DE102023102780A1

DE102023102780A1 - Viertelbrücken-temperaturkompensation für einen kraft-/drehmomentsensor

Info

Publication number: DE102023102780A1
Application number: DE102023102780.8A
Authority: DE
Inventors: David Fleissner
Original assignee: ATI Industrial Automation Inc
Current assignee: ATI Industrial Automation Inc
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2023-02-06
Publication date: 2023-08-10
Also published as: US20230251148A1; JP2023117403A; CN116576996A; US11747224B1

Abstract

In einem Kraft-/Drehmomentsensor mit Dehnungsmessstreifen beseitigt ein Hardware-Temperaturkompensationsverfahren die thermische Drift von mehreren lasterfassenden Dehnungsmessstreifen bei Temperaturveränderungen unter Verwendung von Abgleichwiderständen und einem einzelnen, unbelasteten Dehnungsmessstreifen wesentlich. Die Dehnungsmessstreifen sind in einer Viertelbrückenkonfiguration in mehreren parallelen Stufen verbunden. Ein unbelasteter Dehnungsmessstreifen in Viertelbrückenkonfiguration wird parallel geschaltet. Abgleichwiderstände werden über einen oder mehrere der unbelasteten und lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in einem Kompensationsverfahren hinzugefügt, das eine thermische Drift der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über einen vordefinierten Temperaturbereich im Wesentlichen beseitigt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Roboter-Kraft-/Drehmomentsensoren und im Besonderen ein System und Verfahren zur Temperaturkompensation mehrerer lasterfassender Dehnungsmessstreifen in einer Wheatstone-Viertelbrückenschaltungskonfiguration mit einem unbelasteten Dehnungsmessstreifen.
HINTERGRUND
Roboter sind ein unverzichtbarer Bestandteil beim Herstellen, Testen, Montieren und Verpacken von Produkten, bei unterstützenden und ferngesteuerten chirurgischen Eingriffen, bei der Weltraumforschung, beim Betrieb in gefährlichen Umgebungen und bei vielen anderen Anwendungen. Viele Roboter und Roboteranwendungen erfordern eine Quantisierung von Kräften, die aufgebracht oder erfahren werden, wie z. B. Materialabtrag (Schleifen, Schmirgeln und dergleichen), Montage von Teilen, ferngesteuertes Graben oder andere Manipulationen der Umgebung und dergleichen.
Ein Industrieroboter umfasst typischerweise einen allgemeinen Aktuator oder „Arm“, der programmiert wird, um sich durch den Raum zu bewegen und ein Werkstück entlang zahlreicher Freiheitsgrade zu bearbeiten. Eine Reihe verschiedener Werkzeuge, die auch als Endeffektoren bezeichnet werden, können an einem Roboterarm angebracht werden, um verschiedene Aufgaben auszuführen.
In Anwendungen, bei denen der Grad einer Kraft, die der Roboter auf ein Werkstück ausüben soll, überwacht und gesteuert werden muss, und/oder die Kraft, die der Roboter erfährt, zurückgemeldet wird, um die Bewegung des Roboters zu steuern (ein „Kraftsteuerungsbetrieb“), wird ein Kraft-/Drehmomentsensor (F/T-Sendor, englisch „force/torque sensor“) zwischen dem Roboterarm und dem Werkzeug angeordnet.
Eine herkömmliche Art von F/T-Sensor verwendet Dehnungsmessstreifen, um die Verformung von kleinen Trägern zu messen, die zwei mechanische Teile verbinden - eines davon ist (direkt oder indirekt) mit dem Roboterarm und das andere (direkt oder indirekt) mit einem Roboterwerkzeug verbunden. Ein kompaktes Beispiel eines solchen F/T-Sensors ist im US-Patent Nr. 10,422,707 („das '707-Patent“) beschrieben, das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Offenbarung übertragen wurde und hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang mit aufgenommen ist.
