航空宇宙産業で用いられるロードセル／信号調節器

重量削減を追及するなかで、航空宇宙企業は、より斬新な材料へと転換しています。これらの材料は強くて軽量ですが、加工機械にとってはやっかいです。取扱いや加工を誤ると、欠け、破損、あるいは焼けが発生します。材料の多くは複合材であるため、内部に損傷が発生した場合、検出するために高コストの検査技術を要することがあります。

カーボンファイバがよい例です。通常複合材に使用されるカーボンファイバは比強度が非常に高く、比類のない硬さと強さを発揮しますが、同時に脆性があります。二次加工作業のために保持する際、部品の損傷、あるいは破損を回避するために、クランプ力全体を注意深く制御しなければなりません。

高精度の航空宇宙用製造機器のあるメーカーが、長く薄いカーボンファイバ複合材部品の穿孔を目的に、専用のCNC装置を設計していました。部品の性質上、各端部のクランピングにサーボモータが必要でした。ただし、一部の部品長さのばらつきが避けられず、クランプを固定位置に動かす際、加工物の損傷や落下のリスクがありました。これを避けるため、装置設計者は、あらかじめ定められた荷重を得る工夫が必要でした。

オートメーションのサイクルタイムを最小化するため、サーボモータはクランプを高速移動させた後1秒間で1/10インチまで減速します。サーボモータは、200～300ポンドの力を与えることができ、従って装置は、クランピングの開始を感知し、力が強くなり過ぎる前にサーボモータを停止させる必要がありました。

この問題は、OMEGAに3つの課題を投げかけました。第一に、自動装置のサーボ・クランピング・システムに、圧縮ロードセルを組み込む必要がありました。第二に、装置コントローラがロードセルから離れているので、精度に影響を与える性能低下を回避するためにミリボルト出力信号の増幅と調整が必要でした。第三に、これらすべてを、自動コントローラの速度とサイクルタイム要件を満たすために高速で実施しなければなりません。

クランプ力を測定するため、OMEGAは、LC201シリーズ超小型ロードセルの使用を提案しました。このロードセルは、直径がわずか19 mm（0.75"）、厚さが6.4 mm（1/4"）で、圧縮力と引張り力の両方を最大 500 N（メートルモデル）または300ポンドまで測定できます。4芯シールドケーブルは、励振電圧とミリボルト出力信号の両方を搬送します。設置しやすいように、ロードセルは、デュアル取付けスタッド、および損傷を防止するステンレス鋼構造物を備えています。

ロードセルの出力信号を装置コントローラに供給するには、信号調整装置が必要です。ただし、従来のDINレール取付け型信号調整装置は、高精度のモーションコントロールに必要な速度が足りません。このためOMEGAは、新型IN-UVI高速信号調整装置を推奨しました。応答時間が200 μSのこの信号調整装置により、コントローラは、加工物に損傷を与える前にクランプ動作を停止できます。

IN-UVIは、コンパクトなIP65ステンレス鋼エンクロージャに封入された、インライン・ホイートストンブリッジ信号調整装置です。スペースが限られる場合に理想的で、SN比を改善し、ロードセルからのミリボルト信号を長距離にわたり送信できます。22～32 Vdcの電源電圧により、コントローラの要件に合わせて、ユーザはロードセルの励振電圧を2種類選択でき、ミリボルト出力信号を増幅できます。

OMEGAのロードセルおよび信号調整ソリューションは、顧客のニーズを完全に満たしました。現在までに、20を超える装置に、このクランプ力制御システムが備えられています。各システムに、2個のLC201-300ポンドロードセル（冗長性目的）と2個のIN-UVI信号調整装置が備えられています。高速で動作しながら、クランプ力を高精度制御するために必要な信号を供給しています。この結果、応答速度が増し、信頼性が高くなり、そして何よりも重要なことは、加工物の損傷が減りました。