인라인 장력 및 압축 힘 센서 : 유형, 용도 및 선택 방법

 

인라인 로드 셀 또는 나사식 인장-압축 로드 셀이라고도 하는 인라인 장력 및 압축력 센서는 두 구성 요소 사이에 직렬로 장착되어 해당 조인트를 통과하는 축방향 밀고 당기는 힘을 측정합니다. 선형 액추에이터에서는 로드와 도구 사이에 위치합니다. 테스트 스탠드에서는 움직이는 크로스헤드와 시편 고정 장치 사이에 위치합니다. 판독값은 하중 경로만큼만 좋습니다. 측정하려는 모든 뉴턴은 센서를 통과해야 하며 다른 어떤 것도 센서 주위에 하중을 전달해서는 안 됩니다.

2분밖에 시간이 없다면 인라인 로드 셀이 의도한 대로 작동하는지 여부를 가장 자주 결정하는 지점은 다음과 같습니다.

• 먼저 로드 경로를 추적하세요. 측정 중에 어셈블리에 닿는 브래킷, 가드 또는 하드 스톱은 평행 경로가 되어 판독값을 낮춥니다.

• 영점 조정 후 표시되는 값이 아닌 예압 및 고정 장치 중량을 포함하여 센서의 물리적 부하에 따른 크기 용량입니다.

• 데이터시트를 비교하기 전에 가장 작은 작업력으로 전체 규모 오류의 백분율을 뉴턴으로 변환하십시오.

• 양쪽 끝의 스레드, 어댑터가 장착된 설치 길이, 케이블 출구를 실제 봉투에 일치시키십시오. 이상적으로는 공급업체의 3D 모델과 일치하십시오.

• 원시 mV/V 브리지 출력에는 여기와 브리지 입력 또는 증폭기가 필요합니다. 표준 PLC 아날로그 입력은 이를 직접 읽을 수 없습니다.

• 툴링이 설치된 상태에서 양방향을 확인하십시오. 장력 전용 인증서는 압축 정확도에 대해 아무 말도 하지 않습니다.

인라인 로드셀 이란 무엇이며 미는 힘과 당기는 힘을 어떻게 측정합니까?

· 축방향 하중 경로: 동일 축을 따른 인장 및 압축

인라인 로드 셀의 두 끝은 감지 요소를 통해 힘을 전달합니다. 인장 하중이 끝 부분을 잡아당깁니다. 압축 하중이 이들을 함께 밀어냅니다. 의도한 힘을 포착하려면 움직이는 부재와 하중을 측정해야 하는 어셈블리 부분 사이에 센서를 배치합니다. 센서 주위에 힘의 일부를 전달하는 지지대 또는 브래킷이 판독값을 변경합니다.

그림 1. 장력과 압축은 같은 축을 따라 반대 방향으로 작용합니다. 개념적 다이어그램.

· 스트레인 게이지 로드셀 가 힘을 mV/V 신호로 변환하는 방법

스트레인 게이지 설계에서 탄성 요소는 하중을 받으면 약간 변형됩니다. 게이지는 저항을 변경하고 여기된 휘트스톤 브리지는 작은 차동 전압을 생성합니다. 데이터시트의 감도는 일반적으로 여기 볼트당 밀리볼트( mV/V )로 표시됩니다. 예를 들어, 5V 여기에서 1.5 mV/V 지정된 방향의 정격 부하에서 7.5mV의 신호 변화를 제공합니다. 교정은 브리지 출력을 뉴턴 단위의 힘과 관련시킵니다. 그만큼 NI 브리지 기반 로드 측정 가이드는 계측기 선택을 지원합니다.

어떤 인라인 로드셀 디자인이 귀하의 어셈블리에 적합합니까?

· 외부 스레드 스터드 대 내부 스레드 연결

외부 스터드는 나사형 커플러 또는 툴링과 짝을 이룹니다. 내부 스레드는 짝을 이루는 스터드 또는 어댑터를 수용합니다. 일부 모델은 다른 끝 연결을 사용합니다. 스레드 깊이, 숄더 간격, 지정된 로딩 또는 클램핑 표면에 대해 도면의 양쪽 끝을 확인하십시오.

