Kalibrierung von "K6D" Kraft-/ Momenten Sensoren

Durch die Kalibrierung eines "K6D" Kraft- / Momenten Sensors unter Teillast wird die Genauigkeit des Sensors in seinem tatsächlichen Einsatzbereich nachgewiesen.

Eine Kalibrierung mit einer Maximalkraft von nur 10% der Nennkraft ist durchaus möglich und sinnvoll. Ebenso kann es angeraten sein, eine Kalibrierung mit maximal nur 10%  des Nennmoments durchzuführen.

Da eine Kalibrierung "SL/4" mit 4 Laststufen zum Beispiel mit (0%),10%, 50%, 100% der maximalen Kalibrierlast durchgeführt wird, entspricht die Laststufe "10%" der maximalen Kalibrierlast auch nur 1% der Nennlast des Sensors.

Ergebnisse der Kalibrierung mit Teillast

Vorteile der Kalibrierung mit Teillast

Bei einer Kalibrierung mit der Laststufe 1% der Nennlast des Kraft- / Momenten Sensors ist die Abweichung des Sensors nicht zwangläufig das 100-Fache im Vergleich zu einer Kalibrierung mit Nennlasten.

Das Ergebnis der Kalibrierung unter Teillast kann sogar besser ausfallen, als eine Kalibrierung unter Nennlast.

Die Ursachen für diese Feststellung sind:

• a) die extrem hohe Auflösung des Messverstärkers GSV-8
• b) die sehr gute Linearität der Sensoren K6D

Durch die hohe Auflösung beeinträchtigt die Rauschamplitude nur unwesentlich die Reproduzierbarkeit der Erbenisse.

Das Übersprechen ist auch abgängig von der Amplitude der Belastung. Mit der Anwendung von Teillasten reduziert sich auch das Übersprechen.

Durch die Anwendung der linearen Ausgleichsrechnung auf einen kleineren Ausschnitt aus der Sensorkennlinie verringern sich auch die Abweichungen und das Übersprechen: Jede nichtlineare Kennlinie kann durch mehrere lineare Segmente besser angenähert werden, als es mit einer Ausgleichsrechnung für die gesamte Kennlinie bis zur Nennlast möglich wäre.

Nachteile der Kalibrierung mit Teillast

Die temperaturbedingte Drift des Nullsignals wirkt sich bezogen auf die Teillast entsprechend stärker aus, als es durch einen relativen Bezug auf die Nennlast gegeben ist.

Entsprechend sollte die Messung von kurzer Dauer sein, z.B. wenige Minuten. Das Nullsignal sollte am Anfang und am Ender der Messung kontrolliert werden, um den Einfluss der Nullsignaldrift abzuschätzen.

Beispiel 1: K6D40 50N/5Nm

• Nennlast: [50 N, 50 N, 200 N, 5 Nm, 5 Nm, 5 Nm]
• Teillast  [0.15 N, 0.15 N, 0.1 N, 0.5 Nm, 0.5 Nm, 0.2 Nm]

Der Sensor wurde mit 10%, 50% und 100% der Teillast kalibriert. Die Abbildungen zeigen einen Ausschnitt aus dem Kalibrierschein. Die Teillast 0,1N von 200N entspricht 0,05% der Nennlast, die Kalibrierung in der ersten Laststufe 10% entspricht somit 0,005% der Nennlast bzw. einem zwanzig-tausendstel der Nennlast. In diesem Fall hat die Rauschamplitude des Messsignals bereits einen deutlichen Einfluss auf die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.

Bewertung der Ergebnisse

Aufgrund der hohen Auflösung des Messverstärkers GSV-8 ist die Kalibrierung mit einer Kalibrierstufe von 1/20000 der Nennlast gerade noch durchführbar. Die Rauschamplitude und die Stabilität der Messwerte (temperaturbedingte Drift) haben bereits deutlichen Einfluss auf das Ergebnis. Die Messunsicherheit für die Komponente Fz beträgt 10% der Teillast und für die Komponente Fx ca. 7% der Teillast.

Für die Messung kleinster Kräfte und Momente sollte z.B. der Sensor F6D45 ausgewählt werden. Der Schutz gegen Überlast wird hier mit Festanschlägen realisiert. F6D45 20N/1Nm

Beispiel 2: K6D80 500N/20Nm

• Nennlast: [500 N, 500 N, 2000 N, 20 Nm, 20 Nm, 20 Nm]
• Teillast: [100 N, 100 N, 50 N, 8 Nm, 7 Nm, 7 Nm]

Bewertung der Ergebnisse

Bei einer Kalibrierung einer oder mehrerer Lastkomponenten mit 20% der Nennlast bleibt die Messunsicherheit in der Regel unterhalb von 1% (der Teillast). Sogar für die Lastkomponente Fz, die mit einer Teillast von 2,5% der Nennlast kalibriert wurde, bleibt die Messunsichert unterhalb von 1% der Teillast.