DE102018110814B3

DE102018110814B3 - DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATING MEASURING DEVICES

Info

Publication number: DE102018110814B3
Application number: DE102018110814.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Marroquín
Original assignee: Mg Sensor GmbH
Current assignee: Mg Sensor GmbH
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2038-05-05

Abstract

Es ist bekannt, Messaufnehmer wie sie beispielsweise bei Aufpralltests an Fahrzeugen eingesetzt werden, zuvor kalibriert werden. Hierzu werden die Messaufnehmer in eine Aufnahmevorrichtung eingespannt, an der von außen Kräfte eingeleitet werden können. Werden diese Kräfte exzentrisch eingeleitet, so dass eine Verwindung des Messaufnehmers erfolgt, so kann auch eine Messung von Momenten durchgeführt werden. Allerdings verändert sich der Messaufbau aufgrund einer durch die Krafteinleitung erfolgenden Materialbiegung während der Kalibrierung fortwährend. Dies wird bei bekannten Verfahren aber nicht berücksichtigt.
Dies löst die vorliegende Erfindung, indem sie einen Neigungssensor vorsieht, der so platziert ist, dass bei einer eintretenden Biegung eine Neigung des gebogenen Messaufbaus erfasst werden kann. Die Messwerte des Neigungssensors werden der Auswerteeinheit zugeleitet, welche die Kalibrierung auswertet. Hierdurch kann der durch die sich einstellende Biegung entstehende Effekt erfasst, berücksichtigt und ausgeglichen werden und die Messgenauigkeit erhöht werden.

It is known that sensors used, for example, in impact tests on vehicles, are calibrated beforehand. For this purpose, the sensors are clamped in a receiving device on which forces can be introduced from the outside. If these forces are introduced eccentrically, so that a distortion of the sensor takes place, then a measurement of moments can be performed. However, due to a bending of the material caused by the introduction of force during the calibration, the measuring structure constantly changes. This is not taken into account in known methods.
This solves the present invention by providing a tilt sensor that is positioned so that upon an incoming bend, an inclination of the curved measurement setup can be detected. The measured values of the inclination sensor are forwarded to the evaluation unit, which evaluates the calibration. As a result, the effect resulting from the bending that occurs can be detected, taken into account and compensated, and the measuring accuracy can be increased.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines zu kalibrierenden Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung, umfassend ein Basismodul und ein Kopfmodul, wobei das Kopfmodul unter Zwischenstellung des zu kalibrierenden Messaufnehmers mit dem Basismodul kraftschlüssig fixierbar ist, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Kalibrierung eines Messaufnehmers.The present invention relates to a device for receiving a sensor to be calibrated for force and moment measurement, comprising a base module and a head module, wherein the head module with the intermediate position of the sensor to be calibrated with the base module is positively fixed, and a corresponding method for calibrating a sensor.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Vorrichtungen und Verfahren gemäß den Schriften CN 101587003 A , EP 2 246 675 A1 und US 7,730,776 B2 vorbekannt.Devices and methods according to the documents are already known from the prior art CN 101587003 A . EP 2 246 675 A1 and US 7,730,776 B2 previously known.

Ferner ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, Messaufnehmer einer Kalibrierung zu unterziehen. Hierzu werden die Messaufnehmer in einer Kalibriervorrichtung mit einer Kraft beaufschlagt und dabei wird geprüft, ob die von dem Messaufnehmer gemessene Kraft der von der Kalibriervorrichtung angelegten Kraft entspricht. Falls nicht, erfolgt eine Korrektur der Messwerte des Messaufnehmers in einer Auswerteeinheit, so dass der zu erwartende Wert ausgegeben wird.Furthermore, it is already known from the prior art to subject sensors to a calibration. For this purpose, the sensors are subjected to a force in a calibration device and it is checked whether the force measured by the sensor corresponds to the force applied by the calibration device. If not, the measured values of the sensor are corrected in an evaluation unit so that the expected value is output.

In analoger Weise wird neben einer angelegten Kraft auch ein angelegtes Dreh- oder Biegemoment erfasst, wobei zur Messung ebenfalls eine Kraft eingeleitet wird, welche aber nicht zentrisch auf den Messaufnehmer einwirkt, sondern vielmehr exzentrisch an diesem vorbeizielt. Hierdurch ergibt sich auf den Messaufnehmer eine Momenteinleitung.In an analogous manner, an applied rotational or bending moment is detected in addition to an applied force, wherein for measuring also a force is introduced, but which does not centric acts on the sensor, but rather eccentrically past this. This results in a torque introduction to the sensor.

