DE102014211822A1 - Apparatus and method for contactless determination of a position of a test device which can be introduced into a hollow body and test device - Google Patents

Apparatus and method for contactless determination of a position of a test device which can be introduced into a hollow body and test device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper (102) einführbaren Prüfvorrichtung (104). Die Vorrichtung (100) umfasst ein erstes kapazitives Sensorelement (106), welches mit einem ersten Segment des Hohlkörpers eine erste elektrische Kapazität (114) ausbildet, wenn das erste Sensorelement (106) in den Hohlkörper (102) eingeführt ist, wobei die erste Kapazität (114) einen ersten Abstand (d1) zwischen dem ersten Sensorelement (106) und einem dem ersten Segment (116) des Hohlkörpers (102) repräsentiert, ein zweites kapazitives Sensorelement (108), welches mit einem zweiten Segment des Hohlkörpers eine zweite elektrischen Kapazität (118) ausbildet, wenn das zweite Sensorelement (108) in den Hohlkörper (102) eingeführt ist, wobei die zweite Kapazität (118) einen zweiten Abstand (d2) zwischen dem zweiten Sensorelement (108) und einem dem zweiten Segment (120) des Hohlkörpers (102) repräsentiert, sowie eine Auswerteeinrichtung (110) zum Bestimmen eines Auswertesignals (126) unter Verwendung eines die erste Kapazität (114) repräsentierendem elektrischen Signal (122) und eines die zweite Kapazität (118) repräsentierendem elektrischen Signal (124), wobei das Auswertesignal (126) die Lage der Prüfvorrichtung (104) in dem Hohlkörper (102) repräsentiert, wenn die Vorrichtung (100) an der Prüfvorrichtung (104) angeordnet ist.The invention relates to a device (100) for the contactless determination of a position of a test device (104) insertable into a hollow body (102). The device (100) comprises a first capacitive sensor element (106) which forms a first electrical capacitance (114) with a first segment of the hollow body when the first sensor element (106) is inserted into the hollow body (102), the first capacitance (114) represents a first distance (d1) between the first sensor element (106) and a first segment (116) of the hollow body (102), a second capacitive sensor element (108) which has a second electrical capacitance with a second segment of the hollow body (118) when the second sensor element (108) is inserted into the hollow body (102), the second capacitance (118) having a second distance (d2) between the second sensor element (108) and the second segment (120) of the second sensor element (108) And an evaluation device (110) for determining an evaluation signal (126) using an electrical signal (12. 12) representing the first capacitance (114) 2) and an electrical signal (124) representing the second capacitance (118), wherein the evaluation signal (126) represents the position of the test apparatus (104) in the hollow body (102) when the device (100) is connected to the test apparatus (104). is arranged.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung, auf eine entsprechende Prüfvorrichtung, auf ein entsprechendes Verfahren zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.The present invention relates to a device for contactless determination of a position of a test device which can be inserted into a hollow body, to a corresponding test device, to a corresponding method for contactless determination of a position of a test device which can be inserted into a hollow body and to a corresponding computer program.

Zum berührungslosen Einführen einer Prüfsonde in einen Hohlraum mit unbekannter Lage und Geometrie ist ein ungeregeltes, mechanisches Einführen, beispielsweise durch eine Spannvorrichtung bekannt. Solche Spannvorrichtungen werden beispielsweise in Kombination mit einem Innenprüfsensor verwendet.For non-contact insertion of a test probe into a cavity of unknown position and geometry is an unregulated, mechanical insertion, for example by a clamping device known. Such tensioning devices are used, for example, in combination with an internal inspection sensor.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 029 021 A1 offenbart ein Sensorsystem zur Umfeldüberwachung an einem mechanischen Bauteil und ein Verfahren zur Ansteuerung und Auswertung des Sensorsystems.The publication DE 10 2009 029 021 A1 discloses a sensor system for environmental monitoring on a mechanical component and a method for controlling and evaluating the sensor system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung, eine entsprechende Prüfvorrichtung, die die Vorrichtung verwendet, ein entsprechendes Verfahren zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, a device for contactless determination of a position of a test device insertable into a hollow body, a corresponding test device using the device, a corresponding method for contactless determination of a position of a test device insertable into a hollow body, and finally a corresponding one Computer program presented according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Nach einem kapazitiven Prinzip können Abstände bestimmt werden. Über zumindest zwei kapazitive Sensoren kann eine Lage oder Position einer Prüfsonde beziehungsweise einer Prüfvorrichtung in einen Hohlkörper bestimmt werden und ein die Lage der Prüfsonde beziehungsweise der Prüfvorrichtung repräsentierendes Signal ausgegeben werden.Distances can be determined according to a capacitive principle. A position or position of a test probe or a test device in a hollow body can be determined via at least two capacitive sensors and a signal representing the position of the test probe or the test apparatus can be output.

Es wird eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung vorgestellt, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
ein erstes kapazitives Sensorelement, welches mit einem ersten Segment des Hohlkörpers eine erste elektrische Kapazität ausbildet, wenn das erste Sensorelement in den Hohlkörper eingeführt ist, wobei die erste Kapazität einen ersten Abstand zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Segment des Hohlkörpers repräsentiert;
ein zweites kapazitives Sensorelement, welches mit einem zweiten Segment des Hohlkörpers eine zweite elektrische Kapazität ausbildet, wenn das zweite Sensorelement in den Hohlkörper eingeführt ist, wobei die zweite Kapazität einen zweiten Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Segment des Hohlkörpers repräsentiert; und
eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen eines Auswertesignals unter Verwendung eines die erste Kapazität repräsentierenden elektrischen Signals und eines die zweite Kapazität repräsentierenden elektrischen Signals, wobei das Auswertesignal die Lage der Prüfvorrichtung in dem Hohlkörper repräsentiert, wenn die Vorrichtung an der Prüfvorrichtung angeordnet und die Prüfvorrichtung in den Hohlkörper eingeführt ist.The invention relates to a device for the contactless determination of a layer of a test device which can be introduced into a hollow body, the device having the following features:
a first capacitive sensor element forming a first electrical capacitance with a first segment of the hollow body when the first sensor element is inserted into the hollow body, the first capacitance representing a first distance between the first sensor element and the first segment of the hollow body;
a second capacitive sensor element forming a second electrical capacitance with a second segment of the hollow body when the second sensor element is inserted into the hollow body, the second capacitance representing a second distance between the second sensor element and the second segment of the hollow body; and
an evaluation device for determining an evaluation signal using an electrical signal representing the first capacitance and an electrical signal representing the second capacitance, the evaluation signal representing the position of the test device in the hollow body when the device is arranged on the test apparatus and introduced the test apparatus into the hollow body is.

Das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement können je eine Elektrode eines kapazitiven Sensors bilden. Eine erste Gegenelektrode zu dem als erste Elektrode ausgebildeten Sensorelement kann durch eine durch das erste Segment des Hohlkörpers ausgebildete erste Gegenfläche gebildet werden. Eine zweite Gegenelektrode zu dem als zweite Elektrode ausgebildeten Sensorelement kann durch eine durch das zweite Segment des Hohlkörpers ausgebildete zweite Gegenfläche gebildet werden. Das erste Segment des Hohlkörpers kann eine erste Gegenelektrode bilden. Das zweite Segment des Hohlkörpers kann eine zweite Gegenelektrode bilden. Zwischen dem ersten Sensorelement und der durch das erste Segment des Hohlkörpers ausgebildeten ersten Gegenfläche kann die erste Kapazität erzeugt werden. Zwischen dem zweiten kapazitiven Sensorelement und der durch das zweite Segment des Hohlkörpers ausgebildeten zweiten Gegenfläche kann die zweite Kapazität erzeugt werden. Alternativ kann das erste Sensorelement eine erste Elektrode und eine erste Gegenelektrode umfassen und die erste Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der ersten Gegenelektrode erzeugt werden. Ebenso kann das zweite Sensorelement eine zweite Elektrode und eine zweite Gegenelektrode umfassen und die zweite Kapazität zwischen der zweiten Elektrode und der zweiten Gegenelektrode erzeugt werden.The first sensor element and the second sensor element can each form one electrode of a capacitive sensor. A first counterelectrode to the sensor element formed as a first electrode can be formed by a first counter surface formed by the first segment of the hollow body. A second counter electrode to the sensor element formed as a second electrode can be formed by a second counter surface formed by the second segment of the hollow body. The first segment of the hollow body may form a first counterelectrode. The second segment of the hollow body may form a second counterelectrode. The first capacitance can be generated between the first sensor element and the first mating surface formed by the first segment of the hollow body. The second capacitance can be generated between the second capacitive sensor element and the second mating surface formed by the second segment of the hollow body. Alternatively, the first sensor element may comprise a first electrode and a first counterelectrode, and the first capacitance may be generated between the first electrode and the first counterelectrode. Likewise, the second sensor element may comprise a second electrode and a second counterelectrode, and the second capacitance may be generated between the second electrode and the second counterelectrode.

Unter einer Auswerteeinrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Auswerteeinrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerteeinrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, an evaluation device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The evaluation device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based configuration, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the evaluation device. However, it is also possible that the interfaces are own integrated circuits or at least partly consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, unter Verwendung der Kapazitäten eine Position der Prüfvorrichtung in Bezug auf den Hohlkörper zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, unter Verwendung der Kapazitäten den Abstand der Sensorelemente zu den Segmenten des Hohlkörpers zu bestimmen. Dabei kann das Auswertesignal unter Verwendung der Position und gleichzeitig oder alternativ unter Verwendung der Abstände bestimmt werden. Die Position kann eine relative Position zu dem Hohlkörper beschreiben. Vorteilhaft kann durch Kenntnis der Position oder der Abstände die Lage der Prüfvorrichtung bestimmt werden. Vorteilhaft kann durch Kenntnis der Position oder der Abstände die Prüfvorrichtung berührungslos in den Hohlkörper eingeführt werden. Dabei kann die Prüfvorrichtung manuell geführt oder automatisch in den Hohlkörper eingeführt werden.The evaluation device may be configured to determine a position of the testing device with respect to the hollow body, using the capacitances. The evaluation device can be designed to determine the distance of the sensor elements to the segments of the hollow body using the capacitances. In this case, the evaluation signal can be determined using the position and simultaneously or alternatively using the distances. The position may describe a relative position to the hollow body. Advantageously, by knowing the position or the distances, the position of the test device can be determined. Advantageously, by knowing the position or the distances, the testing device can be introduced without contact into the hollow body. In this case, the test device can be guided manually or automatically inserted into the hollow body.

Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines Spannungssignals zum Anlegen an den Hohlkörper umfassen, um die elektrischen Kapazitäten zwischen den Sensorelementen und den Segmenten des Hohlkörpers zu erzeugen. So können die als Gegenelektroden ausgebildeten Segmente des Hohlkörpers gespeist werden. Vorteilhaft können die Kapazitäten effizient erzeugt werden.The device may include an interface for providing a voltage signal for application to the hollow body in order to generate the electrical capacitances between the sensor elements and the segments of the hollow body. Thus, the formed as counter electrodes segments of the hollow body can be fed. Advantageously, the capacities can be generated efficiently.

Die Sensorelemente können eine erste Schicht mit elektrisch leitenden oder leitfähigen Abschnitten und zumindest eine nicht-leitende, also isolierende Schicht umfassen. Die leitenden Abschnitte der ersten Schicht können Elektroden eines kapazitiven Sensors bilden.The sensor elements may comprise a first layer with electrically conductive or conductive sections and at least one non-conductive, ie insulating layer. The conductive portions of the first layer may form electrodes of a capacitive sensor.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine erste Schicht mit einem ersten leitenden Abschnitt zum Ausbilden des ersten Sensorelementes und einem zweiten leitenden Abschnitt zum Ausbilden des zweiten Sensorelements auf. Vorteilhafterweise können weitere leitende Abschnitte in der ersten Schicht realisiert werden, sodass die Anzahl der Sensorelemente weiter erhöht werden kann.According to one embodiment, the device has a first layer with a first conductive portion for forming the first sensor element and a second conductive portion for forming the second sensor element. Advantageously, further conductive sections can be realized in the first layer, so that the number of sensor elements can be further increased.

Dabei kann die Vorrichtung leitende Bereiche zum Ausbilden von Abschirmungen aufweisen. Die leitenden Bereiche können alternierend zu den leitenden Abschnitten in der ersten Schicht angeordnet sein. Die ermöglicht eine dünnschichtige Realisierung der Sensorelemente. In this case, the device may have conductive areas for forming shields. The conductive regions may be arranged alternately to the conductive portions in the first layer. This enables a thin-layered realization of the sensor elements.

Zusätzlich oder alternativ können entsprechende leitende Bereiche in einer zweiten Schicht angeordnet sein. Die erste und die zweite Schicht können dabei stapelförmig übereinander angeordnet sein, wobei zwischen den Schichten eine Isolierschicht angeordnet sein kann. Dabei können die leitenden Abschnitte in der ersten Schicht alternierend zu den leitenden Bereichen in der zweiten Schicht angeordnet sein. Elektrisch isolierende Bereiche in der zweiten Schicht können auf Höhe der leitenden Abschnitte der ersten Schicht angeordnet sein. Vorteilhaft kann dadurch eine robuste Vorrichtung geschaffen werden.Additionally or alternatively, corresponding conductive regions may be arranged in a second layer. The first and the second layer can be stacked one above the other, wherein an insulating layer can be arranged between the layers. In this case, the conductive portions in the first layer may be arranged alternately to the conductive regions in the second layer. Electrically insulating regions in the second layer may be disposed at the level of the conductive portions of the first layer. Advantageously, a robust device can be created thereby.

Die Sensorelemente können beispielsweise eine erste Schicht mit leitenden Abschnitten, zumindest eine zweite Schicht mit leitenden Bereichen und zumindest eine nicht-leitende Schicht umfassen. Die nicht-leitende Schicht kann zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet sein. Die leitenden Abschnitte der ersten Schicht können Elektroden eines kapazitiven Sensors bilden. Die leitenden Abschnitte der zweiten Schicht können die Funktion einer Abschirmung aufweisen. Vorteilhaft kann dadurch eine gerichtete Kapazität aufgebaut und erfasst werden. Die Sensorelemente können weitere nicht-leitende Schichten aufweisen, als Trägermaterial, wie beispielsweise eine Flexfolie, oder als Schutzschicht. The sensor elements may comprise, for example, a first layer with conductive sections, at least one second layer with conductive areas and at least one non-conductive layer. The non-conductive layer may be disposed between the first layer and the second layer. The conductive portions of the first layer may form electrodes of a capacitive sensor. The conductive portions of the second layer may function as a shield. Advantageously, a directed capacitance can be constructed and detected thereby. The sensor elements may comprise further non-conductive layers, as a carrier material, such as a flex foil, or as a protective layer.

Somit können die Sensorelemente auf einer Flexfolie angeordnet sein. Eine solche Flexfolie kann vorteilhaft auch auf eine gebogene Oberfläche der Prüfvorrichtung aufgebracht werden.Thus, the sensor elements can be arranged on a flex foil. Such a flex foil can advantageously also be applied to a curved surface of the test device.

Die Vorrichtung kann zumindest ein drittes kapazitives Sensorelement zum Erzeugen einer dritten elektrischen Kapazität aufweisen. Die dritte Kapazität kann einen dritten Abstand zwischen dem dritten Sensorelement und einem dritten Segment des Hohlkörpers repräsentieren. Das dritte Sensorelement kann analog zu dem ersten Sensorelement und ergänzend oder alternativ analog zu dem zweiten Sensorelement aufgebaut sein. So kann eine dritte Kapazität zwischen dem dritten Sensorelement und einer durch ein drittes Segment des Hohlkörpers ausgebildeten dritten Gegenfläche gebildet werden. Weiterhin kann die Vorrichtung eine Vielzahl von kapazitiven Sensorelementen aufweisen. Vorzugsweise kann die Vielzahl von kapazitiven Sensorelementen paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Prüfvorrichtung angeordnet sein. Vorteilhaft kann durch Differenzbildung zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Prüfvorrichtung angeordneten Sensorelementen schnell und effizient eine Lageabweichung von einer idealen Mittellage bestimmt werden.The device may comprise at least a third capacitive sensor element for generating a third electrical capacitance. The third capacitance may represent a third distance between the third sensor element and a third segment of the hollow body. The third sensor element can be constructed analogously to the first sensor element and additionally or alternatively analogously to the second sensor element. Thus, a third capacitance between the third sensor element and formed by a third segment of the hollow body third mating surface can be formed. Furthermore, the device can have a multiplicity of capacitive sensor elements. Preferably, the plurality of capacitive sensor elements may be arranged in pairs on opposite sides of the test apparatus. Advantageously, a positional deviation from an ideal central position can be determined quickly and efficiently by forming the difference between two sensor elements arranged on opposite sides of the test device.

Günstig ist es auch, wenn die Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, das Auswertesignal zu visualisieren. Die Anzeigeeinrichtung kann ausgebildet sein, eine Richtung und ergänzend oder alternativ eine Distanz anzuzeigen, die die Prüfvorrichtung zu bewegen ist, um eine Kollision der Prüfvorrichtung mit dem Hohlkörper zu vermeiden.It is also favorable if the device has a display device which is designed to visualize the evaluation signal. The display device may be configured to indicate a direction and additionally or alternatively a distance that the test device is to be moved in order to avoid a collision of the test device with the hollow body.

Die Vorrichtung kann eine Steuereinrichtung umfassen, die ausgebildet ist, ein Steuersignal unter Verwendung des Auswertesignals an einer Schnittstelle zu einem Aktor der Prüfvorrichtung auszugeben, um die Prüfvorrichtung berührungslos in dem Hohlkörper zu bewegen. Vorteilhaft kann die Prüfvorrichtung autonom in den Hohlkörper berührungslos eingeführt werden.The device may comprise a control device, which is designed to output a control signal using the evaluation signal at an interface to an actuator of the test device in order to move the test device without contact in the hollow body. Advantageously, the tester can be introduced autonomously into the hollow body without contact.

Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform, gemäß der die Prüfvorrichtung in einen Hohlkörper einführbar ist, kann der Hohlkörper über die Prüfvorrichtung geführt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Prüfvorrichtung um den Hohlkörper herum bewegbar sein.As an alternative to the described embodiment, according to which the test device can be introduced into a hollow body, the hollow body can be guided over the test device. Additionally or alternatively, the testing device can be movable around the hollow body.

Ein Prüfsystem kann die genannte Prüfvorrichtung und die genannte Vorrichtung umfassen, wobei die Sensorelemente der Vorrichtung auf einer Oberfläche der Prüfvorrichtung angeordnet sind.A test system may comprise said test device and said device, wherein the sensor elements of the device are disposed on a surface of the test device.

Eine Prüfvorrichtung kann eine Prüfsonde umfassen. Die Prüfvorrichtung kann einen in den Hohlkörper einführbaren ersten Teilabschnitt und einen außerhalb des Hohlkörpers verbleibenden zweiten Teilabschnitt aufweisen. Dabei können die Sensorelemente der Vorrichtung an dem ersten Teilabschnitt angeordnet sein. Die Auswerteeinrichtung kann abgesetzt zu den Sensorelementen an dem zweiten Teilabschnitt angeordnet sein. Die Sensorelemente und die Auswerteeinrichtung können über zumindest eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sein. Vorteilhaft kann die Vorrichtung einen Durchmesser der Prüfvorrichtung um wenige Mikrometer, beispielsweise weniger als 150 Mikrometer oder weniger als 100 Mikrometer vergrößern. Die Sensorelemente können auf einem dünnen Träger von wenigen Mikrometern Dicke angeordnet sein. Die Vorrichtung und insbesondere die Sensorelemente können auch durch Verfahren, wie beispielsweise Laserdirektstrukturierung, direkt auf die Prüfvorrichtung aufgebracht werden und dadurch den Durchmesser der Prüfvorrichtung nicht vergrößern.A test device may comprise a test probe. The test apparatus may have a first section which can be introduced into the hollow body and a second section which remains outside the hollow body. In this case, the sensor elements of the device can be arranged on the first subsection. The evaluation device can be arranged offset to the sensor elements on the second section. The sensor elements and the evaluation device can be connected to one another via at least one connecting line. Advantageously, the device can increase a diameter of the test apparatus by a few microns, for example less than 150 microns or less than 100 microns. The sensor elements can be arranged on a thin carrier of a few micrometers thickness. The device and in particular the sensor elements can also be applied directly to the test apparatus by methods such as laser direct structuring, thereby not increasing the diameter of the test apparatus.

Das Prüfsystem kann eine Aktoreinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Relativbewegung zwischen dem Hohlkörper und der Prüfvorrichtung zu bewirken. Die Aktoreinrichtung kann ausgebildet sein, um eine berührungslose Relativbewegung zwischen dem Hohlkörper und der Prüfvorrichtung oder einem ersten Teilabschnitt der Prüfvorrichtung unter Verwendung des Auswertesignals zu bewirken. Die Aktoreinrichtung kann auch ausgebildet sein, den Hohlkörper über die Prüfvorrichtung zu führen oder zu bewegen. Hierdurch kann eine automatische Prüfbewegung durchgeführt werden.The test system may comprise an actuator device, which is designed to effect a relative movement between the hollow body and the test apparatus. The actuator device can be designed to effect a contactless relative movement between the hollow body and the test apparatus or a first subsection of the test apparatus using the evaluation signal. The actuator device can also be designed to guide or move the hollow body via the test device. As a result, an automatic test movement can be performed.

