Interfejs 6AXX Instrukcja obsługi czujnika wieloskładnikowego

Zestaw czujników wieloskładnikowych 6AXX składa się z sześciu niezależnych czujników siły wyposażonych w tensometry. Wykorzystując sześć sygnałów czujników, stosuje się regułę obliczeniową do obliczenia sił w trzech osiach przestrzennych i trzech momentów wokół nich. Zakres pomiarowy czujnika wieloskładnikowego wyznacza się:

przez zakresy pomiarowe sześciu niezależnych czujników siły, oraz
poprzez geometryczne rozmieszczenie sześciu czujników siły lub średnicę czujnika.

Pojedynczych sygnałów z sześciu czujników siły nie można bezpośrednio powiązać z konkretną siłą lub momentem poprzez pomnożenie przez współczynnik skalowania.

Zasadę obliczeniową można dokładnie opisać matematycznie za pomocą iloczynu macierzy kalibracyjnej z wektorem sygnałów sześciu czujników.

To podejście funkcjonalne ma następującą zaletętages:

Szczególnie wysoka sztywność,

Szczególnie skuteczna separacja sześciu składników („niski przesłuch”).

Matryca kalibracyjna

Macierz kalibracyjna A opisuje powiązanie pomiędzy wskazanymi sygnałami wyjściowymi U pomiaru amplifier na kanałach 1 do 6 (u1, u2, u3, u4, u5, u6) i składowych 1 do 6 (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) wektora obciążenia L.

Wartość mierzona: sygnały wyjściowe u1, u2, …u6 na kanałach 1 do 6	sygnał wyjściowy U
Wartość obliczona: siły Fx, Fy, Fz; momenty Mx, My, Mz	Załaduj wektor L
Reguła obliczeniowa: Iloczyn krzyżowy	L = A x U

Macierz kalibracyjna Aij składa się z 36 elementów, ułożonych w 6 rzędach (i=1..6) i 6 kolumnach (j=1..6).
Jednostką elementów macierzy jest N/(mV/V) w rzędach od 1 do 3 macierzy.
Jednostką elementów macierzy jest Nm/(mV/V) w rzędach od 4 do 6 macierzy.
Matryca kalibracji zależy od właściwości czujnika i pomiaru ampliyfikator.
Dotyczy pomiaru BX8 ampLifer i dla wszystkich amplifiery, które wskazują sygnały wyjściowe mostka w mV/V.
Elementy macierzy można przeskalować do innych jednostek przez wspólny współczynnik poprzez mnożenie (przy użyciu „iloczynu skalarnego”).
Macierz kalibracji oblicza momenty wokół początku bazowego układu współrzędnych.
Początek układu współrzędnych znajduje się w punkcie, w którym oś Z przecina się z powierzchnią zwróconą do czujnika. 1) Pochodzenie i orientacja osi są pokazane poprzez grawerowanie na powierzchni czołowej czujnika.

1) Położenie początku może się różnić w zależności od typu czujnika 6AXX. Pochodzenie jest udokumentowane w arkuszu kalibracji. Np. początek 6A68 znajduje się w środku czujnika.

Exampplik matrycy kalibracyjnej (6AXX, 6ADF)

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

Siłę w kierunku x oblicza się mnożąc i sumując elementy macierzy pierwszego rzędu a1j przez wiersze wektora sygnałów wyjściowych uj.
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

Na przykładample: na wszystkich 6 kanałach pomiarowych wyświetlane jest u1 = u2 = u3 = u4 = u5 =u6 = 1.00 mV/V. Powstaje wówczas siła Fx wynosząca -13.7 N. Siłę w kierunku z oblicza się odpowiednio poprzez pomnożenie i zsumowanie trzeciego rzędu macierzy a3j przez wektor wskazanej objętościtagtak:
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 dla czujników 6AXX / 6ADF

W przypadku stosowania procedury kalibracji „Matrix Plus” obliczane są dwa produkty krzyżowe: macierz A x U + macierz B x U *

Mierzone wielkości: sygnały wyjściowe u1, u2, … u6 na kanałach 1 do 6	sygnały wyjściowe U
Wartości mierzone są sygnałami wyjściowymi w postaci mieszanych produktów: u1u2, u1u3, u1u4, u1u5, u1u6, u2u3 kanałów 1 do 6	sygnały wyjściowe U*
Wartość obliczona: Siły Fx, Fy, Fz;Momenty Mx, My, Mz	Załaduj wektor L.
Reguła obliczeniowa: Iloczyn krzyżowy	L = A x U + B x U*

Exampplik matrycy kalibracyjnej „B”

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

Siłę w kierunku x oblicza się mnożąc i sumując elementy macierzy A pierwszego rzędu a1j z wierszami j wektora sygnałów wyjściowych uj plus elementy macierzy B pierwszego rzędu a1j z wierszami j wektora mieszane kwadratowe sygnały wyjściowe:

Exampplik 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 z 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
Uwaga: Skład mieszanych składników kwadratowych może się zmieniać w zależności od czujnika.

