DE102019219521B4 - Foam sensor and method of operating a machine - Google Patents

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Abstract

Schaumstoffsensor (30), der in eine vorgegebene Form geschnitten werden kann, wobei der Schaumstoffsensor (30) eine Vielzahl von Lichtquellen (32) und Lichtsensoren (33) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (32) und die Lichtsensoren (33) mit fächerförmig verlaufenden elektrischen Leitungen verbunden sind, die sich in einem Austrittspunkt (36) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffsensor (30) einen Zuschnittbereich (34) umfasst.Foam sensor (30) that can be cut into a predetermined shape, the foam sensor (30) comprising a plurality of light sources (32) and light sensors (33), characterized in that the light sources (32) and the light sensors (33) with fan-shaped electrical leads which meet at an exit point (36), characterized in that the foam sensor (30) comprises a blanking area (34).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine, ein Verfahren zur Herstellung einer Maschine sowie einen Schaumstoffsensor.The present invention relates to a method for operating a machine, a method for manufacturing a machine and a foam sensor.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 698 08 293 T2 ist ein Drucksensor bekannt, der ein Schaumstoffmaterial, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfasst. Das Schaumstoffmaterial umfasst Streuzentren und leitet durch die in ihm befindliche Lichtquelle eingespeistes Licht, sodass der ebenfalls im Schaumstoffmaterial befindliche Lichtsensor das eingeleitete Licht empfangen kann. Der Sensor ist so angeordnet, dass er das Licht der Lichtquelle nicht auf direktem Weg empfangen kann, sondern das Licht nach Streuung am Schaumstoffmaterial empfängt. Bei Deformation des Schaumstoffmaterial verändert sich dessen Lichtleitfähigkeit bzw. die Dichte der Streuzentren, sodass eine Auswertung der durch den Lichtsensor empfangenen Lichtintensität ein Maß für den auf das Schaumstoffmaterial wirkenden Druck darstellt. Somit kann aus dem Schaumstoffmaterial ein Drucksensor gebildet werden.From the DE 698 08 293 T2 a pressure sensor is known which comprises a foam material, a light source and a light sensor. The foam material includes scattering centers and conducts light fed in by the light source located in it, so that the light sensor also located in the foam material can receive the light introduced. The sensor is arranged in such a way that it cannot receive the light from the light source directly, but receives the light after it has been scattered by the foam material. When the foam material deforms, its light conductivity or the density of the scattering centers changes, so that an evaluation of the light intensity received by the light sensor represents a measure of the pressure acting on the foam material. A pressure sensor can thus be formed from the foam material.

Aus der EP 1 605 240 A1 ist ein textiler Sensor bekannt, der aus einer flächigen, gewebten Elektrode und gegenüberliegenden durch leitende Fäden gebildete Elektroden gebildet wird. Die flächige Elektrode und die leitenden Fäden sind durch eine nichtleitende Schicht beabstandet und bilden je einen Kondensator. Der Abstand ändert sich bei Druckeinwirkung, sodass sich in Folge dessen auch die Kapazität der Kondensatoren Ändert. Die Kapazitätsänderung kann gemessen werden, um so ein Maß für den einwirkenden Druck zu erhalten. From the EP 1 605 240 A1 a textile sensor is known which is formed from a flat, woven electrode and opposite electrodes formed by conductive threads. The flat electrode and the conductive threads are separated by a non-conductive layer and each form a capacitor. The distance changes when pressure is applied, so that the capacitance of the capacitors also changes as a result. The change in capacitance can be measured to give a measure of the pressure applied.

Aus dem Stand der Technik sind Kontaktschalter bekannt, die an beweglichen Teilen von Maschinen montiert werden um bei Kontakt der beweglichen Teile die Maschine mit einem Fremdobjekt sicherheitshalber die Maschine abzuschalten. Die Kontaktschalter sind fest montiert und müssen oftmals innerhalb der Maschine verbaut sein, um beispielsweise die Verformung eines beweglichen Teils der Maschine zu erfassen. Außerdem sind Kontaktschalter nicht geeignet die Art eines Kontakts zwischen der Maschine und einem Fremdobjekt näher zu klassifizieren.Contact switches are known from the prior art, which are mounted on moving parts of machines in order to switch off the machine for safety reasons when the moving parts come into contact with a foreign object. The contact switches are permanently mounted and often have to be installed inside the machine, for example to detect the deformation of a moving part of the machine. In addition, contact switches are not suitable for classifying the type of contact between the machine and a foreign object.

