スマート力センサ

信頼性の高いHBKの力センサのデジタルバージョンに、スマートなモニタリング、ピーク検出、高速処理のためのIO-Linkが搭載されました。リアルタイム診断、40 kHzでの前処理、プラグアンドプレイ校正をお楽しみください。

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力の測定におけるコスト状況に影響を与える要因は何ですか。

この5分間のビデオでは、IO-Linkベースのスマート力センサがシステム全体をどのように簡素化するかをご覧いただけます。スマートセンサは、センサとエレクトロニクスを1つのデバイスに統合し、標準のM12接続を使用することで、ハードウェア、インストール、メンテナンスのコストを大幅に削減しながら、他のIO-Linkデバイスと同様に制御システムに統合可能です。

なぜこの技術が力の測定精度を向上させるのか。

この5分間のビデオでは、IO-Linkベースのスマート力センサが、デジタル保存された校正曲線、デジタル線形化、および統合された温度補正を使用して、どのように精度を向上させるかを説明します。校正データはセンサに直接保存されるため、手作業によるエラーを排除し、環境条件の変化下においても一貫した追跡可能な結果を得ることができます。

なぜこの技術が力の測定信頼性を向上させるのか。

この5分間のビデオでは、HBKのIO-Linkベースのスマート力センサが、センサ、エレクトロニクス、およびインターフェースを単一のキャリブレーション済み測定チェーンに統合することで、どのように信頼性を向上させるかをご紹介します。デジタル・データ伝送によりEMC感度が低下します。また、内蔵の監視機能により、温度と機械的限界を継続的にチェックし、過負荷や重大なイベントを、多くの場合障害が発生する前に、最大40,000測定／秒で検出します。

よくある質問｜HBK IO-Linkスマート力センサに関する質問と回答

IO-Linkアンプモジュールは、線形化やデジタル温度補償により力測定の精度を向上させる多くの機能を備えるとともに、HBKのセンサ健全性モニタリングによりプロセスの信頼性も高めます。温度データなどの追加情報も提供します。

線形化
調整可能なローパスフィルター
2つのリミットスイッチ
デジタルスイッチング出力
センサヘルスモニタリング
統計関数（最小/最大メモリ、平均値）
気温情報

線形化

サポートポイントは21個まで入力できます。あるいは、センサの特性曲線を多項式補間した係数を使用することもできます。いずれのアルゴリズムも校正証明書の最適な使用を目的として設計されています。

ヒント:センサーの校正をHBK経由でご依頼いただく場合、HBKが校正証明書のパラメータを入力します。この場合、センサはプラグアンドメジャートランスデューサとして返却されます！

調整可能なローパスフィルター

デジタル6次フィルタ（ベッセル型またはバターワース型）で、カットオフ周波数を自由に調整可能

2つのリミットスイッチ

リミットスイッチはIO-Linkの「スマートセンサープロファイル」に準拠した設計となっています。スイッチンレベルに加えて、必要に応じてヒステリシスを設定することも可能です。いわゆる「ウィンドウモード」では、測定値が設定された力の範囲内、たとえば1 kN～1.8 kNの間にある場合にリミットスイッチを動作させることができます。すべてのスイッチは反転設定が可能です。

デジタルスイッチング出力

出力スイッチは常に1つ利用可能です。デジタル出力スイッチでは、スイッチングポイントを超えた後、最大遅延わずか0.35 msで結果が迅速に出力されます。

IO-Link通信を停止することで、測定データの送信を無効化できます。この場合、通常デジタル信号伝送に使用されるラインを、2つ目のデジタル出力スイッチとして利用することができます。

センサヘルスモニタリング

センサは、物理的限界を超えたとき（静的または動的過負荷、仕様を超える温度など）に警告を発します。

関連するセンサー特性は、センサーメモリに保存されます。

最高および最低動作温度
最高および最低公称温度
アンプモジュールの温度制限
CPU温度制限
最高および最低公称力
最高および最低動作荷重
最大三次ピーク間荷重

アンプモジュールは、測定値と規定の制限値を継続的に比較し、限界を超えた場合には警告を送信します。これにより、是正措置を迅速に実施できます。40 kS/sという高いサンプリングレートにより、短い過負荷ピークでも確実に検出し、警告を発します。

•統計関数（最小/最大メモリ、平均値）

すべての統計関数は40 kS/sのサンプリングレートで評価されます。これにより、力信号が速い場合でも、正確な最小/最大値を確保できます。

•温度情報（アンプモジュールをセンサに組み込む場合：U10M、U10F、C10、U2B、C2)

