JP2010054359A - 光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】応力の計測精度を向上させ得る光ファイバセンサを提供する。
【解決手段】光ファイバ３８、４４、５０には、応力の方向を変換する応力方向変換手段としての弾性体５６が装着されている。すなわち、弾性体５６は、光ファイバ３８、４４、５０の長手方向に沿って延在する平坦部５８と、光ファイバ３８に接合された接合部６４ａ、６４ｂと、接合部６４ａ、６４ｂから平坦部５８に橋架された傾斜部６２ａ、６２ｂとを有する。光ファイバ３８、４４、５０の長手方向に対して略直交する方向に剪断応力Ｆが作用すると、平坦部５８が伸張する。これに伴って傾斜部６２ａ、６２ｂが互いに離間するようにさらに傾斜し、その結果、接合部６４ａ、６４ｂ同士が離間して光ファイバ３８、４４、５０ひいてはグレーティング４０、４６、５２が伸張される。伸張されたグレーティング４０、４６、５２においては、隣接する格子同士の間隔が略均等となる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバを有するとともに、該光ファイバにて応力を検出する光ファイバセンサに関する。

例えば、マニピュレータにより物体を把持して所定の作業を遂行する場合、物体に過剰な把持力が付与されると、物体が損傷してしまうおそれがある。一方、物体に十分な把持力が付与されないと、物体がマニピュレータから脱落してしまうおそれがある。

そこで、マニピュレータ等による物体の把持状態を検知することのできるセンサを付設することが試みられている。この種のセンサとして、例えば、特許文献１、２に開示されているように、シート体の内部に埋設した光ファイバのコアに複数個のグレーティング（回折格子）を設けた、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）センサと呼称される光ファイバセンサを使用することが想起される。特許文献１、２に記載されるように、ＦＢＧセンサにおいては、物体から受けた応力に対応してグレーティング部分に歪みが発生したとき、該グレーティングによる反射光の波長が変化する。この現象を利用して歪みが生じたことを検出することができるとともに、物体から応力が付与されたことを検出することが可能となると考えられる。

ところで、特許文献１、２に記載された光ファイバセンサでは、把持する物体の形状や光ファイバに対する接触位置等が異なる場合、グレーティング部分に対する応力の分布状態が異なり、このために正確な応力を検出することが容易ではないという不都合がある。

図２０は、グレーティング１に対し、光ファイバ２の延在方向に対して直交する方向から応力が付与される前後を模式的に示した状態説明図である。グレーティング１に対して応力Ｆが略均等となるように付与されると、隣接する格子同士の間も互いに略均等に延伸する。この場合、図２１に示されるように、反射光の波長が変化するのみである。

しかしながら、把持する物体の形状や把持角度等が異なる場合、グレーティング１に対して応力が不均一に作用することもある。この場合、図２２に示すように、隣接する格子同士の間が不均一に延伸し、その結果、図２３に示すように、格子間間隔の相違に応じて複数個の波長で反射光が出現することになる。

この観点から、特許文献３において提案されているように、光ファイバを固定層中に挿入するとともに前記固定層を弾性シートで挟持してＦＢＧセンサ部を形成する一方、前記ＦＢＧセンサ部の一端面に接着層を介して被測定部を密着させるとともに、他端面に緩衝層を介して押圧板を設ける構成を採用することが想起される。

特開２００２−１３１０２３号公報 特開２００２−７１３２３号公報 特開２００５−１３４１９９号公報

特許文献３に記載された構成を採用してもなお、把持する物体の形状や光ファイバに対する接触位置等が異なる場合、押圧板、ひいてはグレーティング部分に対する応力の分布状態が異なってしまう。このため、応力の正確な大きさを求めること、換言すれば、計測精度を十分に向上させることは容易ではない。

本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、応力の計測精度を向上させ得る光ファイバセンサを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る光ファイバセンサは、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部と、
前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力の方向を前記長手方向と平行方向に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換手段と、
を備えることを特徴とする。

