DE102006034481B4

DE102006034481B4 - measuring device

Info

Publication number: DE102006034481B4
Application number: DE200610034481
Authority: DE
Inventors: Bertram Willberg; Friedrich Dr. Lange; Simon Riegel; Peter Meusel
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: DE102006034481A1

Abstract

Messeinrichtung zur Messung von Kräften und/oder Momenten, mit
mindestens einer Sensoreinrichtung (30) mit zwei relativ zueinander bewegbaren Trägerkörpern (18, 20) zur Messung von Kräften und/oder Momenten,
zwei jeweils mit einem Trägerkörper (18, 20) verbundenen Halteelementen (32, 34) und
mindestens einem zwischen den Halteelementen (32, 34) angeordneten Feder- und/oder Dämpfungselement (36, 38),
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Anpassung des Messbereichs und/oder der Ausweichbewegung der mindestens einen Sensoreinrichtung (30) mehrere, die Sensoreinrichtung (30) umgebende, einstellbare Federelemente (36) oder Feder- und Dämpfungselemente (36, 38) vorgesehen sind.Measuring device for measuring forces and / or moments, with
at least one sensor device (30) with two carrier bodies (18, 20) which can be moved relative to one another for measuring forces and / or moments,
two each with a support body (18, 20) connected to the holding elements (32, 34) and
at least one spring and / or damping element (36, 38) arranged between the holding elements (32, 34),
characterized in that
for adjusting the measuring range and / or the deflection movement of the at least one sensor device (30), a plurality of adjustable spring elements (36) or spring and damping elements (36, 38) surrounding the sensor device (30) are provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung von Kräften und/oder Momenten.The The invention relates to a measuring device for measuring forces and / or Moments.

Zur Messung an Kräften und/oder Momenten sind beispielsweise aus DE 101 43 489 A1 Sensoreinrichtungen bekannt. Derartige opto-elektronische Kraft-Momenten-Sensoren weisen mehrere Messeinheiten auf. Jede Messeinheit umfasst eine Sendeeinrichtung, wie eine LED, und eine Empfangseinrichtung, d. h. einen Detektor zum empfangen der von der Sendeeinrichtung abgegebenen Strahlung, bei der es sich üblicherweise um Licht handelt. Zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung ist eine Blendeneinrichtung, insbesondere mit einer Schlitzblende, vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, innerhalb der Messeinheit auftretende Relativbewegungen zu detektieren. Hierzu ist beispielsweise die Empfangseinrichtung relativ zur Sendeeinrichtung bewegbar. Hierbei ist die Blendeneinrichtung relativ zur Sendeeinrichtung unbewegbar. Ebenso ist es zur Messung von Kräften oder Momenten möglich, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung relativ zueinander nicht bewegbar sind, jedoch eine Relativbewegung gegenüber der Blendeneinrichtung stattfindet. Je nach Ausführungsform sind die einzelnen Bauteile der Messeinheit mit einem ersten Trägerkörper, oder einem relativ zum ersten Trägerkörper bewegbaren zweiten Trägerkörper fest verbunden. Üblicherweise weisen opto-elektronische Kraft-Momenten-Sensoren mehrere Messeinheiten, insbesondere sechs Messeinheiten auf, um Kräfte und Momente bezüglich aller drei Koordinatenachsen messen zu können. Hierbei ist die Ausrichtung der Blendeneinrichtung, bei denen es sich insbesondere um Schlitzblenden handelt, entsprechend angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerkörper sind zur Rückstellung der beiden Trägerkörper nach einer Messung in eine Null- oder Ausgangsstellung Stahlfedern vorgesehen.To measure forces and / or moments are for example DE 101 43 489 A1 Sensor devices known. Such opto-electronic force-moment sensors have a plurality of measuring units. Each measuring unit comprises a transmitting device, such as an LED, and a receiving device, ie a detector for receiving the radiation emitted by the transmitting device, which is usually light. Between the transmitting device and the receiving device, a diaphragm device, in particular with a slit diaphragm, is provided. This makes it possible to detect occurring within the measuring unit relative movements. For this purpose, for example, the receiving device is movable relative to the transmitting device. Here, the diaphragm device is immovable relative to the transmitting device. Likewise, it is possible to measure forces or moments that the transmitting device and the receiving device are not movable relative to each other, but a relative movement relative to the diaphragm device takes place. Depending on the embodiment, the individual components of the measuring unit with a first carrier body, or a relative to the first carrier body movable second carrier body are firmly connected. Typically, optoelectronic force-moment sensors have a plurality of measuring units, in particular six measuring units, in order to be able to measure forces and moments with respect to all three coordinate axes. Here, the orientation of the diaphragm device, which is in particular slit diaphragms, arranged accordingly. Between the first and the second carrier body steel springs are provided for returning the two carrier body after a measurement in a zero or initial position.

