Messa a punto di celle di carico a sei componenti

The static calibration of a six axis load cell is the main aim of this work. The considered load cell is able to measure forces and moments along the three space directions. A total of 16 load cells have been calibrated. Statistic analyses on experimental data from calibration have been performed. Static and dynamic properties of the six axis load cell have been both numerically and experimentally evaluated and results are compared. Finally a sensitivity analysis has been completed to point out which are the main parameters that affect the load cell accuracy. This results have been obtained by using analytical models of spherical joints and of the load cell. The sensing part of the load cell is a three spokes element, constrained to the structure by means of spherical joints. Six Wheatstone full bridges measure the strain level of the sensing element. This instrument has been designed to be used on the test benches for suspensions systems. The maximum load allowed is 10000 N along one direction and 5000 N along the others, 250 Nm and 500 Nm around the same directions. The forces and torques’ resolution is respectively 0,5 N and 0,05 Nm. This work has allowed to verify accuracy and the efficiency of the considered calibration method. A sensitivity analysis allowed to enhance the sensor performance.

L’oggetto del seguente lavoro di tesi è la messa a punto di celle di carico a sei componenti, strumenti in grado di misurare forze e momenti agenti lungo le tre direzioni dello spazio. L’obiettivo principale del lavoro è l’effettuazione della taratura statica degli strumenti per ricavarne le matrici di calibrazione. In seguito a tali operazioni di taratura su sedici celle, è stata completata un’analisi statistica atta a determinare le varie sorgenti di errori e di incertezze, sia sulla singola cella, sia sull’insieme completo. Sono stati inoltre validati sperimentalmente i modelli analitici e a elementi finiti sviluppati per analizzare le caratteristiche dinamiche delle celle. E’ stata infine svolta un’analisi di sensitività volta a determinare quali parametri influenzino maggiormente l’incertezza di misura dello strumento ed individuare possibili ambiti d’intervento per le generazioni future di tali celle di carico. Tali risultati sono stati ottenuti tramite modelli analitici dello strumento. La cella di carico in oggetto è costituita da un elemento a tre razze vincolato alla struttura di base tramite elementi appositamente progettati per fornire un vincolo di “cerniera sferica traslante”. Le deformazioni di tale elemento sono rilevate grazie all’impiego di estensimetri elettrici collegati con schema a ponte di Wheatstone completo. Questo strumento è stato concepito per essere utilizzato sul banco di prova dei sistemi di sospensioni dei veicoli presso il laboratorio LAST, “Laboratorio di sicurezza dei trasporti”, del “Politecnico di Milano”, ma può essere applicato anche in altri ambiti ingegneristici, come ad esempio in galleria del vento, per applicazioni di robotica o ovunque sia necessario rilevare forze e momenti in diverse direzioni contemporaneamente. Le forze massime misurabili dalla cella sono di 10000 N lungo una direzione e di 5000 N nelle altre due, mentre le coppie massime intorno agli stessi assi sono rispettivamente di 250 Nm e 500 Nm. La risoluzione è di 0,5 N per le forze e 0,05 Nm per i momenti.