연산회로로 간섭을 소거하는 분력계 개발

2.1 실험 모형과 측정 하중의 특징

시험 모형의 기본 형상은 최대지름이 0.32m이고 세장비가 10인 회전대칭 주상체로서 코닝 타워와 자세 안정과 조종을 위한 각종 날개와 추진 장치들이 부가물로 첨가되어 있다. 따라서 분력계를 시험 모형 내부에 설치하려면 치수 제약이 뒤따른다. 난류 영역에서 모형시험을 하려면 모형의 길이 L과 속도 V 그리고 점성계수 ν라 할 때 레이놀즈수 $$ Rn=\left(VL\right)/\nu \ge 1.0\times {10}^7$$이 되어야 하므로 모형의 전진 속도는 3.56m/s 이상이어야 한다. 모형의 선회반경을 수상선의 시험 계측자료의 최소 선회반경 값과 동등 수준이라고 보면, 선박의 최소 선회직경은 모형 길이의 2.5배 이상이어야 하므로 길이 3.2m 모형의 최소 선회직경은 약 8m이며 이에 따른 최소 선회반경은 약 4m 이상이 되어야 한다. 선회시험에서 사용하는 분력계는 모형에 작용하는 유체력과 원심력을 측정점 위치에서 측정할 수 있어야 한다. 그리고 모형시험 상태뿐 아니라 모형의 중량과 부력으로 인한 모멘트도 함께 측정할 수 있어야 한다.

2.2 분력계의 설계용량 추정

길이가 3.2m이고 지름이 0.32m인 세장형 회전체가 선회반경 4m이고 1 rad/s로 선회할 때 모형 중앙에 설치한 분력계에 작용하는 유체력과 원심력을 포함하여 최대 하중을 1차로 추정하면 $$ F_x=\mathrm{1,000}N$$, $$ F_y=F_z=\mathrm{3,000}N$$, $$ M_x=500N\cdot m$$, $$ M_y=M_z=\mathrm{3,000}N\cdot m$$가 얻어진다. 여기에 모형을 설치하는 과정에 모형의 중량과 부력 그리고 모형을 이동할 때 안전을 추가로 고려하여 F_z 용량을 증가시키면 $$ F_x=\mathrm{1,000}N$$, $$ F_y=\mathrm{3,000}N$$, $$ F_z=\mathrm{12,000}N$$, $$ M_x=500N\cdot m$$, $$ M_y=M_z=\mathrm{3,000}N\cdot m$$로 계측 용량을 정할 수 있다.

공간적 제약 없이 분력계를 피라미드형으로 설계하면 균등한 강성을 가지는 감지 부재를 최적 위치에 배치하여 간섭을 최소화할 수 있다. 하지만 실험 대상인 회전대칭 세장체일 때는 설치 공간과 설치 위치에도 제약이 있다. 특히 큰 모멘트를 측정하는 감지 부재는 충분한 강성을 가지며 제한된 공간에 배치할 수 있도록 치수를 결정하여야 한다.

시험 모형의 외형 치수가 $$ \varphi 0.32m\times 3.3m$$이고 분력계를 설치할 공간은 모형과 동심인 $$ \varphi 0.176m$$ 원통형 공간이라고 잠정 결정할 수 있다. 고속 선회 모형에서는 큰 모멘트가 발생하고 상대적으로 작은 축 방향 힘이 작용하므로 제한된 설치 공간은 모멘트 감지 부재와 축 방향 힘을 감지하는 부재가 적정 강성도를 유지하며 분력 간의 간섭을 피하기가 어려워진다. 모형의 선회 선속도를 3.56m/s 이상으로 유지하여야 하므로 모형을 시험 속도로 가속할 때 필요한 관성력을 추가하면 $$ F_x=\mathrm{3,000}N$$이 되어야 한다. 또 힘과 모멘트 사이 간섭을 줄여주기 위하여 선회시험 반경을 12m 이상으로 설정하면 각속도가 줄어들며 원심력이 줄어들므로 분력계 용량을 $$ F_x=F_y=\mathrm{3,000}N$$, $$ F_z=\mathrm{12,000}N\cdot m$$, $$ M_x=\mathrm{1,000}N\cdot m$$, $$ M_y=M_z=\mathrm{2,000}N\cdot m$$로 정할 수 있다.