Aus der DE 44 28 650 A1 ist eine optische Druckerfassungsvorrichtung, basierend auf einem Lichtwellenleiter in einer Matte, bekannt.From the DE 44 28 650 A1 an optical pressure detection device based on an optical waveguide in a mat is known.

Aus der DE 10 2010 010 873 A1 ist eine flexible Sicherheitsmatte zur Kollisionserkennung bekannt, wobei die Matte eine kompressible Schicht und darunter eine drucksensitive Schicht aufweist.From the DE 10 2010 010 873 A1 a flexible safety mat for collision detection is known, the mat having a compressible layer and a pressure-sensitive layer underneath.

Aus der DE 10 2009 055 121 A1 ist ein sensierendes Flächenelement, das mehrere kapazitative Sensoren umfasst.From the DE 10 2009 055 121 A1 is a sensing surface element that includes several capacitive sensors.

Aus der DE 10 2009 029 021 A1 ist ein Sensorsystem zur Umfeldüberwachung an einem mechanischen Bauteil, basierend auf kapazitativen Sensoren, bekannt.From the DE 10 2009 029 021 A1 a sensor system for monitoring the surroundings of a mechanical component based on capacitive sensors is known.

Aus der DE 10 2007 022 871 A1 ist ein Taktilsensor mit entkoppelten Sensorzellen bekannt, wobei die Sensorzellen unter Druck ihren elektrischen Widerstand ändern.From the DE 10 2007 022 871 A1 a tactile sensor with decoupled sensor cells is known, the sensor cells changing their electrical resistance under pressure.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Maschine, wobei ein Teil der Maschine mit einem flächigen, erfindungsgemäßen Schaumstoffsensor, der zur Erkennung eines Drucks eingerichtet ist, bedeckt ist, hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Notfallreaktion eingeleitet wird, wenn mittels des Schaumstoffsensors ein Kontakt zwischen der Maschine und einem Fremdobjekt erkannt wird.The method according to the invention for operating a machine, in which part of the machine is covered with a flat foam sensor according to the invention, which is set up to detect pressure, has the advantage that an emergency response is initiated if the foam sensor makes contact between the machine and a foreign object is detected.

Vorteilhaft ist, dass die Notfallreaktion nur dann eingeleitet wird, wenn mittels des Schaumstoffsensors erkannt wird, dass der Kontakt zwischen Maschine und Fremdobjekt einen Druck auf den Schaumstoffsensor ausübt, der einen Schwellendruck übersteigt. Somit lassen sich relevante von nicht relevanten Berührungen zwischen Maschine und Fremdobjekt unterscheiden. Handelt es sich bei der Maschine um eine eher robuste Maschine, ist es beispielsweise nicht erforderlich eine Notreaktion einzuleiten, wenn erkannt wird, dass der auf den Schaumstoffsensor einwirkende Druck einem Druck entspricht, der einer Berührung durch ein in einer Maschinenhalle herumliegenden leichten Gegenstand, wie z.B. Verpackungsmaterial, entspricht. Der Schwellendruck kann je nach Ausführung der Maschine und typischerweise an deren Einsatzort anzutreffenden Fremdobjekten appliziert werden.It is advantageous that the emergency response is only initiated when the foam sensor detects that the contact between the machine and the foreign object is exerting pressure on the foam sensor that exceeds a threshold pressure. In this way, relevant and irrelevant touches between the machine and the foreign object can be distinguished. For example, if the machine is a rather robust machine, it is not necessary to initiate an emergency response if it is detected that the pressure acting on the foam sensor corresponds to a pressure equivalent to contact with a light object lying around in a machine room, such as a packaging material. The threshold pressure can be applied depending on the design of the machine and foreign objects typically found at its place of use.

