DE102020119723A1 - DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATION OF A TRANSDUCER - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATION OF A TRANSDUCER Download PDF

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Abstract

Es ist bereits bekannt, einen Messaufnehmer mit einer Kalibriervorrichtung zu kalibrieren, indem der Messaufnehmer zwischen einem Basismodul und einem Kopfmodul aufgenommen wird und in das Kopfmodul nacheinander eine Kraft in verschiedene Solldruckstellen eingeleitet wird, um so eine Kalibrierung in Bezug auf verschiedene Kraftachsen und Momentachsen vorzunehmen. Dies erfordert jedoch sechs Messungen zur Kalibrierung eines Messaufnehmers. Vorteil dieser Anwendung ist jedoch, dass ein Übersprechen der Wirkung auf eine Wirkachse auf andere Wirkachsen herausgerechnet werden kann.Die vorliegende Erfindung soll diese Messungen beschleunigen. Soweit dabei auf eine Erfassung des Übersprechens verzichtet wird, kann durch eine definierte Kraftbeaufschlagung eine Kalibrierung aufgrund nur einer einzigen Krafteinleitung erfolgen, indem ein Basisadapter und ein Kopfadapter jeweils mit geometrisch vorgegebenen Aufnahmen vorgesehen werden, mit denen die eingeleitete Kraft Komponenten in jeder Wirkachse aufweist.It is already known to calibrate a measuring sensor with a calibration device by holding the measuring sensor between a base module and a head module and successively introducing a force into various target pressure points in the head module in order to carry out a calibration in relation to different force axes and torque axes. However, this requires six measurements to calibrate a sensor. However, the advantage of this application is that crosstalk of the effect on one effective axis can be calculated out on other effective axes. The present invention is intended to accelerate these measurements. If there is no detection of crosstalk, a defined application of force can be used to calibrate on the basis of just a single introduction of force, in that a base adapter and a head adapter are each provided with geometrically specified receptacles, with which the introduced force has components in each effective axis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines zu kalibrierenden Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung mit mehreren Wirkachsen, umfassend ein Basismodul und ein Kopfmodul, welche den Messaufnehmer zwischen sich aufnehmen, wobei der Messaufnehmer sowie ein dem Kopfmodul zugeordneter Neigungssensor mit einer Auswerteeinheit datenverbunden sind, sowie ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messaufnehmers.The present invention relates to a device for accommodating a sensor to be calibrated for force and moment measurement with multiple axes of action, comprising a base module and a head module, which hold the sensor between them, the sensor and an inclination sensor assigned to the head module being data-connected to an evaluation unit, and a method for calibrating a sensor.

Eine solche Vorrichtung und ein korrespondierendes Verfahren sind bereits aus der DE 10 2018 110 814 B3 vorbekannt. Dort ist es vorgesehen, einen Messaufnehmer, wie sie beispielsweise bei Aufpralltests an Fahrzeugen eingesetzt werden, in einer Aufnahmevorrichtung zwischen einem Basismodul und einem Kopfmodul aufzunehmen und durch die Einleitung von Kräften an definierten Positionen zu kalibrieren. Werden diese Kräfte exzentrisch eingeleitet, so dass eine Verwindung des Messaufnehmers erfolgt, so kann eine Messung und Kalibrierung auch im Hinblick auf Momente vorgenommen werden. Allerdings verändert sich der Messaufbau aufgrund einer durch die Krafteinleitung erfolgenden Materialbiegung während der Kalibrierung fortwährend, was durch einen an dem Kopfmodul vorgesehenen Neigungssensor ausgeglichen wird. Die Messwerte des Neigungssensors werden zusammen mit den Messwerten des Messaufnehmers einer Auswerteeinheit zugeleitet, in welcher eine Kalibrierung des Messaufnehmers aufgrund der Mehrzahl von Messungen erfolgt.Such a device and a corresponding method are already from DE 10 2018 110 814 B3 previously known. There it is provided to accommodate a measurement sensor, such as is used in vehicle impact tests, in a receiving device between a base module and a head module and to calibrate it by introducing forces at defined positions. If these forces are introduced eccentrically, so that the measuring sensor is twisted, measurement and calibration can also be carried out with regard to moments. However, the measurement setup changes continuously during the calibration due to material bending caused by the introduction of force, which is compensated for by an inclination sensor provided on the head module. The measured values of the inclination sensor are fed together with the measured values of the measuring sensor to an evaluation unit, in which the measuring sensor is calibrated on the basis of the plurality of measurements.