제품 페이지에서 설명해야 하는 내용에 대한 참고 자료로, FIBOS FA203 인라인 힘 센서 는 50 N ~ 2,000 N의 용량, Φ25.4 mm × 37 mm 스테인리스 스틸 본체, 2.0 mV/V 의 공칭 감도, 150% F.S. 의 안전 과부하, 5~12 V의 권장 여자로 나열되어 있습니다. 장착 도면은 용량 그룹별로 스레드 크기를 구별하므로 다운로드하세요. 전체 시리즈에 대해 하나의 스레드를 가정하는 대신 고려 중인 정확한 용량에 대해 도면을 작성합니다. FIBOS 건너편 로드 엔드 힘 센서 범위 , 인라인 모델에는 M4 , M8 및 M12 스레드 옵션이 나열되어 있어 스레드 크기를 나중에 고려하는 것이 아니라 제품군별로 결정하게 됩니다.

· 긴밀한 장착 간격을 위한 소형 인라인 로드셀

소형 액추에이터 또는 소형 실험실 설비의 경우 설치된 전체 봉투를 확인하십시오. 커플러와 잠금 너트로 인해 길이가 추가되고, 케이블 출구에는 라우팅 및 스트레인 완화를 위한 공간이 필요합니다. 렌치를 위한 공간을 확보하고 스트로크 양쪽 끝의 간격을 확인하십시오. 예를 들어, FIBOS FA201 소형 인라인 로드셀은 50N ~ 1,000N의 용량과 M4 나사산을 갖춘 Φ13mm × 31mm 크기로 나열됩니다. 해당 크기에서는 커플러와 잠금 너트가 설치 길이의 상당 부분을 추가할 수 있습니다. 푸시풀 듀티를 지정하기 전에 선택한 용량에 대한 정격 하중 방향과 교정 범위를 확인하십시오. FUTEK의 인라인 로드 셀 시리즈는 단일 제품군 내에서 본체 크기와 스레드 옵션이 어떻게 다른지 보여줍니다.

· 인라인 대 S-Beam 및 도넛 로드셀 : 로드 경로의 차이점

컴팩트한 나사형 인라인 디자인은 로드-도구 또는 로드-픽스처 연결에 적합합니다. S-빔 로드 셀은 장착 및 방향 등급이 두 가지를 모두 지원할 때 직렬로 배치되어 밀고 당기기를 측정할 수도 있습니다. 본체 엔벨로프가 다르며 하중 축 주위에 더 많은 공간이 있는 테스트 프레임에 적합할 수 있습니다. 에이 관통 구멍 또는 도넛형 힘 센서는 볼트나 샤프트가 센서를 통과하고 지정된 면을 통해 하중을 전달하는 어셈블리에 적합합니다. 각 설계가 실제로 어셈블리에서 어떻게 힘을 전달하는지 비교해 보세요. 감지 원리와 신체 스타일을 더 폭넓게 비교하려면 다음을 참조하세요. FIBOS 힘 센서 가이드.

아래 표에는 실제 차이점이 요약되어 있습니다. FIBOS 목록 S형 힘 센서 및 도넛형 힘 센서는 같은 이유로 별도의 범주로 분류됩니다. 즉, 감지 원리가 아닌 장착 형상에 따라 일반적으로 어떤 센서가 적합한지 결정됩니다.

인라인 인장 및 압축 힘 센서 은 어디에 사용됩니까?

· 선형 액추에이터 힘 피드백

선형 액추에이터 로드와 도구 사이의 인라인 로드 셀은 해당 지점에서 전달되는 축 방향 힘을 측정합니다. 컨트롤러는 신호를 사용하여 접촉을 감지하거나 힘을 조절할 수 있습니다. 빠른 이동 중에 판독값에는 다운스트림 툴링을 가속화하는 데 필요한 힘이 포함될 수 있습니다. 공작물의 접촉력을 추정하는 것이 목표인 경우 이 효과를 확인하십시오.

그림 2. FIBOS FA203 제품 이미지와 제품 매뉴얼의 하중 방향 다이어그램은 인장 및 압축 시 두 개의 나사산 끝단과 축 하중을 보여줍니다.

· 압입 조립 및 삽입-추출 힘 테스트

압입 스테이션은 도구 변위에 대한 압축력을 기록하여 부품이 어떻게 장착되는지 확인할 수 있습니다. 삽입-추출 고정 장치는 툴링이 센서를 통해 두 하중을 모두 전달하는 경우 한 번의 설정으로 삽입 피크와 풀아웃 피크를 기록할 수 있습니다. 힘과 변위를 동기화하여 각 피크를 사이클의 특정 위치나 단계에 연결할 수 있습니다. 자동차 압입, 자동 조립, 3C 부품 테스트는 FA203과 같은 소형 인라인 모델에 대해 나열된 일반적인 업무입니다.