2.3 분력계 좌표계와 감지 부재의 배치 계획

분력계로 측정점에 원점이 있는 직교 좌표계를 Fig. 1과 같이 결정하였다. 축 방향 힘은 F_x, F_y, F_z로 표시하고 축에 직교하는 평면에서 크기가 같고 방향이 반대인 힘이 평행한 방향으로 작용할 때 원점에서는 모멘트 $$ M_x=l_2\left(F_{z1}+F_{z2}\right)/2$$, $$ M_y=l_1\left(F_{z3}+F_{z4}\right)/2$$,$$ M_z=l_3\left(F_{y2}+F_{y1}\right)/2$$가 발생한다. 따라서 2.2절에서 검토한 결과를 바탕으로 분력계 설계용량은 Fig. 1을 기준으로 식 (1)과 같이 표시할 수 있다.

Fig. 1

Coordinate system of multi-component sensor

수중 운동체의 중앙에 원점이 있고 모형의 진행 방향이 x축인 직교 좌표계의 좌표 원점에서 힘을 측정하는 분력계를 생각한다. 모든 분력은 감지 부재를 좌표계에 대칭으로 배치하여 측정하기로 한다. F_x와 F_y는 한 쌍의 감지 부재로 측정하고, F_z는 두 쌍의 감지 부재로 측정하기로 한다. 분력계 내부 공간의 제약으로 감지 부재의 간격을 $$ l_2=0.1m$$, $$ l_1=l_3=0.2m$$로 결정하고 대칭 부재의 치수를 결정하도록 하였다.

위의 조건을 적용하면 F_x와 F_y를 감지하는 하나의 부재는 1,500N을 전달하고 F_z를 감지하는 부재는 3,000N을 전달한다. 모멘트는 크기가 같고 방향이 반대인 하중으로 생성되므로 M_z를 감지하는 부재는 10,000N을 전달하여야 하고 M_y와 M_z를 감지하는 부재도 10,000N의 하중을 전달할 수 있어야 한다. 큰 모멘트를 좁은 간격으로 배치한 감지 부재로 검출하여야 하므로 부재는 10,000N의 힘을 전달할 수 있어야 한다.

3.1 분력계 감지 부재의 생성

분력계의 감지요소로 편심하중을 받는 기둥 요소를 Kim et al. (2024)에서 제안하는 방법으로 2-분력 감지 부재의 형상을 결정하고 감지 부재의 간격을 $$ l_2=0.1m$$, $$ l_1=l_2=0.2\mathrm{m}$$로 결정하고 부재 치수를 구하면 Fig. 2와 같은 감지부재가 얻어진다.

Fig. 2

Dimension of Fv and Fh force sensing element

수직 하중 F_v와 수평 하중를 F_h를 감지하는 2-분력 감지 부재 한 쌍을 X - Z 평면에 ±0.05m 대칭 배치하고 부재의 수평 방향 감지요소로 $$ F_x=\mathrm{3,000}N$$을 측정하도록 하면 하나의 수평 방향 2차 감지요소에는 ±1,500N의 편심하중이 작용한다. F_y는 한 쌍의 2-분력 감지 부재를 Y - Z평면에 ±0.1m 대칭으로 배치하고 $$ F_y=\mathrm{3,000}N$$을 측정하므로 수평 방향 2차 감지요소에는 ±1,500N의 편심하중이 작용한다. F_z를 계측하는 부재를 X - Z, Y - Z 평면 각각에 대칭으로 배치하면 수직 방향으로 ±12,000N이 작용하므로 하나의 2차 감지 부재에는 ±3,000N이 작용한다.

$$ M_x=\pm \mathrm{1,000}N\cdot m$$는 $$ F_z=\pm \mathrm{10,000}N$$을 전달하는 한 쌍의 수직부재를 X - Z 평면에 ±0.05m 대칭 배치하여 계측한다. $$ M_y=\pm \mathrm{2,000}N\cdot m$$는 $$ F_z=\pm \mathrm{10,000}N$$을 전달하는 한 쌍의 감지 부재를 Y - Z 평면에 ±0.1m 떨어지게 대칭으로 배치하여 계측한다. $$ M_z=\pm \mathrm{2,000}N\cdot m$$는 $$ F_y=\pm \mathrm{10,000}N$$을 감지하는 부재를 Y - Z 평면에 ±0.1m 떨어지게 대칭 배치하여 계측한다.