Durch die Geometrie der Aufnahmevorrichtung und die definierten Krafteinleitungspunkte werden die Kräfte ausschließlich in der definierten Richtung durch den geometrischen Nullpunkt des Messaufnehmers eingeleitet ohne die jeweils anderen Achsen zu belasten. Dadurch können die Empfindlichkeiten des Signals des Messaufnehmers in der definierten Kraftachse ermittelt werden. Die gemessenen Signale in den nicht belasteten Kraftachsen ergeben direkt die Querempfindlichkeiten, also ein Übersprechen, des Messaufnehmers aufgrund von dessen Nichtidealitäten.Due to the geometry of the recording device and the defined force application points, the forces are only applied in the defined direction through the geometric zero point of the measuring sensor without loading the other axes. In this way, the sensitivities of the sensor signal can be determined in the defined force axis. The signals measured in the non-loaded force axes result directly in the cross-sensitivities, i.e. crosstalk, of the measuring sensor due to its non-idealities.

Bei der Einleitung von Momenten, also der exzentrischen Krafteinleitung, werden die Kräfte ebenfalls ausschließlich in Richtung des definierten Moments eingeleitet, ohne die übrigen Momentachsen zu belasten. Allerdings erfolgt die Momenteinleitung immer mit einer Kraft in einer definierten Richtung mit einem definierten Abstand lx, ly, lz auf einer Wirkachse zum geometrischen Nullpunkt des Messaufnehmers. Hierdurch können die Empfindlichkeiten des Messaufnehmers in der definierten Momentachse erhalten werden. Die gemessenen Signale in den nicht belasteten Achsen ergeben auch hier das Übersprechen des Messaufnehmers aufgrund von dessen Nichtidealitäten. Zur Bestimmung der Effekte des Übersprechens wird das Signal des belasteten Kraftachse entsprechend abgezogen.When moments are introduced, i.e. eccentric force introduction, the forces are also introduced exclusively in the direction of the defined moment, without loading the other moment axes. However, the torque is always introduced with a force in a defined direction at a defined distance l x , l y , l z on an effective axis from the geometric zero point of the measuring sensor. In this way, the sensitivities of the measuring sensor can be maintained in the defined moment axis. The signals measured in the axes that are not under load also result in the crosstalk of the measuring sensor due to its non-idealities. To determine the effects of crosstalk, the signal from the loaded force axis is subtracted accordingly.

Weiterer Stand der Technik ist aus der CN 101 587 003 A , der EP 2 246 675 A1 und der US 7,730,776 B2 vorbekannt.Further prior art is from CN 101 587 003 A , the EP 2 246 675 A1 and the U.S. 7,730,776 B2 previously known.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Vorgang der Kalibrierung eines Messaufnehmers zu beschleunigen und damit effizienter zu gestalten.Proceeding from this state of the art, the object of the present invention is to speed up the process of calibrating a measuring sensor and thus make it more efficient.

Dies gelingt durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 6 und 9. Sinnvolle Ausgestaltungen sowohl der Vorrichtung als auch des Verfahrens können den sich jeweils anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.This is achieved by a device according to the features of independent claim 1 and by a method according to the features of independent claims 6 and 9. Useful configurations of both the device and the method can be found in the subsequent dependent claims.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass im Wesentlichen die aus dem Dokument DE 10 2018 110 814 B3 vorbekannte Aufnahmevorrichtung mit dem darin eingesetzten Messaufnehmer verwendet wird, um diesen definiert zu positionieren. Der Messaufnehmer wird in an sich bekannter Art und Weise zwischen einem Basismodul und einem Kopfmodul aufgenommen. Das Kopfmodul weist hierbei einen Neigungssensor auf, welcher gemeinsam mit den Ausgängen des Messaufnehmers mit einer Auswerteeinheit datenverbunden ist. Anstatt allerdings sechs separate Messungen für die verschiedenen Wirkachsen vorzunehmen, also die Kraftachsen Fx, Fy, Fz sowie die Momentachsen Mx, My, Mz, sieht die Erfindung den Einsatz eines Basisadapters zur Aufnahme des Basismoduls und eines Kopfadapters zur Aufnahme des Kopfmoduls der Aufnahmevorrichtung vor. Basisadapter und Kopfadapter bilden jeweils eine mechanische Aufnahme, deren Geometrie den Grad der Krafteinleitung in die jeweiligen Wirkachsen vorgibt, wenn eine einzige Kraftbeaufschlagung lediglich des Kopfadapters erfolgt, gegen die Gegenkraft des aufliegenden Basisadapters.According to the invention it is provided that essentially from the document DE 10 2018 110 814 B3 previously known recording device is used with the sensor inserted therein in order to position it in a defined manner. The sensor is accommodated in a manner known per se between a base module and a head module. In this case, the head module has an inclination sensor which, together with the outputs of the measuring transducer, is data-connected to an evaluation unit. However, instead of taking six separate measurements for the different axes of action, i.e. the force axes F x , F y , F z and the moment axes M x , M y , M z , the invention provides for the use of a base adapter to hold the base module and a head adapter to hold it of the head module of the recording device. The base adapter and head adapter each form a mechanical mount, the geometry of which determines the degree of force application into the respective effective axes when a single force is applied only to the head adapter, against the counterforce of the base adapter lying on it.

