Interface 6AXX Mehrkomponentensensor Bedienungsanleitung

Der Satz 6AXX-Mehrkomponentensensoren besteht aus sechs unabhängigen Kraftsensoren, die mit Dehnungsmessstreifen ausgestattet sind. Anhand der sechs Sensorsignale werden mittels einer Rechenvorschrift die Kräfte innerhalb dreier Raumachsen und die drei Momente um sie herum berechnet. Der Messbereich des Mehrkomponentensensors wird bestimmt:

durch die Messbereiche der sechs unabhängigen Kraftsensoren und
über die geometrische Anordnung der sechs Kraftsensoren oder über den Durchmesser des Sensors.

Die einzelnen Signale der sechs Kraftsensoren können durch Multiplikation mit einem Skalierungsfaktor nicht direkt einer bestimmten Kraft oder einem bestimmten Moment zugeordnet werden.

Durch das Kreuzprodukt aus der Kalibriermatrix mit dem Vektor der sechs Sensorsignale lässt sich die Berechnungsvorschrift mathematisch genau beschreiben.

Dieser funktionale Ansatz hat den folgenden Vorteiltages:

Besonders hohe Steifigkeit,

Besonders effektive Trennung der sechs Komponenten („Low Cross-Talk“).

Kalibrierungsmatrix

Die Kalibriermatrix A beschreibt den Zusammenhang zwischen den angegebenen Ausgangssignalen U der Messung ampVerstärker auf den Kanälen 1 bis 6 (u1, u2, u3, u4, u5, u6) und den Komponenten 1 bis 6 (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) des Lastvektors L.

Messwert: Ausgangssignale u1, u2, …u6 auf den Kanälen 1 bis 6	Ausgangssignal U
Berechneter Wert: Kräfte Fx, Fy, Fz; Momente Mx, My, Mz	Lastvektor L
Rechenvorschrift: Kreuzprodukt	L = A x U

Die Kalibrierungsmatrix Aij umfasst 36 Elemente, angeordnet in 6 Zeilen (i=1..6) und 6 Spalten (j=1..6).
Die Einheit der Matrixelemente ist N/(mV/V) in den Zeilen 1 bis 3 der Matrix.
Die Einheit der Matrixelemente ist Nm/(mV/V) in den Zeilen 4 bis 6 der Matrix.
Die Kalibriermatrix hängt von den Eigenschaften des Sensors und der Messung ab ampschwerer.
Dies gilt für die BX8-Messung amplifier und für alle ampVerstärker, die Brückenausgangssignale in mV/V anzeigen.
Die Matrixelemente können durch Multiplikation (unter Verwendung eines „Skalarprodukts“) um einen gemeinsamen Faktor in andere Einheiten umskaliert werden.
Die Kalibrierungsmatrix berechnet die Momente um den Ursprung des zugrunde liegenden Koordinatensystems.
Der Ursprung des Koordinatensystems liegt an dem Punkt, an dem die Z-Achse die Vorderseite des Sensors schneidet. 1) Der Ursprung und die Ausrichtung der Achsen werden durch eine Gravur auf der Vorderseite des Sensors angezeigt.

1) Die Position des Ursprungs kann je nach 6AXX-Sensortyp variieren. Der Ursprung wird im Kalibrierschein dokumentiert. Beispielsweise liegt der Ursprung von 6A68 in der Mitte des Sensors.

ExampDatei einer Kalibriermatrix (6AXX, 6ADF)

	u1 in mV/V	u2 in mV/V	u3 in mV/V	u4 in mV/V	u5 in mV/V	u6 in mV/V
Fx in N / mV/V	-217.2	108.9	99.9	-217.8	109.2	103.3
Fy in N / mV/V	-2.0	183.5	-186.3	-3.0	185.5	-190.7
Fz in N / mV/V	-321.0	-320.0	-317.3	-321.1	-324.4	-323.9
Mx in Nm / mV/V	7.8	3.7	-3.8	-7.8	-4.1	4.1
My in Nm / mV/V	-0.4	6.6	6.6	-0.4	-7.0	-7.0
Mz in Nm / mV/V	-5.2	5.1	-5.1	5.1	-5.0	5.1