Es wird ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bestimmen oder Erzeugen einer ersten elektrischen Kapazität zwischen einem ersten kapazitiven Sensorelement und einer durch ein erstes Segment des Hohlkörpers ausgebildeten ersten Gegenfläche, und Bestimmen oder Erzeugen einer zweiten elektrischen Kapazität zwischen einem zweiten kapazitiven Sensorelement und einer durch ein zweites Segment des Hohlkörpers ausgebildeten zweiten Gegenfläche, wobei die erste Kapazität einen ersten Abstand zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Segment repräsentiert und die zweite Kapazität einen zweiten Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Segment repräsentiert; und
Bestimmen eines Auswertesignals unter Verwendung eines die erste Kapazität repräsentierenden elektrischen Signals und eines die zweite Kapazität repräsentierenden elektrischen Signals, wobei das Auswertesignal die Lage der Prüfvorrichtung in dem Hohlkörper repräsentiert, wenn die Vorrichtung an der Prüfvorrichtung angeordnet ist.The invention relates to a method for the non-contact determination of a position of a test device which can be introduced into a hollow body, the method comprising the following steps:
Determining or generating a first electrical capacitance between a first capacitive sensor element and a first mating surface formed by a first segment of the hollow body, and determining or generating a second electrical capacitance between a second capacitive sensor element and a second mating surface formed by a second segment of the hollow body the first capacitance represents a first distance between the first sensor element and the first segment and the second capacitance represents a second distance between the second sensor element and the second segment; and
Determining an evaluation signal using an electrical signal representing the first capacitance and an electrical signal representing the second capacitance, the evaluation signal representing the position of the test apparatus in the hollow body when the device is arranged on the test apparatus.

Beispielsweise können die Kapazitäten ausgewertet werden, um berührungslos einen Abstand zwischen dem ersten Sensorelement und dem Hohlkörper und um berührungslos einen Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement und dem Hohlkörper zu messen.For example, the capacitances can be evaluated in order to measure contactlessly a distance between the first sensor element and the hollow body and to measure without contact a distance between the second sensor element and the hollow body.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Die Sensorelemente können einen Schichtaufbau aus elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Lagen aufweisen. Dabei schafft die Vorrichtung vorteilhaft ein berührungsloses Einführen eines Objektes innerhalb eines anderen (zu untersuchenden) Objekts beziehungsweise eine Abstandsmessung. Dabei kann in einem Ausführungsbeispiel der Hohlkörper oder die Probe der Sender und die Vorrichtung Empfänger sein oder umgekehrt. Die Sensorelemente können vorteilhaft auf einem Träger angeordnet sein, beispielsweise auf einer Flexfolie als Trägermaterial. Dies kann sehr dünn ausgeführt werden, beispielsweise kleiner 100 Mikrometer, da die Elektronik beziehungsweise die Auswerteeinrichtung separat untergebracht werden kann. Die Anordnung der Sensorelemente kann zur Zentrierung sowie zur Differenzbildung der Sensorwerte entsprechend gewählt werden. Beispielsweise kann je ein Sensorelement auf sich gegenüberliegenden Seiten der Prüfvorrichtung angeordnet sein. Der Träger der Sensorelemente kann als Sensorhaut bezeichnet werden.The sensor elements may have a layer structure of electrically conductive and electrically insulating layers. In this case, the device advantageously creates a non-contact insertion of an object within another object (to be examined) or a distance measurement. In this case, in one exemplary embodiment, the hollow body or the sample may be the transmitter and the device may be receivers or vice versa. The sensor elements can advantageously be arranged on a carrier, for example on a flex foil as carrier material. This can be made very thin, for example, less than 100 microns, since the electronics or the evaluation can be accommodated separately. The order The sensor elements can be selected accordingly for centering and for subtracting the sensor values. For example, depending on a sensor element may be arranged on opposite sides of the test apparatus. The carrier of the sensor elements can be referred to as a sensor skin.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a device for contactless determination of a position of a test device insertable into a hollow body according to an embodiment of the present invention;

2 bis 4 eine schematische Darstellung eines Einführens einer Prüfvorrichtung in einen Hohlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 to 4 a schematic representation of an introduction of a testing device in a hollow body according to an embodiment of the present invention;

5 eine schematische Darstellung einer kapazitiven Abstandsmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic representation of a capacitive distance measurement according to an embodiment of the present invention;

6 ein Blockschaltbild einer Prüfvorrichtung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a block diagram of a test apparatus with a device according to an embodiment of the present invention;

7 eine schematische Darstellung einer Sensorhaut mit Sensorelementen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 a schematic representation of a sensor skin with sensor elements of a device according to an embodiment of the present invention;

8 ein Größenvergleich einer Büroklammer mit in einer Sensorhaut angeordneten Sensorelementen und einem Endoskop als Prüfvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 8th a size comparison of a paper clip with arranged in a sensor skin sensor elements and an endoscope as a test device according to an embodiment of the present invention;

9 eine Sensorhaut einer Vorrichtung und deren Anordnung auf einer Prüfvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 9 a sensor skin of a device and its arrangement on a test device according to an embodiment of the present invention;

10 eine schematische Darstellung einer Lagezentrierung einer rotationssymmetrischen Prüfvorrichtung in einem rotationssymmetrischen Hohlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 10 a schematic representation of a positional centering of a rotationally symmetrical test apparatus in a rotationally symmetrical hollow body according to an embodiment of the present invention;

11 eine schematische Darstellung einer Lagezentrierung einer nicht-rotationssymmetrischen Prüfvorrichtung in einem nicht-rotationssymmetrischen Hohlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 11 a schematic representation of a positional centering of a non-rotationally symmetrical testing device in a non-rotationally symmetrical hollow body according to an embodiment of the present invention;

12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 12 a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention;

13 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorhaut mit Sensorelementen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 13 shows a schematic representation of a sensor skin with sensor elements of a device according to an embodiment of the present invention; and

14 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorhaut mit Sensorelementen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 14 shows a schematic representation of a sensor skin with sensor elements of a device according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt ein Prüfsystem mit einer Vorrichtung 100 zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper 102 einführbaren Prüfvorrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 ist an der Prüfvorrichtung 104 angeordnet. 1 shows a test system with a device 100 for non-contact determination of a position of a into a hollow body 102 insertable test device 104 according to an embodiment of the present invention. The device 100 is at the tester 104 arranged.

Die Vorrichtung 100 umfasst ein erstes kapazitives Sensorelement 106, ein zweites kapazitives Sensorelement 108 sowie eine Auswerteeinrichtung 110. Ein erster Teilabschnitt 112 der Prüfvorrichtung 104 ist in den Hohlkörper 102 eingeführt. Das erste Sensorelement 106 sowie das zweite Sensorelement 108 sind auf dem ersten Teilabschnitt 112 angeordnet. Das erste Sensorelement 106 ist ausgebildet, um zusammen mit einem ersten Segment 116 des Hohlkörpers 102 eine erste elektrische Kapazität 114 zu erzeugen. Die erste Kapazität 114 repräsentiert einen ersten Abstand d1 zwischen dem ersten Sensorelement 106 und dem ersten Segment 116 des Hohlkörpers 102. Dabei ist ein Wert der ersten Kapazität 114 abhängig von dem ersten Abstand d1. Der erste Abstand d1 ist antiproportional zur ersten Kapazität 114. Unter Verwendung des zweiten Sensorelementes 108 wird eine zweite Kapazität 118 zwischen dem zweiten Sensor Element 108 und einem zweiten Segment 120 des Hohlkörpers 102 erzeugt. Dabei ist ein Wert der zweiten Kapazität 118 abhängig von einem zweiten Abstand d2. Der zweite Abstand d2 ist antiproportional zur zweiten Kapazität 118. Der zweite Abstand d2 bezeichnet einen Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement 108 und dem zweiten Segment 120 des Hohlkörpers 102.The device 100 includes a first capacitive sensor element 106 , a second capacitive sensor element 108 as well as an evaluation device 110 , A first section 112 the tester 104 is in the hollow body 102 introduced. The first sensor element 106 and the second sensor element 108 are on the first section 112 arranged. The first sensor element 106 is designed to work together with a first segment 116 of the hollow body 102 a first electrical capacity 114 to create. The first capacity 114 represents a first distance d 1 between the first sensor element 106 and the first segment 116 of the hollow body 102 , Here is a value of the first capacity 114 depending on the first distance d 1 . The first distance d 1 is antiproportional to the first capacity 114 , Using the second sensor element 108 will be a second capacity 118 between the second sensor element 108 and a second segment 120 of the hollow body 102 generated. Here is a value of the second capacity 118 depending on a second distance d 2 . The second distance d 2 is antiproportional to the second capacity 118 , The second distance d 2 denotes a distance between the second sensor element 108 and the second segment 120 of the hollow body 102 ,

Das erste Sensorelement 106 ist ausgebildet, ein die erste Kapazität 114 repräsentierendes erstes elektrisches Signal 122 bereitzustellen. Das zweite Sensorelement 108 ist ausgebildet, ein die zweite Kapazität 118 repräsentierendes zweites elektrisches Signal 124 bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung 110 weist eine Schnittstelle zum Einlesen des ersten elektrischen Signals 122 sowie des zweiten elektrischen Signals 124 auf. Die Auswerteeinrichtung 110 ist ausgebildet, ein Auswertesignal 126 unter Verwendung des die erste Kapazität 114 repräsentierenden ersten elektrischen Signals 122 sowie des die zweite Kapazität 118 repräsentierenden zweiten elektrischen Signals 124 zu bestimmen. Das Auswertesignal 126 repräsentiert eine Lage der Prüfvorrichtung 104. Alternativ repräsentiert das Auswertesignal 104 einen Abstand der Prüfvorrichtung 104 zu den Innenwänden des Hohlkörpers 102.The first sensor element 106 is trained, a the first capacity 114 representing the first electrical signal 122 provide. The second sensor element 108 is trained, a the second capacity 118 representing the second electrical signal 124 provide. The evaluation device 110 has an interface for reading the first electrical signal 122 as well as the second electrical signal 124 on. The evaluation device 110 is formed, an evaluation signal 126 using the first capacity 114 representing the first electrical signal 122 as well as the second capacity 118 representing the second electrical signal 124 to determine. The evaluation signal 126 represents a position of the test apparatus 104 , Alternatively, the evaluation signal represents 104 a distance of the test device 104 to the inner walls of the hollow body 102 ,

Ein Aspekt des dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist das berührungslose Einführen einer Prüfsonde oder einer Prüfvorrichtung 104 in einen Hohlraum mit unbekannter Lage und unbekannter Geometrie. Dabei kann eine Prüfsonde in einen Prüfling berührungslos und bei kleinsten Restluftspalten (< 1 mm) eingeführt werden. Ferner kann die Prüfsonde während des Einführens so geregelt werden, dass Toleranzabweichungen der Hohlraumgeometrie kompensiert werden und dass die Prüfsonde jederzeit im Prüfling zentriert ist. So können vorteilhaft Hohlräume, beispielsweise Bohrungen, mit kleinsten Durchmessern (< 14 mm) geprüft werden.One aspect of the illustrated embodiment of the present invention is the non-contact insertion of a test probe or tester 104 into a cavity with an unknown location and unknown geometry. A test probe can be introduced into a test specimen without contact and at the smallest residual air gaps (<1 mm). Furthermore, the test probe can be controlled during insertion so that tolerance deviations of the cavity geometry are compensated and that the test probe is always centered in the DUT. Thus, advantageously cavities, such as holes, with smallest diameters (<14 mm) are tested.