Ähnliche Messeinrichtungen sind aus EP 0 496 956 A2 und DE 102 23 670 A1 bekannt.Similar measuring devices are off EP 0 496 956 A2 and DE 102 23 670 A1 known.

Ferner ist aus DE 100 34 569 B4 eine Messeinrichtung bekannt, bei der die Sensoreinrichtungen von einem ringförmigen aus elastomerem Material bestehenden Feder- und Dämpfungselement umgeben sind.Furthermore, it is off DE 100 34 569 B4 a measuring device is known in which the sensor devices are surrounded by an annular elastomeric material consisting of spring and damping element.

Bei opto-elektronischen Kraft-Momenten-Sensoren handelt es sich um äußerst empfindliche Bauteile. Insbesondere können bekannte opto-elektronische Kraft-Momenten-Sensoren nur zum Auftreten relativ geringer Kräfte und Momente von weniger als 300 N, bzw. 15 Nm eingesetzt werden.at Opto-electronic force-moment sensors are extremely sensitive Components. In particular, you can known opto-electronic force-moment sensors only to occur relatively low forces and moments of less than 300 N, or 15 Nm are used.

Zur Vergrößerung des Messbereichs ist es aus der nachveröffentlichten DE 10 2005 063 022 A1 bekannt, zwischen den beiden Trägerkörpern der Sensoreinrichtung Rückstellelemente vorzusehen, die einen Elastomerkörper aufweisen. Das Vorsehen von Elastomerkörpern hat den Vorteil, dass Elastomerkörper eine wesentlich höhere Energiedichte als Stahlfedern aufweisen. Insbesondere ist es durch das Vorsehen von Elastomerkörpern möglich eine höhere mechanische Dämpfung, sowie eine höhere Steifigkeit zu erzielen. Dies führt dazu, dass der Messbereich des erfindungsgemäßen opto-elektronischen Kraft-Momenten-Sensors erheblich vergrößert ist, wobei mit diesem Kraft-Momenten-Sensor Kräfte und Momente bis zu 3500 N, bzw. 150 Nm gemessen werden können.To enlarge the measuring range, it is from the post-published DE 10 2005 063 022 A1 known to provide return elements between the two support bodies of the sensor device having an elastomeric body. The provision of elastomeric bodies has the advantage that elastomeric bodies have a much higher energy density than steel springs. In particular, it is possible by providing elastomeric bodies to achieve a higher mechanical damping, as well as a higher rigidity. As a result, the measuring range of the optoelectronic force / moment sensor according to the invention is considerably increased, with forces and moments of up to 3500 N or 150 Nm being able to be measured with this force / torque sensor.

Da Elastomerkörper kaum Zugkräfte aufnehmen können, ist deren Anwendbarkeit beschränkt. Beim Verwenden derartiger Sensoreinrichtungen, beispielsweise bei Robotern, besteht außerdem die Problematik, dass der Roboter für unterschiedliche Einsatzzwecke genutzt wird und hierbei unterschiedliche Messbereiche gefordert sind. Um einen Roboter für unterschiedliche Einsatzzwecke verwenden zu können, ist es daher erforderlich, dass unterschiedliche Sensoreinrichtungen vorhanden sind, um diese je nach Einsatzgebiet auswechseln zu können. Dies ist nachteilig, da es sich bei den Sensoreinrichtungen um teure und empfindliche Bauteile handelt.There elastomer body hardly any pulling forces be able to record, its applicability is limited. At the Use of such sensor devices, for example in robots, exists as well the problem that the robot uses for different purposes is used and this requires different measuring ranges are. To a robot for to be able to use different purposes, it is therefore necessary that different sensor devices are present to this ever to change according to the area of application. This is disadvantageous because the sensor devices are expensive and sensitive Components acts.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messeinrichtung zu schaffen, durch die ein einfaches und kostengünstiges Anpassen des Messbereichs einer Sensoreinrichtung möglich ist.task The invention is to provide a measuring device through which a simple and inexpensive Adjusting the measuring range of a sensor device is possible.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The solution The object is achieved according to the invention by the features of the claim 1.