この応力方向変換手段により光ファイバが伸張されると、該光ファイバの内部に形成されたグレーティングが、隣接する格子同士の間隔が略均等となるように伸張される。すなわち、光ファイバが応力方向変換手段との接点を基点として伸張され、このために応力が光ファイバに対して略均等に分散されるからである。

従って、本発明によれば、伸張後のグレーティングにおいて隣接する格子同士の間隔が略均等となる。このため、該グレーティングによる反射光が伸張前後でシフトすることが観察されるようになるので、このシフト結果から、光ファイバに作用した応力を精度よく検出することが可能となる。

なお、応力方向変換手段は、例えば、前記光ファイバの長手方向に対して平行方向に延在する平坦部と、前記平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有するようにして構成することができる。

この場合、前記平坦部が前記応力伝達部に比して高弾性であることが好ましい。これにより平坦部が先ず伸張し、且つこの伸張に伴って応力伝達部が湾曲することなく拡開するようになる。すなわち、光ファイバを伸張させることが容易となるからである。

本発明によれば、光ファイバのグレーティング部分に、前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力の方向を前記長手方向と平行方向に変換する応力方向変換手段を装着しているので、光ファイバには、応力が該光ファイバと応力方向変換手段との接点に分散して作用することになる。

このため、伸張後のグレーティングにおいて隣接する格子同士の間隔が略均等となり、グレーティングによる反射光が伸張前後でシフトすることが観察されるようになる。このシフト結果に基づき、光ファイバに作用した応力を精度よく検出することができる。

図１は、本発明に係る光ファイバセンサが適用されるロボットシステム１０の構成図である。このロボットシステム１０は、物体１２を把持して所定の処理を行うマニピュレータ１４と、マニピュレータ１４のハンド部１６ａ、１６ｂに配設され、物体１２に接触した状態で、ハンド部１６ａ、１６ｂによる物体１２の把持状態を検出する光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂと、光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂを制御し、物体１２の把持状態に係る情報である剪断応力及び垂直応力を取得する光ファイバセンサコントローラ２０と、光ファイバセンサコントローラ２０によって取得した剪断応力及び垂直応力に基づき、マニピュレータ１４を制御するマニピュレータコントローラ２２とを備える。

この場合、物体１２を把持する際に光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂが検出した剪断応力に基づき、ハンド部１６ａ、１６ｂに対する物体１２の滑り状態を検知することができる。また、物体１２を把持する際に光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂが検出した垂直応力に基づき、ハンド部１６ａ、１６ｂによる物体１２の把持力を検知することができる。従って、剪断応力及び垂直応力に従ってハンド部１６ａ、１６ｂを制御することにより、物体１２を脱落させることなく、適切な把持力で把持して所望の位置に移動させる等の作業を遂行することができる。

次に、図２に従い、光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂに用いられるＦＢＧセンサ２４の動作原理について説明する。

ＦＢＧセンサ２４は、光ファイバ２６のコア２８の一部に、紫外線を用いてグレーティング３０Ａ、３０Ｂを形成して構成される。なお、図２では、２つのグレーティング３０Ａ、３０Ｂを有するＦＢＧセンサ２４を例示している。

各グレーティング３０Ａ、３０Ｂの周期をΛ_A、Λ_B、コア２８の有効屈折率をｎ_effとすると、各グレーティング３０Ａ、３０Ｂは、以下の式（１）、式（２）を満たす波長λ_A、λ_B（ブラッグ波長）の光を反射し、その他の波長の光を透過させる。
λ_A＝２ｎ_effΛ_A …（１）
λ_B＝２ｎ_effΛ_B …（２）

従って、図３に示す所定範囲の波長λからなる光を光ファイバ２６のコア２８に入射させると、Λ_A≠Λ_Bとして、入射端側から波長λ_A、λ_Bの反射光が得られる一方、出射端側からその他の波長の光が出力される。