Ein Aspekt der in 1 gezeigten Erfindung ist ein berührungsloses Einführen einer Prüfsonde 104 in einen Hohlraum (eines Hohlkörper 102) mit unbekannter Lage und Geometrie. Dabei findet in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Lageregelung der Prüfsonde 104 relativ zum umgebenden Hohlraum statt. Basis der Lageregelung ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine berührungslose Abstandsmessung. An aspect of in 1 The invention shown is a contactless insertion of a test probe 104 in a cavity (a hollow body 102 ) with unknown position and geometry. In this case, in one embodiment of the present invention, a position control of the test probe 104 relative to the surrounding cavity. The basis of the position control is in the embodiment shown a non-contact distance measurement.

Vorteilhaft schafft die vorgestellte Vorrichtung eine Kollisionsvermeidung beim Einführen der Prüfsonde 104 insbesondere bei kleinen Restluftspalten, das heißt kleiner 1 mm, und bei Maßabweichungen der Hohlraumgeometrie sowie der Prüfsonde 104 von der Zeichnungsgeometrie. Die Vorrichtung 100 schafft ein präzises Zentrieren der Prüfsonde 104 in einem rotationssymmetrischen Hohlraum, eine Nachführung einer Relativbewegung zwischen Prüfsonde 104 und Hohlraum. Vorteilhaft ist dadurch eine preiswerte Spannvorrichtung einsetzbar, da Toleranzen in der Spannvorrichtung kompensiert werden.Advantageously, the presented device provides a collision avoidance during insertion of the test probe 104 especially with small residual air gaps, that is less than 1 mm, and with dimensional deviations of the cavity geometry and the test probe 104 from the drawing geometry. The device 100 creates a precise centering of the test probe 104 in a rotationally symmetrical cavity, a tracking of a relative movement between the probe 104 and cavity. This advantageously makes it possible to use an inexpensive clamping device, since tolerances in the clamping device are compensated.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 vermeidet vorteilhaft eine Kollision der Vorrichtung 100 beziehungsweise der Prüfvorrichtung 104 bei kleinen Restluftspalten < 1mm. Vorteilhaft wird eine Kollision bei Toleranzabweichungen der Hohlraumgeometrie oder unbekannten Fremdkörpern im Hohlraum vermieden.In the 1 shown device 100 advantageously avoids collision of the device 100 or the test device 104 for small residual air gaps <1mm. Advantageously, a collision is avoided in tolerance deviations of the cavity geometry or unknown foreign bodies in the cavity.

In einem Ausführungsbeispiel schafft die Vorrichtung 100 vorteilhaft eine Vorrichtung zur Zentrierung der Prüfsonde 104 während des Einführens in den Hohlkörper 102. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Toleranzabweichungen oder für eine einheitliche optische Abbildung der Innenwand, sofern Endoskope als Prüfsonden 104 eingesetzt werden. Die vorgestellte Vorrichtung 100 kann mit einer optischen Zentrierung vor dem Einführen, beispielsweise durch eine zusätzliche Optik oder durch das Endoskop selbst kombiniert werden. Weiterhin ist eine vorherige Kalibrierung von Prüfsonde 104 zu Prüfling möglich.In one embodiment, the device provides 100 Advantageously, a device for centering the test probe 104 during insertion into the hollow body 102 , This is particularly advantageous for tolerance deviations or for a uniform optical imaging of the inner wall, provided endoscopes as test probes 104 be used. The presented device 100 can be combined with an optical centering prior to insertion, for example by additional optics or by the endoscope itself. Furthermore, a previous calibration of test probe 104 possible to examine.

2 bis 4 zeigen eine schematische Darstellung eines Einführens einer Prüfvorrichtung 104 in einen Hohlkörper 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Prüfvorrichtung 104 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 beschriebenen Prüfvorrichtung 104 handeln. Auch bei dem in 2 bis 4 gezeigten Hohlkörper 102 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 gezeigten Hohlkörpers 102 handeln. In 2 und 3 wird der Hohlkörper 102 von einer Spannvorrichtung 230 gehalten beziehungsweise ist der Hohlkörper 102 in der Spannvorrichtung 230 eingespannt. 4 zeigt eine Schnittdarstellung senkrecht zur Bildebene von 3. Bei der Prüfvorrichtung 104 handelt es sich beispielsweise um ein Endoskop. Der Hohlkörper 102 weist zumindest an einer Seite eine Öffnung 232 auf. In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hohlkörper 102 um ein Rohr 102. 2 to 4 show a schematic representation of an insertion of a tester 104 in a hollow body 102 according to an embodiment of the present invention. At the test device 104 it may be an embodiment of an in 1 described test device 104 act. Also at the in 2 to 4 shown hollow body 102 it may be an embodiment of an in 1 shown hollow body 102 act. In 2 and 3 becomes the hollow body 102 from a jig 230 held or is the hollow body 102 in the tensioning device 230 clamped. 4 shows a sectional view perpendicular to the image plane of 3 , At the test device 104 For example, it is an endoscope. The hollow body 102 has an opening on at least one side 232 on. In one embodiment, the hollow body is 102 around a pipe 102 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung 104, die vor einer Öffnung 232 eines Hohlkörpers 102 angeordnet ist. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung 104, von der ein erster Teilabschnitt in einen Hohlraum des Hohlkörpers 102 eingeführt ist beziehungsweise bei der der erste Teilabschnitt der Prüfvorrichtung 104 in dem Hohlraum des Hohlkörpers 102 angeordnet ist. Der erste Maßbezug 334 zwischen der Spannvorrichtung 230 und der Prüfvorrichtung 104 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bekannt. 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Prüfvorrichtung 104, die in einem Hohlkörper 102 angeordnet ist. Ein zweiter Maßbezug 436 zwischen dem Hohlkörper 102 und der Prüfvorrichtung 104 sowie ein dritter Maßbezug 438 zwischen dem Hohlkörper 102 und der Prüfvorrichtung 104 ist unbekannt. 2 shows a schematic representation of a tester 104 in front of an opening 232 a hollow body 102 is arranged. 3 shows a schematic representation of a tester 104 of which a first section is in a cavity of the hollow body 102 is introduced or in which the first subsection of the test apparatus 104 in the cavity of the hollow body 102 is arranged. The first dimension reference 334 between the tensioning device 230 and the tester 104 is known in the embodiment shown. 4 shows a sectional view of a tester 104 in a hollow body 102 is arranged. A second dimension reference 436 between the hollow body 102 and the tester 104 and a third dimensional reference 438 between the hollow body 102 and the tester 104 is unknown.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einer Prüfvorrichtung 104, die auch als Prüfsonde 104 bezeichnet wird, einen Hohlkörper 102 als Prüfling 102 sowie eine Spannvorrichtung 230. 2 bis 4 zeigen ein mechanisches Einführen einer Prüfsonde 104, hier beispielsweise in Form eines Endoskops 104, in einen Prüfling 102 mittels einer (mechanischen) Spannvorrichtung 230. Dabei ist der Maßbezug zwischen Spannvorrichtung 230 und Prüfsonde 104 bekannt. Allerdings ist der Maßbezug zwischen Prüfling 102 und Prüfsonde 104 unbekannt.The figures 2 to 4 show an embodiment with a tester 104 which also serves as a test probe 104 is referred to a hollow body 102 as a candidate 102 and a tensioning device 230 , 2 to 4 show a mechanical insertion of a test probe 104 , here for example in the form of an endoscope 104 , in a examinee 102 by means of a (mechanical) clamping device 230 , Here is the Maßbezug between clamping device 230 and test probe 104 known. However, the dimensional reference between the test object 102 and test probe 104 unknown.

In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Prüfling 102 (mit Hohlraum) durch eine (preiswerte, mechanische) Spannvorrichtung 230 fixiert. Die Prüfsonde 104 wird berührungslos eingeführt und gleichzeitig entsprechend der Hohlraumgeometrie des Prüflings 102 geregelt, beispielsweise zentriert. Zur Abstandserfassung ist auf der Prüfsonde 104 eine als Sensorhaut ausgebildete Vorrichtung aufgebracht. In the in 3 shown embodiment, a test specimen 102 (with cavity) by a (inexpensive, mechanical) clamping device 230 fixed. The test probe 104 is introduced without contact and at the same time according to the cavity geometry of the test object 102 regulated, for example, centered. For distance detection is on the probe 104 a trained as a sensor skin device applied.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer kapazitiven Abstandsmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Abstandsmessung beruht auf einem kapazitiven Prinzip. Dabei ist entweder der auch als Prüfling bezeichnete Hohlkörper der Sender und die auch als Prüfsonde bezeichnete Prüfvorrichtung der Empfänger oder umgekehrt. Zum "Empfang" des Signals wird auf der Prüfsonde eine Sensorhaut mit einem Schichtaufbau von flexiblen oder nicht-flexiblen elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Lagen aufgebracht, die extrem dünn sein kann, beispielsweise kleiner 150 µm. Die Signale werden durch die Sensorhaut erfasst und durch eine Elektronik ausgewertet. Mittels der ausgewerteten Signale erfolgt dann eine Regelung der Zentrierung. Die Zentrierung kann offline wie online erfolgen. Die Kapazität kann in eine messbare Spannung UOUT entsprechend C1 = –(UOUT × C2)/(UOUT – UIN) ≈ A/d umgewandelt werden. Diese Spannung UOUT dient als Maß für den Abstand. 5 shows a schematic representation of a capacitive distance measurement according to an embodiment of the present invention. The distance measurement is based on a capacitive principle. In this case, either the hollow body of the transmitter, which is also referred to as the test item, and the tester, also referred to as the test probe, is the receiver or vice versa. To "receive" the signal, a sensor skin with a layer structure of flexible or non-flexible electrically conductive and electrically insulating layers is applied to the probe, which can be extremely thin, for example less than 150 microns. The signals are detected by the sensor skin and evaluated by electronics. By means of the evaluated signals is then a control of the centering. The centering can be done offline as online. The capacity can be converted into a measurable voltage U OUT accordingly C 1 = - (U OUT × C 2 ) / (U OUT - U IN ) ≈ A / d being transformed. This voltage U OUT serves as a measure of the distance.