Wird auf die Bestimmung des Übersprechens des Messaufnehmers verzichtet, so kann mithilfe von Basisadapter und Kopfadapter durch eine einzige Krafteinleitung in nur einem Punkt des Kopfadapters eine Vermessung und Kalibrierung des Messaufnehmers im Hinblick auf alle sechs Wirkachsen Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz erfolgen.If the crosstalk of the sensor is not determined, then with the help of the base adapter and head adapter, a single application of force at just one point of the head adapter can be used to measure and calibrate the sensor with regard to all six axes of action F x , F y , F z , M x , M y , M z .

Mit einigem Vorteil kann aufgrund der Geometrie von Basisadapter und Kopfadapter eine Definition der Kraftkomponenten vorgenommen werden, welche auf die einzelnen Wirkachsen einwirken und die einen definierten Abstand lx, ly, lz zum geometrischen Nullpunkt des Messaufnehmers aufweisen. Aufgrund der Form der Aufnahmen in dem Basisadapter und dem Kopfadapter, in welche das Basismodul und das Kopfmodul eingesetzt werden, ergibt sich die Lage der zwischengelegten Aufnahmevorrichtung. Durch diese Wahl der Winkel wiederum werden die Kraftkomponenten und deren Anteile festgelegt. Soweit die Abstände lx, ly, lz jeweils Null sind, treten keine Moment auf, es erfolgt eine reine Krafteinleitung. Dies wäre der Fall bei einer gleichseitig tetraederförmigen Aufnahme sowohl im Basis- als auch im Kopfadapter, bei einer würfelförmigen Aufnahmevorrichtung und einer Ausrichtung von Basis- und Kopfadapter genau übereinander.With some advantage, the geometry of the base adapter and head adapter can be used to define the force components that act on the individual effective axes and that have a defined distance l x , l y , l z from the geometric zero point of the sensor. The position of the interposed receiving device results from the shape of the receptacles in the base adapter and the head adapter, into which the base module and the head module are inserted. This choice of angles in turn determines the force components and their proportions. As long as the distances l x , l y , l z are each zero, no moments occur, there is a pure introduction of force. This would be the case with an equilateral tetrahedron-shaped receptacle in both the base and head adapter, with a cube-shaped receptacle and with the base and head adapter being aligned exactly one above the other.

Um alle Wirkachsen ansprechen zu können, ist es aber vielmehr sinnvoll, wenn alle Anlageflächen der Aufnahmen gegenüber einer Krafteinleitungsrichtung in den Basisadapter und/oder den Kopfadapter schräggestellt sind. Dies ist mithin dann der Fall, wenn sie weder gleichsinnig in die gleiche Richtung deuten wie die Krafteinleitung und ebenso nicht zu dieser exakt rechtwinklig angeordnet sind.In order to be able to address all axes of action, however, it makes more sense if all contact surfaces of the receptacles are inclined relative to a direction in which force is introduced into the base adapter and/or the head adapter. This is the case if they neither point in the same direction as the force application nor are they arranged exactly at right angles to it.

Als Spezialfall können die Aufnahmen in Basisadapter und Kopfadapter auch tetraedrisch geformt sein, allerdings sollte es sich dann nicht um eine gleichseitige Tetraederform handeln, so dass eine Momentenbeaufschlagung ebenfalls stattfinden kann. Auch ist der Begriff des Tetraeders weit zu fassen. Soweit eine Aufnahme aus Wandabschnitten besteht, in welche sich ein Tetraeder einbeschreiben lässt, so werden diese im Sinne der Erfindung als tetraederförmig angesehen, auch wenn die Wandung der Aufnahme im Ganzen etwa aus drei Rechtecken besteht.As a special case, the mounts in the base adapter and head adapter can also have a tetrahedral shape, but this should not be an equilateral tetrahedral shape, so that a moment can also be applied. The concept of the tetrahedron is also to be interpreted broadly. Insofar as a receptacle consists of wall sections into which a tetrahedron can be inscribed, these are regarded as tetrahedron-shaped within the meaning of the invention, even if the wall of the receptacle consists of three rectangles as a whole.

Für das Einleiten von Kraft auch in die Momentenachsen ist es, wie bereits angesprochen, sinnvoll, wenn die Adapter gegeneinander versetzt sind, also die Achsen der Krafteinleitung in die beiden Adapter gegeneinander versetzt, insbesondere parallelversetzt sind.As already mentioned, it makes sense for the introduction of force into the torque axes if the adapters are offset from one another, ie the axes of the force introduction into the two adapters are offset from one another, in particular offset in parallel.

