DE102013104009A1 - Carrier structure i.e. joint, for measurement of two-dimensional bend in e.g. daisy-chain-circuitry in conductor film, has recess with axial spacing and/or orthogonal spacing bridged by sensor in measurement-technical manner - Google Patents

Carrier structure i.e. joint, for measurement of two-dimensional bend in e.g. daisy-chain-circuitry in conductor film, has recess with axial spacing and/or orthogonal spacing bridged by sensor in measurement-technical manner Download PDF

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Abstract

The structure has a recess with an axial spacing to the structure so that alteration of the axial spacing and/or orthogonal spacing is carried out during bending of the structure. The axial spacing and/or the orthogonal spacing are bridged by a sensor e.g. path sensor and pressure sensor (8), in a measurement-technical manner. The sensors are connected with each other by a bus system in supply-technical, measurement technical, control-technical and/or information-technical manner. The sensors are connected in a helical or meander-shape. Independent claims are also included for the following: (1) a device comprising a carrier structure (2) a daisy-chain-circuitry.

Description

Die Erfindung betrifft eine TrĂ€gerstruktur zum Messen eines Biegens, wobei der TrĂ€gerstruktur eine erste Aussparung mit einer Axialbeabstandung und/oder eine zweite Aussparung mit einer Orthogonalbeabstandung aufweist, sodass bei dem Biegen der TrĂ€gerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung und/oder der Orthogonalbeabstandung erfolgt, und eine Vorrichtung, welche die TrĂ€gerstruktur aufweist. The invention relates to a support structure for measuring a bending, wherein the support structure has a first recess with an axial spacing and / or a second recess with an orthogonal spacing, so that upon bending of the support structure substantially a change of the axial spacing and / or the orthogonal spacing takes place, and a device having the support structure.

Ein Verbiegen einer Kabelmittellinie oder der Mittelebene eines flachen elastischen Körpers zu messen ist schwierig. Es sind zwar auf Folie laminierte Biegesensoren erhĂ€ltlich. Diese messen Verbiegungen jedoch nur in einer Dimension und sind in den restlichen Dimensionen starr. Sie können also nicht fĂŒr eine zweidimensionale Biegemessung im Kabelquerschnitt verwendet werden. It is difficult to measure bending of a cable centerline or the midplane of a flat elastic body. Although film-laminated bending sensors are available. However, these measure deflections only in one dimension and are rigid in the remaining dimensions. So they can not be used for a two-dimensional bending measurement in the cable cross-section.

Können keine Biegesensoren, direkt in der Kabelseele untergebracht werden, mĂŒssen Sensoren in einer Ă€ußeren Messschicht untergebracht werden. Diese messen dann eine Stauchung oder Dehnung der Außenschicht gegenĂŒber der Mittellinie. Alle Sensorsysteme, die dafĂŒr eine Wegstrecke vermessen, haben das Problem, dass sie in der Messschicht an zwei axial versetzten Punkten befestigt werden mĂŒssen. Um eine Biegung des Kabels zu ermöglichen, muss auch die Messschicht des Kabels flexibel (elastisch oder plastisch) sein. Es wird dann schwierig zu bestimmen, ob sich die Messstrecke des Sensors bewegt oder die flexiblen Bereiche um die Sensorbefestigung. If no bending sensors can be accommodated directly in the cable core, sensors must be accommodated in an outer measuring layer. These then measure a compression or expansion of the outer layer relative to the center line. All sensor systems that measure a distance for this have the problem that they must be fixed in the measuring layer at two axially offset points. In order to allow bending of the cable, the measuring layer of the cable must also be flexible (elastic or plastic). It then becomes difficult to determine if the sensing path of the sensor is moving or the flexible regions around the sensor mounting.

Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern. The object of the invention is to improve the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine TrĂ€gerstruktur zum Messen eines Biegens, wobei der TrĂ€gerstruktur eine erste Aussparung mit einer Axialbeabstandung und/oder eine zweite Aussparung mit einer Orthogonalbeabstandung aufweist, sodass bei dem Biegen der TrĂ€gerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung und/oder der Orthogonalbeabstandung erfolgt, wobei die Axialbeabstandung und/oder die Orthogonalbeabstandung messtechnisch von einem Sensor, insbesondere einem Wegsensor oder einem Drucksensor, ĂŒberbrĂŒckt ist. The object is achieved by a support structure for measuring bending, wherein the support structure has a first recess with an axial spacing and / or a second recess with an orthogonal spacing so that upon bending of the support structure there is substantially a change of the axial spacing and / or the orthogonal spacing , wherein the axial spacing and / or the orthogonal spacing is metrologically bridged by a sensor, in particular a displacement sensor or a pressure sensor.

Somit kann eine TrÀgerstruktur bereitgestellt werden, dessen Lage/AusprÀgung im Raum direkt erfassbar ist. Insbesondere kann dies dadurch umgesetzt werden, dass die TrÀgerstruktur in ein biegsames rÀumliches Gebilde eingearbeitet wird oder das rÀumliche Gebilde mit der TrÀgerstruktur umschlossen/umwickelt wird. Thus, a support structure can be provided, the location / expression in the room is directly detectable. In particular, this can be implemented by incorporating the support structure into a flexible spatial structure or enclosing / enveloping the spatial structure with the support structure.

Insbesondere können die rÀumlichen Gebilde Linien, Kabel, SchlÀuche, Seile oder flache elastische Körper, wie Schaummatten oder Textilien sein. In particular, the spatial structures may be lines, cables, hoses, cables or flat elastic bodies, such as foam mats or textiles.

Zudem ist die Verortung – Bestimmen der rĂ€umlichen Lage – von Komponenten umsetzbar. Umsetzungen sind beispielsweise Maschinenteile, die nicht ĂŒber einfache mechanische Verbindungen (Lager, Gelenke, LinearfĂŒhrungen) mit anderen Verbunden sind (z.B. Raumlenkerkonstruktionen oder SchiebefĂŒhrungen mit komplexen Gangpolbahnen) und deren Lage auch nicht mit einfachen Sensoren (Drehwertgeber, Linearsensor) erfasst werden können. In addition, the location - determining the spatial position - of components is feasible. Implementations are, for example, machine parts that are not connected to other links via simple mechanical connections (bearings, joints, linear guides) (for example, multi-link or sliding guides with complex gangway paths) and whose position can not be detected with simple sensors (rotary encoder, linear sensor).

Es können auch Teile von Handhabungseinrichtungen ĂŒberwacht werden. So ist z.B. fĂŒr das Bedienen von Betonpumpen extra Personal fĂŒr die Steuerung des Auslegekrans notwendig. Einfacher wĂ€re es, wenn der Arbeiter am Betonauslassschlauch direkt durch die Vorgabe der Schlauchposition den Kran steuern könnte. Parts of handling equipment can also be monitored. For example, e.g. extra personnel are required to operate the delivery crane for operating concrete pumps. It would be simpler if the worker on the concrete outlet hose could control the crane directly by specifying the hose position.

Auch können Fahrzeugverbindungen verortet werden, z.B. zwischen Kraftfahrzeug und AnhÀnger. Es können somit verschiedene Fragen beantwortet werden: Befindet sich der AnhÀnger in einer kritischen Lage? Besteht Taumelgefahr? Sollte das Fahrzeug stoppen? Sollte die Geschwindigkeit verringert werden? Sollte die Verbindung gelöst werden? Sollte der AnhÀnger selbsttÀtig bremsen? Also vehicle connections can be located, e.g. between motor vehicle and trailer. Thus, various questions can be answered: Is the trailer in a critical situation? Is there a risk of dizziness? Should the vehicle stop? Should the speed be reduced? Should the connection be broken? Should the trailer brake automatically?

Weiterhin können SchlÀuche von ZapfsÀulen verortet werden. Es kann festgestellt werden, ob die Zapfpistole auf dem Boden liegt oder ob der Schlauch zu sehr gestreckt wird, z.B. wenn vergessen wurde, ihn abzunehmen. In beiden FÀllen kann die Förderpumpe der ZapfsÀule sofort abschalten. Furthermore, hoses can be located by fuel dispensers. It can be determined if the fuel nozzle is on the ground or if the hose is stretched too much, e.g. if it was forgotten to take it off. In both cases, the delivery pump of the pump can switch off immediately.

Zu den weiteren umsetzbaren Szenarien gehören Kameras in Fernsehstudios. Mit der Umsetzung ist jederzeit ein Modell von der Verteilung der Kameras vorhanden. In der Regie könnte so auf einer Übersichtskarte angezeigt werden, welche Kameras wo wĂ€hlbar sind und welche Bilder sie liefern. Ebenso können Scheinwerfer verortet werden. Other feasible scenarios include cameras in TV studios. With the implementation, a model of the distribution of the cameras is available at any time. In the direction could be displayed on an overview map, which cameras where can be selected and which images they deliver. Likewise, headlights can be located.

Ganz besonders interessant ist das Verorten der Strukturen in Rettungs- oder Katastrophenszenarien, da beispielsweise FeuerwehrschlĂ€uche und die bedienenden EinsatzkrĂ€fte verortbar sind – selbst, wenn schlechte SichtverhĂ€ltnisse gegeben sind und in GebĂ€uden keine exakte Positionsbestimmung per Funk möglich ist. Ebenfalls können Roboter in Katastrophenszenarien verortet werden – auch, wenn schlechte SichtverhĂ€ltnisse gegeben sind und in TrĂŒmmern keine exakte Positionsbestimmung per Funk möglich ist. Especially interesting is the location of the structures in rescue or disaster scenarios, as, for example, fire hoses and the operating forces are locatable - even if poor visibility conditions are given and in buildings no exact position determination by radio is possible. Also, robots can be located in disaster scenarios - even if poor visibility conditions are given and in rubble no exact position determination by radio is possible.

Eine Verortung kann auch zu Dokumentationszwecken vorgenommen werden. So könnten Fotos mit lokalem Raumbezug erstellt werden, wenn die aufnehmende Kamera mit einem Verortungssensor und den Szenenobjekten verbunden ist. Das kann z.B. bei der Dokumentation von komplexen Maschinen sinnvoll sein. Ebenso können komplexe Verrohrungen von innen dokumentiert werden. A localization can also be made for documentation purposes. For example, photos with a local spatial reference could be created if the receiving camera is connected to a location sensor and the scene objects. This can be useful, for example, when documenting complex machines. Likewise, complex piping can be documented from the inside.

Auch kann ein Kabelende oder ein Teil der TrĂ€gerstruktur als EingabegerĂ€t zur Maschinensteuerung genutzt werden. Klassischerweise werden Maschinen manuell ĂŒber sog. Joysticks gesteuert. Dabei werden Bewegungsrichtungen fĂŒr Maschinenteile z.B. Roboter- oder Baggerarme vorgegeben und dann durch die Bewegungen ĂŒber die Zeit zu Positionen aufintegriert. Mit einem Kabel, das mit einem Ende in der Hand gefĂŒhrt wird und das laufend drei Positionskoordinaten und drei Neigungswinkel ĂŒber das Kabelende liefert, können Endpositionen von solchen Maschinen direkt vorgegeben werden. Die Maschinensteuerung kann dann selbst eine optimale Abfolge von Bewegungen der Maschinenteile bestimmen, die insgesamt die gewĂŒnschte Endposition erreichen lassen. Also, a cable end or a part of the support structure can be used as an input device for machine control. Classically, machines are controlled manually via so-called joysticks. Movement directions for machine parts, e.g. Set robotic or excavator arms and then integrated by the movements over time to positions. With a cable that is held in the hand with one end and that constantly provides three position coordinates and three angles of inclination across the cable end, end positions of such machines can be specified directly. The machine control can then itself determine an optimal sequence of movements of the machine parts, which in total can achieve the desired end position.

Ebenso kann ein Kabelende oder ein Teil der TrĂ€gerstruktur als EingabegerĂ€t fĂŒr Computer genutzt werden. Z.B. zur Navigation in virtuellen Welten, zur Interaktion in Spieleszenarien oder zum Gestalten von grafischen Modellen. Likewise, a cable end or a part of the support structure can be used as an input device for computers. For example, for navigation in virtual worlds, for interaction in game scenarios or for designing graphical models.

FĂŒr die Nutzung als EingabegerĂ€t können in das per Hand gefĂŒhrte Ende noch Tasten integriert sein, die weitere Interaktionen ermöglichen. Insbesondere kann eine Taste genutzt werden, um die Kopplung des Koordinatensystems des EingabegerĂ€tes mit dem zu steuernden Koordinatensystem zu verbinden und wieder zu lösen. So lĂ€sst sich intuitiv der Interaktionsbereich erweitern, wie es z.B. auch beim Umsetzen einer Computer-Maus realisiert wird. For use as an input device, buttons can be integrated into the hand-held end, allowing further interactions. In particular, a key can be used to connect and disconnect the coupling of the coordinate system of the input device with the coordinate system to be controlled. Thus, the interaction area can be expanded intuitively, as it is e.g. is also realized when implementing a computer mouse.

Das Kabelende kann auch wie ein Werkzeug zur virtuellen Modellierung eingesetzt werden. Man könnte es z.B. wie ein Schnitzmesser in der Hand halten, um Teile aus virtuellen Modellen abzutragen. In der anderen Hand könnte man das Ende eines weiteren Kabelsensors halten. Dies kann das virtuelle Modell reprĂ€sentieren. Drei komplexe Positionierungsaufgaben sind nun völlig intuitiv vorzunehmen: erstens die Ausrichtung des WerkstĂŒckes (des virtuellen Modells), zweitens die Position des (virtuellen) Werkzeugs relativ zum WerkstĂŒck und drittens die Wirkrichtung des Werkzeugs relativ zum WerkstĂŒck. The cable end can also be used like a virtual modeling tool. You could do it e.g. like holding a carving knife in hand to remove parts from virtual models. In the other hand, you could hold the end of another cable sensor. This can represent the virtual model. Three complex positioning tasks are now completely intuitive: first, the orientation of the workpiece (the virtual model), second, the position of the (virtual) tool relative to the workpiece, and third, the effective direction of the tool relative to the workpiece.

Neben der Vorortung der Endposition mit drei Positionskoordinaten und drei Neigungswinkeln, können mit dem Kabelsensor diese Koordinaten und Winkel auch fĂŒr jedes KabelteilstĂŒck bestimmt werden. Damit wird eine kontinuierliche Formbestimmung möglich. Auf diesen Daten können weitere Auswertungen erfolgen. Insbesondere, ob eine kritische Form gegeben ist, Kabelteile kritische Positionen erreichen oder kritische Geschwindigkeiten gegeben sind. In addition to the pre-location of the end position with three position coordinates and three angles of inclination, with the cable sensor these coordinates and angles can also be determined for each cable section. Thus, a continuous shape determination is possible. On this data further evaluations can be made. In particular, whether a critical shape is given, cable parts reach critical positions or critical speeds are given.

