6 EKSENLİ KUVVET ve TORK SENSÖRLERİ

6D ve F6D sensörleri koordinat sistemi üzerinde üç yönde kuvvet ve tork ölçümü yapabilen sensörlerdir. İç yapısında 6 adet tam köprü strain gauge yapısı bulunmaktadır. Bu yapılardan çıkan sinyaller 24 pinlik bir konnektör vasıtasıyla işlenmek üzere ölçüm sistemine iletilirler.
Bu altı tam köprü yapısından gelen sinyallerden kuvvetleri ve momentleri hesaplamak için bir kalibrasyon matrisi gereklidir. Kalibrasyon matrisi, 6 ölçüm sinyali ile Fx, Fy, Fz kuvvetleri ile Mx, My ve Mz momentleri arasındaki ilişkiyi kurar

Bu özel kalibrasyon matrisleri kullanılarak, doğruluk ve çapraz etki (crosstalk) fenomanleri optimize edilebilmektedir. 

Örneğin GSV-8DS ölçüm birimi kullanıldığında, GSV8 içerisindeki tanımlı kalibrasyon matrisini kullanarak kuvvet ve torkları hesaplar ve bunları USB arabirimi ile veya analog çıkış olarak dışarı aktarır. (Channel 1: Fx, Channel 2: Fy, Channel 3: Fy, Channel 4: Mx, Channel 5: My, Channel 6: Mz).

6 birimlik kuvvet ve tork vektörünü hesaplayabilmek için sensörden gelen sinyal vektörü, 6*6 kalibrasyon matrisiyle çarpılıp, ölçüm vektörü oluşturulur.

3 EKSENLİ KUVVET SENSÖRLERİ

K3D, K3R ve K3A sensörleri, koordinat sisteminin 3 yönündeki kuvvetleri ölçmek için uygundur. Toplam 3 adet tam köprü strain gauge devresinden oluşurlar.  6 eksenli sensörün aksine, her kanalın sinyali zaten bir Fx, Fy, Fz kuvvetine karşılık gelir. Eksenlerin ayrılması, gerinim ölçerlerin yapısı ve düzenlenmesi ile yapılır. Çıkış sinyallerini yükseltmek veya sinyalleri sayısallaştırmak için sinyal kuvvetlendirici gereklidir. 

Kompakt ve Doğru

Çok bileşenli/eksenli bir sensör, kompakt ve hassas bir yapıya sahip olup, altı tane tek eksenli sensörün işlevini yerine getirebilir. Aynı şekilde, üç eksenli bir kuvvet sensörü, üç tek eksenli kuvvet sensörünün işlevlerini tek bir üründe birleştirir.

Üç eksenli veya altı bileşenli sensörlerle elde edilen doğruluk, tek eksenli sensörlerin birleştirilmesiyle sağlanamaz. Geleneksel kuvvet sensörleri, kuvvetlerin eğik/eğimli olarak uygulanmasına karşı fazlasıyla duyarlıdır. Bu durum, gerçek ölçüm yönünün aksine bir kuvvet uygulandığında ölçüm hatasına yol açar ve bu hatanın tam olarak ölçülmesi zordur.

Üç kuvvet sensörü seri bağlandığında, her sensör yalnızca bir yük yönü için tasarlanmış olsa da, üç eksende (ölçmesi gereken eksen dışında gelen kuvvetlere) yüke maruz durumdadır. Ayrıca, sensörlerin seri bağlanması yay sertliklerinin azalmasına da yol açar. Tek tek eksenlerin doğrusal kılavuzlarla ayrılması girişimi ise, kısa ölçüm yolları ve statik sürtünme nedeniyle %10 ve daha yüksek hatalara sebep olabilir.

3 eksenli kuvvet sensörleri ve 6 bileşenli/eksenli sensörler, basit ve kompakt tasarımlarıyla yüksek doğruluk ve sertlik sağlar. Bu sensörler, ölçüm sonuçlarının güvenilirliğini ve hassasiyetini artırarak, geniş bir uygulama yelpazesinde etkin çözümler sunar.

Çapraz Etki (CROSSTALK)

Ölçüm yapılan bir eksende, diğer açılardan gelen tork veya kuvvetler etki ederse, bu etkilerin dik bileşenleri de eksenel kuvvete etki eder. Örneğin, x eksenindeki bir sensöre y ekseninden veya açılı bir kuvvet uygulandığında, istemeseniz de bu etki ölçümlerinize yansır. Üç ve altı eksenli sensörlerde bu etki, nominal yükün yalnızca %1’i mertebesindedir.

Bu çapraz etki, stresle doğru orantılı olarak artar. Stres veya yüksek tork arttığında, diğer eksenlere olan etki de artar. Bu durumda kalibrasyon matrisinin kullanımı önem kazanır. Üç eksenli sensörlerin aksine, altı eksenli sensörlerde bu %1’lik etki, kalibrasyon matrisi ile minimize edilebilir. Hatta, ikinci bir kalibrasyon matrisi (matrix plus) kullanılarak bu çapraz etki %0.2 ile %0.5 arasına düşürülebilir. Bu, altı eksenli sensörlerin daha hassas ölçümler yapmasını sağlar ve ölçümlerin güvenilirliğini artırır.

Ölçüm Aralıkları

Çok komponentli sensörlerde ölçüm aralıkları belirli katlar ile sınırlanmıştır, bunun sebebi kullanılan Hexapot framework ölçüm sistemi ve geometridir. Çok bileşenli sensördeki çubukların kesiti nominal kuvvetteki mekanik gerilimi, sensörün çapı nominal torku belirler. Fz için nominal kuvvet genellikle Fx ve Fy için nominal kuvvetin iki ila üç katıdır. Bunun nedeni Fz yük durumunda Hexapod çerçevesinin 6 çubuğunun tümü eşit olarak yüklenirken, Fx ve Fy’de sadece üç ila dört çubuk yüklenir. Birçok uygulama, kuvvet / moment sensörünün sadece bir ekseninin% 50 ila% 100 arasında kullanılmasını gerektirirken, sensörün diğer eksenleri ölçüm aralığının sadece% 10’una, hatta sadece% 1’ine kadar kullanılır. Şekil 1’de bir örnek gösterilmiştir.

Şekil1: Çok eksenli kuvvet ölçümü, özel uygulama nominal yükleri

Şekil1 de gösterilen örnekte, sürtünme kuvveti Fy, baskı kuvveti olan Fz’in %1’i kadardır. Uygulamanın amacı da bu sürtünme kuvvetini düşürmektir. Bunu daha doğru ölçebilmek Fy’nin maksimum değeri 1 N mertebesine çekilmelidir ve bu bölgede çalıştırılmalıdır. Bu değerdeki çalışma noktasında ek hata kompanzasyonu yapan “matrix plus” uygulaması kullanılarak bu bölge için ek kalibrasyon yapılarak bu mümkün kılınır.  

.