1, die aus dem '707-Patent übernommen wurde, zeigt eine zentrale „Nabe“, die in der Technik als Werkzeugadapterplatte (TAP, englisch „Tool Adapter Plate“) bezeichnet wird und mit einem Werkzeug verbunden ist. Ein anderer Körper, der ringförmig um die TAP angeordnet und von ihr beabstandet ist und in der Technik als Befestigungsadapterplatte (MAP, englisch „Mounting Adapter Plate“) bezeichnet wird, ist mit einem Roboterarm gekoppelt. MAP und TAP sind durch mehrere relativ dünne - und daher mechanisch verformbare - Träger verbunden, die radial um die TAP angeordnet sind und in einer Konfiguration den Speichen eines Rades ähneln. Eine relative Kraft oder ein Drehmoment zwischen Objekten, die jeweils mit der TAP und der MAP verbunden sind, versucht, die MAP relativ zu der TAP zu bewegen, was zu einer leichten Verformung oder einem Verbiegen von zumindest einigen der Träger führt.
Dehnungsmessstreifen, die typischerweise an mehreren Flächen von zumindest einigen der Träger angebracht sind, erfassen diese Verformung. Ein Träger, der einer mechanischen Verformung ausgesetzt ist, wird entlang einer Seite leicht gestreckt und entlang der gegenüberliegenden Seite gestaucht. Widerstandsdehnungsmessstreifen, die fest an den Seiten eines solchen Trägers angebracht sind, erfahren eine entsprechende Dehnung bzw. Verkürzung, und der Widerstand des Dehnungsmessstreifens ist proportional zu seiner Länge. Dementsprechend kann die Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen erfasst und quantifiziert werden, beispielsweise durch eine Wheatstone-Brückenschaltung, und die Signale von mehreren Dehnungsmessstreifen können kombiniert werden, um die auf den F/T-Sensor wirkenden Kräfte und Drehmomente zu ermitteln.
Das '707-Patent beschreibt und 1 zeigt Dehnungsmessstreifen, die nur auf einer Seite von verformbaren Trägern angebracht sind. Diese Anordnung ermöglicht einen sehr kompakten Sensorkörper und eine einfache Anordnung der Dehnungsmessstreifen in der Fertigung, wobei dennoch alle Kräfte und Momente bestimmt werden. Die Dehnungsmessstreifen sind in einer Viertelbrückenschaltung verbunden, wie in 2 dargestellt, die aus 3 des '707-Patents übernommen wurde.
Eine Hauptfehlerquelle bei Roboter-Kraft-/Drehmomentsensoren ist eine Ungenauigkeit aufgrund von thermischer Drift. Quellen der thermischen Drift umfassen Umgebungstemperaturänderungen, Umgebungstemperaturgradienten und Selbsterwärmung. Bei Silizium-Dehnungsmessstreifen können Änderungen der Ausgangsspannung des Messstreifen-Schaltkreises aufgrund einer Temperaturänderung ein Vielfaches der Größe der Änderungen der Ausgangsspannung aufgrund von eingeleiteten Belastungen betragen. Tatsächlich können Silizium-Dehnungsmessstreifen besser als Temperatursensoren als Spannungssensoren angesehen werden. Ein Verbinden von Dehnungsmessstreifen in einer Halbbrückentopologie kann Temperatureffekte kompensieren, aber nur, wenn die Messstreifen gut abgestimmt sind, und nur, wenn sie genau gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Weiterhin können zusätzlich zum Beeinflussen der Dehnungsmessstreifen-Ausgabe Temperaturänderungen in einem Roboter-Kraft-Drehmoment-Sensor mechanische Spannungen aufgrund ungleicher Ausdehnung/Kompression von Strukturelementen hervorrufen, die der Sensor als eine angelegte Last oder Kraft interpretieren kann.
Ein Ansatz für eine Kompensation der thermischen Drift besteht darin, die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf Dehnungsmessstreifen zu erfassen und sie mathematisch zu entfernen. 3, die der 8 des '707-Patents entspricht, zeigt einen unbelasteten, temperaturkompensierten Dehnungsmessstreifen, der an einem unbelasteten mechanischen Element des F/T-Sensors angebracht ist. Da dieser Dehnungsmessstreifen keine mechanische Verformung erfährt, die seinen Widerstand verändert, beruht jede Widerstandsänderung nur auf Änderungen der Temperatur des F/T-Sensorkörpers. Das Signal von dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen wird mathematisch aus Signalen von lasterfassenden Dehnungsmessstreifen entfernt, um thermische Effekte zu kompensieren.