Przesunięcie początku

Siły, które nie są przyłożone w początku układu współrzędnych, są pokazywane za pomocą wskaźnika w postaci momentów Mx, My i Mz opartych na ramieniu dźwigni.

Ogólnie rzecz biorąc, siły przykładane są w odległości z od powierzchni czołowej czujnika. Położenie przeniesienia siły może być również przesunięte w kierunkach x i z, zgodnie z wymaganiami.

Jeżeli siły przykładane są w odległości x, y lub z od początku układu współrzędnych i konieczne jest pokazanie momentów wokół miejsca przenoszenia siły przesuniętej, wymagane są następujące poprawki:

Skorygowane momenty Mx1, My1, Mz1 po przesunięciu przenoszenia siły (x, y, z) od początku

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

Notatka: Czujnik jest także poddawany działaniu momentów Mx, My i Mz, przy czym wyświetlane są momenty Mx1, My1 i Mz1. Nie wolno przekraczać dopuszczalnych momentów Mx, My i Mz.

Skalowanie macierzy kalibracyjnej

Odnosząc elementy matrycy do jednostki mV/V, matrycę kalibracyjną można zastosować do wszystkich dostępnych ampwężownice.

Matryca kalibracji z elementami macierzy N/V i Nm/V ma zastosowanie do pomiaru BSC8 amplifier o czułości wejściowej 2 mV/V i sygnale wyjściowym 5 V z sygnałem wejściowym 2 mV/V.

Mnożenie wszystkich elementów macierzy przez współczynnik 2/5 skaluje macierz od N/(mV/V) i Nm/(mV/V) dla wyjścia 5 V przy czułości wejściowej 2 mV/V (BSC8).

Mnożąc wszystkie elementy matrycy przez współczynnik 3.5/10, matryca jest skalowana od N/(mV/V) i Nm/(mV/V) dla sygnału wyjściowego 10 V przy czułości wejściowej 3.5 mV/V (BX8 )

Jednostką współczynnika jest (mV/V)/V
Jednostką elementów wektora obciążenia (u1, u2, u3, u4, u5, u6) jest objętośćtagjest w V

Exampplik Fx

Wyjście analogowe z BX8, czułość wejściowa 3.5 mV/V, sygnał wyjściowy 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)

Matryca 6×12 dla czujników 6AXX

W przypadku czujników 6A150, 6A175, 6A225, 6A300 możliwe jest zastosowanie matrycy 6×12 zamiast matrycy a6x6 do kompensacji błędów.

Matryca 6×12 zapewnia najwyższą dokładność i najniższy przesłuch i jest zalecana do czujników od siły 50kN.

W tym przypadku czujniki posiadają łącznie 12 kanałów pomiarowych i dwa złącza. Każde złącze zawiera elektrycznie niezależny czujnik momentu obrotowego z 6 sygnałami czujnika. Każde z tych złączy jest podłączone do własnego czujnika pomiarowego ampwzmacniacz BX8.

Zamiast stosowania matrycy 6×12, czujnik można zastosować również wyłącznie ze złączem A, lub wyłącznie ze złączem B, lub z obydwoma złączami w celu redundantnego pomiaru. W tym przypadku w standardzie dostarczana jest matryca 6×6 dla złącza A i dla złącza B. Matryca 6×6 dostarczana jest w standardzie.

Synchronizacja mierzonych danych może odbywać się m.in. za pomocą kabla synchronizacyjnego. Dla ampW przypadku lifierów z interfejsem EtherCat możliwa jest synchronizacja poprzez linie BUS.

Siły Fx, Fy, Fz i momenty Mx, My, Mz są obliczane w programie BlueDAQ. Tam 12 kanałów wejściowych u1…u12 jest mnożonych przez macierz A 6×12, aby otrzymać 6 kanałów wyjściowych wektora obciążenia L.

Kanały złącza „A” są przypisane do kanałów 1…6 w oprogramowaniu BlueDAQ. Kanały złącza „B” są przypisane do kanałów 7…12 w oprogramowaniu BlueDAQ.
Po wczytaniu i uruchomieniu matrycy 6×12 w programie BlueDAQ siły i momenty wyświetlane są na kanałach od 1 do 6.
Kanały 7…12 zawierają surowe dane złącza B i nie są istotne dla dalszej analizy. Kanały te (z oznaczeniem „dummy7”) do „dummy12”) można ukryć można ukryć W przypadku korzystania z macierzy 6×12 siły i momenty są obliczane wyłącznie programowo, ponieważ składają się one z danych z dwóch oddzielnych pomiarów ampwężownice.

Wskazówka: W przypadku korzystania z oprogramowania BlueDAQ konfigurację i połączenie z matrycą 6×12 można wykonać poprzez opcję „Zapisz sesję”. i naciśnięto „Sesja otwarta”. dzięki czemu konfigurację czujnika i kanału można przeprowadzić tylko raz.