Erfindungsgemäß sind die beiden Trägerkörper der Sensoreinrichtung jeweils mit einem Halteelement verbunden. Zwischen den Halteelementen sind erfindungsgemäß mehrere Feder- und/oder Dämpfungselemente vorgesehen. Die Feder- und/oder Dämpfungselemente umgeben die mindestens eine Sensoreinrichtung. Mindestens eines der Feder- und/oder Dämpfungselemente ist einstellbar. Dies hat den Vorteil, dass die zwischen den beiden Halteelementen angeordnete Sensoreinrichtung unverändert bleibt. Die Einstellung des Kraft-Momenten-Bereichs erfolgt auf Grund der vorgesehenen Feder- und/oder Dämpfungselemente. Somit ist es beispielsweise beim Umrüsten eines Roboters möglich, den Kraft-Momenten-Bereich einer Messeinrichtung durch einen Austausch einzelner oder sämtlicher Feder- und/oder Dämpfungselemente zu variieren. Die Sensoreinrichtung selbst muss nicht ausgetauscht werden. Es müssen somit nicht unterschiedliche Sensoreinrichtungen für die unterschiedlichen Messbereiche und/oder Ausweichbewegungen vorhanden sein. Hierdurch können die Kosten erheblich reduziert werden.According to the invention, the two carrier bodies of the sensor device are each connected to a holding element. Between the retaining elements according to the invention a plurality of spring and / or damping elements are provided. The spring and / or damping elements surround the at least one sensor device. At least one of the spring and / or damping elements is adjustable. This has the advantage that the sensor device arranged between the two holding elements remains unchanged. The adjustment of the force-torque range is due to the provided spring and / or damping elements. Thus, for example, when retrofitting a robot, it is possible to vary the force / torque range of a measuring device by exchanging individual or all spring and / or damping elements. The sensor device itself does not need to be replaced. Thus, there need not be different sensor devices for the different measuring ranges and / or evasive movements. This can reduce the costs significantly be graced.

Da die Feder- und/oder Dämpfungselemente vorzugsweise außerhalb der mindestens einen Sensoreinrichtung vorgesehen sind, sind diese gut zugänglich, so dass ein einfacher Austausch möglich ist. Insbesondere muss nicht unbedingt ein Austausch der Feder- und/oder Dämpfungselemente erfolgen. Der Kraft-Momenten-Bereich kann dadurch verändert werden, dass die Anzahl der aktivierten Feder- und/oder Dämpfungselemente variiert wird. Dies kann durch Koppeln/ Entkoppeln der entsprechenden Elemente mit/von den Halteelementen erfolgen.There the spring and / or damping elements preferably outside the at least one sensor device are provided, these are easily accessible, so that a simple exchange is possible. In particular, must not necessarily an exchange of spring and / or damping elements respectively. The force-moment range can change that be that number of activated spring and / or damping elements is varied. This can be done by coupling / decoupling the corresponding ones Elements with / made of the holding elements.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist es somit beispielsweise bei laufendem Fließband möglich, eine Masse von ca. 50 kg positionsgenau dynamisch zu führen. Dies ist beispielsweise bei der Montage von Kfz-Rädern erforderlich.With Help of the measuring device according to the invention It is thus possible, for example, while the assembly line is running, a mass of about 50 kg position accurate dynamic to lead. This is required, for example, in the assembly of motor vehicle wheels.

Erfindungsgemäß ist bzw. sind somit eine oder mehrere Sensoreinrichtungen zwischen zwei Halteelementen angeordnet. Jeweils ein Halteelement ist mit den ersten Trägerkörpern bzw. den zweiten Trägerkörpern der Sensoreinrichtung verbunden. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine feste Verbindung. Eine Relativbewegung der beiden Halteelemente führt somit zu einer Relativbewegung der beiden Trägerkörper, die sodann innerhalb der Sensoreinrichtung bzw. der Sensoreinrichtungen gemessen werden kann. Innerhalb der Sensoreinrichtung, in der üblicherweise Rückstellelemente angeordnet sind, müssen keine Rückstellelemente vorgesehen sein. Es ist möglich, die Rückstellung ausschließlich durch die außerhalb der Sensoreinrichtung vorgesehenen Feder- und/oder Dämpfungselemente zu gewährleisten. Um bekannte Sensoreinrichtungen verwenden zu können und einen Umbau dieser Sensoreinrichtungen zu vermeiden, können diese jedoch auch interne Rückstellelemente aufweisen, wie es beispielsweise bei den in DE 101 43 489 A1 sowie in DE 10 2005 063 022 A1 beschriebenen Sensoren der Fall ist. Der Einsatz dieser oder entsprechend aufgebauter Sensoren ist bevorzugt.According to the invention, one or more sensor devices are or are thus arranged between two holding elements. In each case a holding element is connected to the first carrier bodies or the second carrier bodies of the sensor device. This is in particular a fixed connection. A relative movement of the two holding elements thus leads to a relative movement of the two carrier bodies, which can then be measured within the sensor device or the sensor devices. Within the sensor device, in which usually reset elements are arranged, no return elements must be provided. It is possible to ensure the provision exclusively by the provided outside the sensor device spring and / or damping elements. However, to be able to use known sensor devices and to avoid a conversion of these sensor devices, they can also have internal return elements, as is the case, for example, with the in FIGS DE 101 43 489 A1 as in DE 10 2005 063 022 A1 described sensors is the case. The use of these or correspondingly constructed sensors is preferred.