Dies kann insbesondere genutzt werden, um Maschinen zu ĂŒberwachen, die Kabelschleppen mit sich fĂŒhren. Das können z.B. Schweiß-, Lackier- oder Waschroboter sein aber auch KrĂ€ne und Laufkatzen. Diese Maschinen haben immer wieder das Problem, dass sich ihre Kabelschleppen verwickeln/verknoten oder sich andere Objekte darin verfangen. Wenn man die Kabel ĂŒberwacht und die Maschinen stoppt, bevor sie Ihre Verbindungen zerstören, lassen sich teure Ausfallzeiten vermeiden. This can be used in particular to monitor machines carrying cable tows. This can e.g. Welding, painting or washing robots but also cranes and trolleys. Again and again these machines have the problem that their cable tows entangle / knot or catch other objects in it. By monitoring the cables and stopping the machines before they break your connections, expensive downtime can be avoided.

Auf die gleiche Weise kann ĂŒberwacht werden, ob ElektrogrĂ€te Gefahr laufen ihre eigenen Kabel zu zerstören. Insbesondere können z.B. ElektrokettensĂ€gen, Heckenscheren, Rasentrimmer oder RasenmĂ€her gestoppt werden, bevor sie BeschĂ€digungen verursachen. In the same way it is possible to monitor whether electric bones risk destroying their own cables. In particular, e.g. Electric chain saws, hedge trimmers, grass trimmers or lawn mowers are stopped before they cause damage.

GrundsÀtzlich kann mit der Erfindung Formbestimmung von kabelartigen Objekten realisiert werden. Dazu gehören die aktuelle Lage von Endoskopen oder Rohrrobotern. Dabei können z.B. folgende Fragestellungen geklÀrt werden:
Welchen Weg hat die kabelartige Verbindung eingenommen? Wie ist z.B. die rĂ€umliche Gestalt des Rohres oder des Darms? Wie ist das verortet, was gerade betrachtet wird? Wo ist z.B. ein defektes Teil, das ĂŒber ein industrielles Endoskop in einem Flugzeugtriebwerk ausgemacht wurde, verortet? Wie mĂŒssen Werkzeuge positioniert werden, um eingreifen zu können?
In principle, with the invention, shape determination of cable-like objects can be realized. These include the current position of endoscopes or pipe robots. For example, the following questions can be clarified:
Which way did the cable-like connection take? What is the spatial shape of the tube or the intestine, for example? How is that located, what is being considered? For example, where is a defective part that has been identified via an industrial endoscope in an aircraft engine? How should tools be positioned to intervene?

Eine flexible Leitung kann durchströmt werden von z.B. Feststoffpartikeln, einem viskosem Fluid, Licht oder Schallwellen. Je nach Biegungen der Leitung variiert dieser Strom. Wenn ein Formsensor an oder um diese Leitung angebracht wird, kann die BeeintrĂ€chtigung des Stromes modelliert werden. Es können dann Überwachungs- und Kompensationsmaßnahmen vorgenommen werden. Insbesondere kann fĂŒr ein Laserschweisssystem, das das Laserlicht durch einen Lichtleiter ĂŒbertrĂ€gt, der von einem mehrgliederigen Roboterarm gefĂŒhrt wird, die IntensitĂ€t nachgeregelt werden. Es kann auch ĂŒberwacht werden, wie oft Biegungen in welchen Bereichen der Leitung vorgenommen wurden. So kann prĂ€zise vorausgesagt werden, wann und an welchen Stellen die Leitung MaterialermĂŒdungserscheinungen aufweisen wird. Es ist dann nicht mehr notwendig, die Leitung in regelmĂ€ĂŸigen ZeitabstĂ€nden zu tauschen. Oft sind diese ZeitabstĂ€nde aus SicherheitsgrĂŒnden deutlich kĂŒrzer, als die tatsĂ€chlich erreichbare Lebenszeit A flexible conduit may be flowed through by e.g. Solid particles, a viscous fluid, light or sound waves. Depending on the bends of the line this current varies. When a shape sensor is attached to or around this lead, the impairment of the current can be modeled. It can then be made monitoring and compensation measures. In particular, for a laser welding system, which transmits the laser light through a light guide, which is guided by a mehrgliedigen robot arm, the intensity can be readjusted. It can also be monitored how often bends have been made in which areas of the pipe. Thus, it can be predicted precisely when and at which points the line will exhibit material fatigue phenomena. It is then no longer necessary to exchange the line at regular intervals. For safety reasons, these intervals are often much shorter than the actual achievable lifetime

FĂŒr das Erstellen von virtuellen Verdrahtungen und Verrohrungen kann der Sensor als EingabegerĂ€t verwendet werden. Insbesondere können solche Sensorkabel in Maschinen oder Rohkarossen von z.B. Autos oder Flugzeugen eingezogen werden. So kann das virtuelle Modell der Einrichtung gleich um virtuelle Kabel und SchlĂ€uche erweitert werden. Damit sind in einem frĂŒhen Entwicklungsstand Probleme erkenn- und vermeidbar. For creating virtual wiring and piping, the sensor can be used as an input device. In particular, such sensor cables can be fed into machines or bodyshells of, for example, cars or aircraft. Thus, the virtual model of the device can be expanded with virtual cables and tubes. Thus, problems can be identified and avoided at an early stage of development.

Die Formerkennung kann fĂŒr Optimierung von Sende- und Empfangseinrichtungen mit flexiblen Antennensystemen eingesetzt werden. Das ist insbesondere interessant, wenn die Sende- und Empfangscharakteristiken auch fĂŒr eine Lokalisierungsmessung ausgenutzt werden. Insbesondere Schleppantennen von Wasserfahrzeugen verĂ€ndern ihre Form in Folge des gefahrenen Kurses und der Strömung. Ist die Form der Schleppantenne bekannt, können die ÜbertragungskanĂ€le prĂ€ziser modelliert werden. The shape recognition can be used for optimization of transmitting and receiving devices with flexible antenna systems. This is particularly interesting if the transmission and reception characteristics are also utilized for a localization measurement. In particular, towed antennas of watercraft change their shape as a result of the course and the flow. If the shape of the towed antenna is known, the transmission channels can be modeled more precisely.

Die Formerkennung anhand eines Sensorkabels kann verwendet werden, um flexible Objekte zu vermessen. Insbesondere LageausprĂ€gungen von Skeletten können vermessen werden. Dies kann z.B. fĂŒr die Krankengymnastik wertvolle Informationen darĂŒber liefern, inwieweit einzelne Gliedmaßen gegenĂŒber anderen beweglich sind. Beine, Arme, Finger und insbesondere die WirbelsĂ€ule lassen sich so prĂ€zise vermessen. Shape detection using a sensor cable can be used to measure flexible objects. In particular, bearing characteristics of skeletons can be measured. This can e.g. provide physiotherapy with valuable information about the extent to which individual limbs are movable in relation to others. Legs, arms, fingers and in particular the spine can be measured so precisely.

Neben den kabelartigen Strukturen können auch flĂ€chige Formsensoren realisiert werden. Dazu können die kabelartigen Strukturen parallel angeordnet werden oder es können TrĂ€gerstrukturen und Messstrecken auch in einer zweidimensionalen Anordnung realisiert werden. Generell können damit Maschinen, die flexible flĂ€chige Teile verwenden, ĂŒberwacht werden. Insbesondere kann eine solche Formerfassung verwendet werden, wenn andere Formerfassungsverfahren (z.B. optische) schlecht möglich, technisch zu aufwĂ€ndig oder zu teuer sind. In addition to the cable-like structures and surface shape sensors can be realized. For this purpose, the cable-like structures can be arranged in parallel or support structures and measuring sections can also be realized in a two-dimensional arrangement. In general, machines that use flexible flat parts can be monitored. In particular, such shape detection can be used if other shape detection methods (e.g., optical) are poorly possible, technically too expensive, or too expensive.

Mit flĂ€chigen Formsensoren kann eine Formerfassung von Sitzen, Polstern und Betten erfolgen. So können Sitz- und Liegeprofile aufgenommen werden und Möbel fĂŒr spezielle Nutzer gefertigt werden. Adaptive Möbel und insbesondere Reisesitze in Autos, Bahnen und Flugzeuge können sich automatisch auf den Nutzer einstellen. With surface shape sensors, a shape detection of seats, upholstery and beds can be done. Seat and couch profiles can be accommodated and furniture made for special users. Adaptive furniture and especially travel seats in cars, trains and airplanes can automatically adjust to the user.

Auch ist das Erfassen von Profilen zur Ergonomieverbesserung und Überwachung umsetzbar, z.B. können gelĂ€hmte oder demente Patienten ĂŒberwacht werden, die sich nicht mehr regelmĂ€ĂŸig selber im Bett drehen können. Insbesondere kann eine Dekubitusprophylaxe fĂŒr Sitz- und Liegeeinrichtungen realisiert werden. Also, capturing profiles for ergonomics improvement and monitoring is feasible, e.g. Paralyzed or demented patients can be monitored who can no longer rotate themselves in bed regularly. In particular, decubitus prophylaxis for sitting and lying equipment can be realized.

FĂŒr den Reitsport kann eine flĂ€chige RĂŒckenvermessung eines Pferdes erfolgen. Anhand dieser Daten kann dann ein optimierter Sattel gefertigt werden. Da der Sensor auch wĂ€hrend des Reitens Informationen ĂŒber die RĂŒcken- und Sattelform liefert, kann ein fertiger Sattel noch weiter optimiert und konfiguriert werden. For equitation, a flat back measurement of a horse can be done. Based on this data, an optimized saddle can then be manufactured. Since the sensor also provides information about the back and saddle shape during riding, a finished saddle can be further optimized and configured.

Weiterhin kann ein flĂ€chiger Formsensor als EingabegerĂ€t fĂŒr Computer genutzt werden, z.B. in Spieleszenarien oder zum Gestalten von grafischen Modellen. Insbesondere können direkt dreidimensionale Formen vorgegeben werden, um sie bei einer CAD-Entwicklung nutzen zu können. So könnte man z.B. direkt die Form eines KotflĂŒgels vorgeben. Die dreidimensionalen Modelle können gleichzeitig in einer Strömungssimulation laufen. So ergibt sich ein intuitiver Zugang zu funktionalen Eigenschaften der Modellierung. Im Beispiel des KotflĂŒgels wĂ€re einsehbar, wie sich die Strömungssituation um das gesamte Fahrzeug verĂ€ndert, wenn man (manuell) lokale Änderungen an dem KotflĂŒgel vornimmt. Mit Interaktionen ĂŒber eine Computermaus, die nur sequenziell lokale Geometriepunkte verĂ€ndern kann, wĂ€re das viel aufwĂ€ndiger und nicht so intuitiv. Furthermore, a planar shape sensor can be used as an input device for computers, e.g. in game scenarios or to design graphical models. In particular, directly three-dimensional shapes can be specified in order to use them in a CAD development can. So one could e.g. directly specify the shape of a fender. The three-dimensional models can run simultaneously in a flow simulation. This results in an intuitive access to functional properties of the modeling. In the example of the fender, it would be possible to see how the flow situation around the entire vehicle changes if one makes (manually) local changes to the fender. With interactions via a computer mouse, which can only change sequential local geometry points, this would be much more involved and not so intuitive.

Der flĂ€chige Formsensor kann auch eingesetzt werden, um Verformungen zu erfassen. Insbesondere beim Einsatz in Crash-Test-Szenarien kann verfolgt werden, welche Teile sich in welcher Abfolge wie verformt haben. Das geht auch fĂŒr Bereiche, die nicht sinnvoll von einer Kamera erfasst werden können, z.B. in Holmen oder generell zwischen eng verbauten Teilen. The planar shape sensor can also be used to detect deformations. In particular, when used in crash test scenarios can be tracked, which parts have deformed in which sequence as. This also applies to areas that can not be meaningfully detected by a camera, e.g. in Holmen or generally between closely installed parts.

GrundsĂ€tzlich kann weiterhin mit der Erfindung eine Anordnung von Formsensoren entlang von Teilobjekten realisiert werden. So kann ein Überwachen von aufblasbaren Objekten und Maschinen, die aufblasbare Körper verwenden, ĂŒberwacht werden. Als Beispiel seien hier Notrutschen fĂŒr Flugzeuge oder Rettungsinseln von Schiffen angefĂŒhrt, bei denen jeweils ermittelt werden kann, ob diese sich richtig entfaltet haben oder ob bei Schwerem Wetter möglicherweise gegengesteuert werden muss. Generell können neben der Form auch Kraftverteilungen in elastischen OberflĂ€chen ermittelt werden. In principle, furthermore, an arrangement of shape sensors along sub-objects can be realized with the invention. Thus, monitoring of inflatable objects and machines using inflatable bodies can be monitored. As an example, here are emergency slides for aircraft or liferafts of ships, where each can be determined whether they have unfolded properly or may need to be countered in heavy weather. In general, besides the shape, it is also possible to determine force distributions in elastic surfaces.

FĂŒr Segel oder Gleitschirme kann die Form bei verschiedenen AnströmverhĂ€ltnissen ermittelt werden. Diese Informationen können verwendet werden, deren Formen in der Herstellung weiter zu optimieren und auch wĂ€hrend des Einsatzes die FĂŒhrungsparameter so einzustellen, dass sich optimale VerhĂ€ltnisse ergeben. For sails or paragliders, the shape can be determined at different flow conditions. This information can be used to further optimize their shapes during manufacture and also to adjust the guiding parameters during use in such a way that optimal conditions result.

Zudem kann ein Überwachen von Kleidung erfolgen. Zu den nun realisierbaren Anwendungen gehört insbesondere das sog. Motion-Capturing, welches prĂ€ziser realisierbar ist als das klassisch punktbasierte Motion-Capturing, da es z.B. auch fĂŒr gekrĂŒmmte RĂŒckenpartien realisierbar ist. Zudem gĂ€be es keine Probleme mit Verdeckung (wie bei optischen Sensoren), Störung der magnetischen Feldgeometrie (wie bei Flock-of-Birds Techniken) und keine Probleme mit Drift (wie bei Inertialsensoren). Besonders vorteilhaft ist, dass eine Überwachung von ArbeitsanzĂŒgen (TaucheranzĂŒge, SicherheitsanzĂŒge, Waldarbeiterkombis) realisierbar ist. Dabei ist sog. Tracking und Monitoring von Körperteilen möglich (bewegt sich der Arbeiter noch?). Bei dem Verwenden von diesbezĂŒglichen Waldarbeiterkombis kann z.B. festgestellt werden, wo sich eine SĂ€ge relativ zum Körper befindet und ggfs. kann die SĂ€ge gestoppt werden. In addition, a monitoring of clothing can be done. The realizable applications include, in particular, the so-called motion capturing, which is more precise than the classical one Point-based motion capture, as it can be realized, for example, for curved back sections. In addition, there would be no problems with occlusion (as with optical sensors), disturbance of the magnetic field geometry (as with flock of birds techniques) and no problems with drift (as with inertial sensors). It is particularly advantageous that monitoring of work suits (diving suits, safety suits, Waldarbeiterkombis) can be realized. So-called tracking and monitoring of body parts is possible (is the worker still moving?). When using related Waldarbeiterkombis can be determined, for example, where a saw is relative to the body and, if necessary, the saw can be stopped.