Vorteilhaft ist, dass die Notfallreaktion nur eingeleitet wird, wenn mittels des Schaumstoffsensors eine zweidimensionale Druckverteilung auf den Schaumstoffsensor erkannt wird und die erkannte zweidimensionale Druckverteilung einem hinterlegten Muster entspricht. Bei dem hinterlegten Muster kann es sich insbesondere um ein Muster handeln, das typischerweise durch den Kontakt des Schaumstoffsensors mit menschlichen Körperteilen, wie z.B. einem Fuß, auftritt. Somit können vorteilhafterweise sicherheitsrelevante Kollisionen von nicht sicherheitsrelevanten Kollisionen unterschieden werden, was unnötige Notfallreaktionen vermeidet.It is advantageous that the emergency response is only initiated if the foam sensor detects a two-dimensional pressure distribution on the foam sensor and the detected two-dimensional pressure distribution corresponds to a stored pattern. The stored pattern can in particular be a pattern that typically occurs as a result of the foam sensor coming into contact with parts of a human body, such as a foot. Thus, advantageously safety-relevant collisions of not safe safety-relevant collisions are distinguished, which avoids unnecessary emergency responses.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Maschine, hat den Vorteil, dass eine Form eines Kontaktteils der Maschine bestimmt wird, dass aus der Form des Kontaktteils die Form eines erfindungsgemäßen Schaumstoffsensors abgeleitet wird und dass ein erfindungsgemäßer Schaumstoffsensor mit der abgeleiteten Form an dem Kontaktteil der Maschine befestigt wird.The method according to the invention for producing a machine has the advantage that a shape of a contact part of the machine is determined, that the shape of a foam sensor according to the invention is derived from the shape of the contact part, and that a foam sensor according to the invention with the derived shape is attached to the contact part of the machine will.

Mit anderen Worten wird die Maschine zunächst bis auf noch fehlende Schaumstoffsensoren fertiggestellt. Anschließend wird überprüft, welche Flächen an beweglichen Teilen der Maschine eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für einen Kontakt mit einem Fremdobjekt haben. Bei den so identifizierten Flächen kann es sich insbesondere auch um Außenflächen einer insgesamt beweglichen Maschine, beispielsweise eines selbstfahrenden Roboters, handeln. Anschließend werden die Schaumstoffsensoren passgenaue ausgeschnitten und an den zuvor identifizierten Flächen der Maschine befestigt. Somit kann eine bewegliche Maschine auf einfache und kostengünstige Art und Weise abgesichert werden.In other words, the machine is initially completed except for the foam sensors that are still missing. It is then checked which surfaces on moving parts of the machine are more likely to come into contact with a foreign object. The surfaces identified in this way can in particular also be external surfaces of a machine that is movable overall, for example a self-propelled robot. The foam sensors are then cut out with a precise fit and attached to the previously identified areas of the machine. A moving machine can thus be secured in a simple and cost-effective manner.

Der erfindungsgemäße Schaumstoffsensor hat den Vorteil, dass er in eine vorgegebene Form geschnitten werden kann. Hierfür wird der Schaumstoffsensor mattenförmig vorgefertigt, wobei Leitungen innerhalb des Schaumstoffsensors, die z.B. zur Versorgung von Lichtquellen oder zur Übermittlung von Signalen von Lichtsensoren vorhanden sind, innerhalb des Schaumstoffsensors fächerförmig angeordnet sind und sich an einem gemeinsamen Ausleitungspunkt am Rand des Schaumstoffsensors treffen. Unter Aussparung des Ausleitungspunkts kann der Schaumstoffsensor beliebig zugeschnitten werden, wobei es unerheblich ist, ob dabei einige Leitungen von Lichtquellen oder Lichtsensoren abgeschnitten werden. Für die Funktion des Schaumstoffsensors muss lediglich sichergestellt werden, dass nicht alle Lichtquellen oder alle Lichtsensoren abgeschnitten werden. Auf diese Weise lassen sich aus dem Schaumstoffsensor Sensorleisten von nahezu beliebiger Form herstellen.The foam sensor according to the invention has the advantage that it can be cut into a predetermined shape. For this purpose, the foam sensor is prefabricated in the form of a mat, with lines inside the foam sensor, which are available, for example, for supplying light sources or for transmitting signals from light sensors, are arranged in a fan shape inside the foam sensor and meet at a common exit point on the edge of the foam sensor. The foam sensor can be cut to any size while leaving out the exit point, regardless of whether some leads from light sources or light sensors are cut off. For the function of the foam sensor it is only necessary to ensure that not all light sources or all light sensors are cut off. In this way, sensor strips of almost any shape can be produced from the foam sensor.