In 5 ist eine kapazitive Abstandsmessung zwischen zwei Flächen 540, 542 dargestellt. An der in 5 linken Fläche 540 wird eine Eingangsspannung UIN angelegt. Diese Fläche 540 dient als "Sender". An der in 5 rechten Fläche 542 wird eine Ausgangsspannung UOUT gemessen. Diese Fläche 542 dient als "Empfänger". Über die Spannungsunterschiede zwischen der Ausgangsspannung UOUT und der Eingangsspannung UIN kann die Kapazität C1 berechnet werden, die antiproportional zum Abstand d der Platten ist, bei konstanter Plattengröße A und konstanter Kapazität C2. Der Abstand d stellt den Abstand zwischen der ersten Platte 540 und der zweiten Platte 542 dar. Die Fläche A beziehungsweise die Plattengröße der Platte 540 beschreibt eine flächige Ausdehnung der in 5 links dargestellten Fläche 540.In 5 is a capacitive distance measurement between two surfaces 540 . 542 shown. At the in 5 left area 540 an input voltage U IN is applied. This area 540 serves as a "sender". At the in 5 right surface 542 an output voltage U OUT is measured. This area 542 serves as a "recipient". About the voltage differences between the output voltage U OUT and the input voltage U IN , the capacitance C 1 can be calculated, which is antiproportional to the distance d of the plates, with a constant plate size A and constant capacitance C 2 . The distance d represents the distance between the first plate 540 and the second plate 542 The area A or the plate size of the plate 540 describes a surface extension of in 5 shown on the left 540 ,

6 zeigt ein Blockschaltbild einer Prüfvorrichtung 104 mit einer Auswerteeinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Prüfvorrichtung 104 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 bis 4 gezeigten Prüfvorrichtung 104 handeln. Das in 6 gezeigte Gesamtsystem besteht aus vier Bereichen, die durch entsprechende Blöcke dargestellt sind. Der Block 644 beinhaltet eine Prüfsonde 646 mit zumindest einer Sensorhaut 648 (oder mehreren), die durch einen Block 650 angesteuert werden. Bei dem Block 650 handelt es sich um einen A/D-Wandler beziehungsweise um einen D/A-Wandler zur Generierung oder Erfassung der Signale wie den elektrischen Signalen, dem Auswertesignal oder dem Steuersignal. Ein Block 652 beinhaltet den auf einer Achsvorrichtung 654 montierten Prüfling 102, der durch den Block 650 als Sender oder Empfänger verwendet werden kann. Die erfassten Signale werden an einen Block 656 übertragen, dort verarbeitet und ausgewertet. Der Block 656 repräsentiert eine Vorrichtung zur Auswertung der im Block 650 erfassten Signale und zur Berechnung einer Zentrierregelung. Basierend auf den ausgewerteten Signalen erfolgt eine Zentrierregelung, die die Achsvorrichtung im Block 652 steuert. 6 shows a block diagram of a tester 104 with an evaluation device 110 according to an embodiment of the present invention. At the test device 104 it may be an embodiment of an in 1 to 4 shown tester 104 act. This in 6 shown overall system consists of four areas, which are represented by corresponding blocks. The block 644 includes a test probe 646 with at least one sensor skin 648 (or more) by a block 650 be controlled. At the block 650 it is an A / D converter or a D / A converter for generating or detecting the signals such as the electrical signals, the evaluation signal or the control signal. A block 652 includes the on an axle device 654 assembled specimen 102 that through the block 650 can be used as sender or receiver. The detected signals are sent to a block 656 transferred, processed there and evaluated. The block 656 represents a device for evaluation in the block 650 detected signals and to calculate a centering control. Based on the evaluated signals, a centering control takes place, which the axis device in the block 652 controls.

In einem Ausführungsbeispiel sind der Block 650 und der Block 656 zu der Auswerteeinrichtung 110 zusammengefasst. Die an der Prüfsonde 656 angeordnete Sensorhaut 648 schafft mit der Auswerteeinrichtung 110 die Vorrichtung, wie diese in den vorangegangenen Figuren als Vorrichtung 100 beschriebenen wird. Die Achsvorrichtung 654 ist ausgebildet, den Prüfling 102 in einer Achse, zwei Achsen, oder drei Achsen zu bewegen, um die Prüfsonde 646 berührungslos in einen Hohlraum des Prüflings 102 einzuführen.In one embodiment, the block is 650 and the block 656 to the evaluation device 110 summarized. The at the test probe 656 arranged sensor skin 648 creates with the evaluation device 110 the device, as in the preceding figures as a device 100 is described. The axle device 654 is trained, the examinee 102 in one axis, two axes, or three axes to move to the test probe 646 non-contact in a cavity of the specimen 102 introduce.

7 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorhaut 648 mit Sensorelementen 106, 108 einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung 100 handeln. Die Sensorhaut 648 umfasst eine erste Schicht 760 mit von nicht-leitenden Abschnitten getrennten leitenden Abschnitten 762, 764, eine zweite Schicht 766 mit von nicht-leitenden Abschnitten getrennten leitenden Abschnitten 768 sowie eine nicht-leitende Schicht 770, die zwischen der ersten Schicht 760 und der zweiten Schicht 766 angeordnet ist. Die leitenden Abschnitte 762, 764 der ersten Schicht 760 sind versetzt zu den leitenden Abschnitten 768 der zweiten Schicht 766 angeordnet, sodass nicht-leitende Abschnitte der ersten Schicht 760 auf Höhe von leitenden Abschnitten 768 der zweiten Schicht 766 und leitende Abschnitte 762, 764 der ersten Schicht 760 auf Höhe von nicht-leitenden Abschnitten der zweiten Schicht 766 angeordnet sind. 7 shows a schematic representation of a sensor skin 648 with sensor elements 106 . 108 a device according to an embodiment of the present invention. The device may be an embodiment of a device described in the preceding figures 100 act. The sensor skin 648 includes a first layer 760 with conductive sections separated from non-conductive sections 762 . 764 , a second layer 766 with conductive sections separated from non-conductive sections 768 and a non-conductive layer 770 that between the first layer 760 and the second layer 766 is arranged. The leading sections 762 . 764 the first layer 760 are offset to the conductive sections 768 the second layer 766 arranged so that non-conductive portions of the first layer 760 at the level of leading sections 768 the second layer 766 and senior sections 762 . 764 the first layer 760 at the level of non-conductive portions of the second layer 766 are arranged.

Gegenüber zur nicht-leitenden Schicht 770 ist an der zweiten Schicht 766 eine optionale Schutzschicht 772 aufgebracht. Die Schutzschicht 772 ist in einem Ausführungsbeispiel als ein Schutzlack ausgeführt. Die Sensorhaut 648 ist auf einer Oberfläche einer Prüfsonde 646 angeordnet. Zwischen der ersten Schicht 760 und der Oberfläche der Prüfsonde 646 ist eine isolierende Schicht 774 angeordnet. Bei der isolierenden Schicht 774 handelt es sich um eine optionale Schicht der Sensorhaut 648. Die Schichten 766, 770, 772, 774 oberhalb und unterhalb der leitenden Abschnitte 762, 764 bilden zusammen mit den leitenden Abschnitten 762, 764 jeweils ein Sensorelement. So schafft ein Schichtenstapel auf Höhe des ersten leitenden Abschnitts 762, ein erstes Sensorelement 106, und ein auf Höhe des zweiten leitenden Abschnitts 764 angeordneter Schichtenstapel ein zweites Sensorelement 108.Opposite to the non-conductive layer 770 is at the second layer 766 an optional protective layer 772 applied. The protective layer 772 is executed in one embodiment as a protective lacquer. The sensor skin 648 is on a surface of a test probe 646 arranged. Between the first shift 760 and the surface of the test probe 646 is an insulating layer 774 arranged. At the insulating layer 774 it is an optional layer of the sensor skin 648 , The layers 766 . 770 . 772 . 774 above and below the conductive sections 762 . 764 form together with the senior sections 762 . 764 one sensor element each. This creates a stack of layers at the level of the first conductive section 762 , a first sensor element 106 , and at the level of the second conductive portion 764 arranged layer stack a second sensor element 108 ,

In 7 ist somit ein Schichtaufbau der Sensorhaut 648 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schichten 774, 760, 770, 766 können auch mehrfach aufeinander gesetzt werden, wobei die leitfähigen Flächen 762, 764 in der ersten Schicht 760 zu den leitfähigen Flächen 768 in der zweiten Schicht 766 jeweils gegenläufig positioniert sind. Bei nicht leitfähigen Objekten 646 kann die isolierende Schicht 774 auch entfallen.In 7 is thus a layer structure of the sensor skin 648 according to an embodiment of the present invention. The layers 774 . 760 . 770 . 766 can also be placed on top of each other several times, with the conductive surfaces 762 . 764 in the first shift 760 to the conductive surfaces 768 in the second layer 766 are each positioned in opposite directions. For non-conductive objects 646 can the insulating layer 774 also omitted.

Der generelle Schicht-Aufbau der Sensorhaut 648 ist im Querschnitt in 7 dargestellt. Die Sensorhaut 648 besteht aus vier Schichten: zwei isolierende Schichten 770, 774 und zwei leitende Schichten 760, 766, wobei die untere leitfähige Schicht 760, das heißt, die näher an der Prüfsonde 646 angeordnete leitfähige Schicht 760, als Empfänger/Sender dient und die obere leitfähige Schicht 766 als Abschirmung dient. Dieser Stapel aus den vier Schichten 774, 760, 770, 766 kann gegebenenfalls auch mehrfach aufeinander aufgetragen werden, wobei zu beachten ist, dass die leitfähigen Bereiche 762, 764 aus der ersten Schicht 760 zu den leitfähigen Bereichen 768 aus der zweiten Schicht 766 jeweils gegenläufig aufgebracht sind. Optional kann eine Schutzschicht 772 (z. B. Schutzlack 772) oben aufgetragen werden.The general layer structure of the sensor skin 648 is in cross section in 7 shown. The sensor skin 648 consists of four layers: two insulating layers 770 . 774 and two conductive layers 760 . 766 wherein the lower conductive layer 760 , that is, the closer to the test probe 646 arranged conductive layer 760 , serves as the receiver / transmitter and the upper conductive layer 766 serves as a shield. This stack of the four layers 774 . 760 . 770 . 766 If appropriate, it can also be applied several times to one another, wherein it should be noted that the conductive areas 762 . 764 from the first layer 760 to the conductive areas 768 from the second layer 766 are applied in opposite directions. Optionally, a protective layer 772 (eg protective lacquer 772 ) are applied at the top.