Allerdings besteht bei einer solchen bekannten Lösung das Problem, dass sich im Laufe einer exzentrischen Krafteinleitung die Vorrichtung, in welche der Messaufnehmer zur Verbesserung der Hebelwirkung eingespannt wird, bewegt. Wird eine Kraft exzentrisch in eine Einspannvorrichtung eingeleitet, so wird sich diese in diejenige Richtung neigen, in der bezogen auf das Zentrum, also den Messaufnehmer die Kraft eingeleitet wird. Bei einer Belastung links des Zentrums wird sich die Einspannvorrichtung also nach links neigen.However, in such a known solution there is the problem that in the course of an eccentric introduction of force, the device in which the sensor is clamped to improve the leverage moves. If a force is introduced eccentrically into a clamping device, then this will tend in the direction in which the force is introduced with respect to the center, so the sensor. At a load on the left of the center, the clamping device will thus tilt to the left.

Bereits bei einer geringen seitlichen Neigung verändert sich jedoch die Hebelrichtung an dem Messaufnehmer und die Messung wird ungenau, weil die Krafteinleitung nicht mehr genau ausgerichtet ist. Es folgt hieraus eine ungenaue Kalibrierung insbesondere im Hinblick auf die Momentenmessung an dem Messaufnehmer.Already with a small lateral inclination, however, the lever direction on the sensor changes and the measurement becomes inaccurate because the introduction of force is no longer accurately aligned. This results in an inaccurate calibration, in particular with regard to the torque measurement on the sensor.

Für dieses Problem soll die vorliegende Erfindung eine Lösung bereitstellen, die eine exakte Kalibrierung des Messaufnehmers auch im Hinblick auf die Momentenmessung ermöglicht. Dies gelingt durch eine Vorrichtung zur Aufnahme eines zu kalibrierenden Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner gelingt dies durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9. Sinnvolle Ausgestaltungen sowohl der Vorrichtung als auch des Verfahrens können den sich jeweils anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.For this problem, the present invention is intended to provide a solution which allows an accurate calibration of the sensor also with regard to the moment measurement. This is achieved by a device for receiving a sensor to be calibrated for force and moment measurement according to the features of independent claim 1. Further, this is achieved by a method for calibrating a sensor for force and moment measurement according to the features of independent claim 9. Meaningful embodiments both the device as well as the method can be taken from the respectively subsequent dependent claims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Messaufnehmer zur Kraft- und Momentenmessung zum Zwecke der Kalibrierung in eine Vorrichtung eingespannt wird, um eine definierte Hebelwirkung zu erreichen. Die Vorrichtung besteht hierbei aus einem Basismodul und einem Kopfmodul, wobei beide Teile jeweils eine Aufnahme aufweisen, in welche eine Seite des Messaufnehmers eingelegt und fixiert werden kann. Die Fixierung erfolgt beiderseits derart, dass der Messaufnehmer kraftschlüssig mit beiden Teilen verbunden ist, die beiden Teile sich aber gegenseitig nicht berühren, so dass das Kopfmodul gegenüber dem Basismodul beweglich bleibt. Dem Kopfmodul ist hierbei ein Neigungssensor zugeordnet, welcher die Neigungslage des Kopfmoduls erfasst und am Anfang einer Messung zurückgesetzt werden kann. Im Fall einer exzentrischen Krafteinleitung in das Kopfmodul wird der Messaufnehmer gebogen, was zu einer Neigung des Kopfmoduls gegenüber dem Basismodul führt. Diese Neigung erfasst und quantifiziert der Neigungssensor und liefert die entsprechenden Daten an eine Auswertungseinheit, welche auch die Messwerte des Messaufnehmers empfängt. Mit einigem Vorteil handelt es sich bei dem Neigungssensor um einen zweiachsigen Neigungssensor, so dass ein Azimutalwinkel und ein Elevationswinkel erfassbar ist und damit jede beliebige Neigung festgestellt werden kann.According to the invention it is provided that a sensor for force and torque measurement for the purpose of calibration is clamped in a device in order to achieve a defined leverage. The device here consists of a base module and a head module, both parts each having a receptacle, in which one side of the sensor can be inserted and fixed. The fixation takes place on both sides such that the sensor is frictionally connected to both parts, but the two parts do not touch each other, so that the head module remains movable relative to the base module. The head module in this case an inclination sensor is assigned, which detects the inclination position of the head module and can be reset at the beginning of a measurement. In the case of an eccentric force introduction into the head module, the sensor is bent, which leads to a tilt of the head module relative to the base module. The inclination sensor detects and quantifies this inclination and supplies the corresponding data to an evaluation unit, which also receives the measured values of the sensor. With some advantage, the inclination sensor is a biaxial inclination sensor, so that an azimuthal angle and an elevation angle can be detected and thus any inclination can be detected.