Die Kraft in x-Richtung wird durch Multiplikation und Aufsummierung der Matrixelemente der ersten Zeile a1j mit den Zeilen des Vektors der Ausgangssignale uj berechnet.
Fx =
-217.2 N/(mV/V) u1+ 108.9 N/(mV/V) u2 + 99.9 N/(mV/V) u3
-217.8 N/(mV/V) u4+ 109.2 N/(mV/V) u5 +103.3 N/(mV/V) u6

Zum Beispielample: Auf allen 6 Messkanälen wird u1 = u2 = u3 = u4 = u5 =u6 = 1.00mV/V angezeigt. Dann gibt es eine Kraft Fx von -13.7 N. Die Kraft in z-Richtung wird entsprechend berechnet, indem die dritte Zeile der Matrix a3j mit dem Vektor des angegebenen Volumens multipliziert und summiert wirdtages uj:
Fz =
-321.0 N/(mV/V) u1 -320.0 N/(mV/V) u2 -317.3 N/(mV/V) u3
-321.1 N/(mV/V) u4 -324.4 N/(mV/V) u5 -323.9 N/(mV/V) u6.

Matrix Plus für 6AXX / 6ADF Sensoren

Beim Kalibrierverfahren „Matrix Plus“ werden zwei Kreuzprodukte berechnet: Matrix A x U + Matrix B x U *

Messwerte: Ausgangssignale u1, u2, … u6 an den Kanälen 1 bis 6	Ausgangssignale U
Messwerte sind Ausgangssignale als Mischprodukte: u1u2, u1u3, u1u4, u1u5, u1u6, u2u3 der Kanäle 1 bis 6	Ausgangssignale U*
Berechneter Wert: Kräfte Fx, Fy, Fz; Momente Mx, My, Mz	Vektor laden L.
Rechenvorschrift: Kreuzprodukt	L = A x U + B xU*

Example einer Kalibrierungsmatrix „B“

	u1·u2 in (mV/V)²	u1·u3 in (mV/V)²	u1·u4 in (mV/V)²	u1·u5 in (mV/V)²	u1·u6 in (mV/V)²	u2·u3 in (mV/V)²
Fx in N / (mV/V)²	-0.204	-0.628	0.774	-0.337	-3.520	2.345
Fy in N /(mV/V)²	-0.251	1.701	-0.107	-2.133	-1.408	1.298
Fz in N / (mV/V)²	5.049	-0.990	1.453	3.924	19.55	-18.25
Mx in Nm /(mV/V)²	-0.015	0.082	-0.055	-0.076	0.192	-0.054
My in Nm / (mV/V)²	0.050	0.016	0.223	0.036	0.023	-0.239
Mz in Nm / (mV/V)²	-0.081	-0.101	0.027	-0.097	-0.747	0.616

Die Kraft in x-Richtung wird berechnet, indem die Matrixelemente A der ersten Zeile a1j mit den Zeilen j des Vektors der Ausgangssignale uj plus Matrixelemente B der ersten Zeile a1j mit den Zeilen j des Vektors von multipliziert und summiert werden die gemischtquadratischen Ausgangssignale:

Example von Fx

Fx =
-217.2 N/(mV/V) u1 + 108.9 N/(mV/V) u2 + 99.9 N/(mV/V) u3
-217.8 N/(mV/V) u4 + 109.2 N/(mV/V) u5 +103.3 N/(mV/V) u6
-0.204 N/(mV/V)² u1u2 0.628 N/(mV/V)² u1u3 + 0.774 N/(mV/V)² u1u4
-0.337 N/(mV/V)² u1u5 3.520 N/(mV/V)² u1u6 + 2.345 N/(mV/V)² u2u3

Example von Fz

Fz =
-321.0 N/(mV/V) u1 -320.0 N/(mV/V) u2 -317.3 N/(mV/V) u3
-321.1 N/(mV/V) u4 -324.4 N/(mV/V) u5 -323.9 N/(mV/V) u6.
+5.049 N/(mV/V)² u1u2 -0.990 N/(mV/V)² u1u3
+1.453 N/(mV/V)² u1u4 +3.924 N/(mV/V)² u1u5
+19.55 N/(mV/V)² u1u6 -18.25 N/(mV/V)² u2u3
Aufmerksamkeit: Die Zusammensetzung der gemischten quadratischen Terme kann sich je nach Sensor ändern.

