フォースセンサーとは、物体に加わる力、荷重、押付力、引張力、圧縮力などを検出するセンサーです。

製造現場では、ロボットの押付力制御、組立時の圧入力管理、研磨・バリ取り時の接触力制御、検査装置の荷重測定、プレス加工の荷重監視などに使用されます。

単に「力がかかったか」を見るだけでなく、「どの方向に」「どれくらいの力が」「どのタイミングで加わったか」を数値化できるため、自動化設備や協働ロボットの品質安定に重要な要素です。

■フォースセンサーの基本情報

■フォースセンサーの仕組み

フォースセンサーは、力が加わったときに発生する変形や電気的変化を利用して荷重を測定します。

代表的な方式には、ひずみゲージ式、圧電式、静電容量式、磁歪式などがあります。産業用途では、ひずみゲージ式が広く使われています。

ひずみゲージ式では、センサー内部の金属部材が力によってわずかに変形し、その変形量を電気抵抗の変化として検出します。この信号をアンプやコントローラで処理し、力の大きさとして表示・制御します。

■フォースセンサーの種類

■フォースセンサーの目的

フォースセンサーの主な目的は、力を数値化し、作業品質を安定させることです。

人が手作業で行う場合、押す力や締め付ける力は感覚に頼る部分があります。しかし、自動化設備やロボットでは、力を定量的に管理しなければ、圧入不足、押し込み過多、部品破損、加工ムラが発生する可能性があります。

フォースセンサーを使うことで、力の状態をリアルタイムに監視し、適切な力で加工・組立・検査を行うことができます。

■フォースセンサーの主な用途

フォースセンサーは、圧入、かしめ、ねじ締め、研磨、バリ取り、組立、検査、ロボットハンド、協働ロボットなどで使われます。

例えば、圧入工程では、部品を押し込む力と位置を監視することで、圧入不足や異物混入を検出できます。研磨工程では、工具の押付力を一定に保つことで、仕上がり品質を安定させます。

ロボット用途では、ワークに触れた力を検出し、過大な力を避けながら作業する力制御に活用されます。

■フォースセンサーのメリット

フォースセンサーのメリットは、作業を数値で管理できることです。

力の大きさを見える化することで、作業者の感覚に頼らず、安定した品質管理が可能になります。異常な荷重が発生した場合には、部品のズレ、噛み込み、破損、工具摩耗などを検知できます。

また、ロボットにフォースセンサーを組み合わせることで、押付力を一定にした研磨や、微妙な力加減が必要な組立作業にも対応しやすくなります。

■フォースセンサーのデメリット

フォースセンサーのデメリットは、導入時に適切な選定と調整が必要なことです。

測定範囲が小さすぎると過負荷で破損する恐れがあり、大きすぎると微小な力を正確に測定しにくくなります。また、取付部の剛性が不足していると、正確な測定ができない場合があります。

さらに、振動、温度変化、電気ノイズ、ケーブル取り回しの影響を受けることもあります。

◆高精度な測定には、校正やゼロ点調整も重要です。

■フォースセンサーとロードセルの違い

ロードセルは、フォースセンサーの一種です。主に荷重や重量を測定するために使われ、計量器、プレス荷重測定、引張試験、圧縮試験などに使用されます。

フォースセンサーという言葉はより広い意味を持ち、ロードセルを含め、ロボット用力覚センサー、圧電式センサー、接触力センサーなども含みます。

つまり、

◆ロードセルは「荷重測定に特化した代表的なフォースセンサー」と考えるとわかりやすいです。

■フォースセンサーとトルクセンサーの違い

フォースセンサー　　　：主に直線方向の力を測定します。

　　　　　　　　　　　　例えば、押す・引く・圧縮する力を測る

トルクセンサー　　　　：回転方向の力であるトルクを測定します。

　　　　　　　　　　　　ねじ締めや回転軸のねじり力を測る

ただし、

◆6軸力覚センサーのように、力とモーメントを同時に測定できるセンサーもあります。ロボットの高度な力制御では、このような多軸センサーが有効です。

■フォースセンサーの注意点

フォースセンサーでは、測定範囲、分解能、応答速度、取付剛性、使用環境を確認することが重要です。

過大な力が加わる工程では、定格荷重に余裕を持たせる必要があります。一方、微小な力を測る工程では、分解能やノイズ性能が重要になります。

また、センサーは正しく取り付けなければ正確な値が出ません。偏荷重、ねじれ、取付面の傾き、治具のたわみがあると、測定値が不安定になる場合があります。

■図面・仕様検討で注意すべきこと

フォースセンサーを使用する場合は、測定したい力の方向、最大荷重、必要精度、取付スペース、使用環境を明確にすることが重要です。

ロボットに取り付ける場合は、可搬重量、ツール重量、配線、通信方式、制御周期も確認します。加工設備では、切削油、粉塵、温度、振動への耐性も必要です。

検査用途では、測定値の記録、しきい値判定、トレーサビリティ管理が必要になる場合もあります。

■まとめ

フォースセンサーとは、押付力、引張力、圧縮力、把持力、接触力などを検出するセンサーです。ロボット、組立装置、検査設備、加工機、プレス工程などで広く使われます。

力を数値化することで、圧入不良、組立ミス、過負荷、工具摩耗、加工ムラを検出しやすくなり、品質安定と自動化に貢献します。

一方で、正確な測定には、測定範囲、分解能、取付剛性、校正、ノイズ対策が重要です。フォースセンサーは、製造現場の「力加減」を見える化し、高品質な自動化を実現するための重要なセンサーです。