따라서 F_v - F_h 감지 부재는 수직 부재가 $$ F_z\pm \mathrm{3,000}N$$의 수직 하중과 $$ F_z=\pm \mathrm{10,000}N$$의 반대 방향 힘이 형성하는 모멘트를 감지해야 한다. 수평부재는 균일 분포하중 $$ F_y=\pm \mathrm{1,500}N$$과 $$ F_y=\pm \mathrm{10,000}N$$의 반대 방향 힘이 형성하는 모멘트를 감지한다. F_v - F_h 감지 부재의 수평 방향 감지요소는 ±11,500N을 전달하고 수직 부재는 ±13,000N을 전달할 수 있어야 한다.

3.2 분력계 감지 부재 치수의 간이 결정

분력계의 소재로서 Al 2024-T3를 선정하면 소재의 탄성 계수는 80GPa이고 항복점 응력은 345MPa이다. 변형도 측정에 MM 사의 스트레인 게이지 J2A-13-S181N-350을 선정하면 게이지 접착 후 변형 피로한도는 1,200μm/m이 된다. 이는 설계에서 감지부의 허용응력을 96MPa로 결정하였으므로 감지 부재 안전율을 3.6으로 설정한 효과가 있다. 선정한 스트레인 게이지의 형상 치수와 감지 부재 치수를 생각하여 스트레인 게이지 접착 면의 치수를 0.012m로 결정하면 Kim et al. (2024)의 방법에 따라 치수는 Fig. 2와 같이 정할 수 있다.

Fig. 2의 부재를 Fig. 3과 같이 X - Z 평면에 ±0.05m 떨어지게 대칭 배치하면 F_x와 M_x를 측정할 수 있다. 그리고 감지 부재를 Y - Z 평면에 ±0.1m 떨어지게 대칭 배치하면 F_y, F_z, M_y, M_z 등을 측정할 수 있다. 다만 스트레인 측정 위치 선정과 Wheatstone bridge 회로 구축에서 F_y, F_z를 측정할 때는 M_y, M_z의 영향을 받지 않도록 하여야 한다. 또, M_y, M_z를 측정하는 Wheatstone bridge 회로 구축에서는 F_y, F_z의 영향이 상쇄되도록 회로를 구성하여야 한다.

Fig. 3

Sensing element arrangement

4.1 분력계 구조의 유한 요소 해석

Fig. 2와 같은 2-분력 감지 부재가 수직 하중을 받으면 중앙에 수직 방향으로 배치한 한 쌍의 점 대칭형 2차 감지요소의 좁아진 상부 바깥쪽 표면은 압축 변형이 일어나고 넓어진 하부 바깥쪽 표면에는 인장 변형이 일어난다. 그리고 수평으로 배치한 한 쌍의 상하 대칭형 2차 감지요소에는 위쪽과 아래쪽 표면에 압축 변형과 인장 변형이 서로 바뀌어 나타난다. 수직과 수평 하중이 작용하는 평면의 교차점은 분력계의 계측 원점이 된다. 2-분력 감지 부재에는 편심하중이 인장 또는 압축으로 작용하며 부재의 표면 대부분 구간에서 일정한 값을 유지한다. 이와 같은 특성으로 게이지 배치와 회로 구성에서 뛰어난 작업성을 Fig. 3에서 확인할 수 있다. 다만 게이지 위치는 대칭성이 유지되어야만 간섭을 최소화할 수 있으므로 주의해야 한다.

4.2 다분력계 구조의 유한 요소 해석

분력계 감지 부재를 설계하고 게이지 작업 편의성을 생각하며 변형 측정 위치를 선정하였다. 편심하중을 받는 기둥 요소에 스트레인이 최대 하중일 때 측정 위치에서 게이지의 최대 변형도가 발생하도록 감지부 치수를 Timoshenko의 이론으로 결정하였다. 다만 스트레인 게이지 치수는 제조자의 제품규격에 따라야 하므로 감지부 치수를 결정전에 게이지를 미리 선정해야 한다.

간이 계산으로 감지 부재의 치수를 Fig. 2와 같이 결정하면 설계하려는 분력계는 Fig. 3과 같이 형성할 수 있다. 실제 분력계는 여러 감지 부재가 하나로 조립된 상태에서 하중을 받으므로 조립 상태의 구조해석이 필요하다. 분력계 구조 전체를 설계 최대 하중 상태에서 상용 프로그램 SOLIDWORKS로 유한요소 해석하였으며 대표적인 계산 예를 Fig. 4에 보였다.