ここで、図４に示すように、グレーティング３０Ａ、３０Ｂ間に、光ファイバ２６の長手方向に沿った矢印Ｘ１方向の剪断応力が加わると、グレーティング３０Ａの周期Λ_Aが短くなる一方、グレーティング３０Ｂの周期Λ_Bが長くなる。従って、図５に示すように、グレーティング３０Ａによって反射される光の波長λ_A ^-は、波長λ_Aよりも短くなる方向にシフトする一方、グレーティング３０Ｂによって反射される光の波長λ_B ⁺は、波長λ_Bよりも長くなる方向にシフトする。

また、図６に示すように、グレーティング３０Ａ、３０Ｂ間に、光ファイバ２６の長手方向に沿った矢印Ｘ２方向の剪断応力が加わると、グレーティング３０Ａの周期Λ_Aが長くなる一方、グレーティング３０Ｂの周期Λ_Bが短くなる。従って、図７に示すように、グレーティング３０Ａによって反射される光の波長λ_A ⁺は、波長λ_Aよりも長くなる方向にシフトする一方、グレーティング３０Ｂによって反射される光の波長λ_B ^-は、波長λ_Bよりも短くなる方向にシフトする。

以上の結果から、隣接する２つのグレーティング３０Ａ、３０Ｂによって反射される光の波長λ_A、λ_Bのシフト方向及びシフト量を検出することにより、剪断応力の向き及び大きさを求めることができる。

光ファイバ２６の長手方向に加わる応力（垂直応力）は、１つのグレーティング３０Ａ又は３０Ｂによって反射される光の波長λ_A又はλ_Bのシフト量を検出することにより、その大きさを求めることができる。

図８は、図２に示すＦＢＧセンサ２４を利用した光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂの分解構成斜視図である。

光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂは、直交３軸座標系のＸ軸方向の剪断応力を検出するＸ方向剪断応力センサ部３２と、Ｙ軸方向の剪断応力を検出するＹ方向剪断応力センサ部３４と、Ｚ軸方向の垂直応力を検出するＺ方向応力センサ部３６とを積層して構成される。

Ｘ方向剪断応力センサ部３２は、光ファイバ３８の長手方向に沿って一定の間隔で形成した多数のグレーティング４０がＸ軸方向に配列されるように、１本の光ファイバ３８を配置し、この光ファイバ３８を、プラスチックや樹脂等の可撓性を有する感圧部材４２にモールドしたシート体として形成される。なお、各グレーティング４０の周期（図２の周期Λ_A、Λ_B参照）は、全て異なるものとする。

Ｙ方向剪断応力センサ部３４は、光ファイバ４４の長手方向に沿って一定の間隔で形成した多数のグレーティング４６がＹ軸方向に配列されるように、１本の光ファイバ４４を配置し、この光ファイバ４４を、プラスチックや樹脂等の可撓性を有する感圧部材４８にモールドしたシート体として形成される。なお、各グレーティング４６の周期（図２の周期Λ_A、Λ_B参照）は、全て異なるものとする。

Ｚ方向応力センサ部３６は、光ファイバ５０の長手方向に沿って一定の間隔で形成した多数のグレーティング５２がＺ軸方向に配列されるように、１本の光ファイバ５０を配置し、この光ファイバ５０を、プラスチックや樹脂等の可撓性を有する感圧部材５４にモールドしたシート体として形成される。なお、各グレーティング５２の周期（図２の周期Λ_A、Λ_B参照）は、全て異なるものとする。

光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂは、可撓性を有するシート体から形成することにより、任意の形状からなるハンド部１６ａ、１６ｂの表面に装着して使用することができる。

なお、Ｘ方向剪断応力センサ部３２、Ｙ方向剪断応力センサ部３４及びＺ方向応力センサ部３６は、それぞれ連続する１本の光ファイバ３８、４４及び５０で構成しているが、複数の光ファイバに分割して構成してもよい。