Vorzugsweise sind die Feder- und/oder Dämpfungselemente in einem Abstand zueinander angeordnet und einzeln oder in Gruppen mit den Halteelementen verbunden. Hierdurch ist ein einfaches Auswechseln einzelner Feder- und/oder Dämpfungselemente bzw. einzelner Gruppen möglich. Hierzu weisen die Halteelemente vorzugsweise eine Vielzahl von Befestigungseinrichtungen auf. Um die Anzahl und die Lage der Feder- und/oder Dämpfungselemente variieren zu können, ist vorzugsweise eine Vielzahl derartiger Befestigungseinrichtungen vorgesehen. Hierbei sind die Befestigungseinrichtungen vorzugsweise symmetrisch, insbesondere auf einer Kreislinie in konstantem Abstand zueinander, vorgesehen. Bei den Befestigungseinrichtungen kann es sich um beispielsweise mit einem Gewinde versehene Bohrungen handeln, in die die Feder- und/oder Dämpfungselemente eingeschraubt werden können.Preferably are the spring and / or damping elements arranged at a distance to each other and individually or in groups connected to the holding elements. This is a simple replacement individual spring and / or damping elements or individual groups possible. For this purpose, the retaining elements preferably have a plurality of fastening devices on. To vary the number and location of the spring and / or damping elements to be able to is preferably a plurality of such fasteners intended. Here, the fastening means are preferably symmetrical, in particular on a circular line at a constant distance to each other, provided. The fasteners may be for example, to drill threaded bores, in the spring and / or damping elements can be screwed.

Besonders bevorzugt ist es, zumindest teilweise Feder- und/oder Dämpfungselemente vorzusehen, deren Feder- bzw. Dämpfungscharakteristik einstellbar ist. Dies kann beispielsweise durch Spannhülsen, auswechselbare Zwischenelemente etc. erfolgen.Especially it is preferred at least partially spring and / or damping elements to provide, whose spring or damping characteristics adjustable is. This can, for example, by clamping sleeves, interchangeable intermediate elements, etc. respectively.