Die internationale Patentveröffentlichung WO 2018/200668 , die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Offenbarung übertragen wurde und hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen ist, beschreibt ein Subtrahieren der Spannung, die von einer Viertelbrückenschaltung für einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen ausgegeben wird, von der Spannung, die von Viertelbrückenschaltungen für jeden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen ausgegeben wird. 4, die der 2 der '668 PCT-Veröffentlichung entspricht, zeigt das Signal des unbelasteten Dehnungsmessstreifens SGU, das von den Signalen von Dehnungsmessstreifen SG0 und SG1 subtrahiert wird.
Aufgrund von Unterschieden in den Temperaturkoeffizienten einzelner Dehnungsmessstreifen zeigen die lasterfassenden Dehnungsmessstreifenschaltungen jedoch eine Variabilität in der Ausgabe über Temperaturänderungen, selbst wenn die Ausgabe eines unbelasteten Dehnungsmessstreifenschaltkreises subtrahiert wird. Das heißt, dass zumindest einige der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen andere Widerstandsänderungen über der Temperatur zeigen als der unbelastete Dehnungsmessstreifen. Dies wird hier als ein effektiver Temperaturkoeffizient relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen bezeichnet. Diese effektiven Temperaturkoeffizienten führen eine thermische Drift ein, wenn sich die Temperatur ändert, und verursachen Fehler bei der Messung von Kräften und Drehmomenten.
Der „Hintergrund“-Abschnitt dieses Dokuments wird bereitgestellt, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einen technologischen und betrieblichen Kontext zu stellen, um dem Fachmann zu helfen, ihren Umfang und Nutzen zu verstehen. Die im „Hintergrund“-Abschnitt beschriebenen Ansätze könnten weitergeführt werden, sind aber nicht notwendigerweise Ansätze, die zuvor konzipiert oder weitergeführt worden sind. Sofern nicht ausdrücklich als solche gekennzeichnet, wird keine Aussage hierin allein durch ihre Aufnahme in den „Hintergrund“-Abschnitt als Stand der Technik anerkannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung der Offenbarung dargelegt, um dem Fachmann ein grundlegendes Verständnis zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist kein umfassender Überblick über die Offenbarung und soll nicht dazu dienen, wichtige/kritische Elemente von Ausführungsformen der Erfindung zu identifizieren oder den Umfang der Erfindung abzugrenzen. Der einzige Zweck dieser Zusammenfassung ist es, einige hierin offenbarte Konzepte in einer vereinfachten Form als Einleitung zu der detaillierteren Beschreibung, die später dargelegt wird, aufzuzeigen.
Gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen und beanspruchten Ausführungsformen beseitigt ein Hardware-Temperaturkompensationsverfahren im Wesentlichen jeglichen effektiven Temperaturkoeffizienten von lasterfassenden Dehnungsmessstreifen relativ zu einem unbelasteten Dehnungsmessstreifen unter Verwendung von Abgleichwiderständen. Die Dehnungsmessstreifen sind in einer Viertelbrückenkonfiguration in mehreren parallelen Stufen angeschlossen. Ein unbelasteter Dehnungsmessstreifen in Viertelbrückenkonfiguration ist parallel geschaltet. Abgleichwiderstände werden über einen oder mehrere der unbelasteten und lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in einem Kompensationsverfahren hinzugefügt, das jeden effektiven Temperaturkoeffizienten der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen über einen vordefinierten Temperaturbereich im Wesentlichen beseitigt.
