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Mesure des forces et des moments résultants sur une machine avec quatre capteurs de force triaxes

  • Forces résultantes Fx Fy Fz
  • Moments résultants Mx My Mz
  • Force sur chaque capteur
Dessins de capteurs de force TR3D sous la base d’un bras de robot, à la fixation supérieure d’une jambe de suspension et sous des supports moteur
Capteurs de force triaxes sous la base d’un robot, à la fixation supérieure d’une jambe de suspension et sous des supports moteur. Dessins Michigan Scientific.

En bref

Un seul capteur de force triaxes mesure trois forces et a une capacité en moment limitée. Quatre d’entre eux, entre l’équipement et une base rigide, ou entre les deux plaques de la plateforme LP-3030, supportent des forces et des moments plus importants. Leurs douze sorties de pont donnent les trois forces résultantes par sommation et les trois moments résultants par différences signées multipliées par l’entraxe des capteurs. Un boîtier SGA12 conditionne les douze voies ; un boîtier de jonction JB3 les réduit à trois voies de force.

12
sorties de pont de jauges de déformation de quatre capteurs de force triaxes
15, 45 ou 75 kN
capacité en force de la LP-3030, selon les capteurs de force installés
3
voies de force en sortie d’un boîtier de jonction JB3

Chaîne d’effort

L’équipement en essai est boulonné sur la plateforme ; la plateforme repose sur quatre capteurs de force triaxes, A, B, C et D, aux coins d’un rectangle de largeur W et de longueur L. La plateforme et la base sont assez rigides pour que chaque capteur ne supporte que des forces, sans moment local. Tous les moments appliqués au système sont alors repris par les trois forces mesurées au niveau de chaque capteur.

Cet agencement augmente aussi la capacité en force : des capteurs de force en parallèle ont une capacité cumulée égale à la somme de leurs capacités selon chaque axe.

Four three-axis load cells under a platform give its net forces and moments Top view of a stiff platform resting on four three-axis load cells at its corners, spaced W across and L along. The net forces Fx and Fy and the yaw moment Mz are drawn at the center; Fz, Mx and My act out of the plane. Stiff platform on four cells Fx Fy Mz Fz, Mx, My out of plane W L
Quatre capteurs de force triaxes aux coins d’une plateforme rigide, espacés de W en largeur et de L en longueur. Fx, Fy et Fz sont la somme des mesures ; Mx, My et Mz proviennent de différences signées multipliées par W/2 ou L/2.

Instrumentation

Capteurs de forcequatre TR3D standard, choisis en fonction de la capacité en force, de la capacité en moment et de l’espace ; de 1,1 à 444 kN par axe sur toute la série
Plateforme LP-3030quatre TR3D-A entre une plaque supérieure en aluminium et une plaque inférieure en aluminium, grille de trous taraudés sur le dessus ; 15, 45 ou 75 kN
Montageboulonnée à l’équipement ou à des plaques sur mesure conçues et usinées par Michigan Scientific
Sortiesdouze ponts de jauges de déformation, trois par capteur
AmplificateurSGA12, douze voies, alimentation du pont ± 5 V, sortie ± 10 V par voie, commutateur d’étalonnage par shunt sur le boîtier
Boîte de jonctionJB3-P passive, sorties de pont combinées en parallèle · JB3-A amplifiée, ± 10 V sur trois voies, alimentée par une unité PS-DC ou PS-AC

Calcul

Les forces nettes sont des sommes ; les moments nets sont des combinaisons signées autour du centre du plan des quatre origines de mesure, comme dans la note technique de Michigan Scientific. Les signes dépendent de la position de A, B, C et D.

  • Fx = fxA + fxB + fxC + fxD, et de même pour Fy et Fz.
  • Mx, roulis : différences des lectures fz dans la largeur, multipliées par W/2.
  • My, tangage : différences des lectures fz dans la longueur, multipliées par L/2.
  • Mz, lacet : différences des lectures fy multipliées par L/2, plus celles des lectures fx multipliées par W/2.
  • W et L sont mesurés entre les origines de mesure des capteurs, qui dépendent du modèle.

Procédure

  1. 01

    Choisir quatre capteurs de force

    Selon la capacité en force, la capacité en moment et l’espace disponible.

    Capteurs de force triaxiaux TR3D
  2. 02

    Les monter entre deux plaques rigides

    Chaque capteur de force est chargé uniquement en force. La LP-3030 est livrée montée.

  3. 03

    Conditionner les douze ponts

    Un boîtier SGA12 pour les quatre capteurs de force, ± 10 V par canal vers l’enregistreur ; étalonnage par shunt sur chaque canal avant l’essai.

    Boîtier amplificateur SGA12
  4. 04

    Calculer, ou sommer dans le JB3

    Douze voies enregistrées pour les six composantes ; ou un boîtier JB3 pour les trois seules forces nettes, avec un circuit de réglage de sensibilité sur chaque entrée qui équilibre les capteurs de force.

Résultat

Les trois forces nettes et les trois moments nets sur le système, à partir de quatre capteurs de force triaxes standard. Avec un boîtier de jonction JB3, les trois forces nettes sortent directement sur trois voies.

Questions fréquentes

Combien de capteurs de force utilise une plateforme force et moment ?

Quatre capteurs de force triaxes, trois sorties de pont chacun. Les douze mesures donnent les trois forces nettes et les trois moments nets sur le système.

Peut-on lire les forces nettes sans post-traitement ?

Oui. Un boîtier de jonction JB3 combine les signaux de jusqu’à quatre capteurs de force triaxes en trois voies de force, Fx, Fy et Fz. Les moments nets nécessitent les douze voies.

Quelle est la capacité en force de la plateforme LP-3030 ?

15 kN, 45 kN ou 75 kN, selon les capteurs de force montés. Elle est construite avec quatre capteurs de force TR3D-A entre deux plaques en aluminium.

Quelle est la différence entre les boîtiers de jonction JB3-P et JB3-A ?

Le JB3-P est passif et se raccorde à un module de jauges de déformation à trois voies comme un seul capteur de force triaxe. Le JB3-A ajoute des amplificateurs de jauges de déformation et délivre ± 10 V sur ses trois sorties, alimenté par une unité PS-DC ou PS-AC.

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