그림 3. 이 프레스 스테이션에서 수직 프레스 헤드는 부품을 지지하는 원형 고정 장치 위 중앙에 있습니다.

· 실험실 설비 및 테스트 스탠드의 푸시-풀 테스트

연구 테스트 스탠드에서 인라인 로드 셀은 시편이나 메커니즘이 로드 및 언로드될 때 힘을 추적할 수 있습니다. 저하중 작업의 경우 실제 그립을 장착한 상태에서 소음과 반복성을 확인하십시오. 반전하는 동안 그립과 커플러의 작동 여부를 검사하십시오. 기계적 백래시는 반대 하중이 형성되기 전에 힘-변위 곡선에서 평평한 세그먼트를 생성할 수 있습니다.

올바른 인라인 로드셀 어떻게 선택합니까?

· 스레드 크기, 피치, 결합 길이 및 설치 길이 일치

스레드 표준, 직경, 피치 및 양쪽 끝에서 사용 가능한 맞물림을 지정합니다. 막힌 구멍에서는 어댑터가 바닥에 도달하기 전에 의도한 대로 안착되었는지 확인하십시오. 어댑터를 장착한 후 장착 인터페이스 사이의 거리를 확인하십시오. 해당 치수는 공구가 공작물에 도달하는지 여부를 결정하고 전체 스트로크에 걸쳐 주변 부품을 제거합니다. 공급업체가 인라인 센서의 경우처럼 FIBOS 3D 모델 파일을 제공하는 경우 종이에 적힌 봉투를 확인하는 대신 주문하기 전에 모델을 어셈블리에 놓습니다.

· 작업 인력, 최대 부하 및 과부하에 맞게 로드셀 크기 조정

장력과 압축에 대해 정상 및 최대 물리적 부하를 별도로 나열합니다. 센서, 어셈블리 예압 및 단단한 접촉과 같은 신뢰할 수 있는 과도 현상을 통해 작용하는 고정 장치 무게를 포함합니다. 예를 들어, 150N 압축 사전 하중에 이어 추가 400N 압축은 충격이나 측면 하중 이전에 약 550N의 물리적 하중을 제공합니다. 애플리케이션에 적합한 여유를 두고 예상 작동 피크를 포괄하는 정격 범위를 선택하십시오. 안전 과부하 등급을 별도의 한계로 간주하고 허용 가능한 측면 하중, 굽힘 모멘트 및 비틀림을 확인하십시오. FA203 및 FA201에 대해 나열된 150% F.S. 안전 과부하는 추가로 보정된 작업 범위가 아니라 명시된 조건에서의 생존 한계입니다.

· 측정해야 하는 가장 작은 힘으로 정확도와 분해능을 확인하세요.

전체 규모 사양의 백분율을 힘 단위로 변환합니다. 2,000N 로드 셀에서 전체 규모의 0.1%라는 단일 오류 항은 2N에 해당합니다. 10N 작동력에서 해당 항 하나만 판독값의 20%에 해당합니다. 이를 선별 계산으로 처리하십시오. 기타 적용 가능한 오류, 제로 드리프트, 반전 중 히스테리시스 및 설치된 측정 체인의 노이즈를 평가합니다. 반복된 측정을 통해 공정에 중요한 가장 작은 변화를 구별할 수 있는지 확인하십시오.

· 반복되는 푸시-풀 주기에 대한 시스템 대역폭 및 피로 등급을 확인합니다.

짧은 삽입 피크와 같은 중요한 가장 빠른 기능을 사용하여 필요한 응답을 지정하십시오. 툴링 질량과 고정 장치 강성은 설치된 시스템의 공진에 영향을 미칩니다. 사용 가능한 대역폭은 증폭기, 필터링 및 획득 설정에 따라 달라집니다. 데이터시트의 5 kHz 보다 높은 고유 주파수는 설치된 체인이 5 kHz 이벤트를 해결할 수 있다는 의미는 아닙니다. 반복적인 하중 반전의 경우 하중 진폭, 평균 하중 및 사이클 수와 일치하는 피로 데이터를 요청하십시오. 실제 노출 및 움직임에 대비하여 작동 온도, 보호 등급 및 케이블 라우팅을 확인하십시오.

· 인라인 로드셀 선택 체크리스트

견적이나 샘플을 요청하기 전에 아래 사항을 확인해주세요. 각 행은 데이터시트와 설치된 결과 사이의 불일치를 가장 자주 유발하는 실수를 확인하기 위해 매개변수와 쌍을 이룹니다.