Fig. 4

Example of structural analysis of multi-component sensor

분력계 치수를 결정하며 스트레인 게이지 위치에서 1,200μm/m의 변형도를 허용하였다. 따라서 게이지 위치에는 항복점 응력의 27% 정도가 작용한다. 계산 예에서는 수직부재의 게이지 위치에는 적정 수준의 응력이 발생하며 수평부재의 의도적으로 형성한 연약 구간에 최대 응력이 나타났다. 최대 응력 발생점의 von Mises 응력을 기준으로 연약 구간에 발생하는 응력이 항복점 응력보다 낮아지도록 연약 구간의 차수를 수정하도록 하였다.

4.3 분력계 출력 특성의 추정

분력계를 설계하며 MM사의 2중 1축 게이지 J2A –13- S181N -350를 선정하였다. 측정점의 스트레인을 계산하여 Wheatstone bridge에서 출력 신호를 추정한 후 예상 최대 출력으로 무차원화 하면 Table 1이 얻어진다. 분력계는 설계와 가공 그리고 조립에서 예측하지 못한 요인으로 간섭이 발생하고 있어서 통상적으로 5% 정도의 분력 간 간섭을 허용하고 있다.

Table 1

Normalized interference between forces and moments

분력계 구조를 유한요소 해석한 Table 1을 보면 F_x - M_y 간섭과 F_y - M_x 간섭이 23.1% 정도이고 F_z - M_y 간섭이 5.2% 정도로 계산되었다. 간섭은 제한된 공간에서 분력을 측정할 때 측정하려는 축 방향 힘보다 큰 축 방향 힘이 모멘트를 일으킬 때 간섭이 일어나기 때문이다. 허용범위를 넘어서는 간섭을 피하려면 공간적 제약을 지키며 반복 재설계하기보다는 간섭소거 방법이 효과적인 문제 해결 방법이 될 수 있다.

4.4 분력계 출력의 간섭 현상 확인

분력계 전체를 하나의 구조로 보아 구조해석을 하고 있으나 실제 제작에서는 4개의 2차 감지 부재를 가공, 조립하여 제작하였다. 가공과 조립에 오차가 발생하며 볼트 조립 방식을 채택하였으므로 계산값과 다른 변형이 나타날 수 있다. 분력계를 제작하고 교정 시험으로 Table 2와 같은 결과를 얻었다. 수치 계산에서는 M_x와 M_y가 간섭의 주원인이었으나 조립구조 채택으로 모멘트 M_z가 새로운 간섭 원인이 되었다고 판단된다.

Table 2

Calibration results of devised 6-component balance

5.1 분력 측정 과정의 수식 표현

분력계에 하중이 작용하였을 때 출력 신호 SF_x, SF_y, SF_z, SM_x, SM_y, SM_z와 하중 F_x, F_y, F_z, M_x, M_y, M_z 사이의 관계는 (2) 식과 같은 선형 연립 방정식으로 표시할 수 있다. 여기서 a_ij는 분력계에 하중이 작용할 때 특정 방향의 출력 신호와 하중 성분 사이의 관계를 나타내는 비례상수이다. 따라서 식 (2)의 해를 구하면 작용하고 있는 힘을 출력 신호로 나타낼 수 있다. 그런데 식 (2)의 좌변은 분력계에 인가하는 전압에 따라 변동하는 출력 전압 신호이며 우변의 F_x, F_y, F_z는 N단위이고 M_x, M_y, M_z는 단위가 $$ N\cdot m$$이다. 따라서 위의 선형 연립방정식의 해를 구할 때는 차원 해석을 병행하여야 한다.

5.2 수치 계산을 이용한 공학적 간섭 분리

분력계의 출력 신호와 하중을 수치화한 후 식 (2)로 표시되는 6×6 선형 연립방정식을 풀면 간섭이 제거된 해를 얻을 수 있다. 식 (2)를 측정하중과 출력 사이의 비례상수 a_ij가 i = j일 때 a_ij로 무차원화 하면 좌변은 $$ S{F}_{xn}=S{F}_x/a_{ij}$$이 되고 우변의 $$ C_{ij}=a_{ij}/a_{ii}$$i는 i = j일 때 C_ij = 1이 되므로 공학적 활용도가 높은 무차원 관계식 식 (3)이 얻어진다.