Offset des Ursprungs

Kräfte, die nicht im Ursprung des Koordinatensystems wirken, werden durch einen Indikator in Form von Mx-, My- und Mz-Momenten bezogen auf den Hebelarm angezeigt.

Im Allgemeinen werden die Kräfte im Abstand z von der zugewandten Oberfläche des Sensors ausgeübt. Der Ort der Kraftübertragung kann je nach Bedarf auch in x- und z-Richtung verschoben werden.

Wenn die Kräfte im Abstand x, y oder z vom Ursprung des Koordinatensystems wirken und die Momente um den versetzten Kraftübertragungsort dargestellt werden müssen, sind folgende Korrekturen erforderlich:

Korrigierte Momente Mx1, My1, Mz1 nach einer Verschiebung der Kraftübertragung (x, y, z) vom Ursprung

Mx1 = Mx + y*Fz – z*Fy
My1 = My + z*Fx – x*Fz
Mz1 = Mz + x*Fy – y*Fx

Notiz: Der Sensor wird zusätzlich den Momenten Mx, My und Mz ausgesetzt, wobei die Momente Mx1, My1 und Mz1 angezeigt werden. Die zulässigen Momente Mx, My und Mz dürfen nicht überschritten werden.

Skalierung der Kalibrierungsmatrix

Indem die Matrixelemente auf die Einheit mV/V bezogen werden, kann die Kalibrierungsmatrix auf alle verfügbaren angewendet werden amplifizierer.

Für die BSC8-Messung gilt die Kalibriermatrix mit den Matrixelementen N/V und Nm/V ampVerstärker mit einer Eingangsempfindlichkeit von 2 mV/V und einem Ausgangssignal von 5 V mit einem 2 mV/V-Eingangssignal.

Die Multiplikation aller Matrixelemente mit dem Faktor 2/5 skaliert die Matrix von N/(mV/V) und Nm/(mV/V) für einen Ausgang von 5 V bei einer Eingangsempfindlichkeit von 2 mV/V (BSC8).

Durch Multiplikation aller Matrixelemente mit dem Faktor 3.5/10 wird die Matrix von N/(mV/V) und Nm/(mV/V) für ein Ausgangssignal von 10 V bei einer Eingangsempfindlichkeit von 3.5 mV/V (BX8) skaliert )

Die Einheit des Faktors ist (mV/V)/V
Die Einheiten der Elemente des Lastvektors (u1, u2, u3, u4, u5, u6) sind voltages in V

Example von Fx

Analogausgang mit BX8, Eingangsempfindlichkeit 3.5 mV/V, Ausgangssignal 10V:
Fx =
3.5/10 (mV/V)/V
(-217.2 N/(mV/V) u1 + 108.9 N/(mV/V) u2 + 99.9 N/(mV/V) u3
-217.8 N/(mV/V) u4 + 109.2 N/(mV/V) u5 +103.3 N/(mV/V) u6 ) + (3.5/10)² ( (mV/V)/V )²
(-0.204 N/(mV/V)² u1u2 0.628 N/(mV/V)² u1u3 + 0.774 N/(mV/V)² u1u4
-0.337 N/(mV/V)² u1u5 3.520 N/(mV/V)² u1u6 + 2.345 N/(mV/V)² u2u3)

Matrix 6×12 für 6AXX-Sensoren

Bei den Sensoren 6A150, 6A175, 6A225, 6A300 ist es möglich, zur Fehlerkompensation eine 6×12-Matrix anstelle einer 6x6-Matrix zu verwenden.

Die 6×12-Matrix bietet höchste Genauigkeit und geringstes Übersprechen und wird für Sensoren ab 50kN Kraft empfohlen.

In diesem Fall verfügen die Sensoren über insgesamt 12 Messkanäle und zwei Anschlüsse. Jeder Anschluss enthält einen elektrisch unabhängigen Kraft-Momenten-Sensor mit 6 Sensorsignalen. Jeder dieser Anschlüsse ist mit einer eigenen Messung verbunden ampReiniger BX8.