Eine Ausführungsform betrifft eine temperaturkompensierte Schaltung für einen Kraft-/Drehmomentsensor. Die Schaltung weist eine erste Mehrzahl von parallel geschalteten ersten Stufen auf. Jede erste Stufe ist ausgestaltet, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen positiver und negativer Stromversorgungsspannung verbindet. Die Schaltung weist auch eine zweite Stufe auf, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist. Die zweite Stufe ist ausgestaltet, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet. Die Spannung der zweiten Stufe wird von jeder Spannung der ersten Stufe subtrahiert. Die Schaltung umfasst ferner einen unbelasteten Abgleichwiderstand, der parallel über den unbelasteten Dehnungsmessstreifen geschaltet ist. Der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstandes wird gewählt, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen, dessen Polarität entgegengesetzten zu der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgung ist, aller lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über einen vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine temperaturkompensierte Schaltung für einen Kraft-/Drehmomentsensor. Die Schaltung umfasst eine erste Mehrzahl von parallel verbundenen ersten Stufen. Jede erste Stufe ist ausgestaltet, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung in Reihe schaltet. Die Schaltung umfasst auch eine zweite Stufe, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist. Die zweite Stufe ist ausgestaltet, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet. Die Spannung der zweiten Stufe wird von jeder Spannung der ersten Stufe subtrahiert. Die Schaltung umfasst ferner eine zweite Mehrzahl von Lastabgleichwiderständen. Jeder Lastabgleichwiderstand ist parallel zu einem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen geschaltet. Der Wert von jedem Lastabgleichwiderstand ist gewählt, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen der Polarität der an die festen Widerständen angeschlossenen Stromversorgung des zugeordneten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Noch eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Kompensieren mehrerer lasterfassender Dehnungsmessstreifen in einem Kraft-/Drehmomentsensor für thermische Drift. Eine Schaltung weist mehrere parallel geschaltete erste Stufen auf. Jede erste Stufe ist ausgestaltet, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet. Die Schaltung weist auch eine zweite Stufe auf, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist. Die zweite Stufe ist ausgestaltet, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen Festwiderstand und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsspannung verbindet. Die Ausgangsspannung der zweiten Stufe und jeder ersten Stufe wird gemessen, und die Ausgangsspannung der zweiten Stufe wird von jeder Ausgangsspannung der ersten Stufe über einen vorgegebenen Temperaturbereich subtrahiert. Als Reaktion darauf, dass mindestens ein lastabhängiger Dehnungsmessstreifen einen effektiven Temperaturkoeffizienten aufweist, dessen Polarität derjenigen der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgung entgegengesetzt ist, wird ein unbelasteter Abgleichwiderstand parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen hinzugefügt. Der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstands wird so gewählt, dass ein effektiver Temperaturkoeffizient relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität, die der an die festen Widerstände angeschlossenen Stromversorgung entgegengesetzt ist, für alle lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen beseitigt wird. Für jeden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen wird als Reaktion darauf, dass der lasterfassende Dehnungsmessstreifen einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgung aufweist, ein lasterfassender Abgleichwiderstand parallel zu dem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen hinzugefügt. Der Wert des lasterfassenden Abgleichwiderstands wird so gewählt, dass ein effektiver Temperaturkoeffizient relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der an die festen Widerstände angeschlossenen Stromversorgung über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen beseitigt wird.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nun nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt auszulegen. Vielmehr sind diese Ausführungsformen vorgesehen, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.

1 ist eine Schnittansicht eines Kraft-/Drehmomentsensors aus dem Stand der Technik, die lasterfassende Dehnungsmessstreifen zeigt.
2 ist eine Darstellung von Dehnungsmessstreifen in einer Viertelbrückenschaltung nach dem Stand der Technik.
3 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Kraft-/Drehmomentsensors nach dem Stand der Technik, die einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen zeigt.
4 ist ein Schaltplan aus dem Stand der Technik, der die Subtraktion eines Signals eines unbelasteten Dehnungsmessstreifens von zwei Signalen von lasterfassenden Dehnungsmessstreifen zeigt.
5 ist ein Schaltungsschema, das die Viertelbrückenschaltungen von sechs lasterfassenden Dehnungsmessstreifen und einem unbelasteten Dehnungsmessstreifen zeigt.