以上の構成において、光ファイバ３８、４４、５０の各々には、応力方向変換手段としての弾性体５６がグレーティング４０、４６、５２を跨ぐようにして装着されている。

光ファイバ３８を例示した図９に示すように、弾性体５６は、光ファイバ３８の長手方向に対して平行に延在する平坦部５８と、該平坦部５８からグレーティング４０の各端部に橋架された応力伝達部６０とを有する。本実施の形態において、応力伝達部６０は、平坦部５８に連なるとともに光ファイバ３８に向かって傾斜した傾斜部６２ａ、６２ｂと、該傾斜部６２ａ、６２ｂに連なるとともに光ファイバ３８を囲繞した接合部６４ａ、６４ｂとからなる。この場合、傾斜部６２ａ、６２ｂと接合部６４ａ、６４ｂとがなす角度θ１、θ２は互いに等しく設定されている。

弾性体５６の材質は、弾性変形が可能なものであれば特に限定されるものではないが、ゴムや樹脂を好適な例として挙げることができる。なお、液晶ポリマーや炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等であってもよい。さらに、平坦部５８、傾斜部６２ａ、６２ｂ及び接合部６４ａ、６４ｂの中で平坦部５８の弾性率を最も高く設定することが好ましい。

勿論、残余の光ファイバ４４、５０に設けられた弾性体５６も同様に構成されている。

図１０は、以上のように構成される光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂを用いたロボットシステム１０の構成ブロック図である。

光源６８から出力された光は、ビーム切替器７０により時分割で選択されたハーフミラー７２ａ〜７２ｃの１つを介して、光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂを構成するＸ方向剪断応力センサ部３２、Ｙ方向剪断応力センサ部３４又はＺ方向応力センサ部３６に供給される。

Ｘ方向剪断応力センサ部３２、Ｙ方向剪断応力センサ部３４又はＺ方向応力センサ部３６の光ファイバ３８、４４又は５０（図８）の一端部から入射した光は、一部の光がグレーティング４０、４６又は５２により反射される一方、残りの光がグレーティング４０、４６又は５２を透過した後、透過光終端器７４ａ〜７４ｃに導かれる。

グレーティング４０、４６又は５２により反射された光は、ハーフミラー７２ａ〜７２ｃを介して光ファイバセンサコントローラ２０の反射光検出器７６に導かれ、電気信号に変換される。なお、反射光検出器７６は、入射した光を波長毎に分光して検出する分光器により構成される。Ｘ方向剪断応力センサ部３２及びＹ方向剪断応力センサ部３４からの光に係る電気信号は、剪断応力算出部７８に供給される。また、Ｚ方向応力センサ部３６からの光に係る電気信号は、垂直応力算出部８０に供給される。

剪断応力算出部７８は、Ｘ方向剪断応力センサ部３２の各グレーティング４０によって反射された光の波長毎の電気信号に基づき、図５及び図７に示すように、隣り合うグレーティング４０から得られた反射光の波長のＸ方向に対するシフト量及びシフト方向に従い、その部分に生じた剪断応力の大きさ及び向きを算出する。同様に、剪断応力算出部７８は、Ｙ方向剪断応力センサ部３４からの反射光の波長のＹ方向に対するシフト量及びシフト方向に従い、その部分に生じた剪断応力の大きさ及び向きを算出する。そして、これらから、Ｘ−Ｙ平面における物体１２の滑り状態を検出することができる。

なお、グレーティング４０、４６は、Ｘ−Ｙ平面内においてマトリックス状に配設されているため、各グレーティング４０、４６によって検出された滑り状態と、各グレーティング４０、４６の位置情報とに基づき、Ｘ−Ｙ平面における滑り状態の分布を求めることができる。

垂直応力算出部８０は、Ｚ方向応力センサ部３６の各グレーティング５２によって反射された光の波長毎の電気信号に基づき、各グレーティング５２から得られた反射光の波長のシフト量に従い、その部分に生じた垂直応力の大きさを算出する。この垂直応力から、Ｚ方向に対する物体１２の把持力を検出することができる。なお、グレーティング５２は、Ｘ−Ｙ平面内においてマトリックス状に配設されているため、Ｘ−Ｙ平面における把持力の分布を求めることができる。