Unter Verwendung der von dem Neigungssensor erfassten Neigungswinkel kann die Auswerteeinheit die Messwerte des Messaufnehmers korrigieren. Durch eine solche Berücksichtigung der Neigung des Kopfmoduls gegenüber dem Basismodul durch die Auswerteeinheit kann wesentlich genauer berechnet werden, welches Moment an dem Messaufnehmer tatsächlich angreift.Using the tilt angle detected by the tilt sensor, the evaluation unit can correct the measured values of the sensor. By such a consideration of the inclination of the head module relative to the base module by the evaluation can be calculated much more accurate, which moment actually acts on the sensor.

Im Falle einer zentrischen Krafteinleitung wird die vollständige in den Messaufnehmer eingeleitete Kraft durch diesen erfasst. Wird hingegen die Kraft exzentrisch eingeleitet, so soll ein Kraftanteil, der weiterhin zentrisch eingeleitet wird, abgezogen werden, um die reinen Querkräfte herauszurechnen. Da die Neigung bei größerer exzentrischer Krafteinleitung zunimmt, aber die Kraftrichtung seitens der Kalibrierungsvorrichtung sich nicht ändert, nimmt das in den Messaufnehmer eingeleitete Moment zu, da sich durch die Neigung des Kopfteils die tatsächliche Hebelarmlänge vergrößert, so dass die Messwerte verfälscht werden. Durch eine Kompensation dieses Effekts und eine entsprechende Korrektur der Messwerte bei zunehmender Neigung kann eine exaktere Kalibrierung geleistet werden.In the case of a centric introduction of force, the complete force introduced into the sensor is detected by it. If, on the other hand, the force is introduced eccentrically, then a share of force, which continues to be introduced centrally, should be subtracted in order to calculate the pure transverse forces. Since the inclination increases with greater eccentric force application, but the force direction on the part of the calibration device does not change, the torque introduced into the sensor increases because the inclination of the head part increases the actual lever arm length, so that the measured values be falsified. By compensating for this effect and correcting the readings as the slope increases, a more accurate calibration can be achieved.

Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Krafteinleitung im Wechsel zwischen zentrischer und exzentrischer Krafteinleitung zu betreiben. Bevorzugtermaßen erfolgt eine Krafteinleitung während einer vollständigen Kalibrierung zunächst zentrisch in z-Richtung, dann exzentrisch in x-Richtung, dann exzentrisch in y-Richtung, dann zentrisch in x-Richtung, dann zentrisch in y-Richtung, dann exzentrisch in y-Richtung. Die in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung weisenden Seiten sind hierbei jeweils rechtwinklig zueinander angeordnet. Bei jedem Übergang von einer zu einer nächsten Messung, bei der ein Richtungswechsel erfolgt, wird die Einheit aus Basismodul, Kopfmodul und Messaufnehmer zwischendurch jeweils so gedreht, dass die Krafteinleitung über das Kopfmodul und den Messaufnehmer in das Basismodul erfolgt.It has proven to be useful to operate the force in the change between centric and eccentric force application. Preferably, an introduction of force during a complete calibration takes place initially centrically in the z-direction, then eccentrically in the x-direction, then eccentrically in the y-direction, then centrically in the x-direction, then centrically in the y-direction, then eccentrically in the y-direction. The sides pointing in the x-direction, in the y-direction and in the z-direction are each arranged at right angles to one another. At each transition from a to a next measurement, in which a change of direction takes place, the unit of base module, head module and sensor is in turn each rotated so that the force is applied via the head module and the sensor into the base module.