6 ist ein Diagramm der gemessenen Dehnungsmessstreifen-Antworten über der Temperatur vor der Kompensation.
7 ist ein Diagramm von simulierten Änderungen der gemessenen Dehnungsmessstreifen-Antworten über der Temperatur, wobei die Antworten teilweise kompensiert wurden, um negative effektive Temperaturkoeffizienten zu entfernen.
8 ist ein Diagramm von simulierten Änderungen der gemessenen Dehnungsmessstreifen-Antworten über der Temperatur, wobei die Antworten vollständig kompensiert sind, um auch positive effektive Temperaturkoeffizienten zu entfernen.
9 ist ein Diagramm der simulierten Änderungen der gemessenen Dehnungsmessstreifen-Antworten aus 8, nach mehreren Iterationen des Kompensationsverfahrens.
10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kompensieren mehrerer lasterfassender Dehnungsmessstreifen in einem Kraft-/Drehmomentsensor für thermische Drift.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Abgleichwiderstandes.
12A ist ein Diagramm der gemessenen Dehnungsmessstreifen-Antworten über der Temperatur vor einer Temperaturkompensation.
12B ist ein Diagramm der gemessenen Dehnungsmessstreifen-Antworten über der Temperatur nach einer Temperaturkompensation.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aus Gründen der Einfachheit und zum Zwecke der Veranschaulichung wird die vorliegende Erfindung hauptsächlich unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform davon beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Es wird jedoch für einen Fachmann leicht ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch ohne Beschränkung auf diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In dieser Beschreibung werden bekannte Verfahren und Strukturen nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier im Zusammenhang mit einem kompakten Kraft-/Drehmomentsensor (F/T-Sensor) beschrieben, der in dem oben aufgenommenen US-Patent Nr. 10,422,707 („das '707-Patent“) beschrieben ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und Fachleute werden leicht erkennen, dass Ausführungsformen vorteilhaft auf eine breite Vielfalt von F/T-Sensoren angewendet werden können. Die hierin enthaltenen 1-3 sind den 1, 3 und 8 des '707-Patents entnommen, und 4 ist der 2 der PCT-Veröffentlichung '668 entnommen. Zur klareren Erläuterung wird hier die Nummerierung der Elemente aus dem '707-Patent übernommen.
1 stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines F/T-Sensors 10 dar. Eine TAP 12 ist über drei verformbare Träger 16a, 16b, 16c mit einer MAP 14 verbunden. In der dargestellten Ausführung ist jeder Träger 16 direkt mit der TAP 12 verbunden und mit der MAP 14 durch dünne Biegungen 17 verbunden, die die Verformung der Träger 16 unter mechanischer Belastung unterstützen. Die TAP 12 ist ausgestaltet, um über ein Durchgangsloch 30 mit einem ersten Objekt, z. B. einem Roboterwerkzeug, verbunden zu werden. Die MAP 14 ist ausgestaltet, um mit einem zweiten Objekt, z. B. einem Roboterarm, über mehrere Befestigungslöcher 32 verbunden zu werden. Die TAP 12 und die MAP 14 sind nur durch die Träger 16 und die Biegungen 17 miteinander verbunden.
An (nur) der oberen Fläche jedes Trägers 16a-c sind lasterfassende Dehnungsmessstreifen 1-6 angebracht. Der Begriff „lasterfassender Dehnungsmessstreifen“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Dehnungsmessstreifen, der an einem Element des FIT-Sensors (z. B. einem verformbaren Träger 16) angebracht ist, das einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist, wenn der F/T-Sensor aufgebrachte Kräfte und/oder Drehmomente misst. In anderen Ausführungsformen können lasterfassende Dehnungsmessstreifen an mehreren Flächen eines verformbaren Trägers 16 angebracht sein, z. B. an gegenüberliegenden Flächen davon (z. B. an gegenüberliegenden Seiten; oben und unten). Der F/T-Sensor 10 weist auch Verarbeitungsschaltungen (nicht dargestellt) auf, die dazu dienen, elektrische Signale von jedem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen 1-6 zu empfangen und die Signale zu verarbeiten, um die Größe und Richtung einer Kraft (von Kräften) und eines Drehmoments (von Drehmomenten) zu bestimmen, die zwischen der MAP 14 und der TAP 12 aufgebracht werden. Solche Verarbeitungsschaltungen können z. B. einen Mikroprozessor umfassen, der mit einem Speicher verbunden ist, der dazu dient, Programmcode und Sensordaten zu speichern.
