-
Die
Erfindung betrifft eine Messanordnung, die einen Sensorträger
umfasst, auf welchem Messgeräte in wenigstens zwei Aufnahmen
befestigbar sind, sowie eine Verwendung einer solchen Messanordnung.
-
Temperaturstabile
Materialien mit einem extrem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
sind in der Messtechnik bekannt und weit verbreitet. Beispielsweise
geht aus der
DE 102
59 186 A1 eine Vorrichtung zur Aufnahme von Messgeräten
hervor, die rahmenförmig ausgeführt ist. Die Strukturelemente sind
aus einem Material mit besonders geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten α gefertigt.
Des Weiteren sind die Verbindungen der einzelnen Elemente so ausgeführt,
dass sich infolge von Temperaturschwankungen keine wesentlichen
Positionsveränderungen der Messgeräte ergeben.
-
Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass aufgrund der Vielzahl von Bauteilen
Positionsverschiebungen der Messgeräte relativ zueinander
unvermeidlich sind. Das Problem wird durch die Verbindungselemente
vergrößert, die jeweils ein gewisses Spiel aufweisen.
-
Der
Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine anwendungstechnisch
verbesserte Messanordnung aufzuzeigen, bei der die Positionsverschiebungen
der darauf befestigbaren Messgeräte relativ zueinander
aufgrund von Temperaturschwankungen kleiner sind, sowie eine Verwendung
für eine solche Messanordnung aufzuzeigen.
-
Diese
Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Erfindungswesentlich
ist, dass die Aufnahmen im Sensorträger mit Abstand zueinander
auf einer Verbindungsachse angeordnet sind und der Sensorträger
ein einstückiger Profilkörper aus kohlefaserverstärktem
Kunststoff (CFK) ist, wobei der überwiegende Teil der Kohlefasern
parallel zur Verbindungsachse ausgerichtet ist.
-
Unter
einer Verbindungsachse wird im Rahmen dieser Erfindung eine fiktive
Gerade verstanden, die durch die Zentren der Aufnahmen verläuft.
-
Kohlefaserverstärkter
Kunststoff wird auch als kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff
bezeichnet und gehört zu der Gruppe der Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe.
In einem Grundmaterial aus Harz, in der Regel einem Epoxidharz,
sind Matten aus Kohlefasern oft in mehreren Lagen als Verstärkung
eingebettet.
-
Der
Wärmeausdehnungskoeffizient von kohlefaserverstärktem
Kunststoff ist abhängig von der Ausrichtung der Kohlefasern.
Parallel zur Faser beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient αparallel lediglich bis zu 0,2·10–6/K, wobei die Kohlefasern unter
bestimmten Voraussetzungen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten αparallel von –0,1·10–6/K aufweisen. In der Querrichtung
hierzu ist der Wärmeausdehnungskoeffizient αsenkrecht des kohlefaserverstärkten Kunststoffs
um den Faktor 150 größer und abhängig vom
verwendeten Harz. Mithin ist die Wäremausdehnung des Profilkörpers
richtungsabhängig einstellbar und kann so gewählt
werden, dass die Wärmeausdehnung gegen Null tendiert. Durch
die Anordnung der Aufnahmen auf einer Verbindungsachse ist ferner sichergestellt,
dass die Wärmeausdehnungen des Sensorträgers in
der Querrichtung zur Verbindungsachse vernachlässigbar
sind.
-
Die
geringe Wärmeausdehnung des Sensorträgers in Verbindung
mit dem definierten Abstand zwischen den Aufnahmen hat zur Folge,
dass möglicherweise auftretende Positionsverschiebungen
um 10er-Potenzen geringer sind als die Messgenauigkeit der verwendeten
Messgeräte. Mithin sind die Einflüsse auf das
Messergebnis in Folge von Temperaturschwankungen äußerst
gering.
-
Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
9.
-
Vorteilhafterweise
weist der Sensorträger in Richtung der Verbindungsachse
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α zwischen –0,2·10-6/K und +0,2·10–6/K
bei 20°C auf. Die infolge von Temperaturschwankungen auftretenden
Verschiebungen sind dann so vernachlässigbar klein, dass
keine Kalibrierungen der Messgeräte in Reaktion auf Temperaturschwankungen
erforderlich sind.