ここで、光ファイバ３８、４４においては、図１１に示すように、剪断応力が先ず弾性体５６の平坦部５８に作用する。これにより、平坦部５８が伸張する。

上記したように、この場合、傾斜部６２ａ、６２ｂ及び接合部６４ａ、６４ｂが平坦部５８に比して低弾性に設定されている。このため、傾斜部６２ａ、６２ｂは、湾曲することなく平坦部５８との境界を支点として互いに離間するように傾斜し、これに伴って平坦部５８と傾斜部６２ａ、６２ｂがなす角度が大きくなる。換言すれば、傾斜部６２ａ、６２ｂが拡開し、その結果、接合部６４ａ、６４ｂ同士が離間するように変位するとともに、傾斜部６２ａ、６２ｂと接合部６４ａ、６４ｂがなす角度が小さくなる。

接合部６４ａ、６４ｂ同士の離間に伴い、光ファイバ３８、４４が伸張する。その結果、グレーティング４０、４６における格子同士の間隔も伸張する。このようにして伸張した格子同士の間隔は、互いに略均等である。接合部６４ａ、６４ｂ同士が離間することに伴って光ファイバ３８、４４が接合部６４ａ、６４ｂの双方によって伸張されるからである。

このように、弾性体５６は、剪断応力が作用する方向を、光ファイバ３８、４４の長手方向に対して略直交する方向から平行方向に変換する作用を営む。

図１３に示すように、剪断応力をＦ、傾斜部６２ａ、６２ｂの各々に作用する応力をＦ１、Ｆ２、接合部６４ａ、６４ｂの各々に作用する応力をＦ３、Ｆ４とすると、グレーティング４０、４６を伸張する力はＦ３、Ｆ４である。剪断応力Ｆの作用する方向と傾斜部６２ａ、６２ｂとのなす角度をαとすると、次の式（３）が成立する。
Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆｃｏｓα …（３）

Ｆ２と光ファイバ３８、４４の長手方向とがなす角度は９０°−αであるから、光ファイバ３８、４４と接合部６４ａ、６４ｂに作用する力Ｆ４は、以下の式（４）によって求められる。
Ｆ３＝Ｆ４＝Ｆ２ｃｏｓ（９０−α）
＝Ｆ２ｓｉｎα
＝Ｆｃｏｓαｓｉｎα …（４）

この場合、傾斜部６２ａと接合部６４ａのなす角度θ１と、傾斜部６２ｂと接合部６４ｂのなす角度θ２とが等しいので、Ｆ１＝Ｆ２、Ｆ３＝Ｆ４となる。従って、光ファイバ３８、４４の弾性定数をＥ、歪みをεとすると、以下の式（５）が成立する。
ε＝（２／Ｅ）Ｆｃｏｓαｓｉｎα …（５）

グレーティング４０、４６における格子数をＮ、格子間隔をΔとすると、ΔとＮとの間には次の関係式（６）が成り立つ。
Δ＝ε／（Ｎ−１） …（６）

式（６）に式（５）を代入すれば、以下の式（７）が得られる。
Δ＝２Ｆｃｏｓαｓｉｎα／［Ｅ×（Ｎ−１）］ …（７）

従って、波長のシフト量λは以下の式（８）によって求めることができる。
λ＝２×ｎ_eff×Δ
＝４×ｎ_eff×Ｆｃｏｓαｓｉｎα／［Ｅ×（Ｎ−１）］ …（８）

すなわち、剪断応力Ｆに対してピーク波形が一義的に決定される。

この現象は、剪断応力が平坦部５８の長手方向中腹部から外れた場合、例えば、図１２に示すように、傾斜部６２ｂに近接する端部に作用したときも同様に起こる。すなわち、この部位に剪断応力が作用すると、平坦部５８が傾斜部６２ａ側に向かって伸張する。これに追従して傾斜部６２ａ、６２ｂ同士が互いに離間するようにさらに傾斜し、この傾斜に伴って、接合部６４ａ、６４ｂ同士が互いに離間するように変位する。これにより光ファイバ３８、４４が伸張し、グレーティング４０、４６における格子同士の間隔も伸張する。勿論、この場合においても、図１２に示すように、伸張後の格子同士の間隔は互いに略均等となる。