인라인 로드셀 을 설치하고 측면 부하를 방지하는 방법은 무엇입니까?

· 액추에이터 스트로크 전체에 걸쳐 부하를 축방향으로 유지합니다.

힘이 측정될 작동 위치에 액추에이터, 로드 셀 및 도구를 정렬합니다. 두 이동 한계 모두에서 가이드 정렬 불량, 고정 장치 편향 및 케이블 당김을 확인하십시오. 안전하고 낮은 힘에서 반복 가능한 기준 하중을 사용하여 여러 스트로크 위치에서의 반응을 비교하십시오. 위치에 따른 불일치로 인해 정렬 변경이나 고정 장치 접촉이 드러날 수 있습니다.

그림 4. 오프셋 힘 선은 굽힘 모멘트를 추가합니다. 스트로크 전반에 걸쳐 정렬을 확인하십시오. 개념적 다이어그램.

· 체결 시 측면 하중, 굽힘 모멘트, 비틀림 최소화

작용선이 2mm만큼 오프셋된 500N의 힘은 센서에서 1N·m의 굽힘 모멘트를 생성합니다. 판독값에 미치는 영향은 센서와 마운트에 따라 다릅니다. 힘 도입을 중앙에 유지하고 제조업체의 결합 하중 한계를 확인하십시오. 조립하는 동안 모델의 조임 순서와 토크 제한을 따르고 지정된 렌치 플랫 또는 카운터홀드 지점을 사용하십시오. 그만큼 FUTEK LCM 장착 매뉴얼은 설치 토크 및 축외 하중 점검에 대한 모델 제품군의 예를 제공합니다.

· 고정물 간섭 및 대체 하중 경로 확인

측정 중에 깨끗한 상태를 유지해야 하는 표면에 어댑터, 너트, 가드 또는 하드 스톱이 닿지 않는지 확인하십시오. 이러한 접촉은 힘 션트(force shunt)라고 알려진 평행 하중 경로를 생성할 수 있습니다. 그러면 디스플레이에는 로드 셀을 통과하는 적용된 힘의 일부만 표시될 수 있습니다. 간격은 특정 하중이나 위치에서만 닫힐 수 있으므로 양방향과 전체 이동 범위를 검사하십시오.

인라인 로드셀 PLC 또는 DAQ에 어떻게 연결합니까?

· 매치 브리지 자극, mV/V 출력 및 신호 컨디셔닝

패시브 브리지 로드 셀에는 호환 가능한 여기 소스와 차동 브리지 입력이 필요합니다. 센서 및 계측기 문서에서 여기 범위, 브리지 저항, 와이어 기능 및 입력 범위를 확인하십시오. 브리지 입력 모듈 또는 호환 장치를 사용하십시오. 로드셀 증폭기 . PLC에 표준 전압 또는 전류 입력만 있는 경우 증폭기가 양방향 힘을 4~20mA와 같은 단극 출력에 매핑하는 경우 선택한 제로 힘 출력 양쪽의 신호 범위를 예약하고 매핑을 확인합니다.

· 신호 극성, 입력 범위 및 샘플링 속도 확인

알려진 밀기 및 당기기를 적용하고 PLC 또는 데이터 수집 시스템(DAQ)에서 기호를 확인합니다. 필요한 힘 범위의 끝이 증폭기나 입력 모듈에 걸리지 않는지 확인하십시오. 가장 빠른 기능 측정을 위해 샘플링 및 앤티앨리어싱 필터링을 설정합니다. PLC 스캔 또는 통신 업데이트가 너무 느려서 피크를 유지할 수 없는 경우 적합한 고속 획득으로 이를 캡처하고 결과를 PLC로 보냅니다.

인라인 로드셀 을 어떻게 교정하고 검증합니까?

· 장착 후 영점 및 반복성 확인

용기 측정 전에 정의된 기준 조건에서 장착된 판독값을 기록합니다. 로드 및 언로드 주기를 여러 번 반복하고 판독값이 기준값에 얼마나 가깝게 돌아왔는지 기록합니다. 조임 후 또는 힘 반전 후 중요한 변화를 조사합니다. 어셈블리를 재조정하거나 조정할지 결정하기 전에 기계적 예압, 느슨한 조인트, 바인딩 및 불안정한 전기 영점을 확인하십시오.