In einem solchen Fall kann dann die Auswerteeinheit anhand der Geometrie der Aufnahmen und dem sich daraus ergebenden Parallelversatz der Adapter die Verhältnisse zwischen der eingeleiteten Kraft und den Kraftkomponenten in den einzelnen Kraftachsen ermitteln.In such a case, the evaluation unit can then determine the ratios between the introduced force and the force components in the individual force axes based on the geometry of the receptacles and the resulting parallel offset of the adapter.

Entsprechend ergeben sich die Verhältnisse zwischen der eingeleiteten Kraft und den Momentkomponenten in den einzelnen Momentachsen unter Berücksichtigung des definierten Abstands lx, ly, lz der Adapter von dem Nullpunkt des Messaufnehmers.The ratios between the applied force and the torque components in the individual torque axes result accordingly, taking into account the defined distance l x , l y , l z of the adapter from the zero point of the measuring sensor.

Auch ohne den Einsatz eines Basisadapters und eines Kopfadapters ist eine entsprechende Krafteinleitung möglich, indem jeweils Kräfte mit mehreren Kraftkomponenten direkt in das Basismodul und das Kopfmodul eingeleitet werden. In diesem Fall müsste allerdings eine Drehung der Einheit aus Basismodul und Kopfmodul zwischendurch erfolgen und die Messung müsste in mehrere Messungen unterteilt werden. Jedoch besteht die Möglichkeit, eine zu der Erfindung analoge Messung ohne den Einsatz der Adapter durchzuführen.A corresponding introduction of force is also possible without the use of a base adapter and a head adapter, in that forces with several force components are introduced directly into the base module and the head module. In this case, however, the unit consisting of base module and head module would have to be rotated in between and the measurement would have to be divided into several measurements. However, there is the possibility of carrying out a measurement analogous to the invention without using the adapter.

Die vorstehend beschriebene Erfindung, insbesondere die Berechnung der Kraft- und Momentkomponenten, wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention described above, in particular the calculation of the force and torque components, is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Es zeigen

  • 1 eine Aufnahmevorrichtung gemäß dem Stand der Technik mit einem Messaufnehmer, welcher zwischen einem Basismodul und einem Kopfmodul aufgenommen ist in perspektivischer Darstellung,
  • 2 die Aufnahmevorrichtung gemäß 1, welche erfindungsgemäß zwischen einem Basisadapter und einem Kopfadapter aufgenommen ist in perspektivischer Darstellung, sowie
  • 3 eine schematische Darstellung der Lage der Krafteinleitungspunkte an der Aufnahmevorrichtung im Koordinatensystem des Messaufnehmers in perspektivischer Darstellung.
Show it
  • 1 a receiving device according to the prior art with a sensor, which is accommodated between a base module and a head module in a perspective view,
  • 2 the recording device according to 1 , which is accommodated according to the invention between a base adapter and a head adapter in a perspective view, and
  • 3 a schematic representation of the position of the force application points on the recording device in the coordinate system of the measuring transducer in a perspective representation.

1 zeigt eine Aufnahmevorrichtung 1 bestehend aus einem Basismodul 3 als Teil einer Haltevorrichtung für einen zu kalibrierenden Messaufnehmer 1 und einem Kopfmodul 10, welches unter Zwischenstellung des zu kalibrierenden Messaufnehmers an dem Basismodul angebracht ist. 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. Das Kopfmodul 10 ist weitgehend würfelförmig und weist eine hier nicht sichtbare Aufnahmemulde auf, in welcher der Messaufnehmer formschlüssig eingesetzt werden kann. Nach dem Verdrehen und anschließenden Aufsetzen des Kopfmoduls 10 auf das Basismodul 3 ist die gezeigte Aufnahmevorrichtung bereit zur Kalibrierung. Das Verbindungskabel 2 des Messaufnehmers 1 ist seitlich herausgeführt. 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. 1 shows a recording device 1 consisting of a base module 3 as part of a holding device for a sensor to be calibrated 1 and a head module 10, which under Zwischenstel ment of the sensor to be calibrated is attached to the base module. The base module 3 is essentially made up of a first flank 4, a second flank 5 and a third flank 6, which are each perpendicular to one another. The head module 10 is largely cube-shaped and has a receiving trough, not visible here, in which the measuring transducer can be inserted in a form-fitting manner. After the head module 10 has been rotated and then placed onto the base module 3, the recording device shown is ready for calibration. The connection cable 2 of the sensor 1 is led out to the side. An inclination sensor 12 is arranged on a third side surface 16, which detects an inclination of the head module 10 during the calibration process and which is connected via a connecting cable 13 to the evaluation unit, which communicates with the measurement sensor 1 and the calibration device 19.

