産業用オートメーション向け圧力および力の検知ソリューション

力覚センサー

HoneywellのFMA力感知ソリューションは、既存の物理スイッチングメカニズムのスタイルよりも優れた圧電抵抗素子に基づいています。この技術は、校正、温度補正、直接的な機械的結合と組み合わさることで、センサーの寿命を通じた安定した精度を提供します。さらに、コンパクトな製品設計が市場で求められる中、小型のパッケージサイズにより、これらのセンサーを容易に仕様に組み込むことが可能です。

圧力検知

Amplified Basic Pressure（ABP）シリーズの圧力センサーは、空気や流体ラインの圧力を測定するのに便利です。精度を確保するための総誤差帯測定を備えたこれらのセンサーは、環境要因やその他のパラメータを含む包括的な測定能力を持っています。また、非常に高精度で、誤差率はフルスケールでわずか∓1.5%またはBFSLで∓0.25%です。

一般的な性能特性

これらのセンサーのデジタル出力はデータの無線送信を可能にし、かさばるケーブル組立や配線の必要性を排除します。自己完結型の設計により、汚染物質の侵入に対して耐性があるため、ほぼあらゆる過酷な環境下でも使用できます。ライフサイクルの観点から見ると、これらのセンサーは最低でも100万回の作動を保証します。

圧力検知

増幅基本圧力（ABP）シリーズの圧力センサーは、空気や流体ラインの圧力を測定するのに役立ちます。精度を追求したトータルエラーバンド測定を備えたこれらのセンサーは、環境条件やその他のパラメータを含む包括的な測定能力を提供します。また、精度が非常に高く、誤差範囲は全スケールの∓1.5%または∓0.25%（BFSL）にすぎません。

今日のロボット技術が複雑性とパフォーマンスの面で向上するにつれ、より信頼性が高く正確なセンサーシステムの必要性が増しています。現在では、これまで以上に多くのシステムが閉ループ制御を採用しており、データ駆動型でエラーのない動作によって、より厳密なシステム応答を実現しています。また、現在も続く世界的なパンデミックの影響で、ロボットや完全自律型の使用がますます重要視され、フィードバックシステムの信頼性と効率性への期待も高まっています。本記事では、Honeywell の圧力及び力センサーソリューションのポートフォリオについて、特に包装作業や倉庫運用で使用する場合に焦点を当て、これらのソリューションがどのようにより高い精度と信頼性をもたらすかをご紹介します。

Honeywellのセンサーは信頼性と高精度を提供します

従来、物理的なスイッチング機構はモーションコントロールプラットフォームにおけるフィードバック用に使用されてきました。これらの方法論の最大の欠点の1つは、長期的な疲労であり、通常、時間の経過とともに精度や機能の低下につながります。

HoneywellのFMA力センサー（図1に示す）は、アイテムにかかる力を特定し、安全かつ正確な把持を保証するために使用されるロボットグリッパーに組み込むことができるセンサーであり、この問題を特に解決するために開発されました。圧電抵抗素子、校正、温度補償、チューブ、膜、またはプランジャーを含む直接的な機械的結合のおかげで、FMAシリーズの力センサーは信頼性のある機械的インターフェイスを備えた長期的で繰り返し可能な性能を提供します。疲労がその測定値に影響を与えることはなく、ばねなどの他の類似センサーと比較して、ダウンタイムが減少し、生産性が向上します。

温度補償について言えば、Amplified Basic Pressure (ABP) シリーズの圧力センサー（通常は制御、動力、または潤滑のためのライン内の空気や流体の圧力を測定するために使用されます）は、その補償温度範囲内で性能のより包括的な測定を提供します。ほとんどのセンサープラットフォームは、環境要因やその他のパラメーターを含まない精度仕様を宣伝していますが、ABPシリーズは「総誤差帯域幅（TEB）」と呼ばれる、すべてを含む精度仕様を採用しています。この仕様は、センサーが経験する可能性のある最大の誤差を示しており、このシリーズでは業界トップクラスの±1.5% フルスケール（±0.25% フルスケールの最適フィット直線（BFSL）を含む）です。図2は、BFSLとTEBの違いを示すとともに、補償圧力範囲全体でのTEBを示しています。この完全に特性付けされた出力と精度のおかげで、センサーや構成ごとのテストおよび校正が最小限に抑えられ、それによって製造コストが削減され、システム間のばらつきが改善されます。また、部品間のばらつきが最小限に抑えられるため、センサーの互換性における柔軟性が向上します。

ABPシリーズが基板レベルの構成をサポートしている一方で、図3に示されている包装型圧力トランスデューサのMedia Isolated Pressure (MIP)シリーズは、ステンレス鋼の高密閉構造を持つコンパクトな形状で、ヘビーデューティな測定を提供します。このセンサーは広範囲かつ過酷な環境に適しており、ABPシリーズのように、-40˚Cから125˚Cの温度範囲において、±0.75%フルスケールのTEBと±0.15%フルスケールBFSLという優れた性能を備えています。その堅牢性により、電磁場の存在下でも信頼性の高い動作が可能で、内部シールを使用せずにほぼすべての種類の液体およびガス媒体をサポートできます。その幅広い用途と動作環境には、産業用ポンプ、HVACシステム、油圧機器、輸送機器、医療システムなどが含まれます。

