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Mehrkomponenten-Sensor K6D - ME-Meßsysteme GmbH

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Mehrkomponenten-Sensor K6D
Bedienungsanleitung
Stand: 17.09.2014
ME-Meßsysteme GmbH, Neuendorfstr. 18a, DE-16761 Hennigsdorf
Tel +49 (0)3302 78620 60, Fax +49 (0)3302 78620 69, info@me-systeme.de, www.me-systeme.de
Inhaltsverzeichnis
Funktion der MehrkomponentenSensoren K6D....................................................................3
Kalibriermatrix........................................................................................................................3
Beispiel einer Kalibriermatrix.................................................................................................4
Verschiebung des Ursprungs.................................................................................................5
Skalierung der Kalibriermatrix................................................................................................5
Anschlussbelegung................................................................................................................5
Inbetriebnahme des Sensors.................................................................................................7
Screenshot GSVmulti.............................................................................................................8
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ME-Meßsysteme GmbH, Neuendorfstr. 18a, DE-16761 Hennigsdorf
Tel +49 (0)3302 78620 60, Fax +49 (0)3302 78620 69, info@me-systeme.de, www.me-systeme.de
Funktion der MehrkomponentenSensoren K6D
Die Mehrkomponenten Sensoren K6D bestehen aus sechs unabhängigen Kraftsensoren,
die mit Dehnungsmessstreifen-Vollbrücken ausgerüstet sind.
Aus den sechs Sensorsignalen werden durch eine Berechnungsvorschrift die Kräfte in drei
Achsen des Raumes, sowie die drei Momente um diese drei Achsen berechnet.
Der Messbereich des Mehrkomponenten Sensors wird bestimmt:
a) durch die Messbereiche der sechs unabhängigen Kraftsensoren, und
b) durch die geometrische Anordnung der sechs Kraftsensoren bzw über den
Durchmesser des Sensors.
Die einzelnen Signale der sechs Kraftsensoren können nicht unmittelbar durch die
Multiplikation mit einem Skalierungsfaktor einer Kraft oder einem Moment zugeordnet
werden.
Die Berechnungsvorschrift lässt sich mathematisch exakt durch das Kreuzprodukt aus der
Kalibriermatrix mit dem Vektor der sechs Sensorsignale beschreiben.
Die Vorteile dieser Funktionsweise sind:
a) eine besonders hohe Steifigkeit,
b) eine besonders gute Trennung der sechs Komponenten („geringes Übersprechen“).
Kalibriermatrix
Die Kalibriermatrix A beschreibt den Zusammenhang zwischen den angezeigten
Spannungen U des Messverstärkers an 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.
Gemessene Größe: Spannungen u1, u2, ...u6
an den Kanälen 1 bis 6
Spannung U
Berechnete Größe: Kräfte Fx, Fy, Fz;
Momente Mx, My, Mz
Lastvektor L.
Berechnungsvorschrift: Kreuzprodukt
L=AxU
Die Kalibriermatrix Ajj hat 36 Elemente, angeordnet in 6 Zeilen (i=1..6) und 6 Spalten
(j=1..6).
Die Einheit der Matrizenelemente ist N/V in Zeile 1 bis 3 der Matrix.
Die Einheit der Matrizenelemente ist Nm/V in Zeile 4 bis 6 der Matrix.
Die Kalibriermatrix ist abhängig von den Eigenschaften des Sensors und von der
Eigenschaft des Messverstärkers.
Sie gilt für Messverstärker GSV-1A8USB K6D mit der folgenden Eigenschaft:
Eingangsempfindlichkeit
2 mV/V
Ausgangsspannung
5V
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Die Matrizenelemente dürfen durch Multiplikation mit einem gemeinsamen Faktor
umskaliert werden (durch ein „Skalarprodukt).
Die Kalibriermatrix Aij gilt für die gesamte Messkette „Mehrkomponenten-Sensor K6“ mit
Messverstärker GSV-1A8USB K6D;
Die Kalibriermatrix berechnet die Momente
um den Ursprung des zugrundegelegten
Koordinatensystems.
Der Ursprung des Koordinatensystems
befindet sich auf dem Schnittpunkt der ZAchse mit der Stirnfläche des Sensors 1).
Der Ursprung und die Orientierungen der
Achsen sind durch eine Gravur auf der
Stirnfläche des Sensors gekennzeichnet.
1)Die Lage des Ursprungs kann
abweichen und wird im Kalibrierblatt
vermerkt: Beim Sensor K6D68 befindet
sich der Ursprung im Zentrum des
Sensors.
Beispiel einer Kalibriermatrix
Kanal
Fx in N/V
Fy in N/V
Fz in N/V
Mx in Nm/V
My in Nm/V
Mz in Nm/V
Abbildung 1: Kalibriermatrix
1
2
3
4
5
6
-108,75
-173,60
319,85
-4,114
-6,978
-4,882
-200,09
-3,32
-323,15
8,152
-0,467
-4,861
-103,12
175,16
330,92
-3,897
7,200
-4,829
107,28
171,00
-318,85
-3,884
-7,028
-4,809
199,07
0,06
330,27
8,047
0,223
-4,866
98,41
-177,42
-322,82
-3,854
6,847
-4,923
Die Kraft in x-Richtung berechnet sich durch Multiplikation und Summation der
Matrizenelemente der ersten Zeile a1j mit den Zeilen des Vektors der Ausgangssignale uj
Fx = -108,75 N/V u1– 200,09 N/V u2 – 103,12 N/V u3+ 107,28 N/V u4+ 199,07 N/V u5 +
98,41 N/V u6.