Während die Kalibrierung gemäß dieser Lösung aus dem Stand der Technik nunmehr in sechs Schritten abläuft, indem die Kalibriervorrichtung 19 nacheinander alle Solldruckstellen Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz durchläuft, wird erfindungsgemäß nunmehr eine Kombination aus einem Basisadapter 7 und einem Kopfadapter 11 eingesetzt, um die Aufnahmevorrichtung 1 zu halten. Die Aufnahmevorrichtung 1 wird dabei als Ganzes zwischen den Adaptern so gehalten, dass das Basismodul 3 ausschließlich den Basisadapter 7 kontaktiert und das Kopfmodul 10 ausschließlich den Kopfadapter 11. Beide Adapter 7 und 11 besitzen tetraedrische Aufnahmen, in welche jeweils eine Ecke des Basismoduls 3 oder des Kopfmoduls 10 eingelegt werden. Eingesetzt werden die Ecken, welche bei dem Basismodul 3 aus der ersten Flanke 4, der zweiten Flanke 5 und der dritten Flanke 6 gebildet wird, beim Kopfmodul 10 aus der ersten Seitenfläche 14, der zweiten Seitenfläche 15 und der dritten Seitenfläche 16. Hieraus ergibt sich eine definierte Lage der Aufnahmevorrichtung 1, deren Geometrie die Kraftverteilung bei einer Krafteinleitung über eine Adaptersolldruckstelle 9 vorgibt.While the calibration according to this solution from the prior art now takes place in six steps, in that the calibration device 19 runs through all target pressure points F x , F y , F z , M x , M y , M z in succession, a combination of one Base adapter 7 and a head adapter 11 used to hold the recording device 1. The receiving device 1 is held as a whole between the adapters in such a way that the base module 3 only contacts the base adapter 7 and the head module 10 only the head adapter 11. Both adapters 7 and 11 have tetrahedral receptacles, into which a corner of the base module 3 or of the Head module 10 are inserted. The corners, which are formed from the first flank 4, the second flank 5 and the third flank 6 in the base module 3, are used in the head module 10 from the first side surface 14, the second side surface 15 and the third side surface 16. This results in a defined position of the recording device 1, the geometry of which predetermines the distribution of force when a force is introduced via a target pressure point 9 on the adapter.

3 zeigt schematisch die Verteilung zweier Einleitungspunkte 17 und 18. Hierbei entspricht der erste Einleitungspunkt entspricht der Lage, wie sie in 2 dargestellt ist, der zweite Einleitungspunkt eine Lage, bei welcher die Aufnahmevorrichtung 1 gegenüber den Adaptern 7 und 10 um eine Ecke weitergedreht ist. 3 shows schematically the distribution of two points of introduction 17 and 18. The first point of introduction corresponds to the situation as shown in 2 is shown, the second initiation point is a position in which the receiving device 1 is rotated further around a corner in relation to the adapters 7 and 10 .

Im Falle einer symmetrischen Krafteinleitung bestimmt sich der Krafteinleitungsvektor zu F 0 = F 0 1 3 ( 1 1 1 ) mit F x , y , z = F n e n n .

Figure DE102020119723A1_0001
In the case of a symmetrical force application, the force application vector is determined f 0 = f 0 1 3 ( 1 1 1 ) With f x , y , e.g = f n e n n .
Figure DE102020119723A1_0001

Es ergibt sich in diesem Fall jeweils der gleiche Wert für F x , y , z = F 0 1 3 .

Figure DE102020119723A1_0002
In this case, the result is always the same value for f x , y , e.g = f 0 1 3 .
Figure DE102020119723A1_0002

Am ersten Einleitungspunkt 17 bestimmt sich M x = l z F y + l y F z

Figure DE102020119723A1_0003
M y = l z F x + l x F z
Figure DE102020119723A1_0004
M z = l y F x l x F y
Figure DE102020119723A1_0005
wobei My sich mit der obigen Bedingung zu Null addiert. Am zweiten Einleitungspunkt 18 hingegen bestimmt sich M x = l z F y + l y F z
Figure DE102020119723A1_0006
M y = l z F x l x F z
Figure DE102020119723A1_0007
M z = l y F x + l x F y
Figure DE102020119723A1_0008
wobei sich in diesem Fall entsprechend Mz zu Null addiert. wird nun mit einer unsymmetrischen Krafteinleitung gearbeitet, so verändert sich die Berechnung wie folgt: F 0 = F 0 1 6 ( 1 1 2 ) mit F z = F n e n n und F x , y = F n e n n 2
Figure DE102020119723A1_0009
At the first initiation point 17 is determined M x = l e.g f y + l y f e.g
Figure DE102020119723A1_0003
M y = l e.g f x + l x f e.g
Figure DE102020119723A1_0004
M e.g = l y f x l x f y
Figure DE102020119723A1_0005
where M y adds to zero with the above condition. At the second initiation point 18, however, is determined M x = l e.g f y + l y f e.g
Figure DE102020119723A1_0006
M y = l e.g f x l x f e.g
Figure DE102020119723A1_0007
M e.g = l y f x + l x f y
Figure DE102020119723A1_0008
where in this case correspondingly M z adds up to zero. If you now work with an asymmetrical force application, the calculation changes as follows: f 0 = f 0 1 6 ( 1 1 2 ) With f e.g = f n e n n and f x , y = f n e n n 2
Figure DE102020119723A1_0009