Hierfür weist mit einigem Vorteil das Basismodul drei Flanken auf, wobei diese ebenfalls alle jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind, so dass die Einheit in alle drei Richtungen so aufgestellt werden kann, dass eine der Flanken dem Kopfmodul unterlegt ist.For this purpose, with some advantage, the base module on three flanks, which are also each arranged in each case perpendicular to each other, so that the unit can be placed in all three directions so that one of the flanks is underlaid to the head module.

Der Reihe nach wird für eine Kalibrierung zunächst der zu kalibrierende Messaufnehmer mit dem Kopfmodul verbunden. Das Kopfmodul kann hierfür mit einigem Vorteil eine Aufnahmemulde aufweisen, in welcher der Messaufnehmer formschlüssig eingelegt werden kann. Sobald der Messaufnehmer eingelegt ist, kann er mit Fixierschrauben gegenüber dem Kopfmodul fixiert werden.One after the other, the sensor to be calibrated is first connected to the head module for a calibration. The head module can for this purpose with some advantage have a receiving trough, in which the sensor can be inserted in a form-fitting manner. As soon as the sensor is inserted, it can be fixed with fixing screws opposite the head module.

Es sollte darauf geachtet werden, dass die Schrauben höchstens zweimal, vorzugsweise aber nur einmal eingesetzt werden, um zu vermeiden, dass die gebrauchten Schrauben einen Einfluss auf die Genauigkeit der Kalibrierung haben.Care should be taken that the screws are inserted at most twice, but preferably only once, to prevent the used screws from affecting the accuracy of the calibration.

Anschließend wird ein aus dem Kopfmodul herausragendes Ende des Messaufnehmers in eine Aufnahme des Basismoduls eingelegt und kann auch dort über Fixierschrauben befestigt werden. Hierdurch verbindet der Messaufnehmer das Basismodul mit dem Kopfmodul kraftschlüssig so, dass Basismodul und Kopfmodul einander nicht berühren. Um mehrere unterschiedliche Messaufnehmer kalibrieren zu können, kann dem Basismodul eine Adapterplatte zugeordnet sein, welche an die Form eines spezifischen Messaufnehmers angepasst ist und die mit dem Basismodul verschraubt werden kann. Das Kopfmodul würde in einem solchen Fall ganz ausgetauscht.Subsequently, an outstanding from the head module end of the sensor is inserted into a receptacle of the base module and can also be fixed there via fixing screws. As a result, the sensor connects the base module to the head module in a force-locking manner so that the base module and the head module do not touch one another. In order to calibrate several different sensors can be assigned to the base module an adapter plate, which is adapted to the shape of a specific sensor and which can be bolted to the base module. The head module would be completely replaced in such a case.

Damit die Krafteinleitung in das Kopfmodul stets an der richtigen Position erfolgt, können den Seitenflächen des Kopfmoduls, welche den Flanken des Basismoduls abgewandt gegenüberliegen, Solldruckstellen zugeordnet sein, an welchen die Kalibriervorrichtung die Krafteinleitung vornehmen soll. Neben einer rein optischen Markierung kann an diesen Solldruckstellen auch eine haptische Markierung vorgesehen sein, mithin eine kreisrunde, konkave Ausnehmung, in welche eine Stahlkugel eingelegt werden kann. Weist die Kalibriervorrichtung ein Druckstück mit ebenfalls kreisrunder, konkaver Ausnehmung auf, so kann unter Zwischenlage der Stahlkugel eine in der Richtung klar definierte Krafteinleitung punktgenau zentriert an der vorgegebenen Solldruckstelle erfolgen.Thus, the force is always introduced into the head module in the correct position, the side surfaces of the head module, which are facing away from the flanks of the base module, be assigned Solldruckstellen at which the calibration is to make the application of force. In addition to a purely optical marking, a haptic marking can also be provided at these desired pressure points, thus a circular, concave recess into which a steel ball can be inserted. If the calibrating device has a pressure piece with a likewise circular, concave recess, an introduction of force clearly defined in the direction can be centered precisely at the predetermined desired pressure point while the steel ball is interposed.