Matryca sztywności

Example macierzy sztywności

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	poprawka
3750 kN	0,0	0,0	0,0	505,2 kNm	0,0	fij
0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	343,4 kNm	pysk

Przy obciążeniu 5 kN w kierunku x przesunięcie o 5 / 93.8 mm = 0.053 mm w kierunku x i skręcenie o 5 kN / 3750 kN = 0.00133 rad skutkuje w kierunku y.
Przy obciążeniu 15 kN w kierunku z, przesunięcie 15 / 387.9 mm = 0.039 mm w kierunku z (bez skręcenia).
Przy Mx 500 Nm w osi x następuje skręcenie o 0,5kNm / 505,2kNm = 0.00099 rad, a przesunięcie od 0,5kNm / -3750 kN = -0,000133m = -0,133mm.
Przy obciążeniu Mz 500 Nm, skręcenie wynosi 0,5 kNm / 343.4 kNm = 0.00146 rad wokół osi Z (bez przesunięcia).

Matryca kalibracyjna dla czujników 5AR

Czujniki typu 5AR pozwalają na pomiar siły Fz oraz momentów Mx i My.
Czujniki 5AR mogą służyć do wyświetlania 3 sił ortogonalnych Fx, Fy i Fz, gdy zmierzone momenty zostaną podzielone przez ramię dźwigni z (odległość przyłożenia siły Fx, Fy z teorii układu współrzędnych).

	rozdział 1	rozdział 2	rozdział 3	rozdział 4
Fz w N/mV/V	100,00	100,00	100,00	100,00
Mx w Nm/mV/V	0,00	-1,30	0,00	1,30
Mój w Nm/mV/V	1,30	0,00	-1,30	0,00
H	0,00	0,00	0,00	0,00

Siłę w kierunku z oblicza się mnożąc i sumując elementy macierzy pierwszego rzędu A1J przez linie wektora sygnałów wyjściowych uj

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

Example: na wszystkich 6 kanałach pomiarowych wyświetlane jest u1 = u2 = u3 = u4 = 1.00 mV/V. Następnie wymuś wyniki Fz wynoszące 400 N.

Matryca kalibracyjna A czujnika 5AR ma wymiary 4 x. 4
Wektor u sygnałów wyjściowych pomiaru ampLifier ma wymiary 4 x. 1 Wektor wynikowy (Fz, Mx, My, H) ma wymiar 4 x. 1 Na wyjściach ch1, ch2 i ch3 po zastosowaniu matrycy kalibracyjnej wyświetlana jest siła Fz oraz momenty Mx i My. Na wyjściu Kanału 4 w czwartej linii stale wyświetla się wartość 0V.

Uruchomienie czujnika

Do prezentacji zmierzonych sił i momentów służy oprogramowanie BlueDAQ. Oprogramowanie BlueDAQ i powiązane instrukcje można pobrać ze strony webstrona.

Krok	Opis
1	Instalacja oprogramowania Blue DAQ
2	Podłącz pomiar amplifier BX8 przez port USB; Podłącz czujnik 6AXX do układu pomiarowego ampLifik. Włącz pomiar ampliyfikator.
3	Skopiuj katalog z matrycą kalibracyjną (w zestawie pamięć USB) na odpowiedni dysk i ścieżkę.
4	Uruchom oprogramowanie Blue DAQ
5	Okno główne: Przycisk Dodaj kanał; Wybierz typ urządzenia: BX8 Wybierz interfejs: npample COM3Wybierz kanał od 1 do 6, aby otworzyć przycisk Connect
6	Okno główne: Przycisk Specjalny czujnik Wybierz czujnik sześcioosiowy
7	Okno „Ustawienia czujnika sześcioosiowego: Przycisk Dodaj czujnik
8	a) Przycisk Zmień katalog Wybierz katalog za pomocą files Numer seryjny.dat i Numer seryjny. Matryca. b) Przycisk Wybierz czujnik i wybierz Numer seryjny c) Przycisk Automatyczna zmiana nazwy kanałów d) jeśli to konieczne. Wybierz przemieszczenie punktu przyłożenia siły. e) Przycisk OK Włącz ten czujnik
9C	Wybierz okno Rejestrator Yt”, rozpocznij pomiar;

Uruchomienie czujnika 6×12

Przy uruchomieniu czujnika 6×12 kanały pomiarowe od 1 do 6 ampWzmacniacz na złączu „A” musi być przypisany do komponentów od 1 do 6.

Kanały 7…12 pomiarowe ampWzmacniacze na złączu „B” są przypisane do komponentów od 7 do 12.

W przypadku korzystania z kabla synchronizacyjnego 25-pinowe złącza żeńskie SUB-D (męskie) z tyłu amplifiery są podłączone do kabla synchronizacyjnego.

Kabel synchronizacyjny łączy porty nr. 16 pomiaru ampliyfikatory A i B ze sobą.

Dla amplifier Port 16 jest skonfigurowany jako wyjście dla funkcji master, np amplifier Bport 16 jest skonfigurowany jako wejście dla funkcji slave.

Ustawienia można znaleźć w sekcji „Urządzenie” Ustawienia zaawansowane” Dig-IO.

Wskazówka: Konfigurację częstotliwości danych należy przeprowadzić zarówno w trybie „Master”, jak i „Slave”. Częstotliwość pomiarowa urządzenia master nie powinna być nigdy wyższa niż częstotliwość pomiaru urządzenia slave.