Anstelle einer 6×12-Matrix kann der Sensor auch ausschließlich mit Anschluss A, ausschließlich mit Anschluss B oder mit beiden Anschlüssen zur redundanten Messung verwendet werden. In diesem Fall wird für den Anschluss A und für den Anschluss B eine 6×6-Matrix mitgeliefert. Die 6×6-Matrix wird standardmäßig mitgeliefert.

Die Synchronisation der Messdaten kann beispielsweise mit Hilfe eines Synchronisationskabels erfolgen. Für ampBei Verstärkern mit EtherCat-Schnittstelle ist eine Synchronisation über die BUS-Leitungen möglich.

Die Kräfte Fx, Fy, Fz und Momente Mx, My, Mz werden in der Software BlueDAQ berechnet. Dort werden die 12 Eingangskanäle u1…u12 mit der 6×12-Matrix A multipliziert, um 6 Ausgangskanäle des Lastvektors L zu erhalten.

Die Kanäle des Anschlusses „A“ sind in der BlueDAQ-Software den Kanälen 1…6 zugeordnet. Die Kanäle des Anschlusses „B“ sind in der BlueDAQ-Software den Kanälen 7…12 zugeordnet.
Nach dem Laden und Aktivieren der Matrix 6×12 in der BlueDAQ-Software werden die Kräfte und Momente auf den Kanälen 1 bis 6 angezeigt.
Die Kanäle 7…12 enthalten die Rohdaten des Anschlusses B und sind für die weitere Auswertung nicht relevant. Diese Kanäle (mit der Bezeichnung „dummy7“) bis „dummy12“) können ausgeblendet werden. Bei Verwendung der 6×12-Matrix werden die Kräfte und Momente ausschließlich per Software berechnet, da sie sich aus Daten zweier separater Messungen zusammensetzt amplifizierer.

Tipp: Bei Verwendung der BlueDAQ-Software kann die Konfiguration und Verknüpfung mit der 6×12-Matrix per „Save Session“ erfolgen. und „Sitzung öffnen“ wird gedrückt. sodass die Sensor- und Kanalkonfiguration nur einmal durchgeführt werden muss.

Steifigkeitsmatrix

Example einer Steifigkeitsmatrix

6A130 5kN/500Nm

Fx	Fy	Fz	Mx	My	Mz
93,8 kN/mm	0,0	0,0	0,0	3750 kN	0,0	Ux
0,0	93,8 kN/mm	0,0	-3750 kN	0,0	0,0	Uy
0,0	0,0	387,9 kN/mm	0,0	0,0	0,0	Uz
0,0	-3750 kN	0,0	505,2 kNm	0,0	0,0	phix
3750 kN	0,0	0,0	0,0	505,2 kNm	0,0	phiy
0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	343,4 kNm	phiz

Bei einer Belastung mit 5kN in x-Richtung ergibt sich eine Verschiebung von 5 / 93.8 mm = 0.053 mm in x-Richtung und eine Verdrehung von 5 kN / 3750 kN = 0.00133 rad in y-Richtung.
Bei Belastung mit 15kN in z-Richtung ergibt sich eine Verschiebung von 15 / 387.9 mm = 0.039 mm in z-Richtung (und keine Verdrehung).
Bei Mx 500 Nm ergibt sich in der x-Achse eine Verdrehung von 0,5kNm / 505,2kNm = 0.00099 rad und eine Verschiebung von 0,5kNm / -3750 kN = -0,000133m = -0,133mm.
Bei Belastung mit Mz 500Nm ergibt sich eine Verdrehung von 0,5kNm / 343.4 kNm = 0.00146 rad um die z-Achse (und keine Verschiebung).

Kalibrierungsmatrix für 5AR-Sensoren

Die Sensoren des Typs 5AR ermöglichen die Messung der Kraft Fz und der Momente Mx und My.
Die Sensoren 5AR können zur Anzeige von 3 orthogonalen Kräften Fx, Fy und Fz verwendet werden, wenn die gemessenen Drehmomente durch den Hebelarm z (Entfernung der Krafteinleitung Fx, Fy vom Ursprung des Koordinatensystems) dividiert werden.