In anhand der 13 und 14 nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispielen sind die in 7 beschriebenen Leiterbahnen 762, 764, 768 in einer einzigen Schicht benachbart und ohne leitende Verbindung untereinander angeordnet. In diesem Fall kann die nicht-leitende Schicht 770 entfallen.In the basis of the 13 and 14 The embodiments shown below are those in 7 described tracks 762 . 764 . 768 in a single layer adjacent and arranged without conductive connection with each other. In this case, the non-conductive layer 770 omitted.

8 zeigt ein Größenvergleich einer Büroklammer 876, die beispielsweise eine Länge von annähernd 2cm aufweist, mit in einer Sensorhaut 648 angeordneten Sensorelementen und einem Endoskop 646 als Prüfvorrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Sensorhaut 648 und den darin angeordneten Sensorelementen kann es sich um ein Ausführungsbeispiel von in den vorangegangen Figuren gezeigten und beschriebenen Sensorelementen beziehungsweise der Sensorhaut 648 handeln. 8th shows a size comparison of a paper clip 876 , for example, has a length of approximately 2cm, with in a sensor skin 648 arranged sensor elements and an endoscope 646 as a test device 104 according to an embodiment of the present invention. At the sensor skin 648 and the sensor elements arranged therein may be an exemplary embodiment of sensor elements or sensor skin shown and described in the preceding figures 648 act.

Der Bereich der Sensorhaut 648, in dem die Sensorelemente angeordnet sind, weist eine zu der Büroklammer vergleichbare Längs-Erstreckung auf. Eine Breite der Sensorhaut 648 ist derart gewählt, dass diese dem Umfang des daneben abgebildeten Endoskops 646 entspricht. The area of the sensor skin 648 , in which the sensor elements are arranged, has a longitudinal extent comparable to the paper clip. A width of the sensor skin 648 is chosen such that it corresponds to the circumference of the adjacent endoscope 646 equivalent.

Somit zeigt 8 ein Ausführungsbeispiel der Sensorhaut 648 mit dem beschriebenen Schichtaufbau aus 7, wobei zwei Reihen mit jeweils vier leitfähigen Bereichen in in der ersten leitfähigen Schicht, in 7 mit dem Bezugszeichen 760 versehen, eingebracht wurden. Die Sensorhaut 648 weist hier eine Dicke von lediglich ca. 150 µm, also beispielsweise kleiner als 200µm auf. So zeigt 8 ein Beispiel einer Sensorhaut 648 mit einem Schichtaufbau aus 7 in einem Größenvergleich mit einem Endoskop 646 (oben) und einer Büroklammer 876 (unten). Die Sensorhaut 648 weist eine Dicke von ca. 150 µm auf und wird auf dem Objekt 646 (Endoskop 646) fixiert.Thus shows 8th an embodiment of the sensor skin 648 with the described layer structure 7 wherein two rows each having four conductive regions in the first conductive layer, in 7 with the reference number 760 provided, were introduced. The sensor skin 648 here has a thickness of only about 150 .mu.m, so for example less than 200 .mu.m. So shows 8th an example of a sensor skin 648 with a layer structure 7 in a size comparison with an endoscope 646 (above) and a paper clip 876 (below). The sensor skin 648 has a thickness of about 150 microns and is on the object 646 (Endoscope 646 ) fixed.

9 zeigt eine Sensorhaut 648 einer Vorrichtung und deren Anordnung auf einer Prüfvorrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Sensorhaut 648 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 8 gezeigten und beschriebenen Sensorhaut 648 handeln. In der Sensorhaut 648 sind Sensorelemente 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 angeordnet. Dabei sind immer vier Sensorelemente 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 derart angeordnet, dass diese bei einem Anordnen der Sensorhaut 648 entlang des Umfangs der Prüfvorrichtung 104 immer paarweise zueinander auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Prüfvorrichtung 104 anordenbar sind, wobei zwei benachbarte Sensorelemente 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 einer Vierergruppe um 90° versetzt angeordnet werden. Ein erstes oberes Teilbild zeigt ausschließlich die Sensorhaut 648 mit den Sensorelementen 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916. Darunter ist einmal links ein Querschnitt der auf einer Prüfvorrichtung 104 angeordneten Sensorhaut 648 dargestellt, sodass die paarweise Zuordnung der Sensorelemente 106, 108, 906, 908 deutlich wird. Rechts daneben ist ein Anordnen der Sensorhaut 648 auf der Prüfvorrichtung 104 dargestellt. 10 zeigt ein Anordnen einer derartigen Prüfvorrichtung 104 mit einer Sensorhaut 648 in einem Hohlkörper 102. Mit anderen Worten zeigen 9 und 10 eine Realisierung der Sensorhaut 648 zur Zentrierung von rotationssymmetrischen Objekten. 9 shows a sensor skin 648 a device and its arrangement on a tester 104 according to an embodiment of the present invention. At the sensor skin 648 it may be an embodiment of an in 8th shown and described sensor skin 648 act. In the sensor skin 648 are sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 arranged. There are always four sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 arranged such that these in an arrangement of the sensor skin 648 along the circumference of the test apparatus 104 always in pairs to each other on two opposite sides of the tester 104 can be arranged, with two adjacent sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 a group of four can be arranged offset by 90 °. A first upper partial image shows only the sensor skin 648 with the sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 , Underneath is a cross-section of the one on a test device 104 arranged sensor skin 648 so that the pairwise assignment of the sensor elements 106 . 108 . 906 . 908 becomes clear. Right next to it is an arrangement of the sensor skin 648 on the tester 104 shown. 10 shows an arranging of such a testing device 104 with a sensor skin 648 in a hollow body 102 , In other words, show 9 and 10 a realization of the sensor skin 648 for centering rotationally symmetrical objects.

Somit ist ein mögliches Layout der Sensorhaut 648 in 9 gezeigt, wobei acht Sensorelemente 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 in zwei Reihen zu je vier Stück entsprechend des Aufbaus aus 7 aufgebracht sind. In der Darstellung am rechten Ende befindet sich eine Steckerleiste zur Kontaktierung und Weiterleitung der Signale. Zur Zentrierung eines rotationssymmetrischen Objektes wird die Sensorhaut 648 so auf das Objekt aufgebracht, dass von den Sensorelementen 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 jeweils zwei horizontal und zwei vertikal ausgerichtet sind.Thus, a possible layout of the sensor skin 648 in 9 shown, with eight sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 in two rows of four each according to the structure 7 are applied. In the illustration at the right end is a connector strip for contacting and forwarding the signals. to Centering of a rotationally symmetric object becomes the sensor skin 648 so applied to the object that of the sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 two horizontally and two vertically aligned.

Insbesondere einander gegenüberliegende Sensorelemente 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 können gleichzeitig in einen Hohlkörper eingeführt werden.In particular, opposing sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 can be introduced simultaneously into a hollow body.

In 9 sind zwei Reihen mit je vier Sensorelementen 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 gezeigt. Indem pro Reihe jeweils vier Sensorelemente 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 vorgesehen sind, ist es möglich, durch einfache Differenzbildung die Lage zu regeln. Zur eindeutigen Lagebestimmung genügen zwei Reihen mit jeweils drei Sensorelementen 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916. Somit können auch Reihen mit je drei Sensorelementen 106, 108, 906, 608, 910, 912, 914, 916 realisiert werden.In 9 are two rows of four sensor elements each 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 shown. By each row four sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 are provided, it is possible to regulate the situation by simple subtraction. For unambiguous determination of position, two rows each with three sensor elements are sufficient 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 , Thus, also rows with three sensor elements 106 . 108 . 906 . 608 . 910 . 912 . 914 . 916 will be realized.

10 zeigt eine schematische Darstellung einer Lagezentrierung einer rotationssymmetrischen Prüfvorrichtung 104 in einem rotationssymmetrischen Hohlkörper 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Prüfvorrichtung 104 weist eine Mehrzahl von Sensorelementen 106, 108, 906, 908 auf. 10 shows a schematic representation of a positional centering of a rotationally symmetric testing device 104 in a rotationally symmetrical hollow body 102 according to an embodiment of the present invention. The tester 104 has a plurality of sensor elements 106 . 108 . 906 . 908 on.

In den drei Darstellungen der 10 sind drei Zustände dargestellt. In der linken und der mittleren Darstellung zeigt jeweils ein Sensorpaar eine Abweichung von einer mittigen Position an, wobei in der linken Darstellung eine vertikale Abweichung nach oben und in der mittleren Darstellung eine horizontale Abweichung nach rechts vorliegt. Die rechte Darstellung zeigt eine mittige Positionierung.In the three representations of 10 three states are shown. In the left and middle views, a pair of sensors each indicate a deviation from a central position, with a vertical deviation in the left representation and a horizontal deviation to the right in the middle representation. The right illustration shows a central positioning.

Die Lagezentrierung in 10 erfolgt beispielsweise über Differenzbildung von Sensorelement-Paaren. Zur vertikalen Zentrierung wird die Differenz zwischen Sensorelement (Pad) 106 und 906 verwendet, zur horizontalen die Differenz zwischen Sensorelement 108 und 908. The position centering in 10 takes place, for example, by subtraction of sensor element pairs. For vertical centering, the difference between the sensor element (pad) 106 and 906 used for horizontal the difference between sensor element 108 and 908 ,

11 zeigt eine schematische Darstellung einer Lagezentrierung einer nicht-rotationssymmetrischen Prüfvorrichtung 104 in einem nicht-rotationssymmetrischen Hohlkörper 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zentrierung wurde in 9 und 10 für rotationssymmetrische Objekte 104 sowie rotationssymmetrische Proben 102 beschrieben. Eine Erweiterung auf nicht-rotationssymmetrische Objekte 104 in nicht-rotationssymmetrischen Proben 102 ist möglich, sofern eine vorherige Kalibrierung durchgeführt wird. Für eine solche Kalibrierung können beispielsweise die relativen Entfernungen der Sensorelemente 106, 108 (auf Sensorhaut) in Bezug auf den Schwerpunkt 1180 der konvexen Hülle 1182 des Objekts 104 (im Querschnitt) verwendet werden. Je nach Anwendung kann eine andere Methode zur Kalibrierung der Objekt-Form zur Proben-Form eingesetzt werden. 11 shows a schematic representation of a positional centering of a non-rotationally symmetric testing device 104 in a non-rotationally symmetrical hollow body 102 according to an embodiment of the present invention. The centering was in 9 and 10 for rotationally symmetrical objects 104 as well as rotationally symmetric samples 102 described. An extension to non-rotationally symmetric objects 104 in non-rotationally symmetric samples 102 is possible if a previous calibration is performed. For such a calibration, for example, the relative distances of the sensor elements 106 . 108 (on sensor skin) in relation to the center of gravity 1180 the convex hull 1182 of the object 104 (in cross section) can be used. Depending on the application, another method can be used to calibrate the object shape to sample shape.