Bei dem Schaumstoffsensor kann es sich um einen aus dem Stand der Technik bekannten Schaumstoffsensor handeln, oder um einen der nachstehend näher beschriebenen Schaumstoffsensoren.The foam sensor can be a foam sensor known from the prior art, or one of the foam sensors described in more detail below.

Der Schaumstoffsensor kann vorteilhafterweise ein Schaumstoffelement umfassen, wobei sich innerhalb des Schaumstoffelements Lichtquellen und Lichtsensoren befinden, sodass die Lichtsensoren durch die Lichtquellen ausgesendetes Licht empfangen, wobei das Schaumstoffelement derart ausgebildet ist, dass sich die von den Lichtsensoren empfangene Lichtintensität in Abhängigkeit eines auf das Schaumstoffelement wirkenden Drucks ändert, wobei der Schaumstoffsensor außerdem Elektroden umfasst, die einen Kondensator bilden, dessen Kapazität anhängig von dem auf das Schaumstoffelement einwirkenden Drucks ist.The foam sensor can advantageously comprise a foam element, light sources and light sensors being located within the foam element, so that the light sensors receive light emitted by the light sources, the foam element being designed in such a way that the light intensity received by the light sensors changes as a function of a light acting on the foam element Pressure changes, wherein the foam sensor also comprises electrodes forming a capacitor whose capacity is dependent on the pressure acting on the foam element.

Das Schaumstoffelement umfasst Streuzentren, ist ansonsten aber lichtleitend ausgebildet. In das Schaumstoffelement eingekoppeltes Licht wird an den Streuzentren gestreut, sodass die im Schaumstoffelement befindlichen Lichtsensoren das durch die Streuzentren gestreute Licht empfangen. Bei Kompression des Schaumstoffelements in Folge von Druckeinwirkung wird die lokale Dichte der Streuzentren im Bereich der Druckeinwirkung erhöht, sodass die Lichtsensoren eine erhöhte Lichtintensität erfassen. Die Lichtintensität ist dabei ein eindeutiges Maß für die Intensität der Druckeinwirkung. Zusätzlich kann der Schaumstoffsensor Elektroden umfassen, die einen Kondensator bilden. Der Kondensator ist, beispielsweise durch die Verwendung des kompressiblen Schaumstoffmaterials als Isolierschicht, ebenfalls kompressibel, sodass sich die Kapazität des Kondensators bei lokaler Druckeinwirkung ändert. Eine Messung der Kapazität des Kondensators liefert daher ein eindeutiges Maß für den auf den Kondensator einwirkenden Druck, sodass diese Ausgestaltung des Schaumstoffsensors vorteilhafterweise zwei unabhängige Messverfahren ermöglicht, die verwendet werden können, um einen Druck redundant zu erfassen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen in denen der Schaumstoffsensor über eine lange Produktlebensdauer nicht getauscht oder gewartet werden kann, da die beiden voneinander unabhängigen Messverfahren auch verwendet werden können um langfristige Sensordriften zu erkennen und im Rahmen einer elektronischen Auswertung zu kompensieren. Somit bietet diese Ausgestaltung des Schaumstoffsensors eine kostengünstige, flexible und langlebige Möglichkeit einen Druck zu messen.The foam element includes scattering centers, but is otherwise light-conducting. Light coupled into the foam element is scattered at the scattering centers, so that the light sensors located in the foam element receive the light scattered by the scattering centers. When the foam element is compressed as a result of pressure, the local density of the scattering centers in the area of the pressure is increased, so that the light sensors detect an increased light intensity. The light intensity is a clear measure of the intensity of the pressure effect. In addition, the foam sensor can include electrodes that form a capacitor. The capacitor is also compressible, for example due to the use of the compressible foam material as an insulating layer, so that the capacitance of the capacitor changes when local pressure is applied. A measurement of the capacitance of the capacitor therefore provides a clear measure of the pressure acting on the capacitor, so that this embodiment of the foam sensor advantageously enables two independent measurement methods that can be used to detect a pressure redundantly. This is particularly advantageous in applications in which the foam sensor cannot be replaced or serviced over a long product service life, since the two independent measurement methods can also be used to detect long-term sensor drift and to compensate for it as part of an electronic evaluation. This configuration of the foam sensor thus offers a cost-effective, flexible and long-lasting option for measuring pressure.