重要な機能の一つが、センサー内蔵の温度測定です。これにより、追加の温度センサーを用いることなく、プロセスの温度を取得できます。この機能は、インラインアンプを使用するセンサでは利用できません。

IO-Link搭載のHBK力トランスデューサは、内部サンプリングレート40 kHzで動作し、IO-Linkエコシステムで最速のデータレートを提供するCOM3規格に対応しています。当社のセンサのサイクル時間は1 ms未満です。設定のサイクル時間は、IO-Linkマスタとその構成によって異なります。

HBKは、IO-Linkエコシステムで最速のデータレートを提供するCOM3規格を採用しています。このモジュールは内部で40 kHzの高いサンプリングレートで動作し、高速な力信号でもピーク検出が正確に機能します。

重要な点は2つあります:

アンプモジュールの信号伝搬時間は最大でも350 µsです。つまり、アンプの入力で発生した物理的イベントが出力に反映されるまでの時間は、最大で0.35 msということです。IO-Linkインターフェイスは、IO-Linkマスターがサイクルタイムを決定するという原理で動作します。最大伝搬遅延は、アンプモジュールの内部遅延（0.35 ms）とIO-Linkマスターがパラメータ設定および技術仕様に基づき決定するサイクル時間の合計となります。フィルタを使用すると、信号伝播時間が延長されることにご注意ください。デジタルスイッチング出力への出力はIO-Linkマスターに依存しません。この場合の信号伝搬遅延は0.35 msです。これらのセンサは高速スイッチングをサポートしています。
測定チェーンの帯域幅は、センサの剛性や機械的設置条件、例えば荷重導入部の剛性や取り付け部品の重量など、機械的観点から影響を受けます。1秒間に送信される測定値の数は、あらゆるデジタル測定チェーンの帯域幅を計算する際の重要な要素です。アンプモジュールのサイクルタイムは1 ms未満で、1秒間にさらに1,000以上の測定値を転送できます。目安として、帯域幅は1秒間に送信される測定値の数の約10分の1です。IO-Linkマスタのサイクルタイムも1 msの場合、結果として得られる帯域幅は100 Hzです。ただし、機械的設置がその周波数での測定に対応していることが前提です。

内部帯域幅は40 kHzであることに注意してください。ピーク検出ははるかに高速な測定が可能です。

IO-Linkは、あらゆるフィールドバスシステムに対応可能な、優れたコスト効率の高いインターフェースです。時間を節約できる統合プロセスを可能にし、配線コストを抑えた運用にも活用できます。IO-Linkデバイスをフィールドバス環境に簡単かつ迅速に統合できることも、このインターフェースの大きな利点です。

HBKセンサなどのIO-Linkデバイスをフィールドレベルにリンクするゲートウェイは、いわゆるIO-Linkマスタです。IO-Linkマスタは、既存のすべてのフィールドバスシステムで使用できます。つまり、IO-Linkセンサとアクチュエータは、すべてのフィールドバスプラットフォームで使用できます。

センサとIO-Linkマスターの接続には、シールドなしのM12標準センサーケーブルを使用します。この1本のケーブルでデータ伝送と電圧供給の両方に対応し、柔軟性に優れています。そのため、非常に小さな力を測定するセンサを使用する場合でも、測定点の機械的特性に影響を与えません。

前述したように、IO-Link接続ケーブルにはシールドがなく、センサおよびIO-Linkマスタの筐体はガルバニック絶縁されています。センサハウジングとIO-Linkマスターハウジングで電位が異なる場合、測定に影響を与える可能性のあるシールドには電流が流れません。

はい、可能です。新世代の力測定ツールにおいても、HBKは従来製品と同様の校正サービスを提供しており、トレーサブルな測定を保証します。ISO 9001などの品質規格の要件も、制約なく満たすことができます。

HBKの校正ラボは、ISO 17025規格に基づき認定されています。つまり、HBKの校正サービスは、ISO 9001のような品質基準の主要な要件である国家標準へのトレーサビリティに関するすべての要件を満たしていることになります。デジタルセンサの校正プロセスは、従来のロードセルと同じで、同じ校正治具や標準器が使用されます。その結果、デジタルセンサの校正装置の精度の高さをお客様に提供することができます。