2 stellt zwei lasterfassende Dehnungsmessstreifen dar, die in einer Viertelbrückenkonfiguration verdrahtet sind. Wie in dem '707-Patent beschrieben, ist diese Schaltung ausreichend, um anhand von Änderungen der Widerstände RLSn der beiden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen zu unterscheiden, ob der Abschnitt der Fläche des Trägers 16, an dem der jeweilige lasterfassende Dehnungsmessstreifen angebracht ist, unter Zug oder Druck steht. Ein Vergleich dieser Informationen für alle sechs lasterfassenden Dehnungsmessstreifen ist ausreichend, um die Kräfte Fx, Fy, Fx und Drehmomente Tx, Ty, Tz zu bestimmen.
3 stellt einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen 38 dar. Der unbelastete Dehnungsmessstreifen 38 ist an einer Erweiterung 37 angebracht, die durch Erzeugen eines Hohlraums 35 in der TAP 12 gebildet wird. Die Erweiterung 37 erfährt keine Verformung aufgrund von Kräften oder Drehmomenten, die auf den F/T-Sensor 10 einwirken oder von ihm aufgenommen werden. Dementsprechend wird jede Änderung des Widerstands des unbelasteten Dehnungsmessstreifens 35 durch eine Temperaturänderung verursacht. Der hier verwendete Begriff „unbelasteter Dehnungsmessstreifen“ bezeichnet einen Dehnungsmessstreifen, der ansonsten im Wesentlichen einem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen ähnelt und der an einem Bauteil des F/T-Sensors angebracht ist, das im Wesentlichen keine mechanische Beanspruchung erfährt, während der F/T-Sensor einwirkende Kräfte und/oder Drehmomente misst.
In 4 sind zwei lasterfassende Dehnungsmessstreifen SG0 und SG1 in einer Viertelbrückenschaltungskonfiguration dargestellt. Die Signale der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen werden teilweise hinsichtlich thermischer Drift kompensiert, indem das Signal von einem unbelasteten Dehnungsmessstreifen SGU abgezogen wird, der ebenfalls in einer Viertelbrückenschaltung verdrahtet ist. Obwohl diese Subtraktion des Signals des unbelasteten Dehnungsmessstreifens SGU die Leistung des F/T-Sensors bei Temperaturänderungen verbessert, stimmt die Änderung des Widerstands jedes lasterfassenden Dehnungsmessstreifens SG0, SG1 über der Temperatur nicht genau mit der des unbelasteten Dehnungsmessstreifens SGU überein. Dementsprechend weisen einige der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen SG0, SG1 einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen auf, wenn der F/T-Sensor Temperaturänderungen ausgesetzt ist. Dieser effektive Temperaturkoeffizient beeinflusst die Kraft- und Drehmomentmessungen nachteilig, wenn sich die Temperatur des F/T-Sensors ändert.