Folgendes Begriffliche sei erlÀutert:
Eine „TrĂ€gerstruktur“ ist dergestalt aufgebaut, dass bei einem Biegen das die TrĂ€gerstruktur bildende Material im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Beim Biegen folgt die TrĂ€gerstruktur dem Biegen, wobei sich das Biegen insbesondere auf die „Aussparungen“ auswirkt. Vereinfacht ausgedrĂŒckt wirkt sich das Biegen auf die Aussparungen aus, jedoch nicht auf das Material, welches die Struktur der TrĂ€gerstruktur bildet. Es sei dabei angemerkt, dass selbstverstĂ€ndlich das Material der TrĂ€gerstruktur oder die TrĂ€gerstruktur selbst ebenfalls durch ein Biegen verĂ€ndert werden kann, jedoch ist dies gegenĂŒber den Auswirkungen auf die Aussparungen vernachlĂ€ssigbar, da diese Auswirkungen auf die Aussparungen wenigstens fĂŒnfmal, besonders bevorzugt zehnmal, grĂ¶ĂŸer sind als auf das Material der TrĂ€gerstruktur oder der TrĂ€gerstruktur – beispielsweise durch radiale Torsion – selbst.
The following concept is explained:
A "support structure" is constructed such that upon bending, the material forming the support structure remains substantially unaffected. During bending, the support structure follows bending, with bending in particular affecting the "recesses". In simple terms, bending affects the recesses, but not the material forming the structure of the support structure. It should be noted that, of course, the material of the support structure or the support structure itself can also be changed by bending, but this is negligible compared to the effects on the recesses, since these effects on the recesses are at least five times, more preferably ten times greater than on the material of the support structure or the support structure - for example, by radial torsion - itself.

Die TrĂ€gerstruktur verhĂ€lt sich gegenĂŒber Stauchung und Dehnung in axialer Richtung starr. Diese VerĂ€nderungen werden nur vom umgebenden Material vollzogen. Daher kann die TrĂ€gerstruktur auch relativ dazu gefĂŒhrt werden und insbesondere auch durch einen Bowdenzug gebildet werden. Die TrĂ€gerstruktur entspricht dabei u.a. dem inneren des Bowdenzugs. Das umgebende Material entspricht dem Ă€ußeren Teil des Bowdenzugs. The support structure behaves rigid with respect to compression and expansion in the axial direction. These changes are only made by the surrounding material. Therefore, the support structure can also be guided relative thereto and in particular also be formed by a Bowden cable. The support structure corresponds to u.a. the inner of the Bowden cable. The surrounding material corresponds to the outer part of the Bowden cable.

Eine einfache Formumsetzung der TrĂ€gerstruktur ist eine Schraubenfeder. Die helikale Form wird durch einen gebogenen Stahldraht hergestellt. Zwischen einzelnen Helikalbögen sind die Aussparungen. GegenĂŒberliegende Helikalbögen bilden insbesondere eine „Axialbeabstandung“ aus. Wird die Schraubenfeder um eine Mittelachse gebogen, bleibt der Stahl im Wesentlichen unbeeinflusst und die Biegung wirkt sich im Wesentlichen auf die AbstĂ€nde der gegenĂŒberliegenden Helikalbögen (Axialbeabstandung) aus, wobei die radiale Torsion des Schraubenfederprofils vernachlĂ€ssigbar ist. So rĂŒcken einige Helikalbögen nĂ€her zusammen – es erfolgt eine Stauchung – und um 180° versetzte Helikalbögen weiter auseinander, sodass eine Dehnung erfolgt. Statt des Stahldrahts kann eine gewickelte Folie die helikale Form bilden. A simple form implementation of the support structure is a coil spring. The helical shape is made by a bent steel wire. Between individual helical arches are the recesses. Opposite Helikalbögen form in particular a "Axialbeabstandung" from. If the helical spring is bent about a central axis, the steel remains substantially unaffected and the bending substantially affects the distances of the opposing helical arches (axial spacing), whereby the radial torsion of the helical spring profile is negligible. So some helical arches move closer together - there is a compression - and 180 ° offset helical arches further apart, so that an expansion takes place. Instead of the steel wire, a wound film can form the helical shape.

Die TrÀgerstruktur kann insbesondere einer zweidimensionalen Biegung folgen. Beide Dimensionen werden insbesondere von zwei linear unabhÀngigen Achsen gebildet, welche orthogonal zu der Mittelachse ausgerichtet sind. The support structure may in particular follow a two-dimensional bend. In particular, both dimensions are formed by two linearly independent axes oriented orthogonal to the central axis.

Durch den Ort (auf der Mittelachse) und somit einer Linearachse und den beiden linear unabhÀngigen Achsen kann mittels eines kartesischen Koordinatensystems ein Punkt im Raum eindeutig bestimmt werden. Through the location (on the central axis) and thus a linear axis and the two linearly independent axes, a point in space can be uniquely determined by means of a Cartesian coordinate system.

Die „Orthogonalbeabstandung“ ist insbesondere eine (Teil-)Distanz eines Bestandteils der TrĂ€gerstruktur in Richtung der Mittelachse oder zu dieser Richtung entgegengesetzt. Am Beispiel einer schraubenförmigen TrĂ€gerstruktur ist die Orthogonalbeabstandung insbesondere der kĂŒrzeste Abstand eines Helikalbogens zur Mittellinie und somit entspricht die Orthogonalbeabstandung insbesondere einer Radialbeabstandung. Auch Bruchteile dieses kĂŒrzesten Abstandes sind umfasst. Zudem kann die Orthogonalbeabstandung einen einen zur Axialrichtung winkelaufweisenden Abstand beschreiben. The "orthogonal spacing" is in particular a (partial) distance of a component of the support structure in the direction of the central axis or opposite to this direction. Using the example of a helical support structure, the orthogonal spacing is, in particular, the shortest distance of a helical arc from the center line, and thus the orthogonal spacing corresponds in particular to a radial spacing. Also fractions of this shortest distance are included. In addition, the orthogonal spacing may describe a distance having an angle to the axial direction.

Durch den Begriff der „Axialbeabstandung“ sind ebenfalls Bruchteile, aber auch grĂ¶ĂŸere Distanzen mit umfasst. By the term "Axialbeabstandung" also fractions, but also larger distances are included.

Beim „messtechnischen ÜberbrĂŒcken“ werden die Axialbeabstandung und/oder die Orthogonalbeabstandung bestimmt. Dabei können die AbstĂ€nde direkt – mittels Wegsensoren – oder indirekt – mittels Drucksensoren – bestimmt werden. Bevorzugt werden zum Bestimmen der Axialbeabstandung Wegsensoren verwendet, wobei zum Bestimmen der Orthogonalbeabstandung bevorzugt Drucksensoren eingesetzt werden. Es können Drucksensoren auch fĂŒr das Bestimmen der Axialbeabstandung und Wegsensoren fĂŒr das Bestimmen der Orthogonalbeabstandung eingesetzt werden. In "metrological bridging", the axial spacing and / or the orthogonal spacing are determined. The distances can be determined directly - by means of displacement sensors - or indirectly - by means of pressure sensors. Displacement sensors are preferably used to determine the axial spacing, pressure sensors preferably being used to determine the orthogonal spacing. Pressure sensors may also be used for determining the axial spacing and displacement sensors for determining the orthogonal spacing.

Um einen rÀumlichen Verlauf zu bestimmen, kann die TrÀgerstruktur zwei, drei, vier oder mehr Sensoren aufweisen. Zudem kann durch das mehrfache Anbringen von Sensoren die zweidimensionale Ausdehnung bestimmt werden. So können zwei Sensoren 90° zueinander versetzt angebracht werden, um diese Bestimmung grundsÀtzlich zu ermöglichen. In order to determine a spatial course, the support structure may have two, three, four or more sensors. In addition, by the multiple attachment of sensors, the two-dimensional extent can be determined. Thus, two sensors can be mounted offset 90 ° to each other to allow this determination in principle.

Um sowohl die Dehnungen und Stauchungen zu bestimmen und um Messfehler zu korrigieren, können vier Sensoren jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet werden. In order to determine both the strains and compressions and to correct measurement errors, four sensors can be arranged offset by 90 ° to each other.

Um eine Ortsauflösung der Biegung zu ermöglichen, können entsprechend viele Sensoren entlang der Mittelachse angeordnet sein. In order to enable a spatial resolution of the bend, a corresponding number of sensors can be arranged along the central axis.

Insbesondere kann die TrĂ€gerstruktur um eine polygone „Seele“ angeordnet werden, sodass beispielsweise Kabel mit einer kreisrunden oder ovalen QuerschnittsflĂ€che gebildet werden können. Polygonische Seelen umfassen dreieckige, viereckige oder mehreckige SeelenquerschnittsflĂ€chen. Dabei kann beispielsweise die Seele hohl ausgefĂŒhrt sein. In particular, the support structure can be arranged around a polygonal "soul" so that, for example, cables with a circular or oval cross-sectional area can be formed. Polygonic souls include triangular, quadrangular, or polygonal cross-sectional faces. In this case, for example, the soul can be made hollow.

In einer AusfĂŒhrungsform sind die zwei, drei, vier oder mehr Sensoren, versorgungstechnisch, messtechnisch, steuerungstechnisch, regelungstechnisch und/oder informationstechnisch, insbesondere mittels eines Bussystems, miteinander verbunden. Dadurch kann eine optimierte Auswertung und Versorgung der einzelnen Sensoren gewĂ€hrleistet werden. Zudem kann somit eine platzsparende Energieversorgung und Informationsauswertung realisiert werden. In one embodiment, the two, three, four or more sensors, supply technology, metrology, control technology, control technology and / or information technology, in particular by means of a bus system, connected to each other. As a result, an optimized evaluation and supply of the individual sensors can be ensured. In addition, a space-saving energy supply and information evaluation can thus be realized.

Bei dem „Bussystem“ sind insbesondere serielle Bussysteme bevorzugt. So kann beispielsweise ein RS-232, RS-485, SPI, I2C oder CAN Bus eingesetzt werden um Informationen (Daten und/oder Signale) zu ĂŒbertragen und auszuwerten. In the "bus system" in particular serial bus systems are preferred. For example, an RS-232, RS-485, SPI, I 2 C or CAN bus can be used to transmit and evaluate information (data and / or signals).

Um trotz des Biegens eine Versorgung der Sensoren zu gewÀhrleisten, kann die Verbindung zwischen zwei oder mehr Sensoren helikal oder mÀanderförmig ausgestaltet sein. In beiden FÀllen ermöglichen es die durch die Helikal- oder MÀanderform gegebenen Schlaufen trotz Dehnung eine Versorgung mit Energie oder den Transfer von Daten. Zudem kann die TrÀgerstruktur selbst helikale oder mÀanderförmige Bestandteile aufweisen. In order to ensure a supply of the sensors despite the bending, the connection between two or more sensors can be configured helically or meandering. In both cases, the loops given by the helical or meandering form, despite stretching, allow for a supply of energy or the transfer of data. In addition, the support structure itself may have helical or meandering components.

In einer weiteren Ausgestaltung ist einer der Sensoren ein resistiver, kapazitiver, induktiver, optischer und/oder drucksensitiver Sensor. Dadurch können unterschiedliche Sensortypen eingesetzt werden. Zudem können entsprechend den Messanforderungen bestimmte Sensoren entsprechend der Genauigkeit oder der Kosten ausgewÀhlt werden. In another embodiment, one of the sensors is a resistive, capacitive, inductive, optical and / or pressure-sensitive sensor. As a result, different sensor types can be used. In addition, according to the measurement requirements, certain sensors can be selected according to accuracy or cost.

Dabei sei folgendes Begriffliche erlÀutert:

  • – Resistiv: Zwischen zwei Elektroden kann ein Material eingefĂŒgt werden, welches bei einer LĂ€ngenĂ€nderung eine WiderstandsĂ€nderung zeigt. Sollen Messungen im Millimeter- bis einige Zentimeterbereich erfolgen, kann man zum Beispiel mit Metallpulver, MetallfĂ€den oder Graphit versetzte Elastomere oder SchĂ€ume einsetzen. GegenĂŒber den klassischerweise zur Bestimmung von LĂ€ngenĂ€nderungen eingesetzten Dehnungsmessstreifen hat das den Vorteil, dass nicht nur LĂ€ngenĂ€nderungen im Mikrometerbereich gemessen werden können.
  • – Kapazitiv: Wenn der Abstand zwischen zwei gegenĂŒberliegenden Elektroden oder die Dichte des dazwischen liegenden Dielektrikums verĂ€ndert wird, Ă€ndert sich die KapazitĂ€t dieses Aufbaus. Die Auswertung kann ĂŒber klassische BrĂŒckenschaltungen erfolgen.
  • – Induktiv: Dabei werden magnetische Felder ausgewertet, welche von einem Sender (z.B. Elektromagnet) ausgesandt werden. Die IntensitĂ€t der empfangenen Signale hĂ€ngt vom Abstand ab. Bei dieser Art der Messung können die Kabel abgeschirmt werden, damit externe Magnetfelder das Messsignal nicht verfĂ€lschen.
  • – Optisch: Die zu messenden AbstĂ€nde liegen im Millimeter- bis einige Zentimeterbereich. In diesem Bereich kann ausgenutzt werden, dass typische Sendedioden (z.B. IR oder UV) oder LASER eine weitwinkelige Strahl-Charakteristik besitzen, die einen starken Gradienten der IntensitĂ€t in der Ausbreitungsrichtung zeigen. Dies kann im Nahbereich ausgenutzt werden, um mit Photodioden oder -transistoren die von der WeglĂ€nge abhĂ€ngige IntensitĂ€t zu empfangen und auszuwerten. Über SerienwiderstĂ€nde kann eine Spannung abgeleitet werden, die direkt einer Analog/Digital-Wandlerstufe zugefĂŒgt werden kann. Die AbhĂ€ngigkeit dieser Spannung von der AbstandsverĂ€nderung kann in engen Bereichen als proportional genĂ€hert werden. Wird eine grĂ¶ĂŸere Genauigkeit gewĂŒnscht, können die Werte mit Funktionen korrigiert werden, deren Parameter sich aus dem Kalibriervorgang ergeben. Der IntensitĂ€tsgradient in Ausbreitungsrichtung wird noch vergrĂ¶ĂŸert, wenn die Messschicht komplett mit einem flexiblen Material gefĂŒllt wird, dass optisch diffundierend wirkt, wie z.B. Polyurethan oder Silikon mit z.B. Titanoxid versetzt. Durch die homogene FĂŒllung wird insbesondere die Herstellung eines Sensorkabels vereinfacht und es ergeben sich von außen betrachtet relativ homogene Kabeleigenschaften. Durch ein Verwenden eines opaken Mantels, ist die optische Übertragung sehr robust gegenĂŒber Ă€ußeren StöreinflĂŒssen und Bauteile sowie Aufbau ermöglichen eine hohe LangzeitstabilitĂ€t der Sensoreigenschaften.
The following conceptual is explained:
  • - Resistive: A material can be inserted between two electrodes, which shows a resistance change when changing the length. If measurements are to be made in the millimeter to a few centimeters range, it is possible to use, for example, elastomers or foams mixed with metal powder, metal threads or graphite. Compared to the strain gages traditionally used to determine changes in length, this has the advantage that not only changes in length in the micrometer range can be measured.
  • - Capacitive: If the distance between two opposite electrodes or the density of the intervening dielectric is changed, the capacity of this structure changes. The evaluation can take place via classical bridge circuits.
  • - Inductive: Magnetic fields are evaluated, which are emitted by a transmitter (eg electromagnet). The intensity of the received signals depends on the distance. In this type of measurement, the cables can be shielded so that external magnetic fields do not distort the measurement signal.
  • - Optical: The distances to be measured are in the millimeter to a few centimeters range. In this area, it can be exploited that typical transmitting diodes (eg IR or UV) or LASER have a wide-angle beam characteristic which shows a strong gradient of the intensity in the propagation direction. This can be utilized in the near range in order to receive and evaluate the intensity dependent on the path length with photodiodes or transistors. Via series resistors, a voltage can be derived, which can be added directly to an analog / digital converter stage. The dependence of this voltage on the change in distance can be approximated in narrow ranges as proportional. If greater accuracy is desired, the values can be corrected with functions whose parameters result from the calibration process. The intensity gradient in the direction of propagation is further increased when the measuring layer is completely filled with a flexible material that acts optically diffusing, such as polyurethane or silicone mixed with eg titanium oxide. The homogeneous filling in particular simplifies the manufacture of a sensor cable and, viewed from the outside, results in relatively homogeneous cable properties. By using an opaque shell, the optical transmission is very robust against external interference and components and structure allow high long-term stability of the sensor properties.