Vorteilhafter Weise wird eine Elektrode des Sensorsystems durch ein flächiges Gewebe gebildet, das beispielsweise aus einer miteinander verwobenen Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten oder Fasern gebildet sein kann. Alternativ kann das flächige Gewebe auch nicht elektrisch leitende Komponenten, wie z.B. handelsübliche Textilfasern, enthalten. Somit kann vorteilhafterweise eine mechanische oder haptische Eigenschaft des flächigen Gewebes in einer gewünschten Art und Weise bereitgestellt werden.An electrode of the sensor system is advantageously formed by a flat fabric, which can be formed, for example, from a multiplicity of electrically conductive wires or fibers that are woven together. Alternatively, the flat fabric can also contain non-electrically conductive components, such as commercially available textile fibers. A mechanical or haptic property of the planar fabric can thus advantageously be provided in a desired manner.

Vorteilhaft ist, wenn das Schaumstoffelement eine Oberfläche aufweist, wobei sich eine Elektrode auf der Oberfläche des Schaumstoffelements befindet. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich die Elektrode, die das flächige Gewebe bildet, auf der Oberfläche des Schaumstoffelements. Somit kann eine gewünschte Oberflächeneigenschaft bzw. -haptik bereitgestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich mindestens eine zweite Elektrode innerhalb des Schaumstoffelements.It is advantageous if the foam element has a surface, with an electrode being located on the surface of the foam element de. In a particularly advantageous embodiment, the electrode that forms the flat fabric is located on the surface of the foam element. A desired surface property or surface feel can thus be provided. In a further advantageous embodiment, at least one second electrode is located within the foam element.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, in der das Schaumstoffelement zwei gegenüberliegende Oberflächen aufweist, befinden sich die Elektroden auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Schaumstoffelements. Besonders vorteilhaft ist, wenn beide Oberflächen durch Elektroden bedeckt sind, die flächige Gewebe bilden.In a further advantageous embodiment, in which the foam element has two opposite surfaces, the electrodes are located on the two opposite surfaces of the foam element. It is particularly advantageous if both surfaces are covered by electrodes that form flat tissue.

Vorteilhaft ist, wenn die Elektroden eine elektrische Leitung bilden, die mit den Lichtquellen oder den Lichtsensoren verbunden sind. Durch die Verwendung der Elektroden als elektrischen Leitungen lässt sich vorteilhafterweise ein Schaumstoffsensor realisieren, dass keine gesonderten elektrischen Leitungen zum Versorgen der Lichtquellen mit elektrischer Energie oder zum Übermitteln von durch die Lichtsensoren bereitgestellten elektrischen Signalen benötigt. Mit anderen Worten kann so vorteilhafterweise ein Schaumstoffsensor bereitgestellt werden, dessen Signalleitungen bzw. Versorgungsleitungen verwendet werden können, um kapazitive Drucksensoren zu realisieren.It is advantageous if the electrodes form an electrical line that is connected to the light sources or the light sensors. By using the electrodes as electrical lines, a foam sensor can advantageously be implemented that does not require any separate electrical lines to supply the light sources with electrical energy or to transmit electrical signals provided by the light sensors. In other words, a foam sensor can thus advantageously be provided whose signal lines or supply lines can be used to implement capacitive pressure sensors.

Vorteilhafter Weise bildet das Schaumstoffelement eine Matte. Der Schaumstoffsensor umfasst mehrere Lichtsensoren, sodass aus einer Verteilung der durch die Lichtsensoren empfangenen Lichtintensität eine Lokalisierung des auf das Schaumstoffelement einwirkenden Drucks ermittelt werden kann. Die Mattenform des Schaumstoffelements bietet den Vorteil, dass der derart gebildete Schaumstoffsensor flexibel eingesetzt werden kann. Somit kann der Druck nicht nur dem Betrag nach gemessen, sondern auch räumlich zugeordnet werden. Durch entsprechende Anordnung der Lichtsensoren kann ein Schaumstoffsensor mit einer räumlichen Auflösung bereitgestellt werden, die eine Bestimmung einer Einwirkfläche des Drucks oder einer zweidimensionalen Druckverteilung ermöglicht. Der Schaumstoffsensor kann auch eine Vielzahl von Elektroden umfassen.The foam element advantageously forms a mat. The foam sensor comprises a plurality of light sensors, so that a localization of the pressure acting on the foam element can be determined from a distribution of the light intensity received by the light sensors. The mat shape of the foam element offers the advantage that the foam sensor formed in this way can be used flexibly. Thus, the pressure can not only be measured in terms of amount, but also assigned spatially. By appropriately arranging the light sensors, a foam sensor can be provided with a spatial resolution that enables an area affected by the pressure or a two-dimensional pressure distribution to be determined. The foam sensor can also include a plurality of electrodes.