-
Vorteilhafterweise
ist der Sensorträger plattenförmig ausgeführt.
Diese Form hat sich als herstellungstechnisch besonders günstig
erwiesen, weil die Kohlefasern dann vorteilhaft unidirektional ausgerichtet
werden können. Darüber hinaus ist es vorstellbar,
den Sensorträger quaderförmig auszuführen.
-
Zur
Erfassung von Veränderungen der Positionen der Aufnahmen
ist eine Detektoreinheit vorgesehen, die mit einer Auswerteeinheit
verbunden ist. Mithin können eventuell auftredende Veränderungen der
Positionen erfasst und im Rahmen einer Kalibrierung der Messgeräte
berücksichtigt werden. Die Kalibrierung erfolgt vorteilhafterweise
durch Berücksichtigung von Korrekturfaktoren im Rahmen
einer computerisierten Auswertung der Messergebnisse der Messgeräte.
-
Zweckmäßigerweise
umfasst die Detektoreinheit wenigstens einen Temperatursensor. Mit
dem Temperatursensor sind Temperaturschwankungen dynamisch erfassbar,
so dass diese Informationen bei der Ermittlung von Korrekturfaktoren
berücksichtigt werden können.
-
Des
Weiteren ist eine Kalibrierungsvorrichtung vorgesehen, welche mit
der Auswerteeinheit gekoppelt ist. Die Kalibrierungsvorrichtung
ermöglicht eine Rückstellung der Aufnahmen, nachdem
es infolge von Temperaturschwankungen zu Verschiebungen gekommen
ist.
-
Eine
Aufnahme ist als Bohrung ausgeführt. In der Bohrung können
die Messgeräte durch Einstecken befestigt werden.
-
Zumindest
ein Messgerät ist eine Kamera. Mit der Kamera kann eine
optische Vermessung von Objekten durchgeführt werden. Vorteilhaft
werden mehrere Kameras eingesetzt, um durch Überlagerung
der Kamerabilder dreidimensionale Objektdaten im Rahmen eines photogrammetrischen
Vermessungsverfahrens zu ermitteln.
-
Als
Messgeräte können alternativ oder zusätzlich
auch Laserlichtschnittsensoren vorgesehen sein. Mit Laserlichtschnittsensoren
können berührungslos Vermessungen durch Triangulation
durchgeführt werden.
-
Die
Messanordnung kann somit im Rahmen einer Vermessung von Objekten
verwendet werden. Diese Vermessungen können bevorzugt berührungslos
durchgeführt werden.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von einem in einer Figur dargestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert.
-
In
der Figur ist die erfindungsgemäße Messanordnung 1 dargestellt.
Sie umfasst einen Sensorträger 2, auf welchem
Messgeräte in vier Aufnahmen 3–6 befestigbar
sind. Der Sensorträger 2 ist plattenförmig
ausgeführt und hat eine größere Länge
L als Breite B. Die Aufnahmen 3–6 sind
in Längsrichtung im Sensorträger 2 mit
Abstand A zueinander auf einer Verbindungsachse VA angeordnet. Der
Sensorträger 2 ist ein einstückiger Profilkörper 7 aus
kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK). Die Kohlefasern 8 sind
im Profilkörper 7 in meh reren Lagen angeordnet. Der überwiegende
Teil der Kohlefasern 8 ist erfindungsgemäß parallel
zur Verbindungsachse VA ausgerichtet. Der Sensorträger 2 ist
so eingestellt, dass er in Richtung der Verbindungsachse VA einen
Wärmeausdehnungskoeffizenten α zwischen –0,2·10–6/K und +0,2·10–6/K bei 20°C aufweist.
-
Die
Aufnahmen 3–6 sind als Bohrungen ausgeführt,
in die Messgeräte beispielsweise in Form von Kameras eingesteckbar
sind.
-
Zur
weiteren Optimierung der Messergebnisse sind zur Erfassung von Veränderungen
der Position der Aufnahmen 3–6 eine Detektoreinheit 9 und eine
Kalibrierungsvorrichtung 10 vorgesehen. Sowohl die Detektoreinheit 9 als
auch die Kalibrierungsvorrichtung 10 sind mit einer Auswerteeinheit 11 gekoppelt.
