ひずみゲージの柔軟なベースを印刷する方法を作成し、構造測定のコストを大幅に削減します。
コンテンツ
コンセプト
ひずみゲージは、鋼構造物の応力と変形を測定するために使用されます。これらは精度が高く、高価であり、正しく取り付けるのが困難です。また、測定材料に関して多くの固有の期待 (最大ひずみ、最小ひずみ、再現性など) が伴うため、鋼に限定されます。また、このような小さな抵抗変化を測定するために、通常は高価な実験装置に接続されます。鋼以外の材質のひずみゲージを使用するため、または取り付けを簡素化するために、ゲージはボルト穴のあるベース プレートに接着されることがよくあります。
この種のボルト固定式ひずみゲージ (通常、はかりでの重量測定を目的としたロードセルと混同しないでください) は通常かなり厚いため、ゲージが木材よりも強いため、木のような弱い材料に取り付けるとあまりうまく機能しません。板を張り、構造支持体として機能し始めます。
最後に、ボルト固定式ひずみゲージは高価です。信頼性の高いボルト固定式ゲージの価格は1,272 ドル(HBM SLB7001)、その測定機器の価格は630 ドル(オメガ HHP-SG)から3,485 ドル(OMB-NET6000)になります。
ひずみゲージ ホルダーを PLA を使用して印刷し、Arduino ボードで測定できれば、まったく新しい可能性の世界が開かれるでしょう。センサーは安価で、可能な限りあらゆる形状に加工でき、より多くの材料に設置できる可能性があります。
使用例
- 木壁の曲がりを計測するロングセンサー
- 誰かが部屋に入ると信号を返す床板状のセンサー
- テーブルを粗いタッチ面に変える 3 つのセンサーの組み合わせ
- 人間の腕の曲がりを測定する円形センサー。10分だけの予定
- 木やひまわりの曲がりを測定するセンサー
この設定では、複数のセンサーの印刷が簡単かつ安価になるため、PLA の材料の信頼性の低さが利点に変わります。
残念ながら、PLA には非常に不利な材料特性がある可能性が非常に高いです。非金属材料を測定すると、独自の非線形性も加わります。材質によっては、湿度と温度の両方を測定する必要がある場合があります。これらの複雑さを補い、さらにコストを削減するために、Arduino ボードをボルト式ゲージに接続し、ニューラル ネットワークを使用して測定値を線形化し、単純な USB シリアル ストリームとして出力します。
類似の市販品
- HBM SLB7001 $1272
- オメガ HHP-SG $630
安価な印刷可能バージョンの部品表
- 基礎ひずみゲージ BF350-3AA-W $2.50
- PLA $25/1000 g
- Arduinoマイクロ $11
- HX711 ひずみセンサー $12
結果
ボルタブル ゲージの 3 つのレイヤーすべてを一度に印刷できる OpenScad パラメータ化ファイルを作成し、2 つの異なる日の間に 4 つの異なる LulzBot Mini と 1 台の LulzBopt Taz でテストしました。初期の結果は期待できるものではありませんでした。選択したプリンターやその時の部屋の温度（湿度）によって、印刷物は不均一になり、サイズや強度が異なります。ベースプレートの初期の押し出し層の高さと押し出し層の数を実験した結果、品質問題に対する実行可能な解決策が得られました (最初の層は 0.500 mm、さらに 2 つの層はそれぞれ 0.250 mm)。ただし、これらの設定は実験的なものであり、次のいずれか 1 つでのみうまく機能するようでした。 4台のプリンター。2 番目の試みは、すべての版を側面に印刷するというかなり珍しいアプローチを使用して行われました。このトポロジーは予想外の成功をもたらしました。どのプリンターもうまくいきましたが、
初めての印刷に挑戦します。フラットなトポロジ。
すべてのプレートを横にして 2 回目の試行。
プリントは OpenScad ファイルFile:Boltable Straingage.odtから生成されましたが、現在メディアウィキがアップロードを強く拒否しています。現時点では、.scad ファイルを OpenOffice .odt ファイル内にラップしています。アップロードの問題が解決したら、適切なファイルへのリンクを更新します。
次のステップ
ラボ機器と並べて測定し、ベース プレート材料としての PLA を評価し、HX711 AD コンバータからの出力の品質を評価します。テスト後に画像とデータをここに掲載します。
準備ができているコンポーネントのギャラリー
ひずみゲージのベースとして PLA をテストするための最初のプロト。
メタル用の3層モデル。
コンクリート用三層モデル。
初期の合板プロトタイプ。
最終デザインの最初のプロトタイプ。
活発な研究に関するリマインダー
This sensor is currently in prototyping and testing phase. If you wish to get mauled by neural networks math and unexpected material effects in high vibration environments. You are more than welcome to participate in the research, but otherwise steer clear of this design until I have posted proper measurements and there is at least a rough estimate about how long the sensor can withstand stress and vibration. The HBM sensor mentioned in the "Similar commercial product" section is my personal "go-to" sensor of choice and has not let me down. Use the HBM sensor unless you absolutely wish to go where there are known to be an unknown number of unknowns waiting to complicate you work.