Als Feder- und/oder Dämpfungselemente sind beispielsweise Metallfedern, Elastomerfedern und dgl. vorgesehen. Bevorzugt ist eine Kombination von Feder- und/oder Dämpfungselementen aus einem elastomeren Material sowie Metallfedern. Hierdurch ist es vorzugsweise möglich, das Auftreten von Zugspannungen in den elastomeren Elementen zu vermeiden oder zumindest stark zu reduzieren. Dies ist beispielsweise durch Vorspannen von Federelementen aus Metall möglich. Das Auftreten von Zugbelastungen in elastomeren Körpern kann zur Beschädigung dieser Körper führen, da Zugkräfte von elastomeren Werkstoffen nur schlecht aufgenommen werden können.When Spring and / or damping elements are For example, metal springs, elastomer springs and the like. Provided. Preferred is a combination of spring and / or damping elements made of an elastomeric material and metal springs. This is it is preferably possible to avoid the occurrence of tensile stresses in the elastomeric elements or at least greatly reduce. This is for example through Preloading spring elements made of metal possible. The occurrence of tensile loads in elastomeric bodies can damage this body to lead, because tensile forces Of elastomeric materials are poorly absorbed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwischen den beiden Halteelementen mehrere Sensoreinrichtungen angeordnet. Vorzugsweise sind die einzelnen Sensoreinrichtungen mit den Halteelementen mechanisch verbunden, wobei es sich vorzugsweise um eine lösbare Verbindung handelt. Hierdurch ist es möglich, die Anzahl der vorgesehenen Sensoreinrichtungen zu variieren.In a further preferred embodiment are between the two holding elements more sensor devices arranged. Preferably, the individual sensor devices mechanically connected to the holding elements, which is preferably a detachable one Connection is. This makes it possible to set the number of provided To vary sensor devices.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Überlast-Schutzeinrichtung auf. Hierdurch ist ein Beschädigen der zwischen den Halteelementen vorgesehenen Sensoreinrichtungen vermieden. Die Überlast-Schutzeinrichtung weist vorzugsweise eine Anschlageinrichtung auf. Durch die Anschlageinrichtung ist die Relativbewegung der beiden Halteelemente zueinander begrenzt. Vorzugsweise weist die Anschlageinrichtung ein Anschlagelement, wie einen Vorsprung oder einen Ansatz auf, der mit einem der beiden Halteelemente verbunden ist. Das Anschlagelement wirkt erfindungsgemäß als Begrenzung der Relativbewegung zwischen den beiden Halteelementen. Vorzugsweise wirkt das Anschlagelement mit einem Begrenzungselement zusammen, das beispielsweise in Form eines weiteren Ansatzes an dem anderen Halteelement angeordnet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Begrenzungselement das Anschlagelement teilweise umgibt, beispielsweise an zwei Seiten des Anschlagelements vorgesehen ist. Das Begrenzungselement begrenzt somit die Bewegung in zwei Richtungen. In besonders bevorzugter Ausführungsform weist die Überlast-Schutzeinrichtung zwei Anschlageinrichtungen auf. Durch eine Anschlageinrichtung ist ein Verkippen der beiden Halteelemente zueinander begrenzt. Dies entspricht einer Begrenzung der messbaren Kräfte. Durch die andere Anschlageinrichtung ist ein Verdrehen der beiden Halteelemente zueinander begrenzt. Dies entspricht einer Begrenzung der messbaren Momente.In a particularly preferred embodiment, the measuring device has an overload protection device. This avoids damaging the sensor devices provided between the holding elements. The overload protection device preferably has a stop device. By the stop device, the relative movement of the two holding elements is limited to each other. Preferably, the stop device has a stop element, such as a projection or a lug, which is connected to one of the two holding elements. The stop element acts according to the invention as a limitation of the relative movement between the two holding elements. Preferably, the stop element cooperates with a limiting element, which is arranged, for example in the form of a further approach to the other holding element. In this case, it is preferred that the limiting element partially surrounds the stop element, for example being provided on two sides of the stop element. The limiting element thus limits the movement in two directions. In a particularly preferred embodiment, the overload protection device has two stop devices. By a stop in direction is a tilting of the two holding elements limited to each other. This corresponds to a limitation of the measurable forces. By the other stop means twisting of the two holding elements is limited to each other. This corresponds to a limitation of the measurable moments.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.following the invention will be described with reference to a preferred embodiment explained in more detail in the accompanying drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Draufsicht eines opto-elektronischen Kraft-Momenten-Sensors, 1 a schematic plan view of an opto-electronic force-moment sensor,

2 eine schematische Schnittansicht des opto-elektronischen Kraft-Momenten-Sensors in Richtung der Linie II-II in 1, 2 a schematic sectional view of the opto-electronic force-moment sensor in the direction of line II-II in 1 .

3 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, 3 a schematic side view of the measuring device according to the invention,

4 eine schematische Draufsicht der in 3 dargestellten Messeinrichtung, 4 a schematic plan view of the in 3 shown measuring device,

5 eine schematische Detailansicht einer Überlast-Schutzeinrichtung, die zur Begrenzung von auf die Messeinrichtung wirkenden Momenten dient, 5 a schematic detail view of an overload protection device, which serves to limit acting on the measuring device moments

6a–f schematische Draufsichten unterschiedlicher Ausführungsformen der Halteelemente, und 6a F schematic views of different embodiments of the holding elements, and

7a–d schematische Seitenansichten unterschiedlicher Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung. 7a -D schematic side views of different embodiments of the measuring device according to the invention.