Hier wiederum ergibt sich der gleiche Wert für F x , y = F 0 1 6 ,

Figure DE102020119723A1_0010
jedoch für F z = F 0 2 6 .
Figure DE102020119723A1_0011
Here again the same value results for f x , y = f 0 1 6 ,
Figure DE102020119723A1_0010
however for f e.g = f 0 2 6 .
Figure DE102020119723A1_0011

Mit den sich ergebenden Momenten M x = l z F y + l y F z

Figure DE102020119723A1_0012
M y = l z F x l x F z
Figure DE102020119723A1_0013
M z = l y F x + l x F y
Figure DE102020119723A1_0014
kann sodann ein Zahlenbeispiel angegeben werden. Die folgende Tabelle enthält neben den sechs Wirkachsen Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz die Belastungen in dem Beispiel mit Achse Fx Fy Fz Mx My Mz Nennlast (kN) -8,90 8,90 -13,50 Nennlast (Nm) 282,6 282,6 282,7 zu F 0 = F 0 1 ( 8,9 ) 2 + ( 8,9 ) 2 + ( 13,5 ) 2 ( 8,9 8,9 13,5 ) mit F 0 = 18,46 k N
Figure DE102020119723A1_0015
also F x , y = F 0 8,9 ( 8,9 ) 2 + ( 8,9 ) 2 + ( 13,5 ) 2
Figure DE102020119723A1_0016
F z = F 0 13,5 ( 8,9 ) 2 + ( 8,9 ) 2 + ( 13,5 ) 2
Figure DE102020119723A1_0017
With the resulting moments M x = l e.g f y + l y f e.g
Figure DE102020119723A1_0012
M y = l e.g f x l x f e.g
Figure DE102020119723A1_0013
M e.g = l y f x + l x f y
Figure DE102020119723A1_0014
a numerical example can then be given. In addition to the six active axes F x , F y , F z , M x , M y , M z , the table below contains the loads in the example axis fx fy vehicle Mx My Mz Nominal load (kN) -8.90 8.90 -13.50 Rated load (Nm) 282.6 282.6 282.7 to f 0 = f 0 1 ( 8.9 ) 2 + ( 8.9 ) 2 + ( 13.5 ) 2 ( 8.9 8.9 13.5 ) With f 0 = 18.46 k N
Figure DE102020119723A1_0015
so f x , y = f 0 8.9 ( 8.9 ) 2 + ( 8.9 ) 2 + ( 13.5 ) 2
Figure DE102020119723A1_0016
f e.g = f 0 13.5 ( 8.9 ) 2 + ( 8.9 ) 2 + ( 13.5 ) 2
Figure DE102020119723A1_0017

Damit ergibt sich für den ersten Einleitungspunkt 17 M x = l z F y + l y F z = 282,6 N m

Figure DE102020119723A1_0018
M y = l z F x l x F z = 0 N m
Figure DE102020119723A1_0019
M z = l y F x + l x F y = 282,6 N m
Figure DE102020119723A1_0020
und für den zweiten Einleitungspunkt 18 M x = l z F y + l y F z = 282,6 N m
Figure DE102020119723A1_0021
M y = l z F x l x F z = 282,6 N m
Figure DE102020119723A1_0022
M z = l y F x + l x F y = 0 N m
Figure DE102020119723A1_0023
bei lx,y = 10,5 mm und lz = 15,9 mm.This results in 17 for the first initiation point M x = l e.g f y + l y f e.g = 282.6 N m
Figure DE102020119723A1_0018
M y = l e.g f x l x f e.g = 0 N m
Figure DE102020119723A1_0019
M e.g = l y f x + l x f y = 282.6 N m
Figure DE102020119723A1_0020
and for the second initiation point 18 M x = l e.g f y + l y f e.g = 282.6 N m
Figure DE102020119723A1_0021
M y = l e.g f x l x f e.g = 282.6 N m
Figure DE102020119723A1_0022
M e.g = l y f x + l x f y = 0 N m
Figure DE102020119723A1_0023
at l x,y = 10.5 mm and l z = 15.9 mm.

