用方向則能夠?qū)С龈鲬儥z測部與載荷作用方向之間的關系，進 而判定銷主體的截面形狀變化的影響小的應變檢測部，因此，通過選擇該應變檢測部，能夠 進行銷主體的截面形狀變化的影響小的載荷計算。
[0021] 另外，本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的載荷檢測裝置的特征在于，上述載荷計算部選擇上述 載荷的作用方向與上述應變檢測部所成的角度距45°、135°、225°、315°差距最大的2 對或者2個應變檢測部，并基于該選擇的2對或者2個應變檢測部的檢測信號輸出而對作 用于上述銷主體的載荷進行計算。
[0022] 銷主體的截面形狀變化的影響在載荷的作用方向與應變檢測部所成的角度為 45°、135°、225°、315°時最大。因此，選擇載荷的作用方向與應變檢測部所成的角度距 45°、135°、225°、315°差距最大的2對或者2個應變檢測部，并對作用于銷主體的載荷 進行計算，由此能夠進行高精度的載荷檢測。
[0023] 另外，本發(fā)明還涉及一種作業(yè)機械，其特征在于，使用技術(shù)方案1至技術(shù)方案7中 任一方案記載的銷式測力傳感器而結(jié)合機構(gòu)部件的連結(jié)部。
[0024] 大小及方向伴隨著作業(yè)的進行而時時刻刻都在變化的載荷作用于構(gòu)成作業(yè)機械 的機構(gòu)部件的連結(jié)部。如上所述，即使在因受到這種載荷而使得銷主體的截面形狀發(fā)生變 化的情況下，技術(shù)方案1至技術(shù)方案7中任一方案所記載的銷式測力傳感器也能夠高精度 地進行載荷檢測，因此，能夠提高作業(yè)的安全性，且能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的高效化。
[0025] 另外，本發(fā)明的所述結(jié)構(gòu)的作業(yè)機械的特征在于，具備：下部行駛體；上部作業(yè) 體，其安裝于上述行駛體的上部；作業(yè)裝置，其轉(zhuǎn)動自如地安裝于上述上部作業(yè)體；附屬裝 置，其經(jīng)由轉(zhuǎn)動軸而安裝于上述作業(yè)裝置的前端；姿勢檢測部，其對作業(yè)機械的姿勢進行檢 測；運算裝置，其對作用于上述附屬裝置的載荷進行運算；及顯示裝置，其顯示作用于上述 附屬裝置的載荷，使用上述銷式測力傳感器而連結(jié)上述作業(yè)裝置與附屬裝置的連結(jié)部，上 述運算部基于上述姿勢檢測部及上述銷式測力傳感器的輸出而對施加于上述附屬裝置部 的載荷進行計算，上述顯示裝置基于上述運算裝置的輸出結(jié)果而顯示載荷的大小及方向。
[0026] 當使用銷式測力傳感器而連結(jié)作業(yè)裝置與附屬裝置的連結(jié)部時，對于例如液壓挖 掘機等的具備附屬裝置的作業(yè)機械而言，無論載荷作用方向的變化如何，都能夠高精度地 對作用于作業(yè)裝置與附屬裝置的連結(jié)部的載荷進行檢測。另外，運算部