Ein opto-elektronischer Kraft-Momenten-Sensor, der stark vereinfacht in den Prinzipsskizzen der 1 und 2 dargestellt ist, weist beispielsweise acht Messeinheiten 10 auf um Kräfte und Momente in Richtung von jeweils drei Koordinatenachsen zu messen. Die acht Messeinheiten sind kreisförmig angeordnet, wobei jeweils zwei Messeinheiten zu einem Messeinheitenpaar 11 zusammengefasst sind. Die beiden Messeinheiten 10 eine Messeinheitenpaares 11 weisen einen Abstand von ca 15° zueinander auf. Benachbarte Messeinheiten weisen einen Abstand von 75° zueinander auf. Jede Messeinheit weist eine Sendeeinheit 12, wie eine LED, und eine Empfangseinheit 14, d. h. einen Detektor auf. Zwischen der Sendeeinheit 12 und der Empfangseinheit 14 ist eine Blendeneinheit 16, insbesondere eine Schlitzblende, angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schlitze der Schlitzblenden 60 abwechselnd horizontal und vertikal ausgerichtet.An opto-electronic force-moment sensor that simplifies greatly in the schematic diagrams of the 1 and 2 is shown, for example, has eight measuring units 10 to measure forces and moments in the direction of three coordinate axes. The eight measurement units are arranged in a circle, with two measurement units each to form a pair of measurement units 11 are summarized. The two measuring units 10 a pair of measurement units 11 have a distance of about 15 ° to each other. Adjacent measuring units have a distance of 75 ° from each other. Each measuring unit has a transmitting unit 12 like an LED, and a receiving unit 14 ie a detector. Between the transmitting unit 12 and the receiving unit 14 is a panel unit 16 , In particular, a slit, arranged. In the illustrated embodiment, the slots of the slit diaphragms 60 alternately aligned horizontally and vertically.

Zur Messung von Kräften und Momenten sind die Sendeeinrichtungen 12 zusammen mit den Empfangseinrichtungen 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem ersten Trägerkörper 18 (2) angeordnet und mit diesem fest verbunden. Die Blendeneinrichtung 16 ist mit einem zweiten Trägerkörper fest verbunden. Die beiden Trägerkörper 18, 20 sind im Wesentlichen als kreisringförmige Scheiben ausgebildet und einander gegenüberliegend angeordnet, so dass Stirnflächen 22, 25 der Trägerkörper 18, 20 aufeinander zuweisend angeordnet sind.To measure forces and moments are the transmitting devices 12 together with the reception facilities 14 in the illustrated embodiment, on a first carrier body 18 ( 2 ) and firmly connected with this. The aperture device 16 is firmly connected to a second carrier body. The two carrier bodies 18 . 20 are substantially formed as annular discs and arranged opposite each other, so that faces 22 . 25 the carrier body 18 . 20 arranged facing each other.

Von dem Detektor 14 wird die von der Sendeeinrichtung 12 abgegebene Strahlung, die durch den Schlitz der Blendeneinrichtung 16 gelangt, detektiert. Die Menge der detektierten Strahlung verändert sich bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Trägerkörpern 18, 20. Ferner verändert sich hierbei die Lage des durch die Schlitzblende abgebildeten Lichts auf dem Detektor 14. Durch eine entsprechende Verabreitung der Detektorsignale können, durch den in den 1 und 2 dargestellten Kraft-Momenten-Sensor, sowohl Kräfte als auch Momente in jeweils drei Koordinatenrichtungen bestimmt werden.From the detector 14 becomes that of the transmitting device 12 emitted radiation passing through the slot of the aperture device 16 passes, detected. The amount of radiation detected changes with a relative movement between the two carrier bodies 18 . 20 , Furthermore, in this case, the position of the light imaged by the slit diaphragm changes on the detector 14 , By a corresponding execution of the detector signals, by the in the 1 and 2 shown force-moment sensor, both forces and moments are determined in three coordinate directions.

Zwischen benachbarten Messeinheiten 10 sind erfindungsgemäß Rückstellelemente 24 (1) vorgesehen. In einfachster Form handelt es sich bei den Rückstellelementen 24 um Segmente mit einem kreisringsegmentförmigen Querschnitt wie in 1 dargestellt. Die Dicke der Rückstellelemente 24 entspricht hierbei dem Abstand der zwei Trägerkörper 18, 20. Die Rückstellelemente 24 füllen somit den Raum zwischen zwei benachbarten Messeinheiten, insbesondere vollständig, aus. Hierdurch sind zwischen zwei benachbarten Rückstellelemente 24 Messzellen 26 ausgebildet.Between adjacent measuring units 10 are according to the invention reset elements 24 ( 1 ) intended. In the simplest form, these are the restoring elements 24 around segments with a circular segment-shaped cross section as in 1 shown. The thickness of the return elements 24 corresponds to the distance between the two carrier body 18 . 20 , The reset elements 24 thus fill the space between two adjacent measuring units, in particular completely. As a result, between two adjacent return elements 24 measuring cells 26 educated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung (3) ist ein opto-elektronischer Kraft-Momenten-Sensor 30, wie er beispielsweise in den 1 und 2 dargestellt ist, vorgesehen.In a preferred embodiment of the measuring device according to the invention ( 3 ) is an opto-electronic force-moment sensor 30 as he is for example in the 1 and 2 is shown provided.