校正手順は次のとおりです。

a最初のステップは、センサーに保存された線形化（サポートポイントまたは三次多項式の係数）のすべてのデータを読み出します。このデータは安全に外部に保存されています。
bこの後、線形化データはすべて削除されます。直線性誤差の補正なしでセンサが動作するようになりました。
cセンサに異なる負荷ステップを適用し、その結果をセンサのメモリに保存します。センサが直線性補正で作動するようになりました。

その結果、線形誤差を能動的に補正する、プラグ＆プレイ対応のセンサを入手できます。測定不確かさの計算は、システム全体で有効です。

作業標準校正サービスもご利用いただけます。

コスト削減、簡単かつ迅速な設定、現場レベルまでのコミュニケーションなど、さまざまなメリットがあります。

多くの場合、IO-Link技術搭載センサを選択する最も大きな理由は、コスト削減です。IO-Linkテクノロジの最も重要な利点は次のとおりです。

キャビネット内のスペースは不要です。
ケーブル接続コストの削減。
統合プロセス中の時間短縮。
パラメータ設定不要のプラグアンドプレイ:デバイスをIO-Linkマスタに接続すると、正確な測定値をニュートン単位で即座に取得できます。
制御レベルから現場レベルへの通信が可能です。

精度の向上は、ますます厳しくなる製品品質要件への対応に役立ちます。さらに、HBKのIO-Link力センサは、すでに高い評価を得ている従来のHBK製品よりもさらに信頼性が向上しています。

HBKのスマート力トランスデューサは、測定精度を向上させます。

センサの線形化アルゴリズムは、デジタルセンサの精度を向上させます。特に校正を発注する場合は、精度が向上します。アンプモジュール内蔵センサー（U10M、U10F、C10、U2B、C2）はデジタル温度補償機能も搭載されています。力測定の不確かさに大きく影響する要因の一つであるゼロ点の温度影響は、従来の受動型センサに比べてわずか半分に抑えられています。アナログ信号を伝送するケーブルがないため、電磁界の影響を最小限に抑えます。HBKは、高分解能の低騒音アンプモジュールを採用。

スマート力センサは高精度な測定ツールです。特に、温度変動の大きい産業環境や広い測定範囲が求められる場合でも、優れた精度を発揮します。

アンプを統合しても、センサの機械的な堅牢性は変わりません。温度範囲は従来のセンサよりも低くなっています。データシートを参照してください。

HBKでは、すべての製品に衝撃試験と振動試験を実施しています。統合電子回路に関しては妥協はありません。耐衝撃性および耐振動性は従来のセンサと同等であり、関連するIEC規格に基づき試験されています。保護等級についても同様です。インラインアンプは保護等級IP67を達成しており、アンプ内蔵の力トランスデューサも同様です。このレベルの保護を維持するためには、適切なケーブルをセンサに接続する必要があることにご注意ください。

温度については、電子部品の特性によりセンサが制限されます。温度範囲は60°Cに制限されており、従来型の85°Cに比べて狭くなっています。

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なぜこの技術が力の測定精度を向上させるのか。

なぜこの技術が力の測定信頼性を向上させるのか。

よくある質問｜HBK IO-Linkスマート力センサに関する質問と回答

線形化

調整可能なローパスフィルター

2つのリミットスイッチ

デジタルスイッチング出力

センサヘルスモニタリング

•統計関数（最小/最大メモリ、平均値）

•温度情報（アンプモジュールをセンサに組み込む場合：U10M、U10F、C10、U2B、C2)

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なぜこの技術が力の測定信頼性を向上させるのか。

よくある質問｜HBK IO-Linkスマート力センサに関する質問と回答

IO-Link力センサの特徴は何でしょうか？

線形化

調整可能なローパスフィルター

2つのリミットスイッチ

デジタルスイッチング出力

センサヘルスモニタリング

•統計関数（最小/最大メモリ、平均値）

•温度情報（アンプモジュールをセンサに組み込む場合：U10M、U10F、C10、U2B、C2)

HBKのIO-Link対応力センサは、どのくらい高速ですか。

HBKが力センサのインターフェースとしてIO-Linkを選んだ理由とは？

トレーサブル測定はできますか？

HBKスマートフォースセンサを使うメリットは何でしょうか？

HBKのIO-Link力センサは、従来型センサより精度が劣りますか？

HBK IO-Linkセンサは、温度、湿度、または衝撃や振動に対してどの程度の堅牢性がありますか？

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