Es sind noch weitere optische Messverfahren möglich, z.B. TOF (Time of Flight), FPI (Fabry-Pérot Interferometer) oder FBG (Fiber Bragg grating).

  • – Drucksensitiv: Dieser Sensortyp vermisst nicht wie die oben genannten Sensoren direkt eine Wegstrecke, sondern die KrĂ€fte in der KabelquerschnittsflĂ€che, die durch Stauchung oder Dehnung hervorgerufen werden. Auch diese Sensoren können, wie alle zuvor beschriebenen Sensortypen, direkt auf einer helikalen oder mĂ€anderförmigen Leiterfolie (Material der TrĂ€gerstruktur) aufgebracht werden. Diese könnte insbesondere Zungen oder Ausbuchtungen besitzen, die derart abknickbar sind, dass ihre FlĂ€chennormalen parallel zur Kabelmittelinie zeigen (siehe 4). Sie können aber auch wie die optischen Messstrecken angeordnet sein. In diesem Fall kann der Bereich, der sonst die Strecke zwischen Sender und EmpfĂ€nger umgibt, mit einem anderen Elastomer gefĂŒllt sein, das mit MetallfĂ€den oder Graphit versetzt ist.
Other optical measuring methods are possible, eg TOF (Time of Flight), FPI (Fabry-PĂ©rot interferometer) or FBG (Fiber Bragg grating).
  • - Pressure-sensitive: This type of sensor does not directly measure a distance like the sensors mentioned above, but the forces in the cable cross-sectional area that are caused by compression or expansion. Like all sensor types described above, these sensors can also be applied directly to a helical or meander-shaped conductor foil (material of the carrier structure). This could in particular have tongues or bulges which are bendable in such a way that their surface normals parallel to the cable center line (see 4 ). But they can also be arranged as the optical measuring sections. In this case, the area which otherwise surrounds the distance between the transmitter and the receiver may be filled with another elastomer which is mixed with metal filaments or graphite.

Es sind weitere Messtrecken einsetzbar: Piezoelektrische, Akustische insbesondere Ultraschall, Magnetinduktive insbesondere Hallsensoren, Mikrowellen, Interferenzmessungen insbesondere Laserinteferenzmessungen, Impulslaufzeitmessungen, Impulsphasenmessungen, magnetostriktive Wegmessung. Other measuring sections can be used: piezoelectric, acoustic, in particular ultrasound, magnetic inductive, in particular Hall sensors, microwaves, interference measurements, in particular laser interference measurements, pulse transit time measurements, pulse phase measurements, magnetostrictive distance measurement.

Um Biegungen ĂŒber eine grĂ¶ĂŸere Distanz zu bestimmen oder zu beschreiben, kann die TrĂ€gerstruktur zwei, drei, vier oder mehr Aussparungen aufweisen. Je enger die Aussparungen und je grĂ¶ĂŸer die Anzahl der Aussparungen ist, desto besser kann die Biegung bestimmt und somit aufgelöst werden. To determine or describe bends over a greater distance, the support structure may have two, three, four or more recesses. The narrower the recesses and the larger the number of recesses, the better the bending can be determined and thus resolved.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform weist der Sensor einen Sender und einen EmpfĂ€nger auf, wobei insbesondere der EmpfĂ€nger ein ortsauflösender EmpfĂ€nger ist. Je nach eingesetztem ortsauflösendem EmpfĂ€nger (z.B. PSD Photo Sensitive Device) kann die Biegung mathematisch beschrieben werden. In der einfachsten Form detektiert der EmpfĂ€nger lediglich ein Signal (oder kein Signal) und trifft somit eine Aussage, ob die TrĂ€gerstruktur gebogen ist oder nicht. Auch Photodioden, Fototransistor oder CCD-Detektoren können empfĂ€ngerseitig eingesetzt werden. Senderseitig können Dioden (z.B. IR oder UV) oder LASER eingesetzt werden. Es können auch Ultraschallsender und UltraschallempfĂ€nger zur Wegbestimmung eingesetzt werden. In a further embodiment, the sensor has a transmitter and a receiver, wherein in particular the receiver is a spatially resolving receiver. Depending on the location-resolving receiver used (e.g., PSD Photo Sensitive Device), the bend can be described mathematically. In the simplest form, the receiver detects only a signal (or no signal) and thus makes a statement as to whether the support structure is bent or not. Photodiodes, phototransistors or CCD detectors can also be used on the receiver side. At the transmitter side, diodes (e.g., IR or UV) or LASER can be used. It is also possible to use ultrasound transmitters and ultrasound receivers for path determination.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform weist ein einzelner Sensor einen Mikrocontroller auf, welcher ein Sensorsignal auswertet, oder weist die TrĂ€gerstruktur mehrere Sensoren auf, welche jeweils einen Mikrocontroller aufweisen, welche jeweils Sensorsignale auswerten. Somit können die durch die Sensoren gemessenen Signale direkt ausgewertet und/oder transportiert werden. In a further embodiment, a single sensor has a microcontroller which evaluates a sensor signal, or the carrier structure has a plurality of sensors, which each have a microcontroller, which respectively evaluate sensor signals. Thus, the signals measured by the sensors can be directly evaluated and / or transported.

Um die Anzahl der Mikrocontroller zu reduzieren, können mehrere Sensoren einen gemeinsamen Mikrocontroller aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Mikrocontroller mehrere A/D-Wandler aufweist und/oder wenn die Sensoren gemultiplext an einen A/D-Wandler ĂŒbergeben werden. To reduce the number of microcontrollers, multiple sensors may have a common microcontroller. This is advantageous in particular when the microcontroller has a plurality of A / D converters and / or when the sensors are multiplexed to an A / D converter.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform weist ein einzelner Sensor eine Signalkonditionierung auf oder weisen mehrere Sensoren jeweils eine Signalkonditionierung auf. Somit können die Signale der Sensoren ausgewertet werden ohne externe Signalaufbereitung bereitzustellen. In a further embodiment, a single sensor has a signal conditioning or several sensors each have a signal conditioning. Thus, the signals of the sensors can be evaluated without providing external signal conditioning.

Um die Signalkonditionierung mikrocontrollerseitig zu realisieren, kann der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Wandler aufweisen. Somit können kompakte Bauformen realisiert werden. In order to realize the signal conditioning microcontroller side, the microcontroller may have an analog-to-digital converter. Thus, compact designs can be realized.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform bilden zwei Mikrocontroller eine Daisy-Chain-Kette. Somit kann ĂŒber einen Mikrocontroller der jeweils anderen Mikrocontroller angesteuert, geregelt und/oder ausgelesen werden. In another embodiment, two microcontrollers form a daisy-chain chain. Thus, the respective other microcontroller can be controlled, regulated and / or read out via a microcontroller.

Um Leitungseffekte zu minimieren, kann ein Mikrocontroller ortsnah zum Sender und EmpfÀnger platziert sein. Zudem können Sendercharakteristika wie Latenzzeiten beeinflusst werden. To minimize line effects, a microcontroller can be placed close to the transmitter and receiver. In addition, transmitter characteristics such as latency can be affected.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform ist eine durch den Wegsensor gemessene Strecke kleiner 5,0cm und grĂ¶ĂŸer als 0,001cm, insbesondere ist die gemessene Strecke kleiner 3,0cm und grĂ¶ĂŸer 0,003cm, wobei die Strecke insbesondere der Aussparungsbreite entspricht. In a further embodiment, a distance measured by the displacement sensor is less than 5.0 cm and greater than 0.001 cm, in particular the measured distance is less than 3.0 cm and greater than 0.003 cm, the distance corresponding in particular to the recess width.

Um eine alternative Ausgestaltung der TrĂ€gerstruktur bereitzustellen, kann die TrĂ€gerstruktur als ein Gelenk ausgestaltet sein. Somit können nicht nur kontinuierliche Biegungen detektiert werden, sondern auch knicke, welche ĂŒber ein Gelenk erfolgen. To provide an alternative embodiment of the support structure, the support structure may be configured as a hinge. Thus, not only continuous bends can be detected, but also wrinkles, which take place via a joint.

Insbesondere kann das Gelenk aus zwei Segmenten von Hohlkugeln unterschiedlicher Radien bestehen. Die Radien der Hohlkugeln können so gewĂ€hlt werden, dass Elemente aufeinander gesteckt werden können, sodass eine Kette gebildet werden kann (siehe 5). Die aufeinander gesteckten Kugeln wirken wie ein Kugelgelenk zwischen zwei Elementen. Entlang der Kette können so Biegungen approximiert werden. Die Kugeln können mit NutfĂŒhrungen in axialer Richtung ausgestattet werden, die eine Torsion verhindern und einen maximalen Biegeradius vorzugeben. In particular, the joint may consist of two segments of hollow balls of different radii. The radii of the hollow spheres can be chosen so that elements can be put on each other, so that a chain can be formed (see 5 ). The stacked balls act like a ball joint between two elements. Bends can be approximated along the chain. The balls can be equipped with groove guides in the axial direction to prevent torsion and to specify a maximum bending radius.

In jedem Element kann zwischen den Kugeln eine Platine befestigt sein, deren FlĂ€chennormal in axialer Richtung der Elementkette zeigt. Auf dieser Platine sind die Bauelemente zur Realisierung der Messstrecke aufgebracht. Jeweils auf einer Seite Sender- und auf der anderen Seite EmpfĂ€ngerelemente. So werden Messstrecken durch die Kugeln realisiert. Die Platinen können auch noch zusĂ€tzliche Bauelemente fĂŒr die Leitungsanbindung tragen. In each element can be mounted between the balls a board whose surface normal points in the axial direction of the element chain. On this board, the components for the realization of the measuring section are applied. Each on one side transmitter and on the other side receiver elements. Thus, measuring distances are realized by the balls. The boards can also carry additional components for the line connection.

Die Messstrecken können mit unterschiedlicher Sensortechnologie ĂŒberbrĂŒckt werden (siehe vorherige AusfĂŒhrungen). GegenĂŒber der obigen Beispielsvariante sind hier insbesondere die Messstrecken lĂ€nger (bei Ă€hnlichen Sensoreigenschaften). Sie liegen insbesondere im Millimeter bis Zentimeterbereich. Bei Messung ohne HohlkugelbewĂ€hrung kann der Messbereich bis zu 10 Meter und mehr betragen. Vorzugsweise werden dann Laserstrahlen und zum Messen PSD (Position Sensitive Device) eingesetzt. The measuring sections can be bridged with different sensor technology (see previous versions). In contrast to the above example variant, in particular the measuring sections are longer here (with similar sensor properties). They are especially in the millimeter to centimeter range. When measuring without a hollow sphere, the measuring range can be up to 10 meters and more. Preferably then laser beams are used and for measuring PSD (Position Sensitive Device).

Die Messung einer Biegung / eines Knicks (ist ebenfalls eine Biegung) kann in der axialen Mittellinie erfolgen. Bei einem optischen Messsystem genĂŒgt dann als Sender eine einzelne Leuchtdiode. Als EmpfĂ€nger kann eine positionsempfindliche Photodiode (PSD) eingesetzt werden. Da bei kleinen KugelgrĂ¶ĂŸen immer noch der (oben beschriebene) Naheffekt ausgenutzt werden kann, können auf der EmpfĂ€ngerseite auch deutlich gĂŒnstigere Photodioden oder -transistoren verteilt angebracht werden. Diese können die Platine in Empfangssektoren unterteilen, um damit Biegungen in unterschiedliche Richtung unterscheiden zu können. Da durch die starren Kugelverbindungen keine Stauchungen oder Dehnungen erfolgen, genĂŒgen zwei orthogonal angeordnete Empfangssektoren, um Kugelverdrehungen in den entsprechenden Dimensionen zu detektieren. The measurement of a bend (also a bend) may be in the axial centerline. In an optical measuring system then suffices as a transmitter a single LED. As a receiver, a position sensitive photodiode (PSD) can be used. Since, with small ball sizes, the proximity effect (described above) can still be exploited, significantly cheaper photodiodes or transistors can also be distributed on the receiver side. These can subdivide the board into receiving sectors to distinguish bends in different directions. Since no compressions or expansions occur due to the rigid ball joints, two orthogonally arranged receiving sectors suffice to detect spherical distortions in the corresponding dimensions.

Werden mehr Sensoren eingesetzt, können die zusĂ€tzlichen Informationen genutzt werden, um Messungenauigkeiten auszugleichen. Um die LĂ€nge der Messstrecken klein zu halten, kann die Sendediode von der Platine abstehen und weiter ins Kugelzentrum ragen. Ragt diese ĂŒber den Kugelmittelpunkt hinaus, ergibt sich ein Hebel, der die mechanische Auslenkung der Diode vergrĂ¶ĂŸert. Dadurch kann die Messgenauigkeit erhöht werden. If more sensors are used, the additional information can be used to compensate for measurement inaccuracies. In order to keep the length of the measuring sections small, the transmitting diode can protrude from the circuit board and protrude further into the spherical center. If this projects beyond the center of the sphere, a lever results which increases the mechanical deflection of the diode. As a result, the measurement accuracy can be increased.

Werden mehr Sendedioden eingesetzt, kann die axiale Mittellinie der Elemente frei fĂŒr eine Seele eines Kabels werden, die mit verschiedenen Nutzfunktionen ausgestattet werden kann. Das funktioniert insbesondere dann, wenn die Biegeradien relativ klein sind und so die Seele nicht in die Messstrecken ragt. If more transmitting diodes are used, the axial center line of the elements can become free for a soul of a cable that can be equipped with various utility functions. This works especially when the bending radii are relatively small and so the soul does not protrude into the measuring sections.