Ein derartiges Messsystem ist auch bei handgeführten Prüfsonden einsetzbar.Such a measuring system can also be used with hand-held test probes.

Eine Verwendung eines beliebigen Achssystems, beispielsweise Portalsystem, ist vorgesehen und mit der vorgestellten Idee kombinierbar.A use of any axis system, such as portal system, is provided and combined with the idea presented.

Somit ist in 11 eine Variante zur Zentrierung eines nicht-rotationssymmetrischen Objekts 104 in einer nicht-rotationssymmetrischen Probe 102 gezeigt. Eine Kalibrierung der Sensorelemente ist erforderlich, beispielsweise über den Schwerpunkt der konvexen Hülle.Thus, in 11 a variant for centering a non-rotationally symmetric object 104 in a non-rotationally symmetric sample 102 shown. A calibration of the sensor elements is required, for example, about the center of gravity of the convex hull.

12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 1200 zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper einführbaren Prüfvorrichtung umfasst einen Schritt 1210 des Erzeugens und einen Schritt 1220 des Bestimmens. Im Schritt 1210 des Erzeugens wird eine erste elektrische Kapazität zwischen einem ersten kapazitiven Sensorelement und einer durch ein erstes Segment des Hohlkörpers ausgebildeten ersten Gegenfläche und eine zweite elektrische Kapazität zwischen einem zweiten kapazitiven Sensorelement und einer durch ein zweites Segment des Hohlkörpers ausgebildeten zweiten Gegenfläche erzeugt. Dabei repräsentiert die erste Kapazität einen ersten Abstand zwischen dem ersten Sensorelement und dem ersten Segment. Die zweite Kapazität repräsentiert einen zweiten Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Segment repräsentiert. Die Sensorelemente umfassen zumindest eine leitende Schicht. Im Schritt 1220 wird ein Auswertesignal unter Verwendung eines die erste Kapazität repräsentierenden elektrischen Signals und eines die zweite Kapazität repräsentierenden elektrischen Signals bestimmt. 12 shows a flowchart of a method 1200 according to an embodiment of the present invention. The procedure 1200 for the non-contact determination of a position of a test device which can be inserted into a hollow body comprises a step 1210 of creating and a step 1220 of determining. In step 1210 When generating, a first electrical capacitance is generated between a first capacitive sensor element and a first mating surface formed by a first segment of the hollow body and a second electrical capacitance between a second capacitive sensor element and a second mating surface formed by a second segment of the hollow body. In this case, the first capacitance represents a first distance between the first sensor element and the first segment. The second capacitance represents a second distance between the second sensor element and the second segment. The sensor elements comprise at least one conductive layer. In step 1220 For example, an evaluation signal is determined using an electrical signal representing the first capacitance and an electrical signal representing the second capacitance.

Eine Anwendung des in 12 gezeigten Verfahrens 1200 kann auf einem Industrieroboter oder Hexapod erfolgen.An application of in 12 shown method 1200 can be done on an industrial robot or Hexapod.

In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Sensorelemente zumindest zwei leitende Schichten und zumindest eine nicht-leitende Schicht.In an embodiment not shown, the sensor elements comprise at least two conductive layers and at least one non-conductive layer.

Als Varianten der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Sensorhaut kann diese in Form einer Folie aufgeklebt werden, mittels üblicher Beschichtungsprozesse aufgebracht werden oder mit additiven Verfahren aufgebracht werden. Beispielsweise sind in einer Sensorhaut-Variante die Sende- und Empfangselektroden integriert. Vorteilhaft entfällt eine Kontaktierung des Prüflings, auch auf/mit Kunststoffobjekten anwendbar. In einer Variante erfasst die Prüfsonde beliebige physikalische Messgrößen. Es kann ebenso eine flexibel verformbare Prüfsonde (beispielsweise mit aktiv steuerbaren, individuellen Gelenken) verwendet werden, um die Form des Hohlraums nachzufahren.As variants of the sensor skin described in the preceding figures, it can be glued in the form of a film, applied by means of conventional coating processes or applied using additive processes. For example, in a sensor skin variant, the transmitting and receiving electrodes are integrated. Advantageously eliminates a contact with the test specimen, also applicable to / with plastic objects. In one variant, the test probe detects any physical measured variables. It is also possible to use a flexibly deformable test probe (for example with actively controllable, individual joints) to trace the shape of the cavity.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Kopplung mit einem bildgebenden Verfahren, welches vor dem Einführen die relative Lage der Prüfsonde relativ zum Hohlraum grob ausrichtet.In one exemplary embodiment, a coupling takes place with an imaging method which roughly aligns the relative position of the test probe relative to the cavity before insertion.

Die Messwerte der Sensorhaut können ebenfalls benutzt werden, um beispielsweise die Geometrie des Hohlraums zu vermessen (dies kann unter Umständen eine Kalibrierung erfordern).The measured values of the sensor skin can also be used, for example, to measure the geometry of the cavity (this may require calibration).

13 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorhaut 648 mit Sensorelementen 106, 108 einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 13 weist eine strukturelle Ähnlichkeit zu 7 auf, wobei die Sensorhaut 648 weniger Schichten aufweist. Auf einer Trägerschicht 646 ist eine isolierende Schicht 774 und auf der isolierenden Schicht 774 ist eine erste Schicht 760 angeordnet. Die erste Schicht 760 weist zwei leitende Abschnitte 762, 764 auf. Eine optionale Schutzschicht 772 deckt die erste Schicht 760 ab. Die Abschnitte 762, 764 können als Sender oder Empfänger eingesetzt werden und bilden die Sensorelemente 106, 108 aus. 13 shows a schematic representation of a sensor skin 648 with sensor elements 106 . 108 a device according to an embodiment of the present invention. The representation in 13 has a structural similarity 7 on, with the sensor skin 648 has fewer layers. On a carrier layer 646 is an insulating layer 774 and on the insulating layer 774 is a first layer 760 arranged. The first shift 760 has two conductive sections 762 . 764 on. An optional protective layer 772 covers the first layer 760 from. The sections 762 . 764 can be used as transmitter or receiver and form the sensor elements 106 . 108 out.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist keine Abschirmung vorgesehen, sondern nur die erste Schicht 774 mit leitenden Bereichen in Form der Abschnitte 762, 764. According to this embodiment, no shielding is provided, but only the first layer 774 with conductive areas in the form of the sections 762 . 764 ,

14 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorhaut 648 mit Sensorelementen 106, 108 einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 14 entspricht weitgehend der Darstellung in 13, mit dem Unterschied, dass die erste Schicht 760 weitere leitende Bereiche 768 als Abschirmungen aufweist. Diese jeweils benachbart zu den leitenden Abschnitten 762, 764 angeordnet, sodass der leitende Abschnitt 762 zwischen zwei Bereichen 768 und der leitende Abschnitt 764 ebenfalls zwischen zwei Bereichen 768 angeordnet ist. Somit sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der ersten Schicht 760 von links nach rechts gesehen, ein Bereich 768, ein erster leitender Abschnitt 762, ein weiterer Bereich 768, ein zweiter leitender Abschnitt 764 und ein weiterer Bereich 768 angeordnet. Zwischen den leitenden Bereichen 768 und den leitenden Abschnitten 762, 764 ist je ein Teilabschnitt aus nicht leitendem Material der ersten Schicht 760 angeordnet. 14 shows a schematic representation of a sensor skin 648 with sensor elements 106 . 108 a device according to an embodiment of the present invention. The representation in 14 corresponds largely to the representation in 13 , with the difference that the first layer 760 other leading areas 768 having as shields. These each adjacent to the conductive sections 762 . 764 arranged so that the conductive section 762 between two areas 768 and the guiding section 764 also between two areas 768 is arranged. Thus, according to this embodiment, in the first layer 760 seen from left to right, an area 768 , a first guiding section 762 another area 768 , a second conductive section 764 and another area 768 arranged. Between the leading areas 768 and the executive sections 762 . 764 is ever a section of non-conductive material of the first layer 760 arranged.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 760 als eine Schicht ausgeführt, in der sich sowohl leitende Bereiche 768 zur Abschirmung als auch leitende Bereiche 762, 764 als Sender/Empfänger zur Ausbildung der Sensorelemente 106, 108 befinden. Lediglich beispielhaft ist die Anordnung der Bereiche 762, 764, 768 alternierend ausgeführt.According to this embodiment, the first layer 760 designed as a layer containing both conductive areas 768 for shielding as well as conductive areas 762 . 764 as a transmitter / receiver for the formation of the sensor elements 106 . 108 are located. For example only, the arrangement of the areas 762 . 764 . 768 alternately executed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009029021 A1 [0003] DE 102009029021 A1 [0003]

Claims (15)