-
Durch
die Detektoreinheit 9 können Positionsveränderungen
der Aufnahmen 3–6 infolge von Temperaturschwankungen
erfasst werden, die durch die Auswerteeinheit 11 verarbeitet
werden und in Form von Korrekturfaktoren in die Berechnung des Messergebnisses
einfließen. Die Detektoreinheit 9 umfasst einen
Temperatursensor 12. Der Temperatursensor 12 ist
als elektrisches Widerstandsthermometer ausgeführt. Mehrere
Drähte 13 des Temperatursensors 12 sind
quer zur Verbindungsachse VA verlaufend in den Profilkörper 7 zwischen
den Kohlefaserlagen eingebettet. Die Drähte 13 befinden
sich jeweils zwischen den Aufnahmen 3–6.
-
Darüber
hinaus ist ein Abstandssensor 14 als Teil der Detektoreinheit 9 zur
Erfassung von Veränderungen des Abstandes zwischen den
Aufnahmen 3–6 und zur Erfassung von Querverschiebungen
einzelner Aufahmen 3–6 relativ zur Verbindungsachse
VA vorgesehen. Der Abstandssensor 14 erfasst Verschiebungen
optisch. Vorzugsweise kommt hierbei ein Laser zum Einsatz.
-
Durch
die Auswerteeinheit 11 wird eine Kalibrierungsvorrichtung 10 gesteuert,
welche eine Rückstellung der Aufnahmen 3–6 in
eine Ausgangsposition vornimmt. Die Kalibrierung erfolgt durch Erwärmung
oder Abkühlung des Sensor trägers 2 zur Erzeugung
einer gleichbleibenden Temperaturverteilung. Zur Erwärmung
des Sensorträgers 2 sind Heizdrähte 15–17 zwischen
den Aufnahmen 3–6 im Profilkörper 7 angeordnet.
Die Heizdrähte 15–17 haben einen
schlangenlinienförmigen Verlauf und sind parallel zu den
Drähten 13 des Temperatursensors 12 angeordnet.
Zur Heizung und Kühlung des Sensorträgers 2 sind
auf der Oberseite 18 und der Unterseite weiterhin Schläuche 19–21 aus
Kunststoff befestigt, durch die ein Fluid gepumpt werden kann.
-
Es
ist vorgesehen, mehrere Kameras als selbständige Messgeräte
auf dem Sensorträger 2 zu befestigen. Mit den
Kameras können Messobjekte im dreidimensionalen Raum stereoskopisch
bzw. photogrammetrisch vermessen werden. Mithin eignet sich die
Messanordnung 1 zur photogrammetrischen Vermessung von
Objekten.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 kann
der Effekt von Temperaturschwankungen auf die Messergebnisse der
Messgeräte auf ein vernachlässigbares Maß reduziert
werden. Grundlage hierfür ist, dass der Sensorträger 2 bereits
so ausgeführt ist, dass seine Wärmeausdehnung α geringer
ist als die Messgenauigkeit der verwendeten Messgeräte.
Weiterhin können über eine Detektoreinheit 9 Temperaturschwankungen
und Verschiebungen der Aufnahmen erfasst werden. Diese werden über
Korrekturfaktoren bei der computerisierten Auswertung der Messergebnisse
berücksichtigt. Letztlich kann einer positiven oder negativen
Wärmeausdehnung des Sensorträgers 2 auch
durch eine gezielte Erwärmung oder Abkühlung desselben
aktiv entgegengewirkt werden. Durch all diese Maßnahmen
wird die Genauigkeit der Messergebnisse erheblich verbessert.
-
- 1
- Messanordnung
- 2
- Sensorträger
- 3
- Aufnahme
- 4
- Aufnahme
- 5
- Aufnahme
- 6
- Aufnahme
- 7
- Profilkörper
- 8
- Kohlefasern
- 9
- Detektoreinheit
- 10
- Kalibrierungsvorrichtung
- 11
- Auswerteeinheit
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Draht
- 14
- Abstandssensor
- 15
- Heizdraht
- 16
- Heizdraht
- 17
- Heizdraht
- 18
- Oberseite
v. 2
- 19
- Schlauch
- 20
- Schlauch
- 21
- Schlauch
- F
- Fluid
- L
- Länge
- B
- Breite
- A
- Abstand
- VA
- Verbindungsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-