Werden zum Senden mehrere Laserstrahlen eingesetzt, können diese insbesondere parallel gefĂŒhrt werden. Zum Unterscheiden der verschiedenen Laserlinien können diese zeitversetzt ein- und ausgeschaltet werden oder unterschiedliche WellenlĂ€ngen aufweisen. Werden empfĂ€ngerseitig PSD Elemente eingesetzt, kann dann neben der Biegung auch eine axiale Torsion bestimmt werden. If several laser beams are used for transmission, they can be guided in parallel in particular. To distinguish the different laser lines, these can be switched on and off with a time delay or have different wavelengths. If PSD elements are used on the receiver side, an axial torsion can be determined in addition to the bending.

Um fĂŒr lĂ€ngliche Strukturen den Verlauf im Raum abzubilden, kann die TrĂ€gerstruktur zwei, drei, vier oder mehr Gelenke aufweisen. In order to map the course in space for elongated structures, the support structure may have two, three, four or more joints.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform ist eines der Gelenke gefĂŒhrt, wobei insbesondere die FĂŒhrung mittels einer NutfĂŒhrung erfolgt. Somit kann eine Torsion vermieden werden und die Anzahl der Sensoren reduziert werden. In a further embodiment, one of the joints is guided, wherein in particular the guide is effected by means of a groove guide. Thus, torsion can be avoided and the number of sensors can be reduced.

Um nicht nur die Form von linienartigen Objekten, sondern auch die Form von flÀchenartigen Objekten zu erfassen, kann das Sensorkabel in einer Folge orthogonal zur Achse gegeben sein. Insbesondere können die Sensoren parallel angeordnet sein. In order to detect not only the shape of line-like objects but also the shape of area-like objects, the sensor cable may be in a sequence orthogonal to the axis. In particular, the sensors can be arranged in parallel.

Zur Vermessung von flĂ€chenartigen Objekten kann in einer weiteren AusfĂŒhrungsform die Vorrichtung als Gitter realisiert sein. Dies liegt insbesondere in einer Ebene, wenn keine Biegung vorliegt. Die TrĂ€gerstruktur ist auch in dieser Ebene verteilt und besitzt Aussparungen. Die TrĂ€gerstruktur ist relativ starr, sodass Biegungen und regionale Verzerrungen in der Ebene insbesondere die Beabstandungen der Aussparungen verĂ€ndern. For the measurement of sheet-like objects, the device can be realized as a grid in a further embodiment. This is especially in a plane when there is no bend. The support structure is also distributed in this plane and has recesses. The support structure is relatively rigid, so that bends and in-plane distortions in the plane change, in particular, the spacing of the recesses.

Die TrĂ€gerstruktur ist in verschiedene Bereiche unterteilt, die sich unabhĂ€ngig voneinander bewegen können. Die Verbindungen fĂŒr Stromversorgung und Informationsaustausch können diese Bereiche wieder mĂ€anderförmig und helikal verbinden (siehe 6 oben). Über den Aussparungen sind Messstrecken in den o.g. AusprĂ€gungsmöglichkeiten gegeben (siehe 6 Mitte). Nicht jeder TrĂ€gerstrukturbereich muss einen Mikrocontroller tragen. Leitungen zur Ansteuerung und zum Auslesen der Messstrecken können gruppiert werden, so dass sie in Kombination einen bestimmten Bereich der TrĂ€gerstruktur adressieren können. Insbesondere wenn ein kartesisches Gitter gegeben ist, können Leitungen als Spalten und Reihen gefĂŒhrt werden. The support structure is divided into different areas that can move independently of each other. The connections for power supply and information exchange can again meander and helically connect these areas (see 6 above). Above the recesses there are measuring sections in the above mentioned possibilities (see 6 Center). Not every carrier structure area has to carry a microcontroller. Lines for driving and reading the measuring sections can be grouped so that they can address in combination a particular area of the support structure. In particular, given a Cartesian grid, leads can be routed as columns and rows.

Wie beim oben beschriebenen Sensorkabel, können mit dieser Anordnung Biegungen gemessen werden, wenn eine Referenzebene eingefĂŒhrt wird, die parallel zur Messebene liegt und keine Verzerrung der Gitterstrukturen zulĂ€sst. Beim Sensorkabel entspricht das der verzerrungsfreien Kabelmittellinie. Biegungen bewirken dann eine Hebelwirkung, die einzelne Bereiche der TrĂ€gerschicht gegeneinander verschiebt. Nachteilig ist hierbei, dass bei einer verzerrungsfreien Referenzebene nur eine globale Biegungsrichtung zugelassen werden kann (wie bei einem Blech). As with the sensor cable described above, this arrangement can be used to measure bends when a reference plane is introduced which is parallel to the measurement plane and does not allow distortion of the grating structures. The sensor cable is the same as the distortion-free cable centerline. Bends then cause a leverage that shifts individual areas of the carrier layer against each other. The disadvantage here is that with a distortion-free reference plane only one global bending direction can be allowed (as in a metal sheet).

In einer anderen AusfĂŒhrungsform sind die Bereiche der TrĂ€gerschicht frei verschiebbar. Damit können beliebige Verformungen erfasst werden. Wenn insbesondere bei einer optischen Messung, durch die Weitwinkelcharakteristik der Bauteile und der Diffusionswirkung des Vergussmediums, die Verdrehung von Sender- und EmpfĂ€ngerkomponenten messtechnisch nicht relevant ist, werden insbesondere die Beabstandungen zwischen den TrĂ€gerstrukturbereichen gemessen. Aus den gemessenen Beabstandungen kann ein dreidimensionales Modell der AusprĂ€gung des Formsensors berechnet werden. Diese Berechnung ist allerdings unterbestimmt, weil sich aus den Daten nicht erschließen lĂ€sst, ob Differenzen in Richtung der FlĂ€chennormalen des Sensors in deren Richtung oder entgegengesetzt zeigen. Dazu bedarf es zusĂ€tzlicher Information, die insbesondere durch Winkelsensoren erfasst werden können. Winkelinformation kann z.B. auch durch eine zweite Messstrecke erfasst werden, die in Richtung der FlĂ€chennormalen des Sensors versetzt angeordnet ist (siehe 6 unten). Um eine möglichst einfache und praktische Form der TrĂ€gerstruktur auszubilden, kann die TrĂ€gerstruktur als Helix oder MĂ€anderform ausgestaltet sein. In another embodiment, the regions of the carrier layer are freely displaceable. Thus any deformations can be detected. If, in particular in the case of an optical measurement, the rotation of the transmitter and receiver components is not relevant metrologically by the wide-angle characteristic of the components and the diffusion effect of the potting medium, in particular the spacings between the carrier structure regions are measured. From the measured spacings, a three-dimensional model of the shape of the shape sensor can be calculated. However, this calculation is underdetermined because it can not be deduced from the data whether differences in the direction of the surface normal of the sensor point in its direction or in the opposite direction. This requires additional information, which can be detected in particular by angle sensors. Angle information can also be detected, for example, by a second measuring path, which is arranged offset in the direction of the surface normal of the sensor (see 6 below). In order to form a simple and practical form of the support structure, the support structure can be designed as a helix or meander shape.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst von einer Vorrichtung, welche eine zuvor beschriebene TrÀgerstruktur aufweist. Dabei kann die TrÀgerstruktur um ein Gebilde herumgewickelt werden oder gefertigter Bestandteil der Vorrichtung sein. In a further aspect of the invention, the object is achieved by a device which has a previously described support structure. In this case, the support structure can be wrapped around a structure or be manufactured part of the device.

Um die Erfindung möglichst vielfĂ€ltig einzusetzen, kann die Vorrichtung als ein Kabel, ein Schlauch, eine Leiterfolie, ein Endoskop, ein KleidungsstĂŒck, ein Reifen, ein Tuch, ein Gewebe, ein Gitter oder ein Polster ausgestaltet sein. Bei all diesen Vorrichtungen kann die Lage im Raum bestimmt werden. To use the invention as widely as possible, the device may be configured as a cable, a hose, a conductor foil, an endoscope, a garment, a tire, a cloth, a fabric, a grid or a pad. With all these devices, the position in space can be determined.

Insbesondere kann die Gebilde als eine polygone „Seele“ ausgebildet sein, sodass beispielsweise Kabel mit einer kreisrunden oder ovalen QuerschnittsflĂ€che bereitgestellt werden können. Polygonische Seelen umfassen dreieckige, viereckige oder mehreckige SeelenquerschnittsflĂ€chen. Dabei kann beispielsweise die Seele hohl ausgefĂŒhrt sein und weitere Kabel oder Fluide fĂŒhren. In particular, the structure may be formed as a polygon "soul" so that, for example, cables with a circular or oval cross-sectional area can be provided. Polygonic souls include triangular, quadrangular, or polygonal cross-sectional faces. In this case, for example, the soul can be made hollow and lead more cables or fluids.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung oder die TrÀgerstruktur einen ErgÀnzungssensor, insbesondere einen Inertialsensor, Gyrosensor oder Kompasssensor, auf. Somit können ergÀnzende Positionsdaten zum Abgleich ermittelt werden. In a further embodiment, the device or the support structure has a supplementary sensor, in particular an inertial sensor, gyrosensor or compass sensor. Thus, supplementary position data can be determined for comparison.

Um ergĂ€nzende Informationen ĂŒber Position und Bewegung zu ermitteln, kann die Vorrichtung oder die TrĂ€gerstruktur zusĂ€tzlich einen Inertialsensor, Gyrosensor oder Kompasssensor aufweisen. In order to determine additional information about position and movement, the device or the support structure may additionally comprise an inertial sensor, gyrosensor or compass sensor.

Als Zusatzsensoren fĂŒr weitere GrĂ¶ĂŸen kann die Vorrichtung oder die TrĂ€gerstruktur u.a. Sensoren zum Messen der (Ă€ußeren) LichtintensitĂ€t – auch Infrarot und auch als Kamerabildinformation, der (Ă€ußeren) Druckeigenschaften, der GrĂ¶ĂŸen zum Betrieb von NĂ€herungssensoren, der elektromagnetische FeldstĂ€rken, der Vibrationen, des pH-Werts, und/oder der Temperatur aufweisen. Insbesondere die Temperatur ist eine wichtige Information, die zur Kompensation der TemperaturabhĂ€ngigkeiten der Messstrecken eingesetzt werden kann. Typischerweise ist ein solcher Sensor in den Mikrocontrollern gegeben, so dass regional gemessen werden kann. As additional sensors for further sizes, the device or the support structure may be u.a. Sensors for measuring the (outer) light intensity - including infrared and also as camera image information, the (external) printing properties, the sizes for operating proximity sensors, the electromagnetic field strengths, the vibrations, the pH, and / or the temperature. In particular, the temperature is an important information that can be used to compensate for the temperature dependencies of the measuring sections. Typically, such a sensor is provided in the microcontrollers so that regional measurements can be made.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform weist die Vorrichtung oder die TrĂ€gerstruktur einen Aktor auf. Somit kann nicht nur die Position (im Raum) bestimmt werden, sondern es kann noch zusĂ€tzlich ein gesteuertes/geregeltes VerĂ€ndern der Biegung im Raum mittels des Aktors erfolgen. Es können mehrere Aktoren eingesetzt werden, um in beiden Dimensionen biegen zu können. Werden diese dann auch noch in axialer LĂ€nge oder in der FlĂ€che mehrfach eingesetzt, können komplexe Formen im Raum nachgestellt werden. In a further embodiment, the device or the carrier structure has an actuator. Thus, not only the position (in space) can be determined, but it can additionally be a controlled / regulated changing the bending in space by means of the actuator. Multiple actuators can be used to bend in both dimensions. If these are then also used repeatedly in axial length or in the surface, complex shapes can be adjusted in the room.

Um die Vorrichtung gegen axiale Torsion zu schĂŒtzen, können andere Teile als die TrĂ€gerstruktur torsionssteif ausgestaltet sein. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Seele eines Kabels derart ausgestaltet wird, dass Torsionen nicht möglich sind, z.B. durch Kardangelenke fĂŒr jeden Windungs-/MĂ€anderabschnitt. Weiterhin kann der Mantel eines Kabels so ausgestaltet sein, dass Torsionen nicht möglich sind, z.B. durch ein Geflecht aus Metall oder Kunststoff, eine StreckmetallhĂŒlle, ein Wellrohr aus Metall oder Kunststoff oder durch die zuvor beschriebenen Kugelelemente (Gelenk-TrĂ€gerstruktur). Zudem kann das Kabel so in andere Materialen eingenĂ€ht oder eingeschweißt sein, dass eine Torsion nicht mehr möglich ist oder die Torsion konstant oder bekannt ist und bei der Auswertung berĂŒcksichtigt werden kann. In order to protect the device against axial torsion, parts other than the support structure may be made torsionally rigid. This can be done, in particular, by designing the core of a cable such that torsions are not possible, e.g. by cardan joints for each winding / meander section. Furthermore, the sheath of a cable can be designed so that torsions are not possible, e.g. by a braid of metal or plastic, an expanded metal shell, a corrugated tube made of metal or plastic or by the previously described ball elements (joint support structure). In addition, the cable can be sewn or welded into other materials so that a torsion is no longer possible or the torsion is constant or known and can be taken into account in the evaluation.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform wird die axiale Torsion erkannt und explizit modelliert. Das kann durch eine spezielle Torsionssensorik erfolgen. Insbesondere durch zusĂ€tzliche Messstrecken, die entlang des Kabelprofils angeordnet sind und dort Torsion messen. In another embodiment, the axial torsion is detected and modeled explicitly. This can be done by a special torsion sensor. In particular, by additional measuring sections, which are arranged along the cable profile and measure torsion there.

Insbesondere kann eine SchrĂ€glage der Messstrecke genutzt werden, um sowohl einen axialen Abstand und einen Abstand im Profil zu vermessen. FĂŒr die Modellierung sollten beide Richtungsanteile aus der Information wieder getrennt werden können. Dazu können insbesondere zusĂ€tzliche Messstrecken in anderer SchrĂ€glage gegeben sein. Insbesondere eine orthogonale Anordnung von paarweise gegebenen Messstrecken. In particular, a skew of the measuring section can be used to measure both an axial distance and a distance in the profile. For modeling, both directions should be separated from the information. In particular, additional measuring sections may be given in another inclined position. In particular, an orthogonal arrangement of paired measuring sections.

Um ein Überbiegen des Sensors zu vermeiden, kann in der Kabelmitte eine BeschrĂ€nkung der Biegefreiheit erfolgen. Insbesondere können Kugel- oder Kardanverbindungen eine Anschlagsbegrenzung aufweisen. Durch die grĂ¶ĂŸere Hebelwirkung ist eine Biegeradiusbegrenzung aber materialeffizienter im Mantel unterzubringen. Auch dort können Anschlagsbegrenzungen realisiert werden. Insbesondere können ineinander hakende Profile verwendet werden, z.B. Agraffprofile. In order to avoid over-bending of the sensor, a restriction of the bending freedom can take place in the middle of the cable. In particular, ball or cardan joints may have a stop limit. Due to the greater leverage effect, however, a bending radius limitation is to be accommodated more material-efficiently in the jacket. Even there limit stops can be realized. In particular, interlocking profiles may be used, e.g. Agraffprofile.