5 stellt eine Schaltung zum Messen von Widerstandsänderungen von lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in einem F/T-Sensor und mögliche Abgleichwiderstände zum Kompensieren von thermischer Drift dar. Mehrere erste Stufen sind parallel geschaltet, wobei jede erste Stufe ausgestaltet ist, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet. Der Widerstand des i-ten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens wird als R_Lsi bezeichnet (d.h. R_LS0, R_LS1, ... R_LS(_n-1)). In der dargestellten Schaltung ist n=6, obwohl dies keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellt. Obwohl die Variable R_Lsi richtigerweise nur den Widerstand des i-ten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens betrifft, wird zur besseren Verständlichkeit in der folgenden Diskussion der Dehnungsmessstreifen selbst manchmal als R_Lsi bezeichnet (und die lasterfassenden Dehnungsmessstreifen werden zusammen als R_LS bezeichnet). Jeder der n lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS0, R_LS1, ... R_LS(n-1) ist in Reihe mit einem entsprechenden festen Widerstand R_F0, R_F1, ... , R_F(n-1) geschaltet. Es ist zu beachten, dass in der Schaltungskonfiguration von 5 die festen Widerstände mit der positiven Spannungsversorgung verbunden sind; in anderen Ausführungsformen können die festen Widerstände mit der negativen Spannungsversorgung verbunden sein. Praktisch können alle festen Widerstände R_F den gleichen Wert haben, z. B. 1 kΩ. In einer Ausführungsform können die Werte der festen Widerstände R_F geändert werden, um die Spannungsmessungen innerhalb eines bevorzugten Bereichs zu halten, wie hierin ausführlicher erläutert wird.
Die ersten Stufen sind parallel zwischen den angelegten Versorgungsspannungen V+ und V- geschaltet. Eine Viertelbrückenschaltung wird gebildet, indem an den Mittelpunkten von jeder ersten Stufe zwischen dem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi und dem Festwiderstand R_Fn, Spannungsmessungen vorgenommen werden.
Eine zweite Stufe ist parallel zu den ersten Stufen geschaltet. Die zweite Stufe ist ausgestaltet, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand R_FU und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U in Reihe zwischen der positiven und negativen Versorgungsspannung verbindet. Der feste Widerstand R_FU ist mit der positiven Stromversorgungsspannung verbunden. Praktisch kann der feste Widerstand R_FU den gleichen Wert haben wie die festen Widerstände R_F in den ersten Stufen. Der unbelastete Dehnungsmessstreifen R_U ist im Wesentlichen mit den lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS vergleichbar - der einzige Unterschied besteht darin, dass er an einem Element des F/T-Sensors angebracht ist, das bei aufgebrachten Kräften oder Drehmomenten keiner mechanischen Belastung ausgesetzt ist.
Der Ausgang von jedem Dehnungsmessstreifen R_LSi, R_U ist die an dem Mittelpunkt der entsprechenden Stufe gemessene Spannung. Wie in 4 dargestellt, wird die Ausgangsspannung der zweiten Stufe von jeder Ausgangsspannung der ersten Stufe subtrahiert. Daraus können bei bekannten Werten der festen Widerstände R_Fn, R_FU Änderungen des Widerstands der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn - und damit die angelegten Kräfte und Momente, die mechanische Spannungen verursachen - berechnet werden. Ein hier beschriebenes Kompensationsverfahren beseitigt für jeden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi im Wesentlichen jeden effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U, um thermische Drift aus den Kraft-/Drehmomentmessungen im Wesentlichen zu beseitigen.
Wie bereits erwähnt, sind die festen Widerstände R_Fn, R_FU an die positive Spannungsversorgung angeschlossen. Dies bestimmt die Richtung - d.h. positiv oder negativ, hier auch als „Polarität“ bezeichnet - einer relativen Temperaturdrift zwischen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn und dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U bei steigender Temperatur. Diese relative thermische Drift - genauer gesagt, der Unterschied in der Rate der Widerstandsänderung mit zunehmender Temperatur eines lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_Lsi relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U - wird hier als effektiver Temperaturkoeffizient der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U bezeichnet. Die Richtung oder Polarität des effektiven Temperaturkoeffizienten hängt davon ab, ob die festen Widerstände R_Fn, R_FU mit der positiven oder negativen Versorgungsspannung verbunden sind. Aus Gründen der Klarheit wird hier von der Schaltungskonfiguration der 5 ausgegangen, bei der die festen Widerstände R_Fn, R_FU mit der positiven Spannungsversorgung verbunden sind.