Hierbei wird an den Seitenflächen des Kopfmoduls zwischen zentrischen Solldruckstellen unterschieden, an denen die Kalibriervorrichtung Kraft einleitet um eine Kalibrierung der Kraftmessfunktion des Messaufnehmers vorzunehmen, und exzentrischen Solldruckstellen, an denen die Kalibriervorrichtung Kraft einleitet, um eine Kalibrierung der Momentenmessfunktion des Messaufnehmers vorzunehmen.In this case, a distinction is made on the side surfaces of the head module between centric desired pressure points at which the calibration device introduces force to calibrate the force measuring function of the sensor, and eccentric desired pressure points at which the calibration initiates force to perform a calibration of the torque measurement function of the sensor.

Mit einigem Vorteil kann das Basismodul für die Kalibrierung auf eine Kugelplatte gestellt werden, um sicherzustellen, dass von der Kalibriervorrichtung keine seitlichen Querkräfte eingeleitet werden.With some advantage, the base module can be placed on a ball plate for calibration to ensure that lateral lateral forces are not introduced by the calibration device.

Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention described above will be explained in more detail below with reference to an embodiment.

Es zeigen

1 ein Basismodul mit einer Adapterplatte in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
2 ein Kopfmodul mit einer Aufnahmemulde in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben,
3 das Kopfmodul gemäß 2 mit einem eingesetzten Messaufnehmer in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben, sowie
4 das Kopfmodul gemäß 3, welches umgedreht und auf das Basismodul gemäß 1 aufgesetzt ist und auf welches eine Kalibriervorrichtung einwirkt, in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben.

Show it

1 a base module with an adapter plate in a perspective view obliquely from above,
2 a head module with a receiving trough in a perspective view obliquely from above,
3 the head module according to 2 with an inserted sensor in a perspective view obliquely from above, as well
4 the head module according to 3 , which turned over and on the basis module according to 1 is placed and on which a calibration device acts, in a perspective view obliquely from above.

1 zeigt ein Basismodul 3 als Teil einer Haltevorrichtung für einen zu kalibrierenden Messaufnehmer 1. Das Basismodul 3 ist im Wesentlichen aus einer ersten Flanke 4, einer zweiten Flanke 5 und einer dritten Flanke 6 aufgebaut, welche jeweils zueinander senkrecht stehen. Zwischen der ersten Flanke 4 und der zweiten Flanke 5 ist ein Ausrichtungsbogen 7 vorgesehen, welche eine Ausrichtung eines später hinzukommenden Kopfmoduls 10 vorgibt. Zur späteren Aufnahme eines Endes des Messaufnehmers 1 ist dem Basismodul 3 an der dritten Flanke 6 eine Adapterplatte 8 zugeordnet. Darin kann der Messaufnehmer 1 eingesteckt und über Fixierbohrungen mit Fixierschrauben kraftschlüssig befestigt werden. 1 shows a base module 3 as part of a holding device for a sensor to be calibrated 1 , The basic module 3 is essentially a first flank 4 , a second flank 5 and a third flank 6 constructed, which are mutually perpendicular. Between the first flank 4 and the second flank 5 is a alignment sheets 7 provided, which an orientation of a later added head module 10 pretends. For later recording one end of the sensor 1 is the basic module 3 on the third flank 6 an adapter plate 8th assigned. Therein can the sensor 1 plugged in and secured by fixing holes with fixing screws non-positively.

2 hingegen zeigt das Kopfmodul 10, welches unter Zwischenstellung des Messaufnehmers 1 an dem Basismodul 3 angebracht werden kann. Das Kopfmodul 10 ist weitgehend würfelförmig, weist aber eine Ausrichtungsfase 18 auf, welche gegenüber dem Ausrichtungsbogen 7 des Basismoduls 3 ausgerichtet werden soll. Hierdurch wird ein fehlerhafter Zusammenbau von Basismodul 3 und Kopfmodul 10 vermieden. Das Kopfmodul 10 weist eine Aufnahmemulde 11 auf, in welcher der Messaufnehmer 1 formschlüssig eingesetzt werden kann. Dies ist in 3 gezeigt. 2 however, the head module shows 10 , which with the intermediate position of the sensor 1 on the base module 3 can be attached. The head module 10 is largely cube-shaped, but has a Ausrichtungsfase 18 on, which is opposite the alignment sheet 7 of the base module 3 to be aligned. This will cause a faulty assembly of base module 3 and head module 10 avoided. The head module 10 has a receiving trough 11 on, in which the sensor 1 can be used positively. This is in 3 shown.

