Zastosowanie nowatorskiego czujnika zwiększa niezawodność pomiaru momentu obrotowego w stosowanych w przemyśle elementach łączących.
Zintegrowany żyroskopowy inteligentny czujnik iSensor z nowym LightStar kluczem dynamometrycznym firmy ASIASIASI Data Myte w znaczny sposób redukuje fałszywe odczyty momentów obrotowych.
Raz po raz branża produkcyjna przekonuje się, jak ważne są elementy łączące, które nie ulegają awariom ani usterkom. Gdy stawką jest często bezpieczeństwo klienta, firmy poszukują rozwiązań technicznych, które pozwolą wyeliminować błędy popełniane przez człowieka przy instalacji elementów łączących.
Przemysł motoryzacyjny jest tego sztandarowym przykładem. Kilka razy dziennie inspektorzy w zakładach samochodowych muszą kontrolować moment obrotowy na elementach łączących związanych z bezpieczeństwem pasażera, takich jak np.: śruby mocujące, śruby ściągów i mocowania pasów bezpieczeństwa. Ich obawy są dwojakiego rodzaju: muszą zagwarantować, że narzędzie z napędem służące do mocowania łącznika funkcjonuje prawidłowo i nie wolno im wypuścić z zakładu produktów mogących stanowić zagrożenie.
W wielu przypadkach technicy nadal mierzą resztkowy moment obrotowy, powoli zwiększając moment obrotowy działający na element łączący, zmniejszając przyłożoną siłę, gdy tylko ten się poruszy i zapamiętując szczytową wartość momentu obrotowego w trakcie tej procedury. Metoda ta może jednak spowodować powstanie błędnych, zbyt wysokich odczytów w przypadku przyłożenia zbyt dużej siły. W innych przypadkach mogą wystąpić błędne, zbyt niskie odczyty, jeśli operator weźmie szarpnięcie lub drganie części za ruch elementu łączącego i odejmie klucz, zanim nastąpi ruch elementu. Te błędne, nieuwzględnione w specyfikacji odczyty mogą być kosztowne, jako że powodują niepotrzebne przetrzymywanie produktów i poszukiwanie przyczyny usterek.
Nowa jakość w dziedzinie dokładności
Aby wyeliminować te problemy, mieszcząca się w stanie Minnesota firma ASI DataMyte wprowadziła nowy asortyment kluczy dynamometrycznych o nazwie LightStar, wyposażonych w żyroskop do inteligentnego czujnika ADIS16250 iSensor, produkowany przez Analog Devices. Czujnik momentu obrotowego, wraz z mostkiem czujnika tensometrycznego, jest zamontowany bezpośrednio na osi obrotu, zapewniając zwiększoną dokładność i sprawiając, że klucz jest niewrażliwy na [point of load]. Klucz wyposażony jest także we wskaźnik diodowy, informujący operatora o dobrym (zielony) lub złym (czerwony) odczycie momentu obrotowego.
– Jako że żyroskop pozwala na pomiar resztkowego momentu obrotowego na podstawie faktycznego przemieszczenia elementu łączącego, problem z przyłożeniem zbyt dużej siły zostaje wyeliminowany, tak samo jak błędne, zbyt niskie odczyty – mówi Frank Skog, kierownik ds. produktów w ASI DataMyte. Dodaje on także, że pomiar momentu obrotowego opierający się na ruchu elementu łączącego zamiast polegania na ludzkich zmysłach zmniejsza także stopień zmienności układu pomiarowego.
Jednym z wyzwań, jakim musieli stawić czoła projektanci w przypadku tego nowego produktu, była ograniczona przestrzeń, w której należało umieścić podzespoły elektroniczne w kluczu dynamometrycznym. Wiele kontrolowanych elementów łączących znajduje się w miejscach trudno dostępnych, więc rozmiary klucza muszą być możliwie najmniejsze. To właśnie w tym miejscu wysoki poziom integracji czujnika ADIS16250 ma tak duże znaczenie.