Der Kraft-Momenten-Sensor 30 ist zwischen zwei Halteelementen 32, 34 angeordnet. Hierbei ist der Trägerkörper 20 (2) mit dem in 3 oberen Halteelement 32 und der Trägerkörper 18 (2) mit dem unteren Halteelement 34 fest verbunden bzw. mechanisch gekoppelt. Die beiden Halteelemente 32, 34 sind sodann beispielsweise mit einem Roboter bzw. einem von dem Roboter zu bewegenden Werkzeug verbunden. Auf das Werkzeug wirkende Kräfte oder Momente werden somit auf das entsprechende Halteelement 32 oder 34 übertragen und können von der Sensoreinrichtung 30 wahrgenommen werden. Zwischen den beiden Halteelementen 32, 34 sind Federelemente 36 und Dämpfungselemente 38 angeordnet.The force-moment sensor 30 is between two retaining elements 32 . 34 arranged. Here is the carrier body 20 ( 2 ) with the in 3 upper retaining element 32 and the carrier body 18 ( 2 ) with the lower retaining element 34 firmly connected or mechanically coupled. The two retaining elements 32 . 34 are then connected to, for example, a robot or a tool to be moved by the robot. On the tool acting forces or moments are thus on the corresponding holding element 32 or 34 transmitted and can from the sensor device 30 be perceived. Between the two holding elements 32 . 34 are spring elements 36 and damping elements 38 arranged.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Halteelemente 32, 34 sternförmig (4) ausgebildet.In the illustrated embodiment, the two holding elements 32 . 34 star-shaped ( 4 ) educated.

An jedem äußeren Ende eines Arms 42 des Halteelements 32 bzw. 34 sind jeweils zwei Feder- und/oder Dämpfungselemente 36, 38 angeordnet. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Dämpfungselemente an den äußeren Enden der Arme 42, d. h. in einem maximalen Abstand zu der Sensoreinrichtung 30, angeordnet sind. Die einzelnen Feder- und/oder Dämpfungselemente 36, 38 sind über Befestigungseinrichtungen 44, bei denen es sich beispielsweise um Gewindebohrungen handeln kann, mit den beiden Halteelementen 32, 34 verbunden. Auf diese Weise können die einzelnen Feder- und/oder Dämpfungselemente auf einfache Weise ausgewechselt werden. Hierdurch kann der Messbereich der Messeinrichtung verändert werden.At each outer end of an arm 42 of the holding element 32 respectively. 34 are each two spring and / or damping elements 36 . 38 arranged. It is particularly preferred that the damping elements at the outer ends of the arms 42 ie at a maximum distance to the sensor device 30 , are arranged. The individual spring and / or damping elements 36 . 38 are about fasteners 44 , which may be threaded holes, for example, with the two holding elements 32 . 34 connected. In this way, the individual spring and / or damping elements can be replaced in a simple manner. As a result, the measuring range of the measuring device can be changed.

Vorzugsweise ist das Halteelement 34 mit einer Überlast-Schutzeinrichtung 46 verbunden. Die Überlast-Schutzeinrichtung 46 dient zur Begrenzung von Kippbewegungen der beiden Halteelemente 32, 34 relativ zueinander. Durch die Überlast-Schutzeinrichtung 46 ist somit eine Begrenzung der auf das Halteelement 32 bzw. 34 wirkenden Kräfte möglich. Hierzu weist die Überlast-Schutzeinrichtung in bevorzugter Ausführungsform zwei Anschläge 48 auf, wobei zwischen den Anschlägen 48 ein äußeres Ende des Halteelements 42 angeordnet ist und somit als Begrenzungselement 50 dient. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine Anschlageinrichtung somit die beiden einander gegenüberliegenden Anschlagelemente 48 auf, zwischen denen ein Begrenzungselement 50 vorgesehen ist.Preferably, the retaining element 34 with an overload protection device 46 connected. The overload protection device 46 serves to limit tilting movements of the two holding elements 32 . 34 relative to each other. Due to the overload protection device 46 is thus a limitation of the holding element 32 respectively. 34 acting forces possible. For this purpose, the overload protection device in a preferred embodiment, two attacks 48 on, being between the attacks 48 an outer end of the retaining element 42 is arranged and thus as a limiting element 50 serves. In the illustrated embodiment, a stop device thus has the two opposing stop elements 48 on, between which a delimiting element 50 is provided.