· 알려진 인장 및 압축 하중으로 양방향 검증

직렬로 장착된 보정 기준 로드 셀과 같은 적절한 기준을 사용하여 알려진 힘을 양방향으로 적용하거나 측정합니다. 가장 낮은 임계 힘을 포함하여 작업 범위 전체에서 여러 지점을 확인하고 로드 및 언로드 시 판독값을 기록합니다. PLC 또는 DAQ의 최종 뉴턴 값을 참조와 비교하십시오. 정확도 또는 추적성이 계약상인 경우 교정을 주문하거나 예약할 때 교정 방향, 지점, 불확실성 및 허용 한계를 지정하십시오. 빠른 이벤트의 경우 설치된 측정 체인이 필요한 피크와 타이밍을 유지하는지 별도로 확인하십시오.

기존 인라인 로드셀 교체: 스레드 및 용량 이외의 비교 대상

고장이 났거나 과부하가 걸렸거나 더 이상 사용할 수 없는 장치를 교체하기 위해 많은 인라인 로드 셀을 구입합니다. 스레드와 용량을 일치시키는 것은 전체 작업이 아닌 첫 번째 화면입니다. 아래 표에는 이전 설치에서 수집할 항목과 후보의 데이터시트 및 도면에서 비교할 항목이 나열되어 있습니다. 원본 도면을 사용할 수 없는 경우 장착면 사이의 설치된 길이를 측정하고, 케이블 출구와 렌치 플랫의 사진을 찍고, 교체품 후보를 선정하기 전에 기존 증폭기의 여기 및 입력 범위를 읽어보십시오.

설치된 길이, 나사산 조합 또는 케이블 출구와 일치하는 카탈로그 모델이 없는 경우 고정 장치를 재설계하기 전에 수정된 버전을 사용할 수 있는지 문의하십시오. FIBOS 목록 비표준 맞춤형 센서 ; 이 상황에 대한 제안서가 센서 본체뿐만 아니라 전체 측정 체인을 포괄하도록 이전 도면이나 측정된 치수를 힘 범위 및 증폭기 세부 정보와 함께 보내십시오.

인라인에 관해 자주 묻는 질문 로드셀

1. 인장 및 압축 등급은 항상 동일합니까?

모델이나 구성에 따라 다를 수 있습니다. 각 방향의 정격 부하, 안전 과부하 한계 및 규정 정확도를 확인하십시오. 또한 부하 경로에 있는 어댑터와 기타 부품의 정격을 확인하십시오.

2. Push-Pull 테스트에 장력 전용 교정이 충분한가요?

두 힘 판독값에 명시된 정확도가 필요한 경우 애플리케이션에서 요구하는 대로 양방향을 교정하거나 확인하십시오. 장력 전용 인증서는 장력에 대한 결과를 설정합니다. 일부 양방향 모델은 두 번째 방향의 교정을 별도로 제공하므로 주문 시 인증서 범위를 확인하십시오.

3. 로드 엔드 베어링이 정렬 불량을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니까?

적합한 구면 로드 엔드 베어링은 각도 정렬 불량을 수용할 수 있습니다. 허용 가능한 관절, 간격, 백래시 및 푸시-풀 등급을 확인하십시오. 베어링 유격과 마찰은 반전 중 작은 힘의 측정과 판독값에 영향을 미칠 수 있습니다. '로드 엔드'와 같은 카탈로그 라벨은 센서의 나사산 장착 스타일을 설명할 수 있으므로 베어링이 실제로 포함되어 있는지 확인하세요.

4. 로드셀 을 제로화하면 기계적 예압이 제거됩니까?

영점 조정은 표시된 참조를 변경합니다. 기계적 예압은 여전히 ​​로드 셀에 작용하며 용량, 과부하 및 피로 조건을 확인할 때 포함되어야 합니다. 물리적 예압을 기록하거나 중량 측정에 사용된 기준 조건을 문서화하십시오.

5. 인라인 로드셀 에 대한 유용한 견적을 받으려면 어떤 정보를 보내야 합니까?

각 방향의 작동력 및 최대 힘, 양쪽 끝의 스레드 크기 및 유형, 최대 설치 길이, 케이블 출구 및 길이, 증폭기 또는 PLC 모듈의 여기 및 입력 범위, 작동 온도 및 보호 요구 사항, 양방향 교정 인증서가 필요한지 여부를 보냅니다. 장착 위치의 그림이나 사진은 최소한 한 번의 질문을 저장합니다. FIBOS 연락처 페이지는 이러한 세부 정보를 직접 허용합니다.