실제 분력계에서 특정 분력 사이에 집중하여 나타나는 허용범위를 넘는 간섭을 소거법으로 분리하기로 한다. Table 2의 교정시험 결과를 보면 F_x는 M_y와 25% 그리고 M_z와 7.8%의 간섭을 일으키고 있다. F_y는 M_z와 10.8% 간섭이 있으며 F_z는 M_x와 6.1% 그리고 M_y와 17%의 간섭을 일으킨다. 이들 간섭을 큰 간섭부터 차례로 소거법으로 분리하기로 한다.

5.3 두 성분 사이의 간섭 분리

가장 간섭이 큰 F_x - M_y 간섭을 소거법으로 분리하는 데 필요한 두 식을 식 (3)에서 선정하면 다음 식 (4)가 얻어진다.

식 (4)에서 M_x와 F_x를 소거하여 식 (5)를 얻고 식 (6)의 관계로 바꿔 쓰면 식 (7)이 얻어진다. 식 (7)의 좌변은 간섭이 제거된 무차원 출력 항이며 우변의 $$ C_{ij}^{\mathrm{*}}$$는 간섭을 분리하며 수정된 C_ij이다. 따라서 식 (7)를 식 (3)의 해당 항과 바꾸면 식 (8)로 표시된다.

식 (8)의 교정 상수들은 분력계에서 F_x - M_y간섭을 소거할 때 Table 3과 같이 변화한다. 즉 C₁₆이 7.8%에서 8.0%로 2.5% 정도 변화하며 나머지 간섭 계수 변화는 무시할 수 있다.

Table 3

Decomposition results of Fx-My interference

이어서 F_z - M_y간섭을 소거할 때는 F_x - M_y간섭을 소거하며 변화한 간섭 계수를 사용하여야 한다. 따라서 식 (8)에서 식 (9)를 선정하고 Table 3의 간섭 계수를 사용하여야 한다.

앞에서와 같은 방법으로 간섭을 분리하면 좌변의 출력 신호는 식 (10)으로 변화하며 교정 상수는 Table 4와 같이 변화한다.

Table 4

Decomposition results of Fz-My interference

두 차례 분리하면 분력계 특성 방정식은 식 (11)로 변한다.

세 번째로 F_y - M_z간섭을 분리하기로 하고 식 (11)에서 관련 항을 선정하여 2차 방정식을 구성하면 식 (12)가 얻어진다.

SF_yn과 SM_zn은 간섭 분리 영향을 받지 않았으므로 위첨자 *를 붙이고 같은 연산을 반복하면 식 (13)과 Table 5가 얻어진다.

Table 5

Decomposition results of Fy-Mz interference

간섭을 세 차례 분리하면 특성 방정식은 식 (14)로 바뀐다.

네 번째로 F_x - M_z 간섭을 분리하기로 하고 식 (14)에서 관련 항을 선정하여 2차 방정식을 구성하면 식 (15)가 얻어진다.

$$ S{F}_{xn}^{\mathrm{*}}$$는 F_x - M_y간섭을 분리하며 수정된 값이며 $$ S{M}_{zn}^{\mathrm{*}}$$은 앞에서 F_y - M_z 간섭을 분리하며 수정된 값이다. 각각의 간섭 계수들도 분리 과정에서 수정된 항으로 위첨자 *를 붙여서 나타내었다. 식 (15)의 해를 구하면 식 (16)이 얻어지므로 이를 반영하면 Table 6이 얻어진다.

Table 6

Decomposition results of Fx-Mz interference

네 차례의 간섭 분리 후 특성 방정식은 식 (17)로 변화한다.

마지막으로 F_z - M_x간섭을 분리하기로 하고 식 (17)에서 관련 식을 선정하여 2차 방정식을 구성하면 식 (18)이 얻어지고 식 (18)의 해를 구하면 식 (19)와 Table 7이 얻어진다.

Table 7

Decomposition results of Fz-Mx interference

허용범위를 넘는 간섭을 모두 분리한 후에는 분력계의 특성 방정식은 식 (20)으로 변화한다.

5.4 수치 연산을 이용한 공학적 간섭 분리

분력계 교정 시험으로 C₁₅ =-0.250, C₁₆ =0.078, C₂₆ =0.108, C₃₄ =0.061, C₃₅ =-0.170으로 확인되었으며 나머지 값들은 모두 |C_ij| ≤ 0.03으로 나타났다. 통상적으로 보급형 분력계에서 허용하는 5%보다 큰 간섭은 분리하고 그보다 작은 간섭을 무시하면 식 (20)은 식 (21)로 간단히 바꾸어 쓸 수 있다.