Ein Ausführungsbeispiel des Schaumstoffsensors wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:An embodiment of the foam sensor is described in more detail in the following drawings. show:

Figurenlistecharacter list

  • 1 einen schematischen Querschnitt durch einen beispielhaften Schaumstoffsensor; 1 a schematic cross section through an exemplary foam sensor;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf einen beispielhaften Schaumstoffsensor; 2 a schematic plan view of an exemplary foam sensor;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Schaumstoffsensors, der für einen Zuschnitt geeignet ist. 3 a schematic representation of a foam sensor that is suitable for a blank.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaumstoffsensor (10). Ein Schaumstoffelement (11) ist näherungsweise quaderförmig ausgebildet, sodass der Schaumstoffsensor (10) insgesamt eine Matte bildet. Das Schaumstoffelement (11) ist lichtleitend und umfasst Streuzentren. Auf der Oberseite des Schaumstoffelements (11) befindet sich ein flächiges Gewebe (12), das zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material besteht und daher eine Elektrode bildet. Das flächige Gewebe (12) ist dünn im Vergleich zur Dicke des Schaumstoffelements (11). 1 shows a schematic cross section through a foam sensor (10). A foam element (11) is approximately cuboid, so that the foam sensor (10) forms a mat overall. The foam element (11) is light-conducting and includes scattering centers. On the upper side of the foam element (11) there is a flat fabric (12), which consists at least partially of electrically conductive material and therefore forms an electrode. The flat fabric (12) is thin compared to the thickness of the foam element (11).

Der Schaumstoffsensor (10) umfasst mehrere Lichtquellen (14), bei denen es sich beispielsweise um LEDs handeln kann, sowie mehrere Lichtsensoren (16) wie z.B. Photozellen. Die Lichtquellen (14) und die Lichtsensoren (16) sind in das Schaumstoffelement (11) eingebettet und derart angeordnet, dass die durch die Lichtsensoren (16) empfangene Lichtintensität einen erheblichen Anteil an Streulicht, das an den Streuzentren gestreut wurde, aufweist. Die Lichtquellen (14) und die Lichtsensoren (16) sind jeweils mit elektrischen Leitungen (17) verbunden, wobei es sich bei den elektrischen Leitungen (17) sowohl um Leitungen zur Spannungsversorgung, als auch um Signalleitungen handeln kann. Vorteilhafterweise können Signale von den Lichtsensoren (16) als digitale Signale über die elektrischen Leitungen (17) übermittelt werden. Die elektrischen Leitungen (17) bilden gemeinsam mit dem flächigen Gewebe (12) jeweils einen kompressiblen Kondensator, dessen Kapazität von einer Druckeinwirkung auf das Schaumstoffelement (11) abhängt. Mittels einer Auswerteelektronik kann die Kapazität der Kondensatoren gemessen und daraus die Druckeinwirkung bestimmt werden.The foam sensor (10) comprises a number of light sources (14), which can be, for example, LEDs, and a number of light sensors (16), such as photocells. The light sources (14) and the light sensors (16) are embedded in the foam element (11) and arranged in such a way that the light intensity received by the light sensors (16) has a significant proportion of scattered light that was scattered at the scattering centers. The light sources (14) and the light sensors (16) are each connected to electrical lines (17), the electrical lines (17) being both lines for the voltage supply and signal lines. Advantageously, signals from the light sensors (16) can be transmitted as digital signals via the electrical lines (17). The electrical lines (17), together with the flat fabric (12), each form a compressible capacitor whose capacitance depends on the pressure exerted on the foam element (11). The capacitance of the capacitors can be measured by means of evaluation electronics and the effect of pressure can be determined from this.