Vorstehend beschrieben sind somit eine Vorrichtung zur Aufnahme eines zu kalibrierenden Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung mit mehreren Wirkachsen sowie ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messaufnehmers, bei welchen der Vorgang der Kalibrierung eines Messaufnehmers durch eine einzige Messung unter Zuhilfenahme von Adaptern zu beschleunigen und damit effizienter zu gestalten.A device for accommodating a sensor to be calibrated for measuring force and torque with a plurality of effective axes and a method for calibrating a sensor are described above, in which the process of calibrating a sensor is to be accelerated by a single measurement with the aid of adapters and is therefore more efficient design.

BezugszeichenlisteReference List

11
Aufnahmevorrichtungrecording device
22
Verbindungskabel des MessaufnehmersSensor connection cable
33
Basismodulbase module
44
erste Flankefirst flank
55
zweite Flankesecond flank
66
dritte Flankethird flank
77
Basisadapterbase adapter
88th
Adapterplatteadapter plate
99
Adaptersolldruckstelleadapter target pressure point
1010
Kopfmodulhead module
1111
Kopfadapterhead adapter
1212
Neigungssensortilt sensor
1313
Verbindungskabel des NeigungssensorsInclination sensor connection cable
1414
erste Seitenflächefirst face
1515
zweite Seitenflächesecond side face
1616
dritte Seitenflächethird side face
1717
erster Einleitungspunktfirst introductory point
1818
zweiter Einleitungspunktsecond initiation point
1919
Kalibriervorrichtungcalibration device
2020
DruckstückPressure piece
Fxfx
erste zentrische Solldruckstellefirst centric target pressure point
Fyfy
zweite zentrische Solldruckstellesecond centric target pressure point
Fzvehicle
dritte zentrische Solldruckstellethird centric target pressure point
MxMx
erste exzentrische Solldruckstellefirst eccentric target pressure point
MyMy
zweite exzentrische Solldruckstellesecond eccentric target pressure point
MzMz
dritte exzentrische Solldruckstellethird eccentric target pressure point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • CN 101587003 A [0005]CN 101587003A [0005]
  • EP 2246675 A1 [0005]EP 2246675 A1 [0005]
  • US 7730776 B2 [0005]US 7730776 B2 [0005]

Claims (9)