Um die Vorrichtung in staubigen oder unter anderen unwirtlichen Bedingungen einzusetzen, kann der Sensor und/oder der Mikrocontroller und/oder das Gelenk staub-, wasser- und lichtdicht ausgestaltet sein. In order to use the device in dusty or other inhospitable conditions, the sensor and / or the microcontroller and / or the joint dust, water and light can be configured.

Die rĂ€umlichen Strukturen der elektrischen Schaltung des Sensors haben eine komplexe AusprĂ€gung, z.B. helikal oder mĂ€anderförmig. Es können ĂŒbliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Anordnung störungssicher zu bekommen, insbesondere ein niederohmiger Abschluss des Bussystems. FĂŒr grĂ¶ĂŸere KabellĂ€ngen können Bustreiber eingesetzt werden. Der Innenraum kann gegenĂŒber Ă€ußeren elektrischen Feldern feldfrei gehalten werden, indem ein elektrisch leitender Mantel verwendet wird. The spatial structures of the electrical circuit of the sensor have a complex character, e.g. helical or meandering. Conventional measures can be taken to make the arrangement fail-safe, in particular a low-impedance termination of the bus system. Bus drivers can be used for longer cable lengths. The interior space can be kept field-free with respect to external electric fields by using an electrically conductive sheath.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden durch eine Daisy-Chain-Schaltung, welche insbesondere eine zuvor beschriebenen TrĂ€gerstruktur aufweist, mit einem erstem Mikrocontroller und einem nachfolgend angeordneten zweiten Mikrocontroller, wobei die beiden Mikrocontroller ĂŒber einen Bus verbunden sind, darĂŒber auch direkt angesprochen werden können und an die Mikrocontroller jeweils wenigstens ein Sensor angeschlossen ist, wobei der erste Mikrocontroller den nachgeordneten Mikrocontroller steuert oder regelt. In a further aspect of the invention, the object can be achieved by a daisy-chain circuit, which in particular has a previously described carrier structure, with a first microcontroller and a subsequently arranged second microcontroller, wherein the two microcontrollers are connected via a bus, above also can be addressed directly and at least one sensor is connected to the microcontroller, wherein the first microcontroller controls or regulates the downstream microcontroller.

Somit kann auf einer TrÀgerstruktur eine Schaltungsanordnung aufgebracht werden, welche einfach auszulesen ist und welche einfach zu programmieren ist. Thus, on a support structure, a circuit arrangement can be applied, which is easy to read and which is easy to program.

Um eine Daisy-Chain-Schaltung ĂŒber die gesamte Ausdehnung der TrĂ€gerstruktur bereitzustellen, können weitere jeweils zu dem vorherigen Mikrocontroller nachgeschaltete Mikrocontroller, welche jeweils nachfolgende Mikrocontroller steuern oder regeln vorgesehen sein. Dabei kann in beide Richtungen kommuniziert werden. Insbesondere, wenn die Mikrocontroller ĂŒber Tri-State-Ports verbunden sind, können beide standartmĂ€ĂŸig als Eingabe-Port konfiguriert sein. Erst wenn Information zu ĂŒbertragen ist, wird einer der Ports als Ausgabe umkonfiguriert. In order to provide a daisy chain circuit over the entire extent of the carrier structure, further microcontrollers which are respectively connected to the previous microcontroller and which each control or regulate subsequent microcontrollers can be provided. It can be communicated in both directions. In particular, when the microcontrollers are connected via tri-state ports, both may be configured as an input port by default. Only when information is to be transmitted is one of the ports reconfigured as output.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Sensor einen Sender und einen EmpfĂ€nger auf, wobei mikrocontrollergesteuert der Sender ein- und ausschaltbar ausgestaltet ist. Dadurch kann eine energiesparende Daisy-Chain-Schaltung bereitgestellt werden. Insbesondere kann dem Ansteuerverhalten eines Senders Rechnung getragen werden. Die Sender mĂŒssen also nicht stĂ€ndig in Betrieb sein, sondern können fĂŒr die lokale Messung eingeschaltet werden – und danach wieder aus, um Energie zu sparen. Die (analogen) EmpfĂ€ngerelemente benötigen nach dem Einschalten der Sender etwas Zeit, um Transienten abzubauen. Bei zeitlichen Eigenschaften ausgewĂ€hlter Komponenten, genĂŒgt es somit, wenn die Sender durch den vorgeschalteten Mikrokontroller eingeschaltet werden und dann erst im ĂŒbernĂ€chsten Takt wieder ausgeschaltet werden. In a further refinement, the sensor has a transmitter and a receiver, wherein the transmitter can be switched on and off in a microcontroller-controlled manner. As a result, an energy-saving daisy-chain circuit can be provided. In particular, the driving behavior of a transmitter can be taken into account. The transmitters do not have to be constantly in operation, but can be switched on for local measurements - and then off again to save energy. The (analog) receiver elements need some time after switching on the transmitter to reduce transients. With temporal properties of selected components, it is thus sufficient if the transmitters are turned on by the upstream microcontroller and then turned off again in the next but one cycle.

FĂŒr Vorrichtungen mit TrĂ€gerstruktur ist das sehr gĂŒnstig, denn dort können Sender und EmpfĂ€nger auf unterschiedlichen Windungen/MĂ€ander der Leiterfolie (TrĂ€gerstruktur) liegen – oder auf unterschiedlichen Platinen. So kann der Sender in die NĂ€he des schaltenden Mikrokontrollers gesetzt werden und es können Leitungen entlang der Leiterfolie entfallen. For devices with support structure that is very favorable, because there transmitter and receiver can be on different turns / meanders of the conductor foil (support structure) - or on different boards. Thus, the transmitter can be placed in the vicinity of the switching microcontroller and it can be omitted lines along the conductor foil.

Um ein optimiertes Programmieren der Mikrocontroller auf der TrÀgerstruktur zu realisieren, können die Mikrocontroller mittels der Steuerung umprogrammiert sein. In order to realize an optimized programming of the microcontroller on the carrier structure, the microcontroller can be reprogrammed by means of the controller.

Die Programmierung der Mikrokontroller kann vor der BestĂŒckung auf die Leiterfolien oder Platinen erfolgen. Soll die Funktion jedoch spĂ€ter noch optimiert werden, ist es unumgĂ€nglich, dass die Mikrokontroller auch im eingebauten Zustand programmiert werden können. Eine parallele Programmierung ist bei markterhĂ€ltlichen Mikrokontrollern nicht möglich, da diese individuelle RĂŒckmeldungen an die programmierende Einrichtung senden. Die Programmierung erfolgt dann einzeln sequenziell. Die Aktivierung des Programmiermodus kann durch den jeweils vorgeschalteten Mikrokontroller erfolgen, der die Information dazu wieder ĂŒber die Signalweiterreichung erhĂ€lt. Die Daten werden danach von einer zentralen Programmiereinrichtung ĂŒber den seriellen Bus (der sonst zur Datenausgabe genutzt wird) zum Mikrokontroller geschrieben. FĂŒr diese Programmiermethode wird die herstellerseitige Programmiereinrichtung noch um das Auswahlverfahren erweitert. The programming of the microcontroller can be done before the assembly on the printed circuit boards or boards. However, if the function is to be optimized later, it is imperative that the microcontrollers can also be programmed when installed. Parallel programming is not possible with marketable microcontrollers because they send individual feedback to the programming device. The programming then takes place individually sequentially. The activation of the programming mode can be done by the respective upstream microcontroller, which receives the information on the signal transmission again. The data is then written by a central programmer over the serial bus (which is otherwise used for data output) to the microcontroller. For this programming method, the manufacturer-side programming is still extended to the selection process.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Leiterfolie, welche eine zuvor beschriebene Daisy-Chain-Schaltung aufweist. Die Leiterfolie kann dabei beispielsweise um eine Struktur gewickelt werden oder auf der Struktur mÀanderformig verlaufen. In a further aspect of the invention, the object is achieved by a conductor foil, which has a previously described daisy-chain circuit. The conductor foil can be wound, for example, around a structure or run meandering on the structure.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform ist die Leiterfolie starr und/oder flexibel ausgestaltet. Eine starre Form ist beispielsweise ein Gelenk, eine flexible ist eine biegsame Folie oder die zuvor beschriebene TrĂ€gerstruktur. In a further embodiment, the conductor foil is rigid and / or flexible. A rigid form is, for example, a joint, a flexible is a flexible film or the support structure described above.

Um effektiv zuvor beschriebene Vorrichtungen zu schaffen, ist die Leiterfolie Bestandteil einer zuvor beschriebenen Vorrichtung. To effectively provide previously described devices, the conductor foil is part of a previously described device.

In einer weiteren AusfĂŒhrungsform, wird von jedem Mikrocontroller die Temperatur in der NĂ€he der Messstrecken erfasst. Das ist insbesondere wichtig, weil viele der genannten MessstreckenausfĂŒhrungen temperaturabhĂ€ngig sind und so eine Kompensation vorgenommen werden kann. In a further embodiment, the temperature in the vicinity of the measuring sections is detected by each microcontroller. This is especially important because many of the above-mentioned meter versions are temperature dependent and so compensation can be made.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen optischen Sensor zum Bestimmen eines Abstandes, wobei der Sensor einen Sender und einen EmpfÀnger aufweist und der Sender einen ausreichend weitwinkelige Abstrahlungscharakteristik aufweist, wobei der Abstand Werte von 0,01cm bis 5,00cm, insbesondere von 0,01cm bis 3,00cm oder insbesondere von 0,03cm bis 1,50cm, aufweist und der Sender insbesondere als eine Leuchtdiode ausgestaltet ist. In a further aspect of the invention, the object is achieved by an optical sensor for determining a distance, the sensor having a transmitter and a receiver and the transmitter having a sufficiently wide-angle radiation characteristic, the distance being from 0.01 cm to 5.00 cm, in particular from 0.01 cm to 3.00 cm or in particular from 0.03 cm to 1.50 cm, and the transmitter is designed in particular as a light-emitting diode.

Somit kann ein neuartiger Wegsensor bereitgestellt werden. Durch die weitwinkelige Abstrahlcharakteristik ergibt sich ein starker IntensitĂ€tsgradient des Lichtes entlang der Messstrecke. Dies kann genutzt werden, um eine Abstandsmessung vorzunehmen. Weiterhin weist die Messstrecke in einer diesbezĂŒglichen AusfĂŒhrungsform eine Diffusionsschicht auf, welche die weitwinkelige Abstrahlungscharakteristik des optischen Senders noch vergrĂ¶ĂŸert und einen noch grĂ¶ĂŸeren IntensitĂ€tsgradienten bereitstellt. Insbesondere können in beschriebenen Vorrichtungen und in TrĂ€gerstrukturen die jeweiligen Messstrecken mit einem Material (z.B. Polyurethan oder Silikon mit Titanoxid versetzt) gefĂŒllt sein, welche die Diffusionsschicht bildet. Die Ausleuchtungs- und Empfangskegel können dadurch so weitwinkelig eingestellt werden, dass geringe Rotationen eines Sender- oder EmpfĂ€ngerelements keinen wesentlichen Messunterschied macht. Diese UnabhĂ€ngigkeit ist wichtig, weil Biegungen in einer Ebene, Rotationen der Messstreckenelemente in der anderen Biegeebene mit sich bringen. Diese können mit diesem Wegsensor vernachlĂ€ssigt werden. Thus, a novel displacement sensor can be provided. The wide-angle radiation characteristic results in a strong intensity gradient of the light along the measurement path. This can be used to make a distance measurement. Furthermore, in a relevant embodiment, the measuring path has a diffusion layer which further increases the wide-angle radiation characteristic of the optical transmitter and provides an even greater intensity gradient. In particular, in devices described and in support structures, the respective measuring sections may be filled with a material (e.g., polyurethane or silicone mixed with titanium oxide) which forms the diffusion layer. The illumination and reception cones can be set so wide that low rotations of a transmitter or receiver element makes no significant difference in measurement. This independence is important because bends in one plane cause rotations of the gauge elements in the other bending plane. These can be neglected with this displacement sensor.

Bei Biegung wird in gestauchten Bereichen ein Teil der Diffusionsmasse aus dem Bereich der Messtrecke herausgedrĂŒckt, wĂ€hrend bei Dehnung ein Teil der umliegenden Diffusionsmasse in den Bereich der Messstrecke hineingezogen wird. Beides unterstĂŒtzt die Wirkung des IntensitĂ€tsgradienten bei Bewegung. When bending a portion of the diffusion mass is pushed out of the range of the measuring section in compressed areas, while stretching part of the surrounding diffusion mass is drawn into the region of the measuring section. Both support the effect of the intensity gradient during movement.

Damit mit dem Wegsensor nicht nur AbstĂ€nde gemessen werden können, sondern auch Biegungen, ist es wesentlich, dass eine Biegung mit einer Hebelwirkung in eine AbstandsĂ€nderung ĂŒbersetzt wird. Bei den beschriebenen Sensoren geschieht das durch den Radial- und/oder Orthogonalabstand gegenĂŒber einer idealen Mittelline oder einer Referenzebene. So that not only distances can be measured with the displacement sensor, but also bends, it is essential that a bend with a lever effect is translated into a change in distance. In the case of the sensors described, this is done by the radial and / or orthogonal distance with respect to an ideal center line or a reference plane.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere eine kabelartige Struktur, wobei eine Lage der Vorrichtung in einem Raum messtechnisch ermittelt wird, wobei die Information fĂŒr die Lage innerhalb der Vorrichtung ermittelt wird. In a further aspect of the invention the object is achieved by a device, in particular a cable-like structure, wherein a position of the device is determined by measurement in a room, wherein the information for the position within the device is determined.

So wird bei einem Kabel die Lageinformation in der Seele oder innerhalb der Messschicht ermittelt. Messinformationen außerhalb des Mantels sind nicht erforderlich. Thus, in the case of a cable, the position information in the soul or within the measuring layer is determined. Measurement information outside the shell is not required.

Die beschriebenen Kabelsensoren erfassen dreidimensionale LageausprĂ€gungen durch das Erfassen von Biegungen in zwei Ebenen. FĂŒr bestimmte Auswertung kann es ausreichend sein, Biegungen in nur einer Ebene zu erfassen, z.B. fĂŒr das Erfassen von TragflĂ€chenverbiegungen. The described cable sensors detect three-dimensional bearing characteristics by detecting bends in two planes. For certain evaluation, it may be sufficient to detect bends in only one plane, e.g. for detecting wing bends.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von AusfĂŒhrungsbeispielen erlĂ€utert. Es zeigen Furthermore, the invention will be explained with reference to exemplary embodiments. Show it

1 eine schematische Darstellung eines Kabels mit einer Messschicht, 1 a schematic representation of a cable with a measuring layer,

2 eine schematische Darstellung eine Kabels mit umwickelter TrÀgerstruktur und optischen Sende-/EmpfÀngereinrichtungen, 2 a schematic representation of a cable with a wrapped support structure and optical transceiver devices,

3 eine schematische Darstellung eines gebogenen Kabels mit umwickelter (gebogenen) TrÀgerstruktur, 3 a schematic representation of a bent cable with wrapped (curved) support structure,

4 eine schematische Darstellung eines Kabels mit eingearbeiteter TrÀgerstruktur und orthogonal angeordneten Drucksensoren, 4 a schematic representation of a cable with incorporated support structure and orthogonally arranged pressure sensors,

5 eine schematische Schnittdarstellung eines Kugelgelenks mit optischer Sende- und Empfangseinheit, 5 a schematic sectional view of a ball joint with optical transmitting and receiving unit,

6 eine schematische Darstellung eines FlÀchen-Formsensors mit zweidimensionaler TrÀgerstruktur mit Verbindungen und Messstrecken (oben), Abstandungsmessung mit einer Messstrecke (mitte), Abstandungsmessung und Winkelmessung mit zwei Messstrecken (unten) und 6 a schematic representation of a surface shape sensor with two-dimensional support structure with connections and measuring sections (top), distance measurement with a measuring section (center), distance measurement and angle measurement with two measuring sections (below) and

7 ein schematisches Blockschaltbild einer Auswerteelektronik. 7 a schematic block diagram of an evaluation.

Im Weiteren wird die Erfindung an dem Aufbau eines Kabels mittels der 1 bis 4 nÀher erlÀutert. In addition, the invention of the structure of a cable by means of 1 to 4 explained in more detail.

GrundsĂ€tzlich ist ein Kabel symmetrisch um eine Mittellinie 1 aufgebaut. In der Mitte liegt die sogenannte Seele 2, welche beispielsweise den optischen Leiter bei einem Lichtwellenleiter umfasst. ErfindungsgemĂ€ĂŸ folgt von innen nach außen betrachtet eine Messschicht 3, welche achsparallel zur Mittellinie 1 verlĂ€uft. Zur Vermeidung von axialen Torsionen ist ein Stahlgeflecht 4 einfĂŒgt. Der Ă€ußere Mantel 5 besteht aus einem Agraffprofil, welches eine Biegeradiusbegrenzung ermöglicht und gewĂ€hrleistet, dass auch bei mechanischer Beanspruchung, das Kabelprofil stets kreisrund bleibt. Die Ă€ußeren Schichten 4 und 5 sind aus Metall und verhindern dadurch das Aussenden von elektrischen Feldern oder den Störeinfluss eines Ă€ußeren elektrischen Feldes. Basically, a cable is symmetrical about a centerline 1 built up. In the middle is the so-called soul 2 which comprises, for example, the optical conductor in an optical waveguide. According to the invention, a measuring layer follows from the inside to the outside 3 , which paraxial to the center line 1 runs. To avoid axial torsions is a steel braid 4 fits. The outer coat 5 consists of an agraff profile, which A bending radius limitation allows and ensures that even under mechanical stress, the cable profile always remains circular. The outer layers 4 and 5 are made of metal and thereby prevent the emission of electric fields or the interference of an external electric field.

Im Weiteren wird die Messschicht 3 nĂ€her erlĂ€utert. Die TrĂ€gerstruktur wird durch eine gewickelte Leiterfolie 6 gebildet. Die Form der Leiterfolie 6 ist helikal (schraubenförmig). Die ZwischenrĂ€ume sind mit einem transparenten Elastomer 3 ausgefĂŒllt, das mit Diffusionspartikeln aus Titanoxid versetzt ist. Beiderseits der ZwischenrĂ€ume sind eine Leuchtdiode 7 (2.) und ein Phototransistor 9 (2.) angeordnet. Der Messabstand 8 (2.) von Leuchtdiode 7 (2.) und Phototransistor 9 (2.) entspricht ca. dem Zwischenraum. Leuchtdiode 7 (2.) und Phototransistor 9 (2.) bilden einen optischen Sensor. Ein solcher Sensor ist alle 90° vorgesehen, sodass fĂŒr jeden Freiheitsgrad sowohl eine Stauchungsinformation als auch eine Dehnungsinformation ermittelt wird. Eine solche Viereranordnung von Sensoren ist mehrfach entlang des gesamten Kabels angebracht. In the following the measuring layer becomes 3 explained in more detail. The support structure is through a wound conductor foil 6 educated. The shape of the conductor foil 6 is helical. The interstices are covered with a transparent elastomer 3 filled with diffusion particles of titanium oxide. On both sides of the spaces are a light emitting diode 7 ( 2 .) And a phototransistor 9 ( 2 .) arranged. The measuring distance 8th ( 2 .) of light emitting diode 7 ( 2 .) and phototransistor 9 ( 2 .) corresponds approximately to the gap. led 7 ( 2 .) and phototransistor 9 ( 2 .) form an optical sensor. Such a sensor is provided every 90 °, so that for each degree of freedom both a compression information and a strain information is determined. Such a quad array of sensors is mounted multiple times along the entire cable.

Die Geometrie einer gebogenen Leiterfolie 6 ist in 3 zu sehen. Die abgewickelte Leiterfolie habe die Breite L. Durch den Steigungswinkel Îł der Wicklung ergibt sich eine in Axialrichtung effektive Leiterfolienbreite: l = L/cos Îł. Ein Segment s soll aus der effektiven Leiterfolienbreite l und einem Abstand a bestehen: s = a + l. Da die Segmente klein sein sollen gegenĂŒber dem Biegeradius r, werden alle axialen LĂ€ngenangaben mit BogenlĂ€ngen entlang der BiegekrĂŒmmung approximiert, das verringert den Rechenaufwand. The geometry of a curved conductor foil 6 is in 3 to see. The unwound conductor foil has the width L. The pitch angle Îł of the winding results in an axially effective conductor foil width: l = L / cos Îł. A segment s should consist of the effective conductor foil width l and a distance a: s = a + l. Since the segments should be small compared to the bending radius r, all axial lengths are approximated with arc lengths along the bending curvature, which reduces the computational effort.

Sollte eine feinere Modellierung notwendig werden, werden auch Effekte aus Stauchung und Dehnung berĂŒcksichtigt. Should a finer modeling be necessary, also effects of compression and elongation are considered.

Die BogenlĂ€nge eines Segments ergibt sich aus: s = φr. Dabei beschreibt φ den eingeschlossenen Winkel im Bogenmaß. Die BogenlĂ€nge an der inneren Biegeseite betrĂ€gt si = φ(r – D/2) und an der Ă€ußeren Biegeseite: sa = φ (r + D/2). Dabei beschreibt D den Windungsdurchmesser. Bei einem idealen Sensoraufbau bleibt der Abstand entlang der Mittellinie unverĂ€ndert: a0 = s0 – l. FĂŒr den Abstand an der inneren Biegeseite ergibt sich: ai = φ(r – D/2) – l und an der Ă€ußeren Biegeseite: aa = φ(r + D/2) – l. Der Abstand nimmt also beim Biegen alle LĂ€ngenverĂ€nderungen eines Segmentes auf, da die effektive FolienlĂ€nge konstant bleibt. The arc length of a segment is given by: s = φr. Here φ describes the included angle in radians. The arc length at the inner bending side is s i = φ (r - D / 2) and at the outer bending side: s a = φ (r + D / 2). D describes the coil diameter. With an ideal sensor setup, the distance along the center line remains unchanged: a 0 = s 0 -l. For the distance at the inner bending side we get: a i = φ (r - D / 2) - l and at the outer bending side: a a = φ (r + D / 2) - l. The distance therefore absorbs all length changes of a segment during bending, since the effective foil length remains constant.

Dieses wird angewendet, so dass sich die Messstrecke 8 (2.) des Kabels beim Biegen Ă€ndert. Dies wird durch Wegmessung der Messstrecke 8 (2.) entlang des gesamten Kabels ermittelt. Die einzelnen Daten und Werte werden an eine Recheneinheit auf einem Bussystem ĂŒbermittelt und, ausgehend von einem bekannten Punkt des Kabels, die Orientierung im Raum modelliert. This is applied so that the measuring section 8th ( 2 .) of the cable when bending changes. This is done by measuring the distance of the measuring section 8th ( 2 .) along the entire cable. The individual data and values are transmitted to a computing unit on a bus system and, starting from a known point of the cable, the orientation in space is modeled.

Das Biegen des Kabels wird alternativ drucksensitiv mittels Drucksensor 8 (4.) ermittelt. Dabei werden die KrĂ€fte in der KabelquerschnittsflĂ€che, die durch Stauchung oder Dehnung hervorgerufen werden, ermittelt. Auch diese Drucksensoren 8 (4.) werden direkt auf der gewickelten Leiterfolie 6 aufgebracht. Diese weisen dafĂŒr Zungen/Ausbuchtungen 7 (4.) auf, die so abgeknickt sind, dass Ihre FlĂ€chennormalen parallel zur Kabelmittelinie 1 zeigen. The bending of the cable is alternatively pressure-sensitive by means of a pressure sensor 8th ( 4 .). The forces in the cable cross-sectional area, which are caused by compression or expansion, are determined. Also these pressure sensors 8th ( 4 .) are placed directly on the wound conductor foil 6 applied. These have tongues / bulges 7 ( 4 .), which are bent so that your surface normal parallel to the cable middle line 1 demonstrate.

Eine weitere AusfĂŒhrungsalternative wird in 5 dargestellt. Dort wird ein Knick in einem Kugelgelenk bestimmt. Das Kugelgelenk besteht aus zwei Segmenten von Hohlkugeln 1 unterschiedlicher Radien. Die Radien der Hohlkugeln 1 sind so gewĂ€hlt, dass Kugelgelenke aufeinander gesteckt werden können, so dass eine Kette gebildet wird. Another alternative is in 5 shown. There, a kink in a ball joint is determined. The ball joint consists of two segments of hollow balls 1 different radii. The radii of the hollow spheres 1 are chosen so that ball joints can be put on each other, so that a chain is formed.

Entlang der Kette können so Biegungen approximiert werden. Die Hohlkugeln 1 sind mit FĂŒhrungsstiften 2 und NutfĂŒhrungen 3 in axialer Richtung ausgestattet, sodass eine Torsion verhindert wird. In jedem Kugelgelenk ist zwischen den Hohlkugeln 1 eine Platine 4 befestigt, deren FlĂ€chennormale in axialer Richtung der Kugelgelenkkette zeigt. Auf dieser Platine 4 sind Sender 7 und EmpfĂ€nger 6 des Wegsensors aufgebracht, wobei der Wegsensor den Abstand der Messstrecke zwischen Sender 7 und EmpfĂ€nger 6 bestimmt. Bends can be approximated along the chain. The hollow spheres 1 are with guide pins 2 and groove guides 3 equipped in the axial direction, so that a torsion is prevented. In each ball joint is between the hollow balls 1 a circuit board 4 fastened, the surface normal in the axial direction of the ball joint chain shows. On this board 4 are stations 7 and receiver 6 applied to the displacement sensor, wherein the displacement sensor, the distance of the measuring path between the transmitter 7 and receiver 6 certainly.

So werden Messstrecken durch die Kugeln realisiert. Alternativ weisen die Platinen zusĂ€tzliche Bauelemente 5 fĂŒr die Leitungsanbindung auf. Diese sind als Faltenbalg oder alternativ elastisch ausgefĂŒhrt, um die Biegung aufzunehmen. Sie nehmen die Verbindungsleitungen zwischen den Platinen auf oder halten diese außerhalb des Messbereichs. Die Verbindungen sind helikal oder alternativ mĂ€anderförmig im oder außerhalb des Bauelementes 5 gefĂŒhrt. Thus, measuring distances are realized by the balls. Alternatively, the boards have additional components 5 for the line connection. These are designed as a bellows or alternatively elastic to accommodate the bend. They pick up or keep the connection lines between the boards outside the measuring range. The compounds are helical or alternatively meandering in or outside the component 5 guided.

Die Messstrecken zwischen den Sendern 7 und den EmpfÀngern 6 können mit sÀmtlich beschrieben Wegsensoren bestimmt werden, wobei vorliegend ein optischer Sensor eingesetzt ist. Die Auflösung des optischen Sensors liegt im Millimeter bis Zentimeterbereich. The measuring distances between the transmitters 7 and the recipients 6 can be determined with all described displacement sensors, wherein in the present case an optical sensor is used. The resolution of the optical sensor is in the millimeter to centimeter range.

Vorliegend wird die optische Erfassung beschrieben. Die Messung erfolgt in der axialen Mittellinie. Als Sender wird eine einzelne Leuchtdiode 7 verwendet. Als EmpfĂ€nger dient eine positionsempfindliche Photodiode (PSD). Da bei kleinen KugelgrĂ¶ĂŸen der Naheffekt (Verteilung der LED Strahlcharakteristik) ausgenutzt wird, werden alternativ auf der EmpfĂ€ngerseite auch deutlich gĂŒnstigere Photodioden oder -transistoren 6 verteilt angebracht. Diese unterteilen dann die Platine X in Empfangssektoren, um damit Biegungen in unterschiedliche Richtungen zu unterscheiden. In the present case, the optical detection will be described. The measurement takes place in the axial center line. The transmitter is a single LED 7 used. The receiver is a position-sensitive photodiode (PSD). Since the proximity effect (distribution of the LED beam characteristic) is exploited for small ball sizes, they are used alternatively the receiver side also significantly cheaper photodiodes or transistors 6 distributed. These then divide the board X into receiving sectors to distinguish bends in different directions.

Die Leuchtdiode ist so angebracht, dass sie bis kurz vor die empfangenden Elemente reicht. Die AnschlĂŒsse reichen dann quer durch das KugelgehĂ€use und bilden damit einen Hebel, der in AbhĂ€ngigkeit von der Kugelgelenkverdrehung eine große Bewegung vor den empfangenden Elementen bewirkt. The LED is mounted so that it reaches just before the receiving elements. The connections then extend transversely through the ball housing and thus form a lever that causes a large movement in front of the receiving elements in response to the ball joint rotation.

Da durch die starren Kugelverbindungen keine Stauchungen oder Dehnungen erfolgen, genĂŒgen zwei orthogonal angeordnete Empfangssektoren, um Kugelverdrehungen in den entsprechenden Dimensionen zu detektieren. Since no compressions or expansions occur due to the rigid ball joints, two orthogonally arranged receiving sectors suffice to detect spherical distortions in the corresponding dimensions.

Werden mehrere Sensoren eingesetzt, werden die zusÀtzlichen Informationen genutzt, um Messungenauigkeiten auszugleichen. If multiple sensors are used, the additional information is used to compensate for measurement inaccuracies.

Beim Einsatz mehrerer Sendedioden 7, wird die axiale Mittellinie der Elemente frei fĂŒr eine Seele, die mit verschiedenen Nutzfunktionen ausgestattet ist. Das funktioniert, da bei relativ kleinen Biegeradien die Seele nicht in die Messstrecken ragt. When using several transmitter diodes 7 , the axial center line of the elements becomes free for a soul equipped with various utility functions. This works because with relatively small bending radii the soul does not protrude into the measuring sections.

Eine weitere AusfĂŒhrungsalternative wird in 6 dargestellt. Dort ist die TrĂ€gerstruktur 1 in einer Gitterform gegeben. Die einzelnen Bereiche sind mit mĂ€anderförmigen Leiterbahnen 5 flexibel verbunden. Eine Abstandmessung zwischen den Bereichen wird mit Messtrecken 3 realisiert, wobei ein Sender 2 auf einer TrĂ€gerstruktur gegeben ist und ein EmpfĂ€nger 4 auf dem gegenĂŒberliegenden Bereich der TrĂ€gerstruktur. Neben den optischen Messtrecken können auch andere zuvor beschriebene Messstrecken eingesetzt werden, insbesondere resistive. Another alternative is in 6 shown. There is the carrier structure 1 given in a grid shape. The individual areas are with meandering tracks 5 flexibly connected. A distance measurement between the areas is done with measuring distances 3 realized, being a transmitter 2 is given on a support structure and a receiver 4 on the opposite area of the support structure. In addition to the optical measuring sections, other previously described measuring sections can be used, in particular resistive.

Die Daten aus den Abstandmessungen bestimmen die dreidimensionale Gestalt nicht vollstĂ€ndig. ZusĂ€tzlich sind noch Informationen darĂŒber notwendig, in welcher Richtung eine Biegung vorliegt. Diese können mit einer zweiten Messstrecke, die unterhalb der TrĂ€gerstruktur gegeben ist, bereitgestellt werden. Durch den Höhenversatz der Bauteile ergibt sich jeweils ein Hebel gegenĂŒber der Ebene der TrĂ€gerstruktur. Die Ausleuchtungscharakteristika sind hier wieder als schmale Kegel dargestellt. TatsĂ€chlich sind sie viel weitwinkeliger. Zusammen mit der Wirkung der Diffusionsmasse ergibt sich praktisch keine Änderung, wenn ein (Sender- oder EmpfĂ€nger-)Element gering rotiert wird. Wesentlich sind die AbstĂ€nde, die mit dieser Anordnung prĂ€zise gemessen werden können. FĂŒr jede der beiden Sendedioden können zwei LĂ€ngenmessungen zu den gegenĂŒberliegenden Elementen durchgefĂŒhrt werden. GĂ€be es keinen Seitenversatz der TrĂ€gerstrukturbereiche, wĂ€re die Berechnung der zweidimensionalen Anordnung mit diesen vier Messungen schon ĂŒberbestimmt. So muss die dreidimensionale Information aus einem regionalen Modell berechnet werden. The data from the distance measurements does not completely determine the three-dimensional shape. In addition, information is still necessary in which direction a bend exists. These can be provided with a second measuring path, which is provided below the support structure. The height offset of the components results in each case a lever relative to the plane of the support structure. The illumination characteristics are again shown here as narrow cones. In fact, they are much more angular. Together with the effect of the diffusion mass results in virtually no change when a (transmitter or receiver) element is rotated slightly. Essential are the distances that can be precisely measured with this arrangement. For each of the two transmitting diodes two length measurements can be made to the opposite elements. If there were no lateral offset of the support structure regions, the calculation of the two-dimensional arrangement would already be overdetermined with these four measurements. Thus, the three-dimensional information must be calculated from a regional model.

Die elektronische Verschaltung der beschriebenen Komponenten ist in 7 als Blockschaltbild dargestellt. Es gibt einen (Host)Rechner 1, der Teil der gewĂŒnschten Anwendung sein kann. Er rechnet die Daten der Messstrecken in die gewĂŒnschten Informationen um. Insbesondere werden in einem Zwischenschritt lokale Biegewinkel berechnet. Diese Informationen stehen dann fĂŒr die gesamte axiale LĂ€nge zur VerfĂŒgung. The electronic interconnection of the components described is in 7 shown as a block diagram. There is a (host) computer 1 which may be part of the desired application. It converts the data of the measuring sections into the desired information. In particular, local bending angles are calculated in an intermediate step. This information is then available for the entire axial length.

Insbesondere werden die Biegewinkel zur Visualisierung der RaumsausprĂ€gungen benutzt. Dies erfolgt mit ĂŒblichen Visualisierungsumgebgungen wie z.B. DirectX oder Java3D, die es ermöglichen, in einem virtuellen Raum(Teil-)Segmente der TrĂ€gerstruktur darzustellen. An deren Ende wird ein neues Koordinatensystem zugordnet, an das das folgende (Teil-)Segment gebunden wird. Die Koordinatensysteme werden dann mit den zugehörigen lokalen Biegewinkeln parametrisiert. Dadurch ist eine Gesamtdarstellung einfach möglich. In particular, the bending angles are used to visualize the spatial characteristics. This is done with conventional visualization environments such as e.g. DirectX or Java3D, which make it possible to represent (sub) segments of the support structure in a virtual space. At the end, a new coordinate system is assigned to which the following (sub-) segment is bound. The coordinate systems are then parameterized with the associated local bending angles. This makes an overall presentation easy.

FĂŒr Überwachungsanwendungen werden die Werte der lokalen Biegewinkel ĂŒberwacht. Insbesondere ist das in einem einfachen Fall durch die Vorgabe von lokalen Schwellwerten möglich. In einer weiteren Ausgestaltung werden beliebige Kombinationen von BiegewinkelausprĂ€gungen ĂŒberwacht. Die Vorgabe erfolgt typischerweise durch Musterkombinationen mit dem gewĂŒnschten Ausgabeergebnis. Damit das System auch fĂŒr Biegewinkelkombinationen, die den Musterkombinationen nur Ă€hnlich sind, auch Ă€hnliche Ausgaben erzeugt, werden ĂŒbliche Mustererkennungsverfahren, wie z.B. SVM (Support-Vektor-Machines) eingesetzt, die diese gewĂŒnschten Generalisierungseigenschaften realisieren. For monitoring applications, the values of the local bending angles are monitored. In particular, this is possible in a simple case by specifying local threshold values. In a further embodiment, any combinations of bending angle characteristics are monitored. The default is typically done by pattern combinations with the desired output result. In order for the system to produce similar outputs even for bend angle combinations that are only similar to the pattern combinations, conventional pattern recognition techniques, such as those described in U.S. Pat. SVM (Support Vector Machines) are used, which realize these desired generalization properties.

Der (Host)Rechner 1 ist ĂŒber eine serielle Verbindung 24 mit dem ProgrammiergerĂ€t 2 verbunden. Alternativ kann dies auch ein anderer (Host)Rechner sein, der dann die Entwicklungsumgebung fĂŒr die Mikrocontroller betreibt. Programmiert werden die Mikrocontroller ĂŒber einen seriellen Bus 7 z.B. anhand SPI. Jeder der drei dargestellten Mikrocontroller 4–6 ist an den Bus 7 mit den Abgriffen 11–13 angeschlossen. The (host) computer 1 is via a serial connection 24 with the programmer 2 connected. Alternatively, this can also be another (host) computer, which then runs the development environment for the microcontroller. The microcontrollers are programmed via a serial bus 7 eg by SPI. Each of the three microcontrollers shown 4 - 6 is on the bus 7 with the taps 11 - 13 connected.

Zur Programmierung verwenden die meisten Mikrokontroller einen dedizierten Input-Port, der fĂŒr diesen Zweck aktiv gesetzt wird. Dies erfolgt vorliegend nicht ĂŒber die Verbindungsleitungen der TrĂ€gerstrukturen, da dafĂŒr fĂŒr jeden Mikrocontroller eine eigene Verbindung realisiert werden mĂŒsste. Dieser Input-Port zum Programmieren wird direkt vom vorgeschalteten Mikrocontroller betĂ€tigt. DafĂŒr sind die Leitungen 15, 16 und 17 vorgesehen. Der vorgeschaltete Mikrocontroller „weiß“ aus einer besonderen Speicherkonfiguration, die beim Programmieren mit in den Baustein geschrieben wird, dass er selbst gerade programmiert wurde und nun der nĂ€chste Mikrocontroller programmiert werden soll. Damit das ProgrammiergerĂ€t dafĂŒr den richtigen Zeitpunkt vorgibt, gibt es noch eine globale Signalisierungsleitung 14 mit den Abgriffen 21–23. Zur Initiierung der gesamten Programmierung wird von Mikrocontroller 3 ein Schalter 15 betĂ€tigt. For programming, most microcontrollers use a dedicated input port, which is set active for this purpose. In the present case, this does not take place via the connecting lines of the carrier structures since a separate connection would have to be realized for each microcontroller. This input port for programming is operated directly by the upstream microcontroller. That's what the wires are for 15 . 16 and 17 intended. The upstream microcontroller "knows" from a special memory configuration, which is written into the module during programming, that it itself has just been programmed and now the next microcontroller is to be programmed. In order for the programming device to set the right time, there is also a global signaling line 14 with the taps 21 - 23 , To initiate all programming is done by microcontroller 3 a switch 15 actuated.

Mikrocontroller 3 hat eine besondere Aufgabe. Über den Datenbus 7 liest er die Messwerte der lokalen Mikrocontroller 4–6 und reicht sie an den (Host)Rechner 1 ĂŒber die serielle Verbindung 25 weiter. Er ĂŒbernimmt auch die Steuerung der Auswahl des messenden Mikrocontrollers. Dies geschieht ĂŒber die Auswahlleitungen 18–20, die eine Auslesefunktion im Daisy-Chain Verfahren ermöglicht. In dieser Variante werden ĂŒber diese Leitungen auch gleich die Sender der Messstrecken 8 und 9 aktiviert. In dieser Ausgestaltung werden sie vom Auswahlsignal des vorgeschalteten Mikrocontrollers mit geschaltet. Die Messstrecken haben dann vor der eigentlichen Messung noch Zeit Transienten abzubauen. In einer anderen AusfĂŒhrung werden die Sender auch an einen Ausgangs-Port eines lokalen Mikrocontrollers angeschlossen. Ist ein Auswertungszyklus z.B. des Mikrocontrollers 5 erfolgt, benachrichtigt er den nĂ€chsten Mikrocontroller 6 ĂŒber die Verbindung 20. Den globalen Takt bestimmt der Mikrokontroller 3 ĂŒber die zur Laufzeit nicht benötigte Programmierleitung 14 und deren Abgriffe 21–23. In einer anderen AusfĂŒhrung erfolgt das auch ĂŒber eine separate Verbindung. microcontroller 3 has a special job. Via the data bus 7 he reads the readings of the local microcontroller 4 - 6 and submit it to the (host) computer 1 over the serial connection 25 further. He also takes over the control of the selection of the measuring microcontroller. This is done via the selection lines 18 - 20 , which allows a read-out function in the daisy-chain method. In this variant, the transmitters of the measuring sections are also the same via these lines 8th and 9 activated. In this embodiment, they are connected by the selection signal of the upstream microcontroller. The measuring sections then have to reduce transient time before the actual measurement. In another embodiment, the transmitters are also connected to an output port of a local microcontroller. Is an evaluation cycle eg of the microcontroller 5 If so, it notifies the next microcontroller 6 about the connection 20 , The global clock is determined by the microcontroller 3 via the programming line not required at runtime 14 and their taps 21 - 23 , In another embodiment, this is also done via a separate connection.

Zu einem Auswertezyklus gehören das Wandeln der Sensorwerte der Messstrecken 8 und 9 von analogen in digitale Werte und das Weiterreichen dieser Informationen ĂŒber die Abgriffe 11–13 auf der Busleitung 7 zu Mikrocontroller 3, der sie dem (Host)Rechner 1 ĂŒber die Verbindung 25 zur VerfĂŒgung stellt. Diese Verbindung ist eine rechnertypische Schnittstelle, wie z.B. USB, Firewire, Ethernet. Die Schaltung in 6 wird zur rechten Seite von weiteren Mikrocontrollern fortgesetzt, deren Beschaltung und Funktion der von den Mikrocontrollern 5 und 6 entspricht. An evaluation cycle involves the conversion of the sensor values of the measuring sections 8th and 9 from analog to digital values and passing on this information via the taps 11 - 13 on the bus line 7 to microcontroller 3 that you (host) computer 1 about the connection 25 provides. This connection is a typical computer interface, such as USB, Firewire, Ethernet. The circuit in 6 is continued to the right of other microcontrollers, their wiring and function of the microcontrollers 5 and 6 equivalent.

Claims (10)

TrĂ€gerstruktur zum Messen eines Biegens, wobei der TrĂ€gerstruktur eine erste Aussparung mit einer Axialbeabstandung und/oder eine zweite Aussparung mit einer Orthogonalbeabstandung aufweist, sodass bei dem Biegen der TrĂ€gerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung und/oder der Orthogonalbeabstandung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbeabstandung und/oder die Orthogonalbeabstandung messtechnisch von einem Sensor, insbesondere einem Wegsensor oder einem Drucksensor, ĂŒberbrĂŒckt ist. Support structure for measuring a bending, wherein the support structure has a first recess with an axial spacing and / or a second recess with a Orthogonalbeabstandung, so that upon bending of the support structure substantially a change of the axial spacing and / or the Orthogonalbeabstandung occurs, characterized in that the Axialbeabstandung and / or the Orthogonalbeabstandung metrologically by a sensor, in particular a displacement sensor or a pressure sensor is bridged. TrĂ€gerstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei, drei, vier oder mehr Sensoren. Support structure according to claim 1, characterized by two, three, four or more sensors. TrĂ€gerstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei, drei, vier oder mehr Sensoren, versorgungstechnisch, messtechnisch, steuerungstechnisch, regelungstechnisch und/oder informationstechnisch, insbesondere mittels eines Bussystems, miteinander verbunden sind. Support structure according to claim 2, characterized in that the two, three, four or more sensors, supply technology, metrology, control technology, control technology and / or information technology, in particular by means of a bus system, are interconnected. TrĂ€gerstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen zwei oder mehr Sensoren helikal oder mĂ€anderförmig ausgestaltet ist. Support structure according to claim 3, characterized in that the connection between two or more sensors is designed helical or meandering. TrĂ€gerstruktur nach einem der vorherigen AnsprĂŒche, gekennzeichnet durch zwei, drei, vier oder mehr Aussparungen. Support structure according to one of the preceding claims, characterized by two, three, four or more recesses. TrĂ€gerstruktur nach einem der vorherigen AnsprĂŒche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Sender und einen EmpfĂ€nger aufweist, wobei insbesondere der EmpfĂ€nger ein ortsauflösender EmpfĂ€nger ist. Support structure according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor comprises a transmitter and a receiver, wherein in particular the receiver is a spatially resolving receiver. TrĂ€gerstruktur nach einem der vorherigen AnsprĂŒche, dadurch gekennzeichnet, dass die TrĂ€gerstruktur als ein Gelenk ausgestaltet ist oder ein Gelenk aufweist. Support structure according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure is designed as a joint or has a joint. TrĂ€gerstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei, vier oder mehr Gelenke aufweist. Support structure according to claim 7, characterized in that two, three, four or more joints. TrĂ€gerstruktur nach einem der AnsprĂŒche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die TrĂ€gerstruktur als Helix oder mĂ€anderförmig ausgestaltet ist. Support structure according to one of claims 1 to 8, characterized in that the support structure is designed as a helix or meandering. Vorrichtung, welche eine TrĂ€gerstruktur nach einem der vorherigen AnsprĂŒche aufweist. Device having a support structure according to one of the preceding claims.
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