FMA、ABP、およびMIPシリーズデバイスのさらなる利点

包装ロボットのようなアプリケーションは、信頼性と正確性の向上から大きな利益を得ますが、それ以外にも考慮すべき多くの特性があります。

FMAマイクロフォースセンサは、非常にコンパクトな設計（4.5 × 5 × 2.15 mm）を持ち、グリップアセンブリのようなスペースが限られた構成に適しています。また、デジタル出力（I2CまたはSPI）により、設計者はコントローラーへのワイヤレス送信を組み込むことができ、煩雑なケーブルアセンブリや配線を回避することができます。ワイヤレス送信に加え、デジタルインターフェースにより、センサをカスタム回路に直接接続したり、埋め込み処理にインターフェースすることが可能で、重大な再設計を必要としません。また診断機能により、センサ内でショートやオープンが発生しているかを検出し、センサが正常に動作しているかを確認することができ、システムエラーや障害の解決に大いに役立ちます。このフォースセンサは、許容フォース範囲の最大3倍まで耐えることができ、それによる精度や繰り返し性への影響は（通常の作動範囲内で）ありません。

ABP圧力センサーは、柔軟でカスタマイズ可能な接続を可能にするデジタルインターフェース（24ビットI2CまたはSPI）を提供しており、IoT対応のインターフェースを備えています。また、このシリーズは非常に幅広い圧力範囲と機械的インターフェースを提供し、乾燥ガスおよび液体媒体の両方に対応しています。これにより、アプリケーションの範囲と精度要件に特化した設計が可能になり、さまざまな選択肢を提供します。さらに、超低電力消費（1Hzの測定頻度で0.01mW典型的平均消費電力）により、省電力システムでの使用を支援します。

MIPセンサーはほぼすべての過酷な環境で動作可能であり、長期的な安定性、絶縁抵抗および絶縁耐力、外部の凍結と解凍に対する耐性、そして優れたEMC性能などの顕著な特徴を備えています。設計者に信頼性の高い選択肢を提供するだけでなく、高い価値も提供します。複数の構成オプションが利用でき、初期のNREや工具費用なしで柔軟な用途の適応が可能です。また、重要な用途では、オンボード診断機能が内部および外部の故障モードを判定することを支援します。

上記に挙げた特徴に加えて、これらのセンサーシリーズは、サイクリングに関して非常に長い寿命を持っています。FMAおよびABPセンサーは少なくとも100万回のサイクルを保証し、一方でMIPデバイスは1,000万回以上の圧力サイクルに対応できます。

アプリケーション、例、および参考資料

これらのセンサーをアプリケーションに組み込む方法について、追加情報やサポートを必要とするデザイナー向けに、Honeywellは、設置手順、デジタル/アナログインターフェース、センサー選定、環境要因に関するガイドライン、校正および診断機能/計算式、疑似コードのスニペット、その他多数の機能の活用方法に関するドキュメントを提供しています。

図4は、例えば、ABPシリーズセンサーの自動ゼロキャリブレーション手順の補正を伴う実装に関するフローチャートを示しています。これは、自動ゼロキャリブレーションに関する技術ノートから引用されたものです。また、大きなオフセットを含むアプリケーションにおけるこの手順の実施前後の実データも示されています。

また、FMAセンサーに関しては、電気的および機械的な統合プロセスを支援するための多くの技術文書が存在します。「Microforce Sensor Coupling 技術ノート」は、センサーをシステムの残り部分に最適に機械的に結合する方法について説明しています。この技術ノートには、一般的な結合や取り付けの課題に関する注意点、例、およびそれを裏付ける方程式が含まれています。図5には、このセンサーの最適な配置の視覚的な図が示されています。

ABPセンサーやFMAセンサーと同様に、MIPセンサーにも独自のカスタム構成に簡単に統合できるよう、多くのサポート文書が提供されています。これには、MIPセンサーを使用してシステムの圧力を連続的に監視およびフィードバックする方法を説明するアプリケーションノートが含まれます（図6）。以下の例では、センサーの読み取り値を使用して冷媒の流量を制御および調整しながら、蒸発器およびコンプレッサの出口の読み取り値を提供しています。

結論として、産業オートメーション業界では、特に世界的なパンデミックのような特殊な状況において、生産や運用がロボティクスに依存するようになるにつれて、より信頼性が高く精度の高いシステムが求められるようになっています。信頼性は一般的に、より長寿命で低いメンテナンスコストのシステムを意味し、精度の向上はより効率的で堅牢な運用を可能にします。Honeywellの圧力・力感知プラットフォームは、これらのニーズに対応するために特別に開発されており、アイデアの構築から機械的統合まで、設計実装に参考となる多くの資料を提供しています。この感知プラットフォームがどのようにあなたのシステム設計に役立つか、ぜひご確認ください。