Vorrichtung zur Aufnahme eines zu kalibrierenden Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung mit mehreren Wirkachsen, umfassend ein Basismodul (3) und ein Kopfmodul (10), welche den Messaufnehmer zwischen sich aufnehmen, wobei der Messaufnehmer sowie ein dem Kopfmodul (10) zugeordneter Neigungssensor (12) mit einer Auswerteeinheit datenverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismodul (3) in einer Aufnahme eines Basisadapters (7) und das Kopfmodul (10) in einer Aufnahme eines Kopfadapters (11) derart aufgenommen sind, dass eine Krafteinleitung in den Basisadapter (7) und den Kopfadapter (11) gleichzeitig Kraftkomponenten in Richtung aller Wirkachsen des Messaufnehmers umfasst.Device for accommodating a measuring sensor to be calibrated for measuring force and moment with several axes of action, comprising a base module (3) and a head module (10) which hold the measuring sensor between them, the measuring sensor and an inclination sensor (12 ) are data-connected to an evaluation unit, characterized in that the base module (3) is accommodated in a receptacle of a base adapter (7) and the head module (10) is accommodated in a receptacle of a head adapter (11) in such a way that a force is introduced into the base adapter (7 ) and the head adapter (11) simultaneously includes force components in the direction of all effective axes of the sensor. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisadapter (7) und der Kopfadapter (11) auf allen Wirkachsen einen definierten Abstand zu einem geometrischen Nullpunkt einnehmen.Device according to claim 1 , characterized in that the base adapter (7) and the head adapter (11) assume a defined distance from a geometric zero point on all active axes. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Anlageflächen der Aufnahmen gegenüber einer Krafteinleitungsrichtung in den Basisadapter (7) und/oder den Kopfadapter (11) schräggestellt sind.Device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that all contact surfaces of the receptacles are inclined relative to a force introduction direction in the base adapter (7) and/or the head adapter (11). Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen in Basisadapter (7) und Kopfadapter (11) tetraedrisch geformt sind.Device according to claim 3 , characterized in that the receptacles in the base adapter (7) and head adapter (11) are tetrahedrally shaped. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse der Krafteinleitung in das Kopfmodul (10) gegenüber einer Achse der Krafteinleitung in das Basismodul (3) parallelverschoben ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that an axis of force introduction into the head module (10) is shifted in parallel with respect to an axis of force introduction into the base module (3). Verfahren zur Kalibrierung eines Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung mit mehreren Wirkachsen, wobei der Messaufnehmer zwischen einem Basismodul (3) und einem Kopfmodul (10) fixiert wird und von einer Kalibriervorrichtung (19) eine Kraft in Richtung des Basismoduls (3) in das Kopfmodul (10) eingeleitet wird, wobei Messwerte des Messaufnehmers und eines dem Kopfmodul (10) zugeordneten Neigungssensors (12), sowie Stellwerte der Kalibriervorrichtung (19) einer Auswerteeinheit zugeführt werden, welche anhand dieser Daten eine Kalibrierung des Messaufnehmers vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismodul (3) in einer Aufnahme eines Basisadapters (7) und das Kopfmodul (10) in einer Aufnahme eines Kopfadapters (11) derart aufgenommen werden, dass eine Krafteinleitung in den Basisadapter (7) und den Kopfadapter (11) gleichzeitig Kraftkomponenten in Richtung aller Wirkachsen des Messaufnehmers umfasst und die Auswerteeinheit aufgrund dieser Krafteinleitung, unter Verzicht auf eine Berücksichtigung eines Übersprechens zwischen den Wirkachsen, eine gleichzeitige Kalibrierung des Messaufnehmers hinsichtlich aller Wirkachsen vornimmt.Method for calibrating a measuring sensor for force and moment measurement with several effective axes, the measuring sensor being fixed between a base module (3) and a head module (10) and a force being applied in the direction of the base module (3) to the head module by a calibration device (19). (10) is initiated, with measured values of the measuring sensor and an inclination sensor (12) assigned to the head module (10) and control values of the calibration device (19) being fed to an evaluation unit, which uses these data to calibrate the measuring sensor, characterized in that the The base module (3) is accommodated in a base adapter (7) and the head module (10) in a head adapter (11) in such a way that force is introduced into the base adapter (7) and the head adapter (11) at the same time as force components in the direction of all Includes effective axes of the sensor and the evaluation unit due to this force application, waiving e Ine consideration of crosstalk between the axes of action, a simultaneous calibration of the sensor with respect to all axes of action. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Aufnahmen sowie ein Parallelversatz zwischen Basisadapter (7) und Kopfadapter (11) die Verhältnisse zwischen einer eingeleiteten Kraft und den Kraftkomponenten in den einzelnen Kraftachsen vorgibt.procedure according to claim 6 , characterized in that the geometry of the mounts and a parallel offset between the base adapter (7) and the head adapter (11) specifies the ratios between an introduced force and the force components in the individual force axes. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit aus den Kraftkomponenten in den einzelnen Kraftachsen unter Berücksichtigung eines definierten Abstands, welchen der Basisadapter (7) und der Kopfadapter (11) auf allen Wirkachsen zu einem geometrischen Nullpunkt einnehmen, die Momentkomponenten in den einzelnen Momentachsen bestimmt.procedure according to claim 7 , characterized in that the evaluation unit determines the torque components in the individual torque axes from the force components in the individual force axes, taking into account a defined distance which the base adapter (7) and the head adapter (11) assume on all active axes from a geometric zero point. Verfahren zur Kalibrierung eines Messaufnehmers zur Kraft- und Momentenmessung mit mehreren Wirkachsen, wobei der Messaufnehmer zwischen einem Basismodul (3) und einem Kopfmodul (10) fixiert wird und von einer Kalibriervorrichtung (19) eine Kraft in Richtung des Basismoduls (3) in das Kopfmodul (10) eingeleitet wird, wobei Messwerte des Messaufnehmers und eines dem Kopfmodul (10) zugeordneten Neigungssensors (12), sowie Stellwerte der Kalibriervorrichtung (19) einer Auswerteeinheit zugeführt werden, welche anhand dieser Daten eine Kalibrierung des Messaufnehmers vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krafteinleitung in den Basisadapter (7) und den Kopfadapter (11) gleichzeitig Kraftkomponenten in Richtung mehrerer Wirkachsen des Messaufnehmers umfasst und die Auswerteeinheit aufgrund dieser Krafteinleitung, unter Verzicht auf eine Berücksichtigung eines Übersprechens zwischen den Wirkachsen, eine gleichzeitige Kalibrierung des Messaufnehmers hinsichtlich aller Wirkachsen vornimmt.Method for calibrating a measuring sensor for force and moment measurement with several effective axes, the measuring sensor being fixed between a base module (3) and a head module (10) and a force being applied in the direction of the base module (3) to the head module by a calibration device (19). (10) is initiated, with measured values of the measuring sensor and an inclination sensor (12) assigned to the head module (10) and control values of the calibration device (19) being fed to an evaluation unit, which uses this data to calibrate the measuring sensor, characterized in that a The introduction of force into the base adapter (7) and the head adapter (11) simultaneously includes force components in the direction of several effective axes of the measuring sensor and the evaluation unit carries out a simultaneous calibration of the measuring sensor with regard to all effective axes on the basis of this force introduction, without taking crosstalk between the effective axes into account .
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