	Kapitel 1	Kapitel 2	Kapitel 3	Kapitel 4
Fz in N / mV/V	100,00	100,00	100,00	100,00
Mx in Nm / mV/V	0,00	-1,30	0,00	1,30
My in Nm / mV/V	1,30	0,00	-1,30	0,00
H	0,00	0,00	0,00	0,00

Die Kraft in z-Richtung wird durch Multiplikation und Summation der Matrixelemente der ersten Zeile A1J mit den Linien des Vektors der Ausgangssignale uj berechnet

Fz =
100 N/mV/V u1 + 100 N/mV/V u2 + 100 N/mV/V u3 + 100 N/mV/V u4

Example: Auf allen 6 Messkanälen wird u1 = u2 = u3 = u4 = 1.00 mV/V angezeigt. Dann ergibt sich eine Kraft von 400 N.

Die Kalibriermatrix A des 5AR-Sensors hat die Abmessungen 4 x. 4
Der Vektor u der Ausgangssignale der Messung amplifier hat die Abmessungen 4 x. 1 Der Ergebnisvektor (Fz, Mx, My, H) hat die Dimension 4 x. 1 An den Ausgängen von ch1, ch2 und ch3 werden nach Anwendung der Kalibriermatrix die Kraft Fz und die Momente Mx und My angezeigt. Am Ausgang von Kanal 4 wird in der vierten Zeile ständig 0 V angezeigt.

Inbetriebnahme des Sensors

Zur Darstellung der gemessenen Kräfte und Momente dient die Software BlueDAQ. Die BlueDAQ-Software und zugehörige Handbücher können unter heruntergeladen werden webWebsite.

Schritt	Beschreibung
1	Installation der Blue DAQ-Software
2	Schließen Sie die Messung an amplifier BX8 über USB-Anschluss; Schließen Sie den Sensor 6AXX an die Messstelle an amplifier. Schalten Sie die Messung ein ampschwerer.
3	Verzeichnis mit Kalibriermatrix (mitgelieferter USB-Stick) auf geeignetes Laufwerk und Pfad kopieren.
4	Starten Sie die Blue DAQ-Software
5	Hauptfenster: Schaltfläche Kanal hinzufügen; Gerätetyp auswählen: BX8 Schnittstelle auswählen: z.Bample COM3Wählen Sie die Kanäle 1 bis 6 aus, um Button Connect zu öffnen
6	Hauptfenster: Schaltfläche Spezialsensor Sechs-Achsen-Sensor auswählen
7	Fenster „Sechs-Achsen-Sensoreinstellungen: Schaltfläche Sensor hinzufügen“.
8	a) Schaltfläche Verzeichnis ändern Wählen Sie das Verzeichnis mit aus files Seriennummer.dat und Seriennummer. Matrix. b) Schaltfläche „Sensor auswählen“ und „Seriennummer“ auswählen c) Schaltfläche „Kanäle automatisch umbenennen“. d) ggf. Wählen Sie die Verschiebung des Kraftangriffspunkts. e) Schaltfläche OK Diesen Sensor aktivieren
9C	Fenster „Recorder Yt auswählen“, Messung starten;

Inbetriebnahme des 6×12 Sensors

Bei der Inbetriebnahme des 6×12-Sensors werden die Kanäle 1 bis 6 des Messbereichs aktiviert ampDer Verstärker am Anschluss „A“ muss den Komponenten 1 bis 6 zugeordnet werden.

Kanäle 7…12 der Messung ampDer Verstärker am Anschluss „B“ ist den Komponenten 7 bis 12 zugeordnet.

Bei Verwendung des Synchronisationskabels sind die 25-poligen SUB-D-Buchsen (männlich) auf der Rückseite des ampDer Verstärker ist mit dem Synchronisationskabel verbunden.

Das Synchronisationskabel verbindet die Ports Nr. 16 der Messung amplifier A und B miteinander.

Für amplifier Ein Port 16 ist als Ausgang für die Funktion als Master konfiguriert, z amplifier Bport 16 ist als Eingang für die Funktion als Slave konfiguriert.

Die Einstellungen finden Sie unter „Gerät“ Erweiterte Einstellung „Dig-IO“.

Hinweis: Die Konfiguration der Datenfrequenz muss sowohl beim „Master“ als auch beim „Slave“ erfolgen. Die Messfrequenz des Masters sollte niemals höher sein als die Messfrequenz des Slaves.