ＰＭ２０２０で、クランク、シートピラー、ハンドルの分力を精度よく測定するために、SmartCalibration用の3軸センサを作り始めました。

●Smart Calibration Probe
勝手に命名してますが、多分力センサを校正するためには、校正台で精度よく錘荷重しながら、考えられる分力を組み合わせて負荷しながら校正する作業をするのが一般的です。しかし、校正台に乗せられないようなロードバイクフレーム自体を多分力センサにする使い方の場合、スマートプローブで負荷を与える荷重方法を検討してます。これは、
「校正力を手で押しながら発生させます。手で押すと、力のベクトルは、3軸ばらばらに出てきます。ＩＭＵと3軸のセンサで押すことで、力のベクトルを特定して、押している対象物の応答を測定しながら、線形性を確認して、相関回帰処理と干渉補正計算も行うスマートな校正システム」
という動的校正システムの構想名です。

●3軸センサの構成
高剛性のＸＹ2軸センサと高精度の中華ロードセルでＺ軸を組み合わせます。Ｚ軸方向に関しては、自作センサではなかなか精度がでないのがここ3年の経験で分かっているので、中華ロードセルの高精度品を採用します。
 ＸＹ2軸センサ部は、アルミパイプにRoverbalブリッジ配列で2軸分力を測定します。荷重範囲は、ロードバイクの荷重なので、５Ｋｇ～４０ｋｇ程度にします。まだ、図面になってないので、丸パイプを仕上げてから、全体の接続とシステム構成を考えます。

●丸パイプのRoverbalブリッジ試作してみた。
昨年開発したアルミ丸棒の6分力計シリーズの丸パイプバージョンです。
φ１８ｍｍｘｔ＝２ｍｍ　高さ８０ｍｍのアルミパイプを横山テクノさんから取り寄せました。　

丸パイプの両端の固定部をタップでねじ切りして作ります。
Ｍ１６Ｐ１．５というバカでかいタップをモノタローから仕入れてあります。大物なのでタップしては高価ですが、丸パイプをきちんと固定するには、必要な投資です。ねじ類もＭ１６Ｐ１．５だと1個あたり400-500円くらいするので全て高価な部材となります。高剛性、高精度を狙うとコストかかります。３ＤＰで作っても、カーボンファイバー代が結構高くつきます。

●Roverbal配置でひずみゲージ貼り付け
配置は、Ａ＆Ｄ社の解説にあります。中華ロードセルなど、シングルポイント、ビーム型と呼ばれる形式で真ん中に穴をあけてひずみゲイン大きいので精度でます。私の場合は穴がないのでひずみゲインが非常に小さいです。
https://www.aandd.co.jp/products/loadcell/introduction/cell_intro02.html

円周4か所にけがき線をいれて、位置合わせしてゲージを貼ります。
私の場合は中華ゲージを貼って、はんだ付けした直後にカラー線を
10分硬化のエポキシ接着剤で固めます。少しでもカラー線引っ張るとゲージの箔が剥げてしまうので、片側2枚半田付けしたら、カラー線を接着固定して、20－30分硬化を待ってから反対側の半田づけと接着を行うようにしてます。

●ひずみアンプは、AD7194を使います。
校正用システムなので、高精度、低ノイズ、高分解能でないといけないので
８CHの6分力測定用のAD7194を使いました。被測定物のCH数が多いので８CHまであれば対応できます。本番では、SmartProbeには、AD7193　４ＣＨを使う予定です。

AD7194の動かし方はこの記事に備忘録してあります。

動作確認で作ったププログラムはＧＩＳＴにおいてあります。今回は、ゆっくりでいいので、1ch20msec1周期です。
https://gist.github.com/dj1711572002/f71c5f269a28630e1608fa319684f07e

●動作確認
ねじをつかんで、押し引きするだけですが、負荷は５ｋｇ以下です。

高剛性なので、ゲインが非常に小さいので、1mVまで拡大しました。
しかし、ノイズがでてません。
さすがにΔΣ方式のＡＤＣです。24ビットで１ＣＨで１－２msec応答します。６ｃｈで1０msecまで落ちます。
　ゲインが苦しい分力センサでは、ＡＤ７１９４は大活躍してくれます。

●以後

 2軸目を貼って、ＸＹの校正して、クロストーク影響を見ます。
そのあとで、Ｚ軸の中華ロードセルと接続して、SmartProbeのセンサ部が完成します。それから、シートピラーの校正と干渉補正をします。
7月いっぱいかかるかもしれませんが、シートピラーの体重変動が精度よく測定できることが非常に重要なので1か月かかっても価値があると思います。