図示しないが、平坦部５８における傾斜部６２ａに近接する端部に剪断応力が作用したときも同様である。

このようにして格子同士の間隔が互いに略均等となるようにグレーティング４０、４６が伸張する結果、複数個の波長で反射光が出現する（図２３参照）ことが回避され、図２１に示されるように、グレーティング４０、４６の伸張前に対して波長が異なる反射光が得られる。

なお、傾斜部６２ａと接合部６４ａのなす角度θ１と、傾斜部６２ｂと接合部６４ｂのなす角度θ２とが異なる場合、以下のように計算を行えばよい。

剪断応力Ｆの作用する方向と傾斜部６２ａ、６２ｂの各々とのなす角度をα、β、傾斜部６２ａ、６２ｂ側の歪みをε１、ε２とすると、次の式（９）、（１０）が成立する。
ε１＝Ｆ３／Ｅ
＝Ｆｃｏｓαｓｉｎα／Ｅ …（９）
ε２＝Ｆ４／Ｅ
＝Ｆｃｏｓβｓｉｎβ／Ｅ …（１０）

この場合、歪みの総和εはε１＋ε２と等しくなるのであるから、次の式（１１）が成立する。
ε＝ε１＋ε２
＝（Ｆｃｏｓαｓｉｎα＋Ｆｃｏｓβｓｉｎβ）／Ｅ …（１１）

以下、上記の式（６）に式（１１）を代入すれば、以下の式（１２）が得られる。
Δ＝（Ｆｃｏｓαｓｉｎα＋Ｆｃｏｓβｓｉｎβ）／［Ｅ×（Ｎ−１）］ …（１２）

従って、波長のシフト量λは以下の式（１３）によって求められる。
λ＝２×ｎ_eff×Δ
＝２×ｎ_eff×（Ｆｃｏｓαｓｉｎα＋Ｆｃｏｓβｓｉｎβ）／［Ｅ×（Ｎ−１）］ …（１３）

勿論、垂直応力が光ファイバ５０に作用したときにおいても同様に、以上の動作が営まれる。そして、上記の式（４）〜（１３）に準じた式により、垂直応力に応じたピーク波形が得られる。

このように、本実施の形態によれば、グレーティング４０、４６、５２が伸張した際、隣接する格子同士の間隔が略均等となり、シフトする波長が応力に応じて一義的に決定される。このため、応力の計測精度が向上する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、図１４に示すように、隣接する弾性体５６の接合部６４ａ、６４ｂ同士が連なっていてもよい。また、図１５に示すように、弾性体５６（応力方向変換手段）は、光ファイバ３８、４４、５０を上面及び下面の双方から囲繞する構成であってもよい。勿論、この場合においても、図１６に示すように、隣接する弾性体５６の接合部６４ａ、６４ｂ同士を連ならせてもよい。

さらに、図１７に示すように、弾性体５６を光ファイバ３８、４４、５０の上面又は下面のいずれか一方に配置したり、隣接する弾性体５６の接合部６４ａ、６４ｂ同士を連ならせたりするようにしてもよい。

さらにまた、図１８及び図１９に示すように、隣接する弾性体５６の平坦部５８同士を連ならせるようにしてもよい。

そして、図１０に示すロボットシステム１０において、光源６８から出力された光をビーム切替器７０により時分割して光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂに供給する代わりに、光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂを構成するＸ方向剪断応力センサ部３２、Ｙ方向剪断応力センサ部３４及びＺ方向応力センサ部３６に対して、独立した３つの光源からそれぞれ光を供給する一方、Ｘ方向剪断応力センサ部３２、Ｙ方向剪断応力センサ部３４及びＺ方向応力センサ部３６からの反射光を、独立した３つの反射光検出器によって検出するように構成してもよい。このように構成することにより、物体１２から受ける剪断応力及び垂直応力を同時に検出することができる。

また、光ファイバセンサ１８ａ、１８ｂは、ハンド部１６ａ、１６ｂによる物体１２の把持状態の検出に限らず、例えば、物体の表面状態の検出にも適用することができる。

本発明の光ファイバセンサが適用されるロボットシステムの構成図である。 ＦＢＧセンサの動作原理説明図である。 ＦＢＧセンサに入射する光の波長と、グレーティングによって反射される光の波長との関係説明図である。 ＦＢＧセンサによる剪断応力の検出原理の説明図である。 図４に示す状態のＦＢＧセンサに入射する光の波長と、グレーティングによって反射される光の波長との関係説明図である。 ＦＢＧセンサによる剪断応力の検出原理の説明図である。 図６に示す状態のＦＢＧセンサに入射する光の波長と、グレーティングによって反射される光の波長との関係説明図である。 本実施の形態に係る光ファイバセンサの分解構成斜視図である。 ２個の弾性体の概略全体斜視図である。 本実施の形態に係る光ファイバセンサを用いたロボットシステムの構成ブロック図である。 平坦部の長手方向略中腹部に応力が作用する前後での弾性体の形状変化を模式的に示す平面説明図である。 平坦部における傾斜部近傍の端部に応力が作用する前後での弾性体の形状変化を模式的に示す平面説明図である。 平坦部、傾斜部及び接合部に作用する応力の関係を模式的に示した平面説明図である。 別形状の弾性体の概略全体斜視図である。 また別形状の弾性体の概略全体斜視図である。 さらにまた別形状の弾性体の概略全体斜視図である。 さらにまた別形状の弾性体の概略全体斜視図である。 さらにまた別形状の弾性体の概略全体斜視図である。 さらにまた別形状の弾性体の概略全体斜視図である。 光ファイバの延在方向に対して直交する方向から応力が付与される前後でのグレーティングの状態を模式的に示した状態説明図である。 図２０の場合における反射光の波長の変化を示す模式的説明図である。 光ファイバの延在方向に対して直交する方向から応力が付与される前後でのグレーティングの状態を模式的に示した状態説明図である。 図２１の場合における反射光の波長の変化を示す模式的説明図である。

符号の説明

１０…ロボットシステム １２…物体
１４…マニピュレータ １６ａ、１６ｂ…ハンド部
１８ａ、１８ｂ…光ファイバセンサ ２０…光ファイバセンサコントローラ
２２…マニピュレータコントローラ ２４…ＦＢＧセンサ
２６、３８、４４、５０…光ファイバ
３０Ａ、３０Ｂ、４０、４６、５２…グレーティング
３２…Ｘ方向剪断応力センサ部 ３４…Ｙ方向剪断応力センサ部
３６…Ｚ方向応力センサ部 ４２、４８、５４…感圧部材
５６…弾性体 ５８…平坦部
６０…応力伝達部 ６２ａ、６２ｂ…傾斜部
６４ａ、６４ｂ…接合部 ６８…光源
７０…ビーム切替器 ７２ａ〜７２ｃ…ハーフミラー
７４ａ〜７４ｃ…透過光終端器 ７６…反射光検出器
７８…剪断応力算出部 ８０…垂直応力算出部

Claims (3)

1. 特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部と、
   前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力の方向を前記長手方向と平行方向に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換手段と、
   を備えることを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 請求項１記載の光ファイバセンサにおいて、前記応力方向変換手段は、前記光ファイバの長手方向に対して平行方向に延在する平坦部と、前記平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有することを特徴とする光ファイバセンサ。
3. 請求項２記載の光ファイバセンサにおいて、前記平坦部が前記応力伝達部に比して高弾性であることを特徴とする光ファイバセンサ。

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