Der Messaufnehmer 1 ist in der 3 in dem Kopfmodul 10 so platziert, dass ein Anschlussteil aus der Aufnahmemulde herausragt. Mit diesem Anschlussteil des Messaufnehmers 1 kann diese Einheit in die entsprechender Ausnehmung der Adapterplatte 8 des Basismoduls 3 eingesetzt werden, nachdem der Messaufnehmer 1 mithilfe von Fixierschrauben in der Aufnahmemulde fixiert wurde. Ein Verbindungskabel 2 des Messaufnehmers 1 wird mit der Kalibriervorrichtung verbunden.The sensor 1 is in the 3 in the head module 10 placed so that a connection part protrudes from the receiving trough. With this connector part of the sensor 1 can this unit in the corresponding recess of the adapter plate 8th of the base module 3 be used after the sensor 1 was fixed in the receiving trough with fixing screws. A connection cable 2 of the sensor 1 is connected to the calibration device.

In 4 ist nach dem Verdrehen und anschließenden Aufsetzen des Kopfmoduls 10 auf das Basismodul 3 die Einheit bereit zur Kalibrierung. Der Messaufnehmer 1 ist mit seinem zuvor freien Ende in der Aufnahme der Adapterplatte 8 des Basismoduls 3 eingesteckt und fixiert. Das Verbindungskabel 2 des Messaufnehmers 1 ist seitlich herausgeführt. Die Ausrichtung des Kopfmoduls 10 gegenüber dem Basismodul 3 ist derart, dass die Ausrichtungsfase 18 direkt gegenüber dem Ausrichtungsbogen 7 des Basismoduls ausgerichtet ist. Auf einer dritten Seitenfläche 16 ist ein Neigungssensor 12 angeordnet, welcher eine Neigung des Kopfmoduls 10 während des Kalibriervorgangs erfasst und welcher über ein Verbindungskabel 13 mit der Auswerteeinheit verbunden ist, welche mit dem Messaufnehmer 1 und der Kalibriervorrichtung 19 kommuniziert.In 4 is after twisting and then attaching the head module 10 on the base module 3 the unit ready for calibration. The sensor 1 is with its previously free end in the receptacle of the adapter plate 8th of the base module 3 plugged in and fixed. The connection cable 2 of the sensor 1 is led out laterally. The orientation of the head module 10 opposite the base module 3 is such that the alignment bevel 18 directly opposite the alignment sheet 7 of the base module is aligned. On a third side surface 16 is a tilt sensor 12 arranged, which has an inclination of the head module 10 detected during the calibration process and which via a connection cable 13 is connected to the evaluation, which with the sensor 1 and the calibration device 19 communicated.

Für einen Kalibriervorgang wird die Einheit nacheinander so platziert, dass ein Druckstück 20 der Kalibriervorrichtung 19 die verschiedenen Solldruckstellen F_x , F_y , F_z , M_x , M_y und M_z betätigt und so verschiedene Belastungen des Messaufnehmers 1 nacheinander durchspielt. Hierbei ist die bevorzugte Reihenfolge zunächst die dritte zentrische Solldruckstelle F_z zu betätigen und damit eine reine Krafteinleitung in den Messaufnehmer in z-Richtung zu bewirken. Hierbei liegt das Basismodul 3 auf der dritten Flanke 6 und die dritte Seitenfläche 16 des Kopfmoduls 10 weist nach oben. Durch eine Verschiebung zur Seite hin wird dann die Stahlkugel 17 in die benachbarte konkav geformte erste exzentrische Solldruckstelle M_x verschoben, wo die Kalibriervorrichtung 19 erneut Kraft einleitet, was dann aber zu einer Neigung des Kopfmoduls 10 in Richtung der zweiten Flanke 5 des Basismoduls 3 führt. Diese Neigung wird von dem Neigungssensor 12 erfasst und an die hier nicht gezeigte Auswerteeinheit weitergeleitet. Bei der Kalibrierung wird der senkrechte Kraftanteil herausgerechnet um eine reine Momentenerfassung zu erhalten. Die Verfälschung des Messergebnisses durch die Neigung des Kopfteils und die daraus resultierende Veränderung des Hebelarms wird mittels des Signals des Neigungssensors entsprechend korrigiert.For a calibration process, the unit is placed one after the other so that a pressure piece 20 the calibration device 19 the different desired pressure points F _x . F _y . F _z . M _x . M _y and M _z operated and so different loads on the sensor 1 plays through one after the other. Here, the preferred order is first the third centric target pressure point F _z to operate and thus cause a pure force into the sensor in the z-direction. This is the base module 3 on the third flank 6 and the third side surface 16 of the head module 10 points upwards. By a shift to the side then the steel ball 17 in the adjacent concave shaped first eccentric target pressure point M _x moved where the calibration device 19 again introduces force, but then to a tendency of the head module 10 in the direction of the second flank 5 of the base module 3 leads. This tilt is from the tilt sensor 12 detected and forwarded to the evaluation unit, not shown here. During calibration, the vertical force component is calculated out to obtain a pure torque detection. The falsification of the measurement result by the inclination of the head part and the resulting change in the lever arm is corrected accordingly by means of the signal of the inclination sensor.