5 stellt einen möglichen Abgleichwiderstand R_LST dar, der parallel zu einem jeweiligen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS geschaltet ist, und einen möglichen Abgleichwiderstand R_UT, der parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U geschaltet ist. Die Abgleichwiderstände R_LST und R_UT sind gestrichelt dargestellt, um anzuzeigen, dass jeder von ihnen während eines Temperaturkompensationsverfahrens zu einem gegebenen Dehnungsmessstreifen hinzugefügt werden kann oder nicht. Alle Abgleichwiderstände über den lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn werden hier als lasterfassende Abgleichwiderstände R_LST bezeichnet und ein Abgleichwiderstand über dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U wird hier als unbelasteter Abgleichwiderstand R_UT bezeichnet (die lasterfassenden Abgleichwiderstände R_LST erfassen keine Last und ob der unbelastete Abgleichwiderstand R_UT mechanisch belastet wird, ist irrelevant - die Begriffe, die auf die Abgleichwiderstände angewendet werden, dienen nur als Referenz). Die Werte jeglicher Abgleichwiderstände R_LST, R_UT werden in einem iterativen Prozess über Temperaturänderungen bestimmt, die in einigen Ausführungsformen simuliert werden können.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS temperaturkompensiert, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U über einen vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen. Bei der Schaltungskonfiguration von 5 erhöht ein Hinzufügen eines Abgleichwiderstands R_UT zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U den effektiven Temperaturkoeffizienten aller lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U. Ferner verringert bei dieser Schaltungskonfiguration ein Hinzufügen eines Abgleichwiderstands zu einem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen RLSi den effektiven Temperaturkoeffizienten dieses lasterfassenden Dehnungsmessstreifens RLSi relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen RU.
Anfänglich, ohne dass eine mechanische Last aufgebracht wird, werden die Ausgaben von jeder ersten Stufe und der zweiten Stufe gemessen, und die Ausgangsspannung der zweiten Stufe wird von jeder Ausgangsspannung der ersten Stufe subtrahiert, während der Sensor über einen vorgegebenen Temperaturbereich erwärmt wird. In dem unwahrscheinlichen Fall, dass die Widerstandswertänderungen von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS genau denen des unbelasteten Dehnungsmessstreifens RU entsprechen, ist keine Kompensation erforderlich. In den meisten realen Fällen wird mindestens ein lasterfassender Dehnungsmessstreifen R_Lsi über dem vorgegebenen Temperaturbereich einen negativen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen zeigen.
In 6 sind die Antworten von jedem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi über eine steigende Temperatur aufgetragen. Wie hier verwendet, ist die Antwort eines lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LSn die Differenz zwischen der Ausgangsspannung der entsprechenden ersten Stufe und der Ausgangsspannung der zweiten Stufe, normiert auf die Erregungsspannung (die Differenz zwischen V+ und V-). Die Antworten werden über eine steigende Temperatur gemessen. Zum Beispiel ist der Graph von R_LS0 ist eine Zeitreihendarstellung der Werte $\frac{V_{R_{L S 0}} - V_{R_{U}}}{V_{e x c i t a t i o n}}$
in der Einheit mV/V, während der F/T-Sensorkörper über einen vorgegebenen Temperaturbereich erwärmt wird. Da der Wert jedes festen Widerstands R_Fi bekannt ist, werden die Widerstandswerte der Dehnungsmessstreifen R_LS im Verhältnis zu dem von R_U einfach aus den gemessenen Spannungen und dem Ohmschen Gesetz berechnet. In einer anderen Ausführungsform kann der Widerstand eines jeden lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_Lsi an mehreren Punkten über dem vorgegebenen Temperaturbereich direkt gemessen werden. In dem Beispiel von 6 weist R_LS1 den größten negativen effektiven Temperaturkoeffizienten auf, d. h. die entsprechende erste Stufe gibt den größten Spannungsabfall im Verhältnis zu der zweiten Stufe bei steigender Temperatur aus. Zu beachten ist, dass sich die Diagramme von R_LS0 und R_LS1 überschneiden, weshalb das Diagramm von R_LS0 in den 6-9 mit einer gestrichelten Linie dargestellt wird, um Verwechslungen zu vermeiden.
Dann wird ein Wert eines unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT bestimmt, der die Antwort des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LS1, der den größten negativen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U (in dem allgemeinen Fall für die Schaltung der 5 als R_LSