专利名称：用于检测和显示凸凹情况的装置及方法
技术领域：
本发明涉及凸凹放大器及用它探测凸凹情况的方法，该放大器用于探测诸如钢板表面那样的物体的凸凹情况。而且，本发明还涉及形变检测装置及用它探测凸凹情况的方法，该形变检测装置用作感测器，用于探测物体的特性，如凸凹情况及作用于其上的应力。
而且，本发明涉及用于显示探测到的凸凹情况所在位置的凸凹位置显示器件及凸凹情况位置显示方法。
背景技术：
下面将对凸凹放大器及用其探测凸凹情况的方法、形变检测装置及用其探测凸凹情况的方法和凸凹情况位置显示器及凸凹情况位置显示方法的背景技术予以说明。
1、凸凹放大器及用其探测凸凹情况的方法在触觉替代物及人造实物领域，已经对人的人工触觉作了很多研究。例如，已研制了触觉显示装置，在其两侧设置有检测部分与显示部分。一种能读出印刷品的光学传感器和接触式传感器作为检测部分。对于显示部分而言，采用了通过电刺激触觉受体来显示人工触觉的方法。因此，这一触觉显示装置能显示使用者本人感觉不到的接触东西的感觉。
但检测部分与显示部分的分辨力和灵敏度是不够的。而且，应用复杂的机电一体化技术的触觉显示装置有可能因结构复杂而引起故障，因而需要花很多时间和人力去维修。此外，检测部分和显示部分难以缩小尺寸。
美国专利No.4657021及4793354公开了易于检测或感测物体的凸凹情况的装置。该检测装置是-触觉增强垫，它由两块弹性膜片组成，在两块膜片中间有少量润滑油密封在其中。使用触觉增强垫时，一块膜片接触并搁置在受体表面，另一块膜片与手指接触，与手指一起运动。
结果，润滑油的运动降低了受体与指尖间摩擦的影响，从而使物体的凸凹情况能被指尖平滑运动清楚地探测到。此触觉增强垫已投放市场，其名称是“BSE(乳腺自检)垫”，其被FDA(美国食品药品管理局)批准作为乳腺癌的自检辅助工具。
一般地说，当物体表面与指尖之间插入某种中间材料时，手指的触觉可能变迟钝。该触觉增强垫不用复杂的机电技术就能清楚地探测到物体的凸凹情况。但它难以探测细小的凸凹情况，因而用作广泛探测物体凸凹情况的工具是不切实际的。此外，虽然它结构简单，润滑油密封在两块膜片之间，但是担心润滑油因膜片破损而泄漏。
在许多领域中，探测物体凸凹情况的技术都需要。在凸凹情况探测方法中，受体(物体表面)用接触一个例如应答式传感器(接触式)或用图象处理(非接触式)方法来检测。但是，前一种不适合物体的大面积检查。后一种因物体表面有上光剂及污斑而使探测结果数据离散。此外，这二种都需要昂贵的设备且调试时间较长。
因此，在实际的钢板制造过程的应变检查中，例如汽车制造过程中的应变检查中，技术工人用手检测凸凹情况。但技术等级差别会得出不同的检测结果。此外，工人们需要长时间才能学到检测凸凹情况的技巧。为此，需要一种检测凸凹情况便宜而又方便的方法。
2、形变检测装置及用其探测凸凹情况的方法目前有许多社会问题，如极低的出生率，老龄化及医保问题。未来支持福利救济服务和基础设施建设的人数可能会变得短缺。为此，运动和反应与人一样的人型机器人(人形机)在社会中是需要的。为了不伤害人，人型机器人需要用软材料制造的人造皮覆盖。此外，人造皮需要具有与人的皮肤一样的触觉功能，例如与物体和物体的特性接触的感觉功能。
为了实现此功能，已研制了人造皮肤，将诸如应变计或PVDF(聚偏氟乙烯)传感器那样的应变感测元件嵌入诸如橡胶那样的柔性材料中，并已获得应用。但由于它的弹性及柔顺性较差，置于柔性材料中的该应变感测元件可能因应力集中而破碎。应变感测元件及柔性材料可能剥落，或柔性材料开裂。此外，应变计或PVDF传感器有其检测范围，难以将其与柔性材料结合使用。
众所周知，触觉感测膜片应用了一种压敏橡胶，其能感觉到作用的法向应力。但它不能感测到作用在切向的应力(剪应力)。
例如，日本未审查专利公告H05-5397公开了一种盾构掘进机的外力测量设备，它包括载荷检测部分和压力接受板。载荷检测部分的一端被固定到凸面部分的底板上，在载荷检测部分上贴上应变计。压力接受板被安装在载荷检测部分的另一端处。
在该外力测量设备中，压力接受板所接受的外力被传递给载荷检测部分的应变计上供测量。但是，若载荷检测部分的两端均被固定，则有可能因载荷检测部分变形较大而使应变计破裂。为此，将H05-5397的结构应用于柔性材料并不能克服应变计的断裂。载荷检测部分较大的变形可能超出应变计的检测范围。
3、凸凹情况位置显示器及凸凹情况位置显示方法如上所述，在实际制造过程中，技术工人检测表面上的凸凹情况时，需要一种检测凸凹情况及找到凸凹情况位置的简便方法。
就显示借助于几个传感器而检测物体的表面信息，如钢板表面上看不见凸凹情况的结果而言，通常显示的是由检测元件所检测到的表面信息的图象处理过的结果(参看日本未审查专利公告2001-153811)。
但为了显示由检测元件所测得的表面信息所在的测定位置，这个检测元件测得的位置需要借助于磁性传感器、被动式连接系统、CCD摄象机等来测量。因此，检测装置变得较大，需要大的安装空间，且难以运输。
如不用显象法，可以采用发声来显示预定条件下传感器测得的信息，但当物体的表面随着时间推移而作广泛探测时，难以找出发声时的探测的位置。
发明内容
1、凸凹放大器及用它探测凸凹情况的方法考虑到上述情况，本发明旨在提供凸凹放大器，其结构简单，且能够通过将物体凸凹情况感放大来显示凸凹情况。它还提供使用该凸凹放大器检测物体的凸凹情况的凸凹情况检测方法。
本发明的凸凹放大器通过将物体凸凹情况感放大来显示凸凹情况。凸凹放大器包括感测元件和显示元件，感测元件是一挠性膜片，其能与物体表面接触且贴着物体表面变形，而显示元件形成在该挠性膜片的表面上，且在与挠性膜片的厚度垂直的至少一个方向上，其抗变形力小于挠性膜片的抗变形力。
按照这种结构，该凸凹放大器由其显示元件将膜片传感的物体凸凹情况的情况正确放大来显示凸凹情况。由于并未采用复杂的机电技术，因而该凸凹放大器结构简单，其只包括感测元件和显示元件，因而难以发生断裂或破损，成本也低。
显示元件优选地包括多个互相间隔开且形成在挠性膜片表面上的凸起。按照这种结构，显示元件通过有效地放大凸凹情况的读出数据而显示凸凹情况。凸起最好是平行的片状物，或是按预定间隔排列的圆柱体。凸起沿与挠性膜片厚度方向正交的方向的抗变形力优选地小于该挠性膜片的抗变形力。
用于检测物体的凸凹情况的本发明的凸凹情况检测方法，包括应用凸凹放大器的工艺，该凸凹放大器包括感测元件和显示元件，感测元件是一挠性膜片，而显示元件形成在该挠性膜片的表面上，且其沿与该挠性膜片厚度方向正交的至少一个方向上的抗变形力小于挠性膜片的抗变形力。
该工艺包括接触步骤和检测步骤，在接触步骤中，感测元件与物体表面接触，且感测元件的挠性膜片沿物体表面发生变形，而在检测步骤中，通过对显示元件在接触步骤中产生的形变进行检测，而能探测到凸凹情况。
根据这一凸凹情况探测方法，在接触步骤和探测步骤中，通过对凸凹情况感进行放大而能容易探测到凸凹情况。因为显示元件的形变是在探测元件沿物体表面发生形变的情况下探测到的，所以可正确显示凸凹情况的放大信息。
在凸凹情况探测方法的工艺中，接触步骤是将挠性膜片按压在到物体表面上，且挠性膜片沿物体表面发生变形的过程，其中物体表面包括具有挠性的表面部分和被该表面部分覆盖的、具有凸凹情况的凸凹部分。而探测步骤是探测凸凹部分的凸凹情况。包括具有挠性的表面部分和具有被表面部分包括的具有凸凹情况的凸凹部分以及其表面上有凸凹情况的物体，对它们的探测是将挠性膜片紧贴在物体表面上且使该挠性膜片在接触步骤中沿物体表面发生变形。
与物体表面接触的凸凹放大器最好在接触步骤中作滑动，从而得出随时间变化的显示元件的形变值，而随时间变化的显示元件形变值的变化优选地在探测步骤中靠触觉来感受。根据上述工艺，由于显示元件的形变可由触觉所觉察到，因此检验人员能敏锐地识别凸凹情况。
2、形变检测装置及应用它探测凸凹情况的方法考虑到上述背景技术的情况，本发明旨在提供这样的形变检测装置，其结构简单且形变较大时也能防止断裂。本发明还提供一种凸凹情况探测方法，它应用形变检测装置来探测物体的凸凹情况。
本发明检测变形的形变检测装置包括受力时能变形的膜盒；装在该膜盒内的粘性流体；和置于该膜盒内侧、能检测粘性流体相对运动的相对运动检测元件。
相对运动检测元件优选地从膜盒内表面向里面凸出。由于相对运动检测元件根据所发生的膜盒的变形来检测膜盒与粘性流体之间的相对运动，所以膜盒的变形并不直接传递给相对运动检测元件。由于即便膜盒发生较大的变形，相对运动检测元件也难以变形，所以相对运动检测元件不容易破裂。
本发明的形变检测装置除了能测出法向力外还能测出切向力。诸如凸凹情况和纹理等的特征均可感测到。相对运动检测元件优选地包括形变检测元件，而形变检测元件优选地是应变计或PCDF传感器。相对运动检测元件优选地包括由粘性流体的运动而产生变形的板状物，而形变检测元件优选地被放置在该板状物上。
由于相对运动检测元件难以有较大形变，所以形即使变检测元件设置在板状物上，也能防止破坏发生。
本发明的探测物体凸凹情况的凸凹情况探测方法包括应用形变检测装置的方法，该形变检测装置包括内装有粘性流体且能受力变形的膜盒；和设置在该膜盒内且能检测粘性流体相对运动的检测元件，该方法包括在形变检测装置与物体表面接触时使该形变检测装置与物体作相对运动的步骤。
按照应用形变检测装置的凸凹情况探测方法，形变检测装置在物体表面有凸凹情况的地方变形，同时与物体表面接触的形变检测装置发生滑动且形变检测装置与物体作相对运动。这样，形变检测装置便测出膜盒的变形和凸凹情况。
3、凸凹位置显示器及凸凹位置显示方法考虑到上述背景技术情况，本发明打算提供凸凹位置显示器，该显示器结构简单且能显示出测到凸凹的位置，并提供应用该显示器的凸凹位置显示方法。
本发明的凸凹位置显示器包括探测显示元件及控制元件。探测显示元件包括手探测部分和显示部分，探测部分有许多形变检测装置，可检测物体凸凹而引起的变形，而显示部分位于探测部分对面且有许多光发射器。控制光发射器的控制元件根据形变检测装置检测结果发光。
根据本发明的凸凹位置显示器，肉眼看不见的凸凹情况可由光发射器发射的光在物体表面上识别出来。它简单的结构包括探测显示元件和控制元件。由于显示部分位于探测部分对面，因此不需要测量形变检测装置的位置。
探测显示元件是可戴在手上的袋形，其探测部分可在手心侧操作，显示部分在手背侧操作，袋形探测显示元件适合戴在手上，操作容易，携带方便。
本发明的凸凹位置显示方法可用于显示物体凸凹的位置，该方法包括相对运动步骤，即在形变检测装置与物体表面接触的情况下，该形变检测装置与物体作相对运动；检测步骤，即由该形变检测装置检测物体凸凹情况对其所引起的变形来探测凸凹情况；和显示步骤，即根据检测步骤中的测定结果发光来显示随时间变化的凸凹位置。
根据本发明的凸凹位置显示方法，通过光发射器的光发射容易识别物体表面上肉眼看不到的凸凹的位置。由于凸凹位置是根据检测步骤中测出结果发光而随时间变化显示出来，因此在相对运动步骤中形变检测装置和物体之间的相对运动能对物体作大面积检查。
与物体表面接触的形变检测装置优选地在相对运动步骤中作滑动。即使凸凹位置显示器件在物体表面上以高速滑动，所述多个光发射器也能一个接一个地在测出变形位置上发光。由于测出的凸凹位置作为光的残留映像而保留在视网膜上，因此该位置能在物体表面上准确地被识别。
显示步骤优选地为在存在凸凹的位置上发光来显示物体表面凸凹位置的步骤。凸凹位置通过在有凸凹的位置上发光而能被正确识别。
图1(a)示出传统膜片接触物体凸形表面时出现的伸缩性(膨胀与收缩)，1(b)示出传统膜片接触物体凹面时出现的伸缩性；图2示出本发明的凸凹放大器接触平面(用虚线表示)和斜面(用实线表示)时检测元件和显示元件的形变；图3(I)是图3(II)中沿V-V`线的放大剖视图，而图3(II)是图3(I)中沿W-W`线的放大剖视图；图4是一透视图，示出本发明形变检测装置的一例；
图5(A)-(D)是透视图，示出形变检测装置具体的相对运动检测元件；图6(I)-(III)示出形变检测装置受到Wb向剪切力的作用时其形变随时间的变化；图7(I)-(III)示出形变检测装置受到We向剪切力的作用时其形变随时间的变化；图8示出作用于形变检测装置的剪切应力与时间的关系曲线图(上图)，和剪切应力作用于形变检测装置上时粘滞阻力与时间的关系曲线图(下图)；图9示出图4的形变检测装置越过物体检测凸凹时，形变与时间的关系曲线图(上、中、下图)；图10是平面图，示出从手背侧看(左图)和从手心侧看(右图)时本发明的凸凹位置显示器的一例；图11是说明图，示出应用凸凹位置显示器时凸凹位置显示方法；图12是原理图，示出第一实施例的整个凸凹放大器；图13是图12的凸凹放大器的平面放大图；图14是沿图13的X-X`线的横截面图；图15部分示出应用第一实施例的凸凹放大器探测物体凸凹情况的方式；图16是第二实施例的形变检测装置的透视图；图17(上图)是沿图16的Z-Z`线的横截面视图，而下图是沿图16的Y-Y`线的横截面视图；图18是说明图，说明第二实施例的形变检测装置所用的控制系统；图19是说明图，示出检测试验的第一和第二检测方式；图20是用第一检测方式时应变计中的应变与时间的关系曲线图，且图21是用第二检测方式时应变计中的应变与时间的关系由线图。
具体实施例方式
以下将用图1-3说明本发明的凸凹放大器和凸凹情况显示方法的最佳实施方式。同样，用图4-9说明本发明的形变检测装置和使用该形变检测装置检测凸凹情况的方法的最佳实施方式。
此外，用图10和11说明本发明的凸凹位置显示器及凸凹位置显示方法的最佳实施方式。
1.凸凹放大器及应用它探测凸凹情况的方法本发明的凸凹放大器借助于放大显示法来检测物体的凸凹情况，当具有不变成分和厚度的膜片以其一个表面(如下表面)接触物体表面时，膜片便沿物体的凸凹变形或挠曲。挠曲时，膜片上下表面出现伸展和收缩。具体地说，如图1所示，当膜片110机械地适应(接触)物体的凸面时，其上表面110u伸展而下表面110d收缩(参看图1(a))。当膜片110机械地接触凹面时，情况相反(参看图1(b))。
在两种情况中，膜片110中的中间或中性面M不伸展也不收缩。当膜片的上表面远离中间平面M，即膜片厚度变厚时，膜片上表面的伸展/收缩量也变大。因此，为了用放大方法来显示在上表面上测量的凸凹情况，膜片厚度希望加厚，使膜片上表面变形量加大。
但在各向同性且厚度不变的普通膜片中，膜片加厚时，挠性下降(弯曲刚度与厚度的立方成正比)。为此，其下表面难以与物体表面机械接触的较厚膜片不能精确地检测物体的凸凹情况。如果采用低弹性模量的膜片，则它就能通过加上挤压力而在厚度方向上被压缩。这样，下表面测到凸凹情况难以传递给上表面。
鉴于上述情况，本发明的凸凹放大器包括感测元件和显示元件。感测元件包括能与物体表面接触且沿物体表面变形的挠性膜片。显示元件形成在挠性膜片表面上。显示元件沿挠性膜片与厚度正交方向(伸展方向)的至少一个方向的抗变形力小于该挠性膜片的抗变形力。
当构成凸凹放大器的感测元件以其一个表面(以下简称“感测元件的下表面”)机械接触物体时，由于其柔顺性，因而它会紧贴物体表面而产生变形。感测元件的另一表面(以下简称“感测元件的上表面”)上的显示元件也变形。
在伸展方向的至少一个方向上，显示元件的抗变形力小于检测元件在同方向上的抗变形力。因此，即使凸凹放大器的厚度总的说来很大时，检测装置的挠性不会降低。因此，显示元件能有效地显示通过放大而检测到的物体凸凹情况。以下具体说明其原理。
在图2中，示出二维空间的凸凹放大器。它包括感测元件111；及形成在感测元件111上的显示元件121。显示元件121沿感测元件111的展开方向的抗变形力较小。显示元件121包括多个针状凸起126，这些凸起126沿厚度方向(图2的上下方向)伸出且沿展开方向(图2中横向)等距离分布。换言之，显示元件121沿横向的抗变形力小于感测元件111沿同方向的抗变形力。
图2中，放在扁平(标准)表面上的凸凹放大器用虚线表示，而放在斜面(倾角θ)时用实线表示。当凸凹放大器放在斜面上时，显示元件121的凸起126沿标准平面的法向与切向发生变形或倾斜。
假设感测元件111有中性面M且感测元件111的厚度极小，则凸起126沿切向的变形或倾斜与斜面Ob的倾角θ和凸凹放大器的厚度T的乘积成正比。在此，厚度T是感测元件111厚度与凸起126的长度之和。凸起126沿法向的倾斜等于斜面Ob的高度H。
总之，由于本发明的凸凹放大器包括感测元件和显示元件，因而较厚或较长的显示元件能将感测元件检测到的物体凸凹情况精确地放大和显示。
在本发明的凸凹放大器中，显示元件沿展开方向至少一个方向上的抗变形力小于感测元件沿同方向的抗变形力，没有发生伸缩的中间面M的位置远离显示元件表面。为此，感测元件检测到的物体凸凹情况能被其表面显示元件有效地放大。
此外，由于上述结构，所以即便从中间面M到显示元件表面的厚度或长度选取较大值，感测元件的挠性也不会降低，而且显示元件的放大效果较好。
由于感测元件厚度选用较小值，而显示元件长度选用较大值，所以获得的凸凹放大器适合于有效地检测物体凸凹情况，放大并显示所测到的凸凹情况。例如，感测元件厚度与显示元件之比可以在从1∶10至1∶100之间的范围内。
(i)感测元件在本发明的凸凹放大器中，感测元件具有挠性，从而贴着(随着)物体表面变形，这是由于感测元件的下面与物体表面接触，或被按压到物体表面上。感测元件优选的弹性模量为500-3000MPa，1500-2500MPa更优选。为了实现此弹性模量，感测元件可用树脂、如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚缩醛或聚碳酸酯制成。感测元件的优选厚度根据其弹性模量而为0.05-0.5mm。
感测元件的弹性模量及厚度按上述范围选取的凸凹放大器在其一个表面处能够容易贴住物体表面而发生变形。因此，该凸凹放大器可有效地应用于检测物体的凸凹情况。由于感测元件在厚度方向的伸展和收缩较小，因此感测元件能将物体凸凹情况的三维信息作为在厚度方向的信息传递。
在选择感测元件的材料时，其下表面与物体表面之间的摩擦应作考虑，摩擦小对凸凹放大器在物体表面上平滑移动是有利的(以后作说明)。如果感测元件材料的摩擦增大。则可在感测元件下表面增加一个减摩但不降低感测元件挠性的另外元件。对这样加上的元件而言，可以采用材料与感测元件不同的薄膜或薄带。
(ii)显示元件本发明的凸凹放大器的显示元件构成感测元件与物体接触的一个表面(如下表面)相对的另一表面(如上表面)，它可与感测元件形成一体。
显示元件沿与挠性膜片厚度方向正交的至少一个方向的抗变形力小于挠性膜片的抗变形力。优选地，显示元件选用的材料和形状不降低感测元件的抗变形力。当显示元件的表面沿凸凹放大器厚度方向压紧时，显示元件应具有不会产生伸缩的刚度。
优选地，采用抗变形力因变形方向而异的各向异性材料作为显示元件的材料。增强纤维塑料及高功能树脂是例子。除了单层结构外(凸凹放大器是感测元件和显示元件的双结构)，显示元件可以有多层结构。在这样的显示元件中，可采用抗变形力在方向和大小上与感测元件不同的多层结构。同时，抗变形力的方向和大小可从一个表面向另一表面逐渐变化。在这样情况下，优选地选用正面的抗变形力较小的显示元件。
显示元件可用发泡材料制成，且为具有多孔的片状物。在图3所示凸凹放大器中，显示元件由沿其厚度方向有多孔的膜片构成。凸凹放大器包括感测元件113和由膜片构成的显示元件。它们用树脂材料做成一体。显示元件130上有多个垂直的盲孔103，这些盲孔103从其上表面垂直延伸。
垂直孔103使显示元件130沿感测元件展开方向的抗变形力小于感测元件113沿同方向的抗变形力。分别做成的感测元件113和显示元件130可彼此组成一体。孔的方向可做成与感测元件厚度方向成一定角度。
显示元件优选地包括多个凸起，它们互相间隔开，且形成在挠性膜片的表面上。显示元件优选地具有刚性，在凸起端部(显示元件的表面)受压时，沿其长度方向不会伸缩，且能保持凸起与感测元件的夹角不变。在凸起倾斜一个预定角度的情况下，凸起的端部移动或漂移预定量，从而使感测元件测出的物体凸凹度被放大并显示。
凸起的优选的弹性模量为1500-5000MPa，2000-4000MPa更优选。为了实现这样数值的弹性模量，凸起可用诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚缩醛、聚碳酸酯及丙烯那样的树脂及诸如铝等的金属制造。有此弹性模量的凸起不会降低感测元件的抗变形力。
凸起的形状没有限制。圆锥形和棱锥形，圆柱形和立柱形，平板形和拉毛形(napping shape)都可显示凸凹的放大效果。凸起的端部可以是尖角形，平顶形和曲线形。当凸起是锥形或立柱形时，其端部优选地是半球形。
凸起的排列也无限制。凸起可以随机排列，但优选地在二维区域中按预定间距排列。由于凸起的形状和尺寸之故，间距优选地为0.5-2.0mm。凸起可以定位网格的交叉点处，并且可互相平行或互相交叉。例如，在由互相平行的多个板状物构成的凸起中，沿感测元件展开方向及与凸起排列方向正交的方向的抗变形力可做成很小。
由多个立柱按预定间距构成排列的凸起，可使该沿感测元件展开方向的抗变形力变小。
多个凸起优选地排列成使得其端部的指向平行。在这种排列中，所有凸起相对于物体凸凹情况的位移相同，从而可使凸凹情况放大。例如，当多个凸起由沿感测元件厚度方向延伸的立柱构成时，即便其端部受压，也难以发生伸缩，因此显示元件表面(多凸起的端部)可精确地放大，并且显示物体的凸凹情况。
当凸凹放大器的厚度变大时，即当凸起变长时，放大效果增强。为此，凸起的长度优选地选得较长些，只要使用时不出现伸缩就行。由于材料及形状关系，凸起长度优选地不小于2.5mm，3-6mm更优选。立柱形和圆锥形的凸起在它与感测元件连接部分处的直径优选地是1-1.5mm，有该直径的凸起不会降低感测元件的抗变形力。
选择感测元件和显示元件的材料与厚度，选择显示元件的形状，都能改变显示元件的抗变形力。材料、厚度和形状根据质量(凸凹情况的清晰度)和用途选取。而且，将各种充填材料填充到孔的中空空间(如图3的垂直孔103)和显示元件相邻凸起之间的空间中，可调节显示元件的抗变形力。
单独制作的感测元件和显示元件可连接起来，或用一块同样的材料将感测元件和显示元件做成一体。在后一种情况下，弹性模量优选地为1500-3000MPa，2400-2500MPa更优选。为了制造感测元件和显示元件，可采用应用模具和立体平板印刷术的各种成形方法。
显示元件优选地具有能探测变形的应变检测装置。例如，应变计便是例子，电阻式应变计能将显示元件的物理形变转换成电信号。检测显示元件表面变形的应变检测装置能以较高精度检测物体的凸凹情况，因为物体的凸凹情况被显示元件表面放大，应变检测装置可被置于能检测显示元件变形的任何地方。
(iii)凸凹情况探测方法其次，说明由本发明凸凹放大器探测凸凹情况的方法。
本发明的凸凹情况检测方法包括接触步骤和检测步骤。在接触步骤中，感测元件与物体表面接触，并使感测元件的挠性膜片沿物体表面变形。在检测步骤中，测出接触步骤中得到的显示元件的形变，从而检测出凸凹情况。
上面已部分地作出说明，形成在感测元件上的显示元件贴住感测元件检测的物体凸凹情况而变形。显示元件的变形与物体表面形状(平的或斜的，参见图2)一致。在感测元件与物体凸凹情况接触的情况下，检测显示元件的形变可测出物体的凸凹情况。
本发明的凸凹情况检测方法也可测出有凸凹部分的物体内部的凸凹情况和覆盖它的表面部分。在接触步骤中，凸凹放大器的感测元件贴到物体上，且沿物体表面变形。在检测步骤中，凸凹放大器能测出凸凹部分的凸凹情况。因此，本凸凹检测法能测出柔性物质、如进入膜片下面的细小外物和皮肤中的肿块。
对显示元件变形的测量没有限制。但在接触步骤中，与物体表面接触的凸凹放大器发生滑动，从而得到随着时间推移的显示元件的变形值。在检测步骤中，显示元件变形随时间的变化由触觉来检测。下文中说明靠触觉的检测方法。
有触觉的人体皮肤包括不同柔软度的三层，它们由外向里的排列次序为表皮、真皮及皮下组织。在人体皮肤内部不长毛发，有四个感觉感受器官(触觉小体(Meissner’s corpuscle)、美克尔小体受体，环层小体及鲁菲尼末梢)。它们将皮肤的变形信息转换成电脉冲，然后将电脉冲传给中枢神经系统，产生皮肤感觉。
这些感觉感受器官定位在表皮下不同深度处，其特征是感受场(感受器官感受刺激的区域)的大小及适应速度。在四个感觉感受器官中，位于表皮和真皮边界上的触觉小体有较高的立体分辨力，因为感受场较窄，因而能快速适应。当手心或手指触及相贴的物体表面时，它有助于区分物体凸凹情况所引起的感觉刺激。因此，能检测出凸凹的位置与形状。当本发明的凸凹放大器用于检测物体的凸凹情况时，将达到触觉小体的刺激放大是有效的。
在识别物体的凸凹情况时，随着时间推移触觉小体产生与变形的变化相应而不是与变形绝对值相应的电脉冲。众所周知，通过对触觉小体的结构分析，随时间改变的切应变的变量是触觉小体合适的刺激。
在接触步骤中，借助于对机械接触有触觉的、如手心的皮肤，将凸凹放大器压在物体表面上。凸凹放大器与手一起在物体表面上滑动，因此显示元件表面的切向和法向位移发生变化。在此接触步骤中，作用在皮肤上的切向位移的变化传给皮肤的触觉小体，作为触觉小体刺激的切应变变量。
如上部分说明的，由于显示元件表面的切向位移或倾斜与物体表面倾角及凸凹放大器厚度成正比，因此，它在被显示元件长度放大后，传给了触觉小体。为此，当靠触觉检测物体凸凹情况时，用手将与物体凸凹情况接触的凸凹放大器滑动是可取的。
当凸凹放大器的显示元件有凸起时，皮肤中很容易产生随时间变化的切应变变量。该应变变量由凸起端部切向位移变量引起。这是由于分散作用在各凸起端部的切向位移容易产生切应变。测定的切向位移和物体凸凹高度一致。位移随时间变化的信息被转换成触觉小体切应变的变化。
由于上述原因，根据本发明的凸凹情况检测方法，物体的形状(斜度与高度)可以放大，并且由凸凹放大器的显示元件表面位置的变化转换成触觉小体处的切应变的变化。
此外，根据本凸凹情况检测法，手心等通过凸凹情况放大器在物体表面滑动，该放大器传感元件下表面摩擦小。因此，感测元件和物体表面之间的摩擦降低，从而防止了发生粘滑振动，粘滑振动可能会使感觉不灵敏。降低可变成噪音的摩擦并降低由振动引起的接触刺激可使凸凹情况的感觉更清晰。有多个凸起的显示元件的端部有助于防止在凸凹放大器和皮肤之间发生滑脱现象。
靠触觉的凸凹情况检测法可应用于汽车和船舶制造中钢板表面上损伤的表面检验。传统上，由技术工人沿钢板表面移动其手心进行表面检验。用于凸凹情况检验方法中的凸凹放大器由于其结构简单，因而它是便携式的。在工地上，工作手套是必需品，凸凹放大器可被埋入工作手套内。因此，扩大了凸凹放大器的用途。
本发明的凸凹放大器及凸凹情况检测方法可用于培训在表面检验岗位工作的初学者。在传统的培训中，初学者应不断探索物体表面，直至他们发现表面变形为止，即使看起来是平坦的。本发明的凸凹放大器及凸凹情况检测法能检测到极小的表面凸凹，因而能学到有关表面的凸凹位置，大小和形状的经验(敏锐的感觉)。
应用学到的经验作表面检验，不靠凸凹放大器就能检测物体较小的凸凹情况。因此，培训工人的触觉本领的培训效果得到提高。因而通过本发明的凸凹放大器提高表面检测技术获得成功。
正如已部分作了说明的，本发明的凸凹放大器通过改变材料厚度及显示元件的结构可调节凸凹放大率。初学者按照培训等级，通过选用不同种类的凸凹放大器能提高培训效率。在汽车制造的表面检验中，不同种类，有不同放大率的凸凹放大器可应用于每种汽车，因此，检验标准可调到与汽车的种类相符合。
2、形变检测装置及应用它探测凸凹情况的方法本发明的形变检测装置包括膜盒、粘性流体和相对运动感测元件。膜盒在应力作用下变形，而粘性流体被装在膜盒内。相对运动感测元件置于膜盒内部，且能检测粘性流体的相对运动。图4是透视图，示出形变检测装置一例。形变检测装置有内装有粘性流体F的膜盒1和位于膜盒1内的相对运动感测元件2。
该膜盒由在施加应力时能变形的各种材料制成，以后将说明。图4所示的膜盒1为立方形，但也可采用可内装粘性流体的其它各种形状，例如多面体和球体就是例子。另外，膜盒在其一部分处有孔。
位于膜盒内表面上的相对运动感测元件能检测出在膜盒变形时出现的粘性流体的运动。相对运动感测元件能测出与膜盒变形相应的粘性流体流动。因此，膜盒的变形由相对运动测感元件检测。即使相对运动感测元件有对应于膜盒变形的运动，它也能检测出膜盒的变形，只要相对运动感测元件和粘性流体之间有相对运动就行。
相对运动感测元件有能感测粘性流体运动的多种结构。相对运动感测元件优选地从膜盒内表面向里凸出，且具有应变感测装置，如应变计或PVDF传感器。具有因粘性流体运动而弯曲的板状体的相对运动感测元件，它的应用能有效地检测粘性流体的运动。在此，当膜盒变形时，板状物因粘性流体的运动产生粘滞阻力而弯曲。即便板状物因膜盒变形而运动，它仍受到来自粘性流体的粘滞阻力。
应变感测装置优选地贴在板状物上，优选地贴在该板状物容易发生变形的位置处。具体地说，如图4所示，条形的板状物22在其一端处被固定到膜盒的一个壁面。应变感测装置贴在该板状物22的根部，图5A-5D示出另一些形变检测装置。在图5A、5B和5D中，圆杆23a、23b、23d密布在膜盒壁上且它有较大的刚性，不因粘性流体的运动而弯曲，而板状物22a、22b、22d被固定到圆杆上互相结合。在图5C和5D中，板状物密布在膜盒壁上且有接受粘滞阻力的区域。特别是图5中两个板状物22b和22b′互相十字交叉，因而能检测各个方向的变形。
板状物可由弹性元件构成，其弹性模量为1000-4000Mpa，根据待测变形量而异。板状物的挠性可由弹性模量、截面积、长度调节。因此，可合适地选择形变检测装置的灵敏度。选取与应变感测装置检测范围相当的最恰当的挠性，使应变感测装置能显示最高的分辨力。
在图4所示的实施方式中，只有一个相对运动感测元件2固定在膜盒1的一个壁面上。但可以有多个相对运动感测元件固定在一个或多个壁面上。多个相对运动感测元件可以固定在壁上，使板状物体可沿同方向或不同方向弯曲。在后一种情况下，能检测出多方向的壁面变形。
粘性流体随膜盒变形而流动，它的运动由相对运动感测元件所检测。因此，使粘性流体保持与至少一部分膜盒或一部分形变检测装置接触就够了，即使膜盒内有气泡或空穴，也不会出现严重问题，粘性流体优选地是高粘度流体，如硅油，其粘度随温度变化不大。粘性流体的运动粘度为1×104-1×107mm2/秒，并能改变待测的变形程度。
膜盒由具有挠性及/或伸缩性(弹性)的各种材料制造。膜盒的弹性优选地在检测的剪切应力作用在形变检测装置上的变化时，在剪切应力作用下产生变形。当检测法向力时，膜盒具有的挠性优选地沿法向变形。当检测物体凸凹情况时，膜盒具有的挠性优选地贴到物体表面上。
以下参看图6和7说明它们的操作。图6(I)及7(I)示出图4所示形变检测装置的横截面。相对运动感测元件2检测沿左右方向流动的粘性流体的运动。图8的上图是形变检测装置上作用着切应力时，膜盒1的变形(剪切应变)与时间的关系曲线图。下图是形变检测装置上作用着切应力时，相对运动感测元件2所受到的粘滞阻力与时间的关系曲线图。两个图的(I)、(II)、(III)三部分分别对应于图6(I)、6(II)和6(III)及图7(I)、7(II)和7(III)。当膜盒1受到剪应力作用时，形变检测装置首先变形到图6(II)和7(II)所示状态，然后变形到图6(III)和7(III)所示状态。
如图6(I)所示，形变检测装置上下表面作用着沿箭头方向Wb的剪切应力，使膜盒1变形到图6(II)所示状态。随膜盒1变形而流动的粘性流体F沿箭头R1方向施加粘滞阻力于相对运动感测元件2。相对运动感测元件2在粘滞阻力作用下弯曲，如图6(II)虚线所示，从而检测出粘滞流体F的运动。粘滞阻力的值随着时间推移而逐渐衰减(参看图6(III))。
如图7(I)所示，形变检测装置的两侧面上作用着沿箭头We向的剪切应力，使膜盒1变形到图7(II)所示状态。这时粘性流体F将沿箭头R2向的粘滞阻力作用到随膜盒1的变形而在膜盒中倾斜的相对运动感测元件2。因此，受到由粘性流体相对运动而引起的粘滞阻力作用后，相对运动感测元件2发生弯曲，如图7(II)中虚线所示。粘滞阻力大小随时间推移而逐渐衰减(参看图7(III))。
在检测剪应力的形变检测装置中，膜盒优选地用至少具有弹性的材料制造。其弹性模量为0.02-2000Mpa，根据用途及待测的变形程度而异。当膜盒用作机器人的皮肤时，弹性模量优选地是0.02-0.3Mpa。
图9是一说明性视图，示出图4的相对运动感测元件的横截面。在图9中，它检测左右方向流动的粘性流体的运动。在形变检测装置接触物体表面的同时，该形变检测装置与物体作相对运动。随着时间的推移，膜盒1的形状不断适应物体表面。尤其是，其中的膜盒1具有挠性膜片的那种形变检测装置是适合需要的。通过形变检测装置的滑动，挠性膜片11贴于包括凸出部分Oc的物体表面，从而可检测物体O的凸凹情况。
在图9的上图所示的初始状态中，形变检测装置被放在平面上。然后，形变检测装置以预定速度贴着物体O的表面朝着凸部分Oc向右滑动，如中图所示，相对运动感测元件2发生倾斜，与凸出部分Oc的切线正交，如中图与下图所示。粘性流体F施加粘滞阻力于相对运动感测元件2，力的方向如箭头R3、R4所示。在受到粘滞阻力作用后，相对运动传感元件按中图与下图中虚线所示发生弯曲，从而检测出粘性流体的运动。
使用时与物体表面接触的挠性膜片优选地具有挠性(柔软性)，可贴着物体表形状弯曲，该挠性膜片的弹性模量优选地为1000-3000Mpa，且随其厚度而变。为了得到这一范围的弹性模量，可采用树脂材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚缩醛、丙烯。
挠性膜片的厚度优选地为0.1-2mm，随弹性模量而变化。具有上述弹性模量和厚度的挠性膜片能够容易变形，贴住物体表面，这样便于物体凸凹情况的检测。
制造挠性膜片的这种材料使其与物体的摩擦较小。摩擦较小时，形变检测装置便能平滑地在物体表面上滑动，从而容易检测凸凹情况。即便挠性膜片的材料使摩擦较大时，也可以将能降低摩擦但并不降低挠性膜片的抗变形力的其它元件设置于挠性膜片与物体中间。作为这样的其它元件，可以将与挠性膜片不同的材料制成的薄膜或条带贴到该挠性膜片的下表面处。
应用具有弹性及挠性的材料可实现其柔软度与人体皮肤相当的形变检测装置。这样，扩大了待测物体的范围。
连续设置的多个形变检测装置可构成本发明的形变检测装置。在此情况下，第一膜盒的一个壁面通常可用作第二膜盒的一个壁面。具体地说，由硅橡胶等制成的挠性体具有多个空腔，用于在其中装纳粘性流体和相对运动感测元件。将多个相对运动感测元件(板状物)放入具有若干不同探测方向的多个膜盒中能够沿多方向检测变形。
相对运动感测元件优选地具有显示装置，它起检测粘性流体相对运动的作用。根据相对运动感测元件的检测结果而发光的光发射器是一例。由发射的光线显示的测出或检测到的信息可用目视观察或识别出。发射的光线的颜色或强度可对应于探测的等级而改变。
基于检测结果，可以算出作用力和凸凹情况的绝对值。由于提前将许多检测结果作为模板储存在存储器中，因此可指定其它物体的参数。
通过对触觉小体的结构分析，本发明人构思出本发明的形变检测装置。因此，预期本发明的形变检测装置在人感觉到较大的应力时可检测出该较大应力。工人对钢板的凸凹情况检查的标准有可能量化。
3、凸凹位置显示器件本发明的凸凹位置显示器件包括检测-显示元件和控制元件。
检验-显示元件包括感测部分和显示部分。感测部分包括多个形变检测装置，它们检测由物体凸凹情况所引起的变形。显示部分包括多个光发射器，且其位于检测部分对面。控制元件控制光发射器，以便根据形变检测装置测出的结果而发光。
在检测显示元件中，感测部分和显示部分的位置是前后关系。因此，工人借助于显示部分所发出的光而能用肉眼识别物体表面上的检测位置。不需提供任何用于探测凸凹位置的位置传感器。当凸凹位置显示器件以高速在物体表面上滑动，使检测部分检测到凸凹情况时，显示部分连续发出与受检测的凸凹情况对应的光。光发射器的光线作为光的残留景象而保留在工人视网膜中，由此工人可目视识别物体表面的凸凹位置。
对形变检测装置的检测部分无限制，只要它能借助于检测部分与物体表面之间的相对运动而检测出物体的凸凹情况就行。除了传统的传感器，如应变计及PVDF传感器外，还有上述的凸凹放大器和形变检测装置可作为形变检测装置的例子。所述多个形变检测装置呈片状排列，从而形成了检测部分。
显示部分无限制，只要它能发光就行，优选地使用能发射光度足够可见的光发射器，如发光二极管。
使光发射器发光的控制元件优选地提前设定阈值。根据将该阈值与待测凸凹程度作比较，它能判断有无凸凹，从而控制光发射器的接通/关闭。改变阈值可任意调节凸凹位置显示器件的灵敏度。光发射器的发光颜色与强度可按探测质量改变。
感测部分和显示部分的材料与形状无限制。它们优选地呈片形。与物体表面接触的检测部分其柔软度优选地符合物体表面。具体地说，树脂片、如尼龙和乙烯基的树脂，及纤维片、如织物与毡制品可以作为例子。
检测-显示元件的形状优选地使操作员能够用手使用它。它可以是袋形，其中检测部分位于手心侧，显示部分位于手背侧。例如，将形变检测装置及光发射器分别布置在袋状物、如工作手套的手心、手背侧，而乙烯基的手套可以实现便携式的检测显示元件。
形变检测装置的布置没有限制，只要将它固定在检测部分的一个表面上就行。多个形变检测装置可按预定图样随机排列在检测部分上，覆盖整个表面，或者按预定间距排列。多个形变检测装置优选地以与上述光发射器同样的图案进行布置。控制元件优选地具有一控制部分，该控制部分能使与多个形变检测装置同样图案布置的光发射器中的某几个发光。因此，与检测凸凹情况的形变检测装置对应的光发射器发光，从而准确显示凸凹位置。
4、凸凹位置显示方法在相对运动步骤中，形变检测装置与物体互相接触并作相对运动。检测步骤通过形变检测装置检测由物体凸凹情况而引起的变形，从而检测出凸凹情况。作相对运动可使在大范围内作凸凹位置检测成为可能。
形变检测装置并没有限制，只要它能检测出物体上的凸凹情况就行。除了诸如应变计及PVDF传感器那样的传统传感器以外，也可采用上述的凸凹放大器。为了完成凸凹情况检测步骤，可应用上述的形变检测装置及凸凹位置显示器。与物体表面接触的形变检测装置优选地作滑动或移动。形变检测装置可以靠机械手段而与物体作相对滑动，但优选地由人工滑动。
在显示步骤中，根据相对运动步骤和检测步骤中的检测结果，通过发光来显示物体表面上凸凹随时间变化的位置。由于光发射随时间变化，因此可准确判断凸凹的位置。
本发明的凸凹位置显示方法还可另外包括一判断步骤。根据在相对运动步骤和检测步骤中测出的凸凹情况，该判断步骤判断显示步骤中有无显示。当把本发明的凸凹位置显示方法应用于钢板的表面检验时，判断步骤有助于按预定的表面准确度找出次的或粗糙的表面。
在显示步骤中，物体表面上凸凹的位置优选地在存在凸凹的位置上通过发光而显示于物体表面上。显示步骤优选地在物体凸凹的正上方位置处显示(发光)。将光发射器布置在和形变检测装置相同的位置处，使操作员能够用肉眼识别出凸凹的准确位置。
为了实施凸凹位置显示方法，可采用以光发射器作为显示装置的形变检测装置和上述的凸凹位置显示器件。凸凹位置显示器件在物体表面上滑动时，多个光发射器连续发光，从而，操作员可用肉眼识别凸凹的位置。
本发明的凸凹显示方法的一例可参看图10、11予以说明。图10的左部示出该凸凹位置显示器件的手背侧，而右部示出其手心侧。图11示出应用凸凹位置显示器件显示凸凹情况的方法。
检测-显示元件50优选地是袋形，其包括二片，每片的形状都为人手形。操作员可将该检测-显示元件50戴于手上。定位于手心侧的那片51(检测部分)上具有多个传感器S′，作为位于其外表面恒定间距分布的形变检测装置。当检测区域沿一个方向延伸时，检测同方向的该多个传感器排列在这条线上。当传感器S′由上述形变检测装置组成时，它们优选地被布置在从腕关节到指尖延伸的方向上。将检测显示元件50沿传感器布置方向移动，可检测出凸凹情况(以下说明)。
在手背侧定位的那片52(显示部分)上，优选地在其外表面上具有多个光发射器L′。优选地组成显示部分的这些光发射器L′按与传感器S′相同的方式布置。
与传感器S′对应的光发射器L′检测到凸凹时便被点亮。在图10中，某些传感器和某些光发射器被加上了附图标记，S1′-S15′和L1′-L15′。手心侧(片51)上的Sn′与手背侧(片52)上的Ln′互相对应。例如，当传感器S1′探测到凸凹时，光发射器L1′就点亮。传感器S1′，S2′与光发射器L1′L2′工作类似。
在检测物体凸凹情况时，操作员例如在右手上戴上检测-显示元件50。检测显示元件50在片51与物体表面接触的同时沿指尖到腕关节的方向移动，如图11箭头所示。多个光发射器L′连续地开/关。在这里，光发射器L′扫过凸凹时发光(参看标记E)，使操作员能用肉眼识别凸凹的位置。
即便当检测-显示元件50快速滑动时，停留在操作员视网膜上的残留光影像也可进行位置识别。
优选实施例1、第一实施例本发明的凸凹放大器的一个实施例将参看图12-15作说明。图12示出该实施例的整个凸凹放大器，图13是其局部放大图，图14是沿图13的X-X′线的横截面，而图15是说明性视图，说明用凸凹放大器作凸凹情况检测。
该凸凹放大器包括可作为检测元件工作的片状底部101；和与该底部101形成一体且作为显示元件120工作的多个凸起102。
底部101的厚度为0.3mm，宽度为60.0mm，长度为133.5mm(最大)。有二条平行的槽115从一端沿纵向延伸(参看图12)。从而，将底部101分成第一部分、第二部分和第三部分，上面分别放进食指、中指和无名指。操作时，由三个手指的前部和手心中央推动凸凹放大器。
所述多个凸起102在上表面上整体形成(参见图14)。它们定位于每边长约1.7mm的三角形网格的交叉点处。每个凸起102都是一小立柱体，其直径为1mm，高为3.2mm，并直立在底部101厚度方向上。凸起的顶部是半球形，其直径1mm。
具有底部101和多个凸起102的凸凹放大器由光固化树脂制成，该材料的弹性模量为2400Mpa，且用立体平板印刷装置制成，在底部101的下表面贴有一条带(未示)，用以减小摩擦。
其次，参看图15说明用上述凸凹放大器来探测物体O的表面Os的方法，图15只示出凸凹放大器的项部。类似的，在手指的其余部分及手心处检测凸凹情况。
在检测中，将底部101按压到物体O的表面Os上，手指前部P按压到凸起102上。手指沿任意方向移动(图15的箭头方向)，使凸凹放大器在表面Os上滑动。在用法向力按下后，底部101便按表面Os的形状发生弯曲。因此，在凸起102的端部122处出现与表面Os形状变化相应的形变。
对于借助于手指和手心检测凸凹情况而言，凸凹放大器按压到物体表面的压力为0.01-0.02Mpa，而往复滑动的速度为100mm/sec。
评估多人(A-G)用上述凸凹放大器作过检测。在试件的上表面处，形成高0.04mm，直径10mm的凸面。作为对照试样，用厚度0.013mm的聚乙烯做的薄膜类似地进行检测试验。在表1中示出试验结果，标记◎指清楚测出凸面，而标记O指勉强测出凸面。标记X指未能测出凸面。
如在表1中可见，本实施例的凸凹放大器能方便清楚地测出聚乙烯做的薄膜难以检测的凸面。按照采用有限元方法(FEM)所作的模拟，与光用手的情况相比，传递给触觉小体的随时间变化的切应变的变量被凸凹放大器放大20倍。
具有良好触觉的技术工人用本发明的凸凹放大器对钢板作表面检验。他们的意见是“灵敏度看起来明显地增强”，“传统上被忽略的小应变能够检测到”，“工作手套需多次扫描追踪，但带来不清晰的感觉，而凸凹放大器用少数几次扫描就能清楚地检测”，及“凸凹放大器的压力小，可降低疲劳”。
2、第二实施例其次，参看图16-18来说明形变检测装置的第二实施例。图16是形变检测装置的透视图，图17的上图和下图分别是沿图16的Z-Z′和Y-Y′的横截面。图18说明控制形变检测装置的控制系统。
形变检测装置包括内含粘性流体的膜盒10和相对运动感测元件20。膜盒10是六面体结构，其长、宽、高分别是62mm，37mm，37mm。它包括用聚乙烯(弹性模量1600Mpa)做的盒形外壳12，厚1.5mm；平板形底部13，其由丙烯(弹性模量2500Mpa)制成，厚0.5mm。膜盒10中装入硅油F(运动粘度1×105mm2/秒)。外壳12与底部13的对接部分由硬橡胶做的环形密封件14密封。
相对运动感测元件20包括多个鳍片25和应变计G1和G2。每个鳍片25由丙烯制成(弹性模量2500Mpa)且呈板状，长、宽、厚分别为23mm，9mm，0.5mm。四个鳍片25通过传统的粘合剂而被固定到底部13。它们等距离平行布置，沿Z-Z′向弯曲。在定位于中间区的二个鳍片25上，其根部固定了所述应变计G1和G2。
外壳12的顶部的上表面处固定了二个光发射器(发光二极管)L1和L2。光发射器L1、L2的开/关由图18所示的控制系统30根据应变计G1、G2的检测结果作控制。控制系统30包括计算部分，其包括电子计算器，在该电子计算器上安装了控制软件和输入输出基板。将应变计放大器所取得的应变计G1、G2的电阻作为电压值输入计算部分。然后由A/D转换器将此电压值转变成数字信号在计算部分进行处理。对相当于处理结果的数字输入输出信号进行转换，光发射器L1、L2便通过直流电源的5V电流放大电路接通/关闭。
在检测凸凹情况时，形变检测装置S滑动。由于这样会产生加速度，因而硅油Fo的惯性便影响到鳍片25。控制系统30通过计算和处理将有关变形的信号分离出来。也就是说，加速度所引起的信号同时传递给光发射器L1、L2，而检测凸凹情况的应变计G1和G2的信号传递给光发射器L1和L2，并有时间差。当以应变计G2和应变计G1次序接收信号时，光发射器L1被调到接通位置，而当以应变计G1和应变计G2的次序接收信号时，光发射器L2被调到接通位置。
(检测模式1)以上述第二实施例的形变检测装置S进行物体凸凹情况的检验。试验的细节参看图19进行说明。
检验件40按下述制备。将直径4mm，厚度0.09mm的圆片42放到丙烯板41上，且圆片42由氯丁二烯做的橡胶片43所覆盖。
这样，制备了具有中等凸面的检测表面。此外，再在该橡胶片43上涂上聚乙烯做的0.06mm厚的膜片，以减小形变检测装置S和检测表面之间的摩擦。
在检验试验中，形变检测装置S的外壳12由操作员的保持，使其底部13紧靠在检测表面上。形变检测装置S在凸面上向右移动，如箭头所示，其速度为3秒钟行走25mm。当形变检测装置S通过凸起的检测面时，光发射器L1接通，然后断开，但光发射器L2不接通。相反，当形变检测装置S以反方向通过凸起的检测表面时，光发射器L2接通然后断开，但光发射器L1并不接通。
这样，操作员用肉眼识别了检测表面的位置。此外，即便形变检测装置S快速运动，但是由于停留在视网膜上的光的残留影象，操作员仍能识别凸面位置。
(检测模式2)在从检测方式1的检测过的检验件40上取走圆片42后，以上述同样方式实施检测模式2。因此，光发射器L1、L2都不发光。图21示出形变与时间的关系曲线图。显然，在应变计G1、G2中的任何一个中都不会出现大的应变变化。可以设想，由于取下了圆片42，因而不会产生显著的变形。
权利要求
1.一种凸凹放大器，用于通过放大物体的凸凹感来显示凸凹情况，该凸凹放大器包括感测元件，包括能与物体表面接触并能沿该物体表面变形的挠性片；及显示元件，其形成在该挠性片的表面上，并且在沿与该挠性片的厚度方向正交的至少一个方向上，该显示元件的变形抗力小于该挠性片的变形抗力。
2.根据权利要求1所述的凸凹放大器，其中，显示元件包括形成在所述挠性片表面上且互相间隔开的多个凸起。
3.根据权利要求2所述的凸凹放大器，其中，所述多个凸起是互相平行的板状物。
4.根据权利要求2所述的凸凹放大器，其中，所述多个凸起是柱形物。
5.根据权利要求1所述的凸凹放大器，其中，显示元件是由发泡材料制成。
6.根据权利要求1所述的凸凹放大器，其中，显示元件是具有多个孔的片状物，这些孔沿该片状物的厚度方向分布。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的凸凹放大器，其中，感测元件或显示元件由树脂制成。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的凸凹放大器，其中，显示元件还包括应变传感器，用于检测该显示元件的应变。
9.根据权利要求8所述的凸凹放大器，其中，应变传感器是应变计。
10.一种用于检测物体的凸凹情况的凸凹检测方法，包括使用凸凹放大器的工艺，该凸凹放大器包括感测元件，该感测元件具有挠性片；和显示元件，该显示元件形成在该挠性片的表面上，且在沿与该挠性片的厚度垂直的至少一个方向上，该显示元件的变形抗力小于该挠性片抗力，其中，该工艺包括以下步骤接触步骤，使感测元件接触所述物体表面，并使感测元件的挠性片沿该物体表面变形；及检测步骤，通过感测显示元件在接触步骤中所产生的形变，检测该物体的凸凹情况。
11.根据权利要求10所述的凸凹检测方法，其中，在所述接触步骤中，使与所述物体表面接触的凸凹放大器滑动，从而产生与时间相关的显示元件的变形量，及在所述检测步骤中，靠触觉感测与时间相关的显示元件的变形量的变化。
12.根据权利要求10或11所述的凸凹检测方法，其中，所述物体包括具有挠性的表面部分；及具有被该表面部分覆盖的凸凹的凸凹部分，其中，在接触步骤中，挠性片被按压在所述物体表面上且沿该物体表面变形，而在检测步骤中，凸凹部分的凸凹情况被测知。
13.一种形变检测装置，用于感测其变形，包括能够在应力作用下变形的膜盒；容纳在该膜盒中的粘性流体；及相对运动感测元件，其被设置于该膜盒中，用于感测相对该粘性流体的相对运动。
14.根据权利要求13所述的形变检测装置，其中，相对运动感测元件从膜盒内表面向内突出。
15.根据权利要求13或14所述的形变检测装置，其中，相对运动感测元件包括应变感测器。
16.根据权利要求15或16所述的形变检测装置，其中，应变感测器是应变计或PVDF传感器。
17.根据权利要求15所述的形变检测装置，其中相对运动感测元件还具有在粘性流体的运动作用下而变形的板状体，且应变感测器被设置在该板状体上。
18.根据权利要求15所述的形变检测装置，其中，所述板状体是弹性模量范围在1000～4000Mpa之间的弹性体。
19.根据权利要求13到18中任一项所述的形变检测装置，其中，所述粘性流体的运动粘度在1×104-1×107mm2/秒之间。
20.根据权利要求13到19中任一项所述的形变检测装置，其中，所述粘性流体是硅油。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的形变检测装置，其中，所述膜盒由具有伸缩性的材料制成。
22.根据权利要求13到21所述的形变检测装置，其中，所述膜盒具有柔性片，且相对运动感测元件被设置于该柔性片上。
23.根据权利要求13到22中任一项所述的形变检测装置，其中，相对运动感测元件包括显示器件，该显示器件通过感测相对粘性流体的相对运动而作动。
24.根据权利要求23所述的形变检测装置，其中，显示器件包括光发射器，该光发射器根据相对运动感测元件检测到的结果而发射光。
25.一种用于检测物体的凸凹情况的凸凹检测方法，包括使用形变检测装置的工艺，该形变检测装置包括其中装有粘性流体且能够在应力下而变形的膜盒；和被设置于该膜盒内并感测相对粘性流体的相对运动的相对运动感测元件，其中，该工艺包括在形变检测装置与所述物体表面接触的情况下，使该形变检测装置及该物体相对运动的步骤。
26.一种凸凹检测位置显示器件，包括感测和显示元件，该元件包括感测部分，该感测部分具有多个形变检测装置，用于感测物体凸凹所引起的变形；及显示部分，定位于该感测部分对面，且具有多个光发射器；及控制元件，其根据该形变检测装置感测得的结果，控制该多个光发射器发射光。
27.根据权利要求26所述的凸凹位置显示器件，其中，显示部分中的所述多个光发射器的布置与感测部分中的所述多个形变检测装置的布置相同。
28.根据权利要求27所述的凸凹位置显示器件，其中，控制元件控制光发射器发射的光，该光发射器具有与形变检测装置相同的位置关系，其中该形变检测装置已感测到由物体的凸凹所引起的该形变检测装置的变形。
29.根据权利要求26到28中任一项所述的凸凹位置显示器件，其中，感测和显示元件的形状是能够戴在手上的袋形，其中感测部分设置于手心侧，且显示部分设置于手背侧。
30.一种用于显示物体的凸凹位置的凸凹位置显示方法，包括以下步骤相对运动步骤，其中在形变检测装置接触物体表面的情况下，使该形变检测装置和该物体发生相对运动；检测步骤，其中通过形变检测装置感测由物体的凸凹引起的该变形感测器的形变，检测凸凹情况；及显示步骤，其中根据在检测步骤中所测得的结果来射出光线，从而基于时间显示凸凹的位置。
31.根据权利要求30所述的凸凹位置显示方法，其中还包括判断步骤，其中根据在检测步骤中测出的凸凹程度来判断在显示步骤中是否进行显示。
32.根据权利要求30所述的凸凹位置显示方法，其中，在相对运动步骤中，使与物体表面接触的变形感测器滑动。
33.根据权利要求30到32中任一项所述的凸凹位置显示方法，其中，通过在存在凸凹的位置处发射光，从在物体表面上显示出该物体表面上的所述凸凹的位置。
全文摘要
一种凸凹放大器，用于通过放大物体的凸凹感来显示凸凹情况，该凸凹放大器包括感测元件和显示元件。该感测元件(101)包括能与物体表面接触并能沿该物体表面变形的挠性片。该显示元件形成在该挠性片的表面上，并且在沿与该挠性片的厚度方向正交的至少一个方向上，该显示元件的变形抗力小于该挠性片的变形抗力。在这种结构下，能够放大并显示物体的凸凹情况。一种形变检测装置，用于感测其变形，包括能够在应力作用下变形的膜盒；容纳在该膜盒中的粘性流体；及相对运动感测元件，其被设置于该膜盒中，感测相对该粘性流体的相对运动。在这种结构下，能够检测到物体的性质，诸如凸凹情况或者应力。
文档编号G01B5/00GK1898541SQ20048003893
公开日2007年1月17日 申请日期2004年12月27日 优先权日2003年12月26日
发明者佐野明人, 望山洋, 武居直行, 菊植亮, 藤本英雄 申请人:丰田自动车株式会社, 佐野明人, 望山洋, 武居直行, 菊植亮, 藤本英雄