Dies wiederholt sich nochmals bei der zweiten exzentrischen Solldruckstelle M_y bevor dann die Einheit gedreht wird, bis sie auf der ersten Flanke 4 des Basismoduls 3 liegt und die erste Seitenfläche 14 des Kopfmoduls 10 nach oben weist. In dieser Lage wird die erste zentrische Solldruckstelle F_x betätigt, nochmals auf die zweite Flanke 5 des Basismoduls gedreht und dort die zweite zentrische Solldruckstelle F_y auf der zweiten Seitenfläche 15 des Kopfmoduls 10 und nach einem finalen Zurückdrehen auf die erste Flanke 4 des Basismoduls 3 die dritte exzentrische Solldruckstelle M_z auf der ersten Seitenfläche des Kopfmoduls 10 betätigt bevor alle Kalibrierungsschritte durchlaufen sind. Eine Berücksichtigung des Neigungssensors 12 ist hierbei jeweils insbesondere bei einer Krafteinleitung in die exzentrischen Solldruckstellen M_x , M_y und M_z erforderlich, so dass eine sich einstellende Neigung des Kopfmoduls berücksichtigt werden kann.This is repeated again at the second eccentric desired pressure point M _y before then the unit is turned until it is on the first flank 4 of the base module 3 lies and the first side surface 14 of the head module 10 points upwards. In this position, the first centric target pressure point F _x pressed, again on the second flank 5 the base module rotated and there the second centric target pressure point F _y on the second side surface 15 of the head module 10 and after a final turn back to the first flank 4 of the base module 3 the third eccentric target pressure point M _z on the first side surface of the head module 10 pressed before all calibration steps have been completed. A consideration of the inclination sensor 12 in this case is in each case in particular at a force in the eccentric desired pressure points M _x . M _y and M _z required, so that a self-adjusting inclination of the head module can be considered.

Vorstehend beschrieben ist somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Messaufnehmern, die eine exakte Kalibrierung des Messaufnehmers auch im Hinblick auf die Momentenmessung ermöglichen.Thus described above is a method and apparatus for calibrating transducers that allow accurate calibration of the transducer also with respect to torque measurement.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messaufnehmersensor
22: Verbindungskabel des MessaufnehmersConnection cable of the sensor
33: Basismodulbase module
44: erste Flankefirst flank
55: zweite Flankesecond flank
66: dritte Flankethird flank
77: Ausrichtungsbogenalignment sheets
88th: Adapterplatteadapter plate
99: Fixierbohrunglocating pin
1010: Kopfmodulhead module
1111: Aufnahmemuldereceiving trough
1212: Neigungssensortilt sensor
1313: Verbindungskabel des NeigungssensorsConnection cable of the inclination sensor
1414: erste Seitenflächefirst side surface
1515: zweite Seitenflächesecond side surface
1616: dritte Seitenflächethird side surface
1717: Stahlkugelsteel ball
1818: AusrichtungsfaseAusrichtungsfase
1919: Kalibriervorrichtungcalibration
2020: DruckstückPressure piece
F_x F _x: erste zentrische Solldruckstellefirst centric target pressure point
F_y F _y: zweite zentrische Solldruckstellesecond centric target pressure point
F_z F _z: dritte zentrische Solldruckstellethird centric target pressure point
M_x M _x: erste exzentrische Solldruckstellefirst eccentric target pressure point
M_y M _y: zweite exzentrische Solldruckstellesecond eccentric desired pressure point
M_z M _z: dritte exzentrische Solldruckstellethird eccentric target pressure point