Beispiel: an allen 6 Messkanälen wird u1=u2=u3=u4=u5=u6 = 1,00V angezeigt. Dann
ergibt sich eine Kraft Fx von -7,2 N.
Die Kraft in z-Richtung berechnet sich entsprechend durch Multiplikation und Summation
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der driten Zeile der Matrix a3j mit dem Vektor der angezeigten Spannungen uj:
Fz = 319,85 N/V u1 -323,15 N/V u2+330,92 N/V u3 -318,85 N/V u4 +330,27 N/V u5
-322,82 N/V u6.
Beispiel: An allen 6 Messkanälen wird u1=u2=u3=u4=u5=u6 = 1,00V angezeigt. Dann
ergibt sich eine Kraft Fz von +16,22 N.
Für das Moment Mz ergibt bei u1=u2=u3=u4=u5=u6 = 1,00V entsprechend
Mz = -4,882 Nm/V 1,00V – 4,861 Nm/V 1,00V – 4,829 Nm/V 1,00V– 4,809 Nm/V 1,00V –
4,866 Nm/V 1,00V – 4,923 Nm/V 1,00V = -29,17 Nm.
In dem Beispiel u1=u2=u3=u4=u5=u6 = 1,00V handelt es sich also vorwiegend um die
Einleitung eine linksdrehenden Momentes um die z-Achse.
Verschiebung des Ursprungs
Kräfte, die nicht im Ursprung des Koordinatensystems eingeleitet werden, führen aufgrund
des Hebelarms zu einer Anzeige in den Momenten Mx, My, Mz.
In der Regel werden die Kräfte in einem Abstand z von der Stirnfläche des Sensors
eingeleitet. Der Ort der Krafteinleitung kann bei Bedarf auch in x- und z- Richtung
verschoben werden.
Wenn die Kräfte im Abstand x, y oder z vom Ursprung des Koordinatensystems eingeleitet
werden, und die Momente um den verschobenen Ort der Krafteinleitung angezeigt werden
sollen, sind folgende Korrekturen erforderlich:
Korrigierte Momente Mx1, My1, Mz1 infolge Mx1 = Mx + y*Fz - z*Fy
einer Verschiebung der Krafteinleitung (x, y, My1 = My + z*Fx - x*Fz
z) vom Ursprung.
Mz1 = Mz + x*Fy - y*Fx
Hinweis: Auf den Sensor wirken weiterhin die Momente Mx, My, Mz. Angezeigt werden die
Momente Mx1, My1, Mz1. Die zulässigen Momente Mx, My, Mz dürfen nicht überschritten
werden.
Skalierung der Kalibriermatrix
Die Kalibriermatrix mit den Matrizenelementen N/V und Nm/V gilt für Messverstärker mit
einer Eingangsempfindlichkeit von 2 mV/V und einem Ausgangssignal von 5V bei 2 mV/V
Eingangssignal. Durch Multiplikation aller Matrizenelemente mit dem Faktor 5/2 V /mV/V
wird die Marix skaliert in N / mV/V und Nm / mV/V.
Anschlussbelegung
1x 5m paarig verdrilltes Anschlusskabel mit Gesamtschirm, 24x0,14 am Sensor;
oder 2x 3m Teflonkabel, STC-32T-12. Bei der Verwendung eines 16-poligen
Steckverbinders sind alle Leitungen +Us mit PIN 14 und alle Leitungen -Us mit PIN 13
verbunden. In diesem Fall beträgt der Anschlusswiderstand des Sensors 58 Ohm.
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5
Inbetriebnahme des Sensors
Zur Anzeige der gemessenen Kräfte und Momente steht die Software „GSVmulti“ zur
Verfügung. Die Software GSVmulti sowie Anleitungen stehen auf der Website zur
Verfügung.
Schritt
Beschreibung
1
Installation der Software GSVmulti
2
Verbinden des Messverstärkers GSV-1A8USB K6D über USB Port;
Verbinden des Sensors K6D mit dem Messverstärker. Hinweis: Bei mehrpoligen
Steckverbindern mit Dichtung ist die Überwurfmutter schwergängig. Wechselweise
Steckverbinder andrücken und Überwurfmutter nachziehen.
Einschalten des Messverstärkers.
3
Verzeichnis mit Kalibriermatrix (mitgelieferte CD-Rom) auf geeignetes Laufwerk und in
geeigneten Pfad kopieren.
4
Software GSVmulti starten
5
Hauptfenster: Button AddChannel;
Devicetype wählen: GSV-1A8USB
Device wählen: zum Beispiel Dev41
Button Connect
6
Schritt 5 wiederholen (5 mal) für „Input Number 2, ...“Input Number 6“
7
Hauptfenster: Button Spezial Sensor
Six axis Sensor auswählen
8
Fenster „Six-axis sensor settings: Button Add Sensor
9
a) Button Change Dir Verzeichnis wählen mit den Dateien Seriennummer.dat und
Seriennummer.matrix.
b) Button Select Sensor und Seriennummer wählen
c) „GSV-1A8USB with K6D wählen
d) Button Auto Rename Channels
e) ggfs. Verschiebung des Kraftangriffspunktes wählen
f) Button OK
10
Fenster „Recorder Yt wählen“, Messung starten;
6
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Screenshot GSVmulti
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