2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Schaumstoffsensor (10), wobei die bereits im Rahmen der Beschreibung von 1 erläuterten Elemente nicht erneut beschrieben werden. Der Schaumstoffsensor (10) kann einen weiteren Sensor (18) umfassen, bei dem es sich um einen Beschleunigungssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Feuchtesensor handeln kann. 2 shows a schematic plan view of the foam sensor (10), the already in the context of the description of 1 elements explained are not described again. The foam sensor (10) can include a further sensor (18), which can be an acceleration sensor, a temperature sensor and/or a humidity sensor.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines mattenförmigen Schaumstoffsensors (30), der für einen Zuschnitt geeignet ist. Der Schaumstoffsensor (30) ist im Wesentlichen wie im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben aufgebaut und kann optional Elektroden umfassen. Die Lichtquellen (32) und die Lichtsensoren (33) sind derart innerhalb des Schaumstoffsensors (30) angeordnet, dass sie eine Matrixstruktur bilden, wobei die elektrischen Leitungen ausgehend von den Lichtquellen (32) und Lichtsensoren (33) fächerförmig auf einen Auslasspunkt (36) zulaufen. Am Auslauspunkt (36) können die elektrischen Leitungen den Schaumstoffsensor (30) verlassen und mit einer Ausleseelektronik verbunden werden. Die Anordnung der Lichtquellen (32) und der Lichtsensoren (33) als Matrix sowie die fächerförmige Anordnung der elektrischen Leitungen ermöglichen einen Zuschnitt des Schaumstoffsensors (30) ohne dessen Wirkung im Wesentlichen zu beschädigen. Der Schaumstoffsensor (30) kann in einem Zuschnittbereich (34) nahezu beliebig zugeschnitten werden, ohne dass dabei alle Lichtquellen (32) oder Lichtsensoren (33) abgeschnitten werden. Die Funktionsfähigkeit des Schaumstoffsensors (30) bleibt somit auch nach einem Zuschnitt gewährleistet. 3 shows a schematic representation of a mat-shaped foam sensor (30) which is suitable for a blank. The foam sensor (30) is essentially as in connection with 1 and 2 described constructed and can optionally include electrodes. The light sources (32) and the light sensors (33) are arranged within the foam sensor (30) in such a way that they form a matrix structure, the electrical lines running from the light sources (32) and light sensors (33) in a fan shape to an outlet point (36). At the outlet point (36), the electrical lines can leave the foam sensor (30) and be connected to readout electronics. The arrangement of the light sources (32) and the light sensors (33) as a matrix and the fan-shaped arrangement of the electrical lines allow the foam sensor (30) to be cut to size without essentially damaging its effect. The foam sensor (30) can be cut to almost any size in a cutting area (34) without all the light sources (32) or light sensors (33) being cut off in the process. The functionality of the foam sensor (30) is thus guaranteed even after a cut.

Claims (6)