– Dzięki zastosowaniu jednego układu scalonego żyroskop zapewnia odczyt wartości kątowej, zawiera pomocniczy przetwornik analogowo-cyfrowy, wbudowany wzorzec i programowalne funkcje alarmu – zauważa Bob Scannell, kierownik ds. rozwoju działalności iSensors pracujący w ADI.
Inżynierowie ASI DataMyte musieli także fizycznie wbudować ADIS16250 w zespół klucza dynamometrycznego w taki sposób, by wytrzymał on trudne warunki eksploatacyjne panujące w środowisku przemysłowym. – ADI zmontowało dla nas kilka prototypów i przeprowadziło kilka dodatkowych testów kwalifikacyjnych na naszym produkcie końcowym, pomagając zagwarantować jego żywotność – zauważa Jim Schultz, starszy inżynier ds. elementów konstrukcyjnych zatrudniony w ASI DataMyte. – Pomogło to nam spełnić pewne surowe wymagania dotyczące wprowadzenia produktu na rynek.
Kulisy wynalazku
ADIS16250 specjalnie zaprojektowano w taki sposób, by czujniki żyroskopowe mikrosystemów elektromechanicznych (MEM) stały się bardziej dostępne i prostsze w użyciu z punktu widzenia niezliczonych zastosowań przemysłowych i związanych z oprzyrządowaniem, gdzie może przydać się funkcja wykrywania przemieszczenia. Wiele czujników mikrosystemów elektromechanicznych nie jest kalibrowanych w zakładzie produkcyjnym i wymaga testów w zakładzie klienta, by mogło osiągnąć optymalną dokładność. Oprócz błędu wewnętrznego lub różnic w czułości czujniki takie mogą być również wrażliwe na wpływ napięcia, temperatury, montażu oraz innych czynników.
– Typowy klient przemysłowy mający być może do czynienia z czujnikami żyroskopowymi mikrosystemów elektromechanicznych po raz pierwszy, pragnie uniknąć wysokich kosztów testowania / kalibracji, jak również czasu i ryzyka związanego z konstrukcją prototypu – wyjaśnia Scannell z ADI. – Nasze inteligentne czujniki iSensor zaprojektowano z myślą o zaspokojeniu tego właśnie zapotrzebowania.
Rodzina inteligentnych żyroskopów czujnikowych firmy ADI zapewnia pomiar prędkości kątowej i temperatury za pośrednictwem prostego, programowalnego interfejsu SPI. Główny czujnik żyroskopowy jest skalibrowany fabrycznie, zapewniając stabilność odchylenia bieżącego rzędu 0,016 o/sek. Jak twierdzi ADI, są to pierwsze w tej branży urządzenia umożliwiające cyfrowe skalowanie zakresu, mające opcje obejmujące zakres +/-20 o/sek. do /-320 o/sek., umożliwiając wybór najlepszej czułości urządzenia dla zastosowania docelowego. Oprócz tego czujnik ADIS16255 ma funkcję kalibracji temperatury, poprawiając stabilność wewnątrzystemową do wartości nawet 0,005 o/sek/oC.
Inżynierowie mogą zaprogramować wszystkie parametry krytyczne za pośrednictwem portu SPI, umożliwiając wewnątrzystemowe dostrajanie filtrowania cyfrowego, alarmy osiągnięcia prędkości / wartości progowej, częstotliwości próbkowania i wybór trybu zasilania. ADI jeszcze bardziej uprościła budowę urządzenia i skróciła czas wdrożenia dzięki pracy na jednym źródle zasilania, dodatkowym portom We/Wy oraz funkcji cyfrowego autotestu. Podzespoły te oferowane są w wykorzystujących laminat pakietach LGA (land grid array) o wymiarach 11 mm x 11 mm x 5,5 mm.