Claims

Device for receiving a sensor (1) for force and moment measurement to be calibrated, comprising a base module (3) and a head module (10), the head module (10) being connected to the base module (3) with the measuring transducer (1) to be calibrated is positively fixed, characterized in that the head module (10) is associated with a tilt sensor (12) which is data-connected to an evaluation unit, which the data of the sensor (1) during a calibration device (19) in the direction of the base module (3 ) evaluates the force introduced into the head module (10) and takes into account the measured values of the inclination sensor (12).

Device according to Claim 1 , characterized in that the head module (10) has a receiving trough (11) for the preferably positive reception of the sensor (1).

Device according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the head module (10) on at least one side surface (14, 15, 16) a centric target pressure point (F _x , F _y , F _z ) for force introduction by the calibration device (19) in the context of calibration of the force measurement function of the sensor (1).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the head module (10) at least one side surface (14, 15, 16) at least one eccentric desired pressure point (M _x , M _y , M _z ) for force introduction by the calibration device (19) in Frame of the calibration of the torque measurement function of the sensor (1).

Device according to one of the Claims 3 or 4 , characterized in that the base module (3) has three mutually perpendicular flanks (4, 5, 6) and the head module (10) Solldruckstellen (F _x , F _y , F _z , M _x , M _y , M _z ) on Having its three of the flanks (4, 5, 6) of the base module (3) opposite in the intended mounting state opposite side surfaces (14, 15, 16).

Device according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that the desired pressure points (F _x , F _y , F _z , M _x , M _y , M _z ) are concave spherical wells.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base module (3) has a to the sensor (1) adapted, detachable adapter plate (8).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base module (3) and the head module (10) Fixierbohrungen (9) for receiving fixing screws for non-positive fixation of the sensor (1) in the base module (3) and the head module (10) assigned.

Method for calibrating a sensor for force and moment measurement, wherein the sensor (1) between a base module (3) and a head module (10) is fixed and from a calibration device (19) a force in the direction of the base module (3) in the head module (10) is initiated, wherein measured values of the sensor (1) and control values of the calibration device (19) are fed to an evaluation unit which performs a calibration of the sensor (1) on the basis of these data, characterized in that the head module (10) has an inclination sensor (10). 12), whose measured values are likewise fed to the evaluation unit, the introduction of force by the calibrating device (19) takes place successively centric and eccentric with respect to the measuring sensor, the evaluation unit determining the measured values of the inclination sensor (12) at least in the case of an eccentric force introduction during the calibration of the inclination sensor Sensor taken into account.

Method according to Claim 9 , characterized in that in the case of an eccentric introduction of force, a proportion of the central force introduction on the basis of the measured values of the inclination sensor (12) determined and deducted from the eccentric load.

Method according to one of Claims 9 or 10 , characterized in that a force introduction takes place first centric in the z-direction, then eccentrically in the x-direction, then eccentrically in the y-direction, then centric in the x-direction, then centric in the y-direction, then eccentrically in the y-direction, wherein the connected measuring unit comprising the base module (3), head module (10) and sensor (1) is, if necessary, in each case rotated in such a way that the force is transmitted via the head module (10) and the sensor (1) into the base module (3).

Method according to one of Claims 9 to 11 , characterized in that the base module (3) is placed on a ball plate for the calibration.

Method according to one of Claims 9 to 12 , characterized in that the sensor (1) is fixed with screws in the head module (10) and the base module (3), wherein the screws are replaced at least after each second calibration, preferably after each calibration.

Method according to one of Claims 9 to 13 , characterized in that the introduction of force from the calibration device (19) via a pressure piece (20) with concave pressure surface in a steel ball (17), which in turn in a concave desired pressure point (F _x , F _y , F _z , M _x , M _y , M _z ) of the head module (10) rests.