보급형 분력계가 허용하는 5%보다 큰 간섭만을 대상으로 큰 간섭부터 차례로 분리하였다. 간섭 소거 과정에 계수 변화량이 매우 적으므로 이를 무시하면 $$ C_{ij}\approx C_{ij}^{\mathrm{*}}\approx C_{ij}^o\approx C_{ij}^{++}$$이 되고 최종으로 Table 7과 같이 C_ij ≤ 0.03으로 확인되었다. 따라서 식 (21)을 식 (3)의 변수로 나타내면 식 (22)의 관계를 얻을 수 있다.

식 (22)의 첫 번째 식은 F_x와 간섭을 일으키는 M_y와 M_z중에서 더욱 큰 간섭을 일으키는 M_y 간섭을 먼저 소거한 후 이어서 M_z 간섭을 소거하였을 때의 F_x값을 나타낸다. 두 번째 식에서 F_y는 M_z와 간섭을 소거하여 얻어진 식이고 세 번째 식은 간섭의 크기 순서에 따라서 M_y 간섭을 분리한 후 M_x 간섭을 분리한 F_z를 나타낸다. 이들 세 식을 살펴보면 두 번째 식이 기본형이며 첫 번째와 세 번째 식은 기본형을 반복 적용한 형식이다.

5.5 연산회로를 이용한 공학적 간섭 분리

수식으로 간섭을 소거하는 과정을 연산회로로 바꾸는 문제는 기본형인 식 (22)의 두 번째 식을 연산회로로 바꾸는 문제가 된다. 즉, $$ F_{yn}\approx \left(S{F}_{yn}-C_{26}S{M}_{zn}\right)/\left(1-C_{26}{C}_{62}\right)$$을 연산회로로 처리하는 내용이 된다. 식의 분자는 두 항의 합산 연산인데 두 번째 항은 곱셈 연산 결과이다. 직류로 출력되는 계측 신호를 통합하는 합산 연산은 회로의 연결 방향을 선택하는 단순 선택 연결 회로로 연산회로를 구성할 수 있다. 그리고 곱셈 연산회로는 가변저항을 이용하여 구성할 수 있다. 그리고 연산식의 분모는 1.0 보다 작은 값일 때 증폭 효과를 주므로 표준화된 증폭 소자를 사용할 수 있다. 예로서 F_x - M_y간섭을 분리하는 회로는 Fig. 5와 같이 곱셈 연산 소자와 합산 연산 소자 그리고 증폭 연산 소자로 구성할 수 있다.

Fig. 5

Schematic diagram of decomposition processor

분력계의 출력 신호 SF_xn와 SM_yn을 Fig. 5에 보인 연산회로와 연결하면 간섭이 제거된 출력 신호 $$ S{F}_{xn}^{\mathrm{*}}$$이 얻어진다. 새로운 출력 신호 $$ S{F}_{xn}^{\mathrm{*}}$$과 출력 신호 SM_zn 사이에 같은 연산회로를 구축하면 출력 신호 $$ S{F}_{xn}^{\mathrm{*}}$$에 포함된 M_yn과 M_zn 사이의 간섭을 제거할 수 있다. 이는 식 (22)의 첫 항에 해당한다. 마찬가지로 SF_zn과 SM_yn을 연산 처리하고 얻어진 결과와 SM_zn 사이에 같은 형식의 회로를 구축하면 식 (22)의 세 번째 항을 연산할 수 있다.

5.6 분력계의 제작과 교정 시험

분력계 감지 부재는 방전 가공으로 0.02mm의 정밀도로 가공하였으며 기타 소재는 MCT에서 ±0.05mm 정밀도를 유지하며 가공하였다. 조립에는 정밀 토크 렌치를 사용하여 균등한 힘으로 체결하였다. 스트레인 게이지는 방수 실리콘을 도포하였으며 Tajimi R04 방수 커넥터를 사용하여 1 Bar 수압에서 2시간 실험을 보장할 수 있도록 하였다. 완성된 분력계는 Fig. 6과 같으며 교정 시험 결과는 Table 8과 같다. 또한, 교정 시험 결과를 통하여 비직진성, 히스테리시스를 계산한 결과를 Table 9에 나타내었고, 모두 0.3% 이내의 오차가 발생하는 것을 확인하였다.

Fig. 6

6-component sensor (Fx=Fy=3000N, Fz=12000N, Mx= 1000N･m, My=Mz=2000N･m)

Table 8

Decomposition results of 6-component sensor

Table 9

Calibration test results of 6-component sensor