Schaumstoffsensor (30), der in eine vorgegebene Form geschnitten werden kann, wobei der Schaumstoffsensor (30) eine Vielzahl von Lichtquellen (32) und Lichtsensoren (33) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (32) und die Lichtsensoren (33) mit fächerförmig verlaufenden elektrischen Leitungen verbunden sind, die sich in einem Austrittspunkt (36) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffsensor (30) einen Zuschnittbereich (34) umfasst.Foam sensor (30) that can be cut into a predetermined shape, the foam sensor (30) comprising a plurality of light sources (32) and light sensors (33), characterized in that the light sources (32) and the light sensors (33) with fan-shaped electrical leads which meet at an exit point (36), characterized in that the foam sensor (30) comprises a blanking area (34). Verfahren zum Herstellen einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form eines Kontaktteils der Maschine bestimmt wird, dass aus der Form des Kontaktteils die Form eines Schaumstoffsensors (30) nach Anspruch 1 (30) abgeleitet wird und dass ein Schaumstoffsensor (30) nach Anspruch 1 mit der abgeleiteten Form an dem Kontaktteil der Maschine befestigt wird.A method for manufacturing a machine, characterized in that a shape of a contact part of the machine is determined in that the shape of a foam sensor (30) is calculated from the shape of the contact part claim 1 (30) is derived and that a foam sensor (30) after claim 1 with the derived shape is attached to the contact part of the machine. Verfahren zum Betreiben einer Maschine, wobei ein Teil der Maschine mit einem flächigen Schaumstoffsensor (30) nach Anspruch 1, der zur Erkennung eines Drucks eingerichtet ist, bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notfallreaktion eingeleitet wird, wenn mittels des Schaumstoffsensors (10, 30) ein Kontakt zwischen der Maschine und einem Fremdobjekt erkannt wird.A method for operating a machine, a part of the machine having a flat foam sensor (30). claim 1 , which is arranged to detect pressure, is covered, characterized in that an emergency response is initiated if contact between the machine and a foreign object is detected by means of the foam sensor (10, 30). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Notfallreaktion nur dann eingeleitet wird, wenn mittels des Schaumstoffsensors (10, 30) erkannt wird, dass der Kontakt zwischen Maschine und Fremdobjekt einen Druck auf den Schaumstoffsensor ausübt, der einen Schwellendruck übersteigt.procedure after claim 3 , characterized in that the emergency response is only initiated if the foam sensor (10, 30) detects that the contact between the machine and the foreign object exerts a pressure on the foam sensor that exceeds a threshold pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Notfallreaktion nur eingeleitet wird, wenn mittels des Schaumstoffsensors (10, 30) eine zweidimensionale Druckverteilung auf den Schaumstoffsensor erkannt wird und die erkannte zweidimensionale Druckverteilung einem hinterlegten Muster entspricht.Procedure according to one of claims 3 or 4 , characterized in that the emergency response is only initiated if the foam sensor (10, 30) detects a two-dimensional pressure distribution on the foam sensor and the detected two-dimensional pressure distribution corresponds to a stored pattern. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Notfallreaktion einen Notstopp der Maschine umfasst.Procedure according to one of claims 3 until 5 , characterized in that the emergency response comprises an emergency stop of the machine.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4428650A1 (en) 1994-08-12 1996-02-15 Marinitsch Waldemar Optical pressure force detection device
DE69808293T2 (en) 1997-07-16 2003-05-28 Canadian Space Agency, Saint-Hubert PRESSURE SENSOR
EP1605240A1 (en) 2004-06-09 2005-12-14 ETH Zürich, ETH Transfer Textile pressure sensor
DE102007022871A1 (en) 2007-05-14 2008-11-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Tactile sensor with decoupled sensor cells
DE102009029021A1 (en) 2009-08-31 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh Sensor system for environmental monitoring on a mechanical component and a method for controlling and evaluating the sensor system
DE102010010873A1 (en) 2010-03-10 2011-05-05 Siemens Aktiengesellschaft Recognition device for use in radiation source to recognize collision of C-arc of X-ray examination device to examine patient, has pressure sensitive active element provided under foam layer to generate signal, during pressure exertion
DE102009055121A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Robert Bosch GmbH, 70469 Sensing surface element e.g. plaster in medical area, has two capacitive sensors comprising two capacitor surfaces formed as partial regions of conductive layers and completely formed by non-conductive layer and conductive layers

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4428650A1 (en) 1994-08-12 1996-02-15 Marinitsch Waldemar Optical pressure force detection device
DE69808293T2 (en) 1997-07-16 2003-05-28 Canadian Space Agency, Saint-Hubert PRESSURE SENSOR
EP1605240A1 (en) 2004-06-09 2005-12-14 ETH Zürich, ETH Transfer Textile pressure sensor
DE102007022871A1 (en) 2007-05-14 2008-11-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Tactile sensor with decoupled sensor cells
DE102009029021A1 (en) 2009-08-31 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh Sensor system for environmental monitoring on a mechanical component and a method for controlling and evaluating the sensor system
DE102009055121A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Robert Bosch GmbH, 70469 Sensing surface element e.g. plaster in medical area, has two capacitive sensors comprising two capacitor surfaces formed as partial regions of conductive layers and completely formed by non-conductive layer and conductive layers
DE102010010873A1 (en) 2010-03-10 2011-05-05 Siemens Aktiengesellschaft Recognition device for use in radiation source to recognize collision of C-arc of X-ray examination device to examine patient, has pressure sensitive active element provided under foam layer to generate signal, during pressure exertion

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