Vorzugsweise ist eine weitere Überlast-Schutzvorrichtung 52 (5) vorgesehen, durch die ein Verdrehen der beiden Halteelemente 32, 34 zueinander begrenzt ist. Die Drehmöglichkeiten der Halteelemente 32, 34 ist hierbei durch die Pfeile 54 angedeutet. Die Überlast-Schutzvorrichtung 52 weist wiederum Anschlagelemente 48 auf, die mit einem Begrenzungselement 50 zusammenwirken.Preferably, another overload protection device 52 ( 5 ) provided by the rotation of the two holding elements 32 . 34 is limited to each other. The turning possibilities of the holding elements 32 . 34 is here by the arrows 54 indicated. The overload protection device 52 again has stop elements 48 on that with a delimiter 50 interact.

Anstelle von sternförmigen Halteelementen 32, 34 können diese beispielsweise auch, wie in 6a–f dargestellt, ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich bei den Halteelementen um scheibenförmige Elemente (6a und d) oder mehreckige Elemente (6b, c oder f) handeln. Die einzelnen Halteelemente 32, die den Halteelementen 34 entsprechen, weisen mehrere Befestigungseinrichtungen 44 auf, die zu einer Mittelachse symmetrisch (6a–c) oder asymmetrisch (6d–f) angeordnet sein können.Instead of star-shaped holding elements 32 . 34 For example, these may also be as in 6a -F shown, be formed. In particular, the holding elements may be disk-shaped elements ( 6a and d) or polygonal elements ( 6b , c or f). The individual holding elements 32 holding the retaining elements 34 correspond, have several fasteners 44 on which are symmetrical to a central axis ( 6a -C) or asymmetric ( 6d -F) can be arranged.

Aus 7 sind mehrere Ausführungsbeispiele ersichtlich, in denen Sensoreinrichtungen 30 zwischen zwei Halteelementen 32, 34 angeordnet sein können. Hierbei ist es möglich, die Sensoreinrichtungen 30 seriell und/oder parallel anzuordnen.Out 7 Several embodiments can be seen in which sensor devices 30 between two retaining elements 32 . 34 can be arranged. It is possible, the sensor devices 30 to arrange serially and / or parallel.

Claims

Measuring device for measuring forces and / or moments, with at least one sensor device ( 30 ) with two relatively movable support bodies ( 18 . 20 ) for measuring forces and / or moments, two each with a carrier body ( 18 . 20 ) connected holding elements ( 32 . 34 ) and at least one between the holding elements ( 32 . 34 ) arranged spring and / or damping element ( 36 . 38 ), characterized in that for adapting the measuring range and / or the evasive movement of the at least one sensor device ( 30 ) several, the sensor device ( 30 ) surrounding, adjustable spring elements ( 36 ) or spring and damping elements ( 36 . 38 ) are provided.

Measuring device according to claim 1, characterized in that the spring and / or damping elements ( 36 . 38 ) outside the sensor device ( 30 ) are arranged.

Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of spring and / or damping elements ( 36 . 38 ) are provided, the at least one sensor device ( 30 ) surrounded symmetrically.

Measuring device according to one of claims 1-3, characterized in that the spring elements ( 36 ) or the spring and damping elements ( 36 . 38 ) are at least partially adjustable.

Measuring device according to one of claims 1-4, characterized in that between the holding elements ( 32 . 34 ) several sensor elements ( 30 ) are provided, which are connected in series and / or parallel to each other.

Measuring device according to one of claims 1-5, characterized in that the spring elements or the spring and damping elements ( 36 . 38 ) are at least partially biased.

Measuring device according to one of claims 1-6, characterized in that the spring elements ( 36 ) or the spring and damping elements ( 36 . 38 ) are arranged at a distance from each other.

Measuring device according to one of claims 1-7, characterized by an overload protection device ( 46 . 52 ), which is preferably at a mechanical stop device is.

Measuring device according to claim 8, characterized in that the stop device is a stop element ( 48 ), which with one of the retaining elements ( 34 ) and the relative movement of the two holding elements to each other, preferably in conjunction with one with the other holding element ( 32 ) bounding element ( 50 ) are limited to each other.