Vorrichtung (100) zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper (102) einführbaren Prüfvorrichtung (104), wobei die Vorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: ein erstes kapazitives Sensorelement (106), welches mit einem ersten Segment (116) des Hohlkörpers (102) eine erste elektrische Kapazität (114) ausbildet, wenn das erste Sensorelement (106) in den Hohlkörper (102) eingeführt ist, wobei die erste Kapazität (114) einen ersten Abstand (d1) zwischen dem ersten Sensorelement (106) und dem ersten Segment (116) des Hohlkörpers (102) repräsentiert; ein zweites kapazitives Sensorelement (108), welches mit einem zweiten Segment (120) des Hohlkörpers (102) eine zweite elektrische Kapazität (118) ausbildet, wenn das zweite Sensorelement (108) in den Hohlkörper (102) eingeführt ist, wobei die zweite Kapazität (118) einen zweiten Abstand (d2) zwischen dem zweiten Sensorelement (108) und dem zweiten Segment (120) des Hohlkörpers (102) repräsentiert; und eine Auswerteeinrichtung (110) zum Bestimmen eines Auswertesignals (126) unter Verwendung eines die erste Kapazität (114) repräsentierenden elektrischen Signals (122) und eines die zweite Kapazität (118) repräsentierenden elektrischen Signals (124), wobei das Auswertesignal (126) die Lage der Prüfvorrichtung (104) in dem Hohlkörper (102) repräsentiert, wenn die Vorrichtung (100) an der Prüfvorrichtung (104) angeordnet und die Prüfvorrichtung (104) in den Hohlkörper (102) eingeführt ist.Contraption ( 100 ) for non-contact determination of a position in a hollow body ( 102 ) insertable test device ( 104 ), the device ( 100 ) has the following features: a first capacitive sensor element ( 106 ), which with a first segment ( 116 ) of the hollow body ( 102 ) a first electrical capacity ( 114 ) is formed when the first sensor element ( 106 ) in the hollow body ( 102 ), the first capacity ( 114 ) a first distance (d 1 ) between the first sensor element ( 106 ) and the first segment ( 116 ) of the hollow body ( 102 represents; a second capacitive sensor element ( 108 ), which with a second segment ( 120 ) of the hollow body ( 102 ) a second electrical capacity ( 118 ) is formed when the second sensor element ( 108 ) in the hollow body ( 102 ), the second capacity ( 118 ) a second distance (d 2 ) between the second sensor element ( 108 ) and the second segment ( 120 ) of the hollow body ( 102 represents; and an evaluation device ( 110 ) for determining an evaluation signal ( 126 ) using a first capacity ( 114 ) representing electrical signal ( 122 ) and one the second capacity ( 118 ) representing electrical signal ( 124 ), whereby the evaluation signal ( 126 ) the location of the test apparatus ( 104 ) in the hollow body ( 102 ), when the device ( 100 ) on the test device ( 104 ) and the test device ( 104 ) in the hollow body ( 102 ) is introduced. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Auswerteeinrichtung (110) ausgebildet ist, unter Verwendung der Kapazitäten (114, 118) eine Position der Prüfvorrichtung (104) in Bezug auf den Hohlkörper (102) zu bestimmen und/oder den Abstand (d1, d2) der Sensorelemente (106, 108) zu den Segmenten (116, 120) des Hohlkörpers (102) zu bestimmen, wobei das Auswertesignal (126) unter Verwendung der Position und/oder der Abstände (d1, d2) bestimmt wird.Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the evaluation device ( 110 ), using the capacities ( 114 . 118 ) a position of the test device ( 104 ) with respect to the hollow body ( 102 ) and / or the distance (d 1 , d 2 ) of the sensor elements ( 106 . 108 ) to the segments ( 116 . 120 ) of the hollow body ( 102 ), the evaluation signal ( 126 ) is determined using the position and / or the distances (d 1 , d 2 ). Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Schnittstelle zum Bereitstellen eines Spannungssignals zum Anlegen an den Hohlkörper (102), um die elektrischen Kapazitäten (114, 118) zwischen den Sensorelementen (106, 108) und den Segmenten (116, 120) des Hohlkörpers (102) zu erzeugen.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, with an interface for providing a voltage signal for application to the hollow body ( 102 ), the electrical capacities ( 114 . 118 ) between the sensor elements ( 106 . 108 ) and the segments ( 116 . 120 ) of the hollow body ( 102 ) to create. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (100) eine erste Schicht (760) mit einem ersten leitenden Abschnitt (762) zum Ausbilden des ersten Sensorelements (106) und einem zweiten leitenden Abschnitt (764) zum Ausbilden des zweiten Sensorelements (108) aufweist.Contraption ( 100 ) according to claim 3, wherein the device ( 100 ) a first layer ( 760 ) with a first conductive section ( 762 ) for forming the first sensor element ( 106 ) and a second conductive section ( 764 ) for forming the second sensor element ( 108 ) having. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vorrichtung (100) leitende Bereiche (768) zum Ausbilden von Abschirmungen aufweist, wobei die leitenden Bereiche (768) alternierend zu den leitenden Abschnitten (760, 762) in der ersten Schicht (760) angeordnet sind und/oder in einer zweiten Schicht (766) angeordnet sind.Device according to claim 4, wherein the device ( 100 ) leading areas ( 768 ) for forming shields, wherein the conductive regions ( 768 ) alternating with the conductive sections ( 760 . 762 ) in the first layer ( 760 ) and / or in a second layer ( 766 ) are arranged. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Sensorelemente (106, 108) auf einer Flexfolie angeordnet sind. Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the sensor elements ( 106 . 108 ) are arranged on a flex foil. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem dritten kapazitiven Sensorelement zum Erzeugen einer dritten elektrischen Kapazität, wobei die dritte Kapazität einen dritten Abstand zwischen dem dritten Sensorelement und einem dritten Segment des Hohlkörpers (102) repräsentiert.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, with at least one third capacitive sensor element for generating a third electrical capacitance, wherein the third capacitance has a third distance between the third sensor element and a third segment of the hollow body ( 102 ). Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Anzeigeeinrichtung, die ausgebildet ist, das Auswertesignal (126) zu visualisieren, insbesondere eine Richtung und/oder Distanz anzuzeigen, die die Prüfvorrichtung (104) zu bewegen ist, um eine Kollision der Prüfvorrichtung (104) mit dem Hohlkörper (102) zu vermeiden.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a display device, which is designed, the evaluation signal ( 126 ), in particular to indicate a direction and / or distance that the test apparatus ( 104 ) is to cause a collision of the test apparatus ( 104 ) with the hollow body ( 102 ) to avoid. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, ein Steuersignal unter Verwendung des Auswertesignals (126) an einer Schnittstelle zu einem Aktor der Prüfvorrichtung (104) auszugeben, um die Prüfvorrichtung (104) berührungslos in dem Hohlkörper (102) zu bewegen.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a control device, which is designed, a control signal using the evaluation signal ( 126 ) at an interface to an actuator of the test device ( 104 ) to the test device ( 104 ) contactlessly in the hollow body ( 102 ) to move. Prüfsystem mit folgenden Merkmalen: einer Prüfvorrichtung (104), die in einen Hohlkörper (102) einführbar ist; und einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Sensorelemente (106, 108) der Vorrichtung (100) auf einer Oberfläche der Prüfvorrichtung (104) angeordnet sind.Test system with the following features: a test device ( 104 ), which are in a hollow body ( 102 ) is insertable; and a device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor elements ( 106 . 108 ) of the device ( 100 ) on a surface of the test device ( 104 ) are arranged. Prüfsystem gemäß Anspruch 10, bei der die Prüfvorrichtung (104) einen in den Hohlkörper (102) einführbaren ersten Teilabschnitt (112) und einen außerhalb des Hohlkörpers (102) verbleibenden zweiten Teilabschnitt aufweist, wobei die Sensorelemente (106, 108) der Vorrichtung (100) an dem ersten Teilabschnitt (112) angeordnet sind, und wobei die Auswerteeinrichtung (110) abgesetzt zu den Sensorelementen (106, 108) an dem zweiten Teilabschnitt angeordnet ist, wobei die Sensorelemente (106, 108) und die Auswerteeinrichtung (110) über zumindest eine Verbindungsleitung (122, 124) miteinander verbunden sind.Test system according to Claim 10, in which the test device ( 104 ) one in the hollow body ( 102 ) insertable first subsection ( 112 ) and one outside the hollow body ( 102 ) remaining second subsection, wherein the sensor elements ( 106 . 108 ) of the device ( 100 ) in the first subsection ( 112 ) are arranged, and wherein the evaluation device ( 110 ) offset to the sensor elements ( 106 . 108 ) is arranged on the second subsection, wherein the sensor elements ( 106 . 108 ) and the evaluation device ( 110 ) via at least one connecting line ( 122 . 124 ) are interconnected. Prüfsystem gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, mit einer Aktoreinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Relativbewegung zwischen dem Hohlkörper (102) und der Prüfvorrichtung (104) unter Verwendung des Auswertesignals (126) zu bewirken. Test system according to one of Claims 10 to 11, having an actuator device which is designed about a relative movement between the hollow body ( 102 ) and the test device ( 104 ) using the evaluation signal ( 126 ) to effect. Verfahren (1200) zum berührungslosen Bestimmen einer Lage einer in einen Hohlkörper (102) einführbaren Prüfvorrichtung (104), wobei das Verfahren (1200) die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen (1210) einer ersten elektrischen Kapazität (114) zwischen einem ersten kapazitiven Sensorelement (106) und einer durch ein erstes Segment (116) des Hohlkörpers (102) ausgebildeten ersten Gegenfläche, und Bestimmen einer zweiten elektrischen Kapazität (118) zwischen einem zweiten kapazitiven Sensorelement (108) und einer durch ein zweites Segment (120) des Hohlkörpers (102) ausgebildeten zweiten Gegenfläche, wobei die erste Kapazität (114) einen ersten Abstand (d1) zwischen dem ersten Sensorelement (106) und dem ersten Segment (116) repräsentiert und die zweite Kapazität (118) einen zweiten Abstand (d2) zwischen dem zweiten Sensorelement (108) und dem zweiten Segment (120) repräsentiert, wobei die Sensorelemente (106, 108) zumindest eine leitende Schicht (760) und zumindest eine nicht-leitende Schicht (770) umfassen; und Bestimmen (1220) eines Auswertesignals (126) unter Verwendung eines die erste Kapazität (114) repräsentierenden elektrischen Signals (122) und eines die zweite Kapazität (118) repräsentierenden elektrischen Signals (124), wobei das Auswertesignal (126) die Lage der Prüfvorrichtung (104) in dem Hohlkörper (102) repräsentiert.Procedure ( 1200 ) for non-contact determination of a position in a hollow body ( 102 ) insertable test device ( 104 ), the process ( 1200 ) comprises the following steps: determining ( 1210 ) of a first electrical capacitance ( 114 ) between a first capacitive sensor element ( 106 ) and one through a first segment ( 116 ) of the hollow body ( 102 ) formed first counter surface, and determining a second electrical capacitance ( 118 ) between a second capacitive sensor element ( 108 ) and one through a second segment ( 120 ) of the hollow body ( 102 ) formed second mating surface, wherein the first capacity ( 114 ) a first distance (d 1 ) between the first sensor element ( 106 ) and the first segment ( 116 ) and the second capacity ( 118 ) a second distance (d 2 ) between the second sensor element ( 108 ) and the second segment ( 120 ), wherein the sensor elements ( 106 . 108 ) at least one conductive layer ( 760 ) and at least one non-conductive layer ( 770 ); and determining ( 1220 ) of an evaluation signal ( 126 ) using a first capacity ( 114 ) representing electrical signal ( 122 ) and one the second capacity ( 118 ) representing electrical signal ( 124 ), whereby the evaluation signal ( 126 ) the location of the test apparatus ( 104 ) in the hollow body ( 102 ). Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (1200) gemäß Anspruch 13 durchzuführen.Computer program adapted to perform all steps of a procedure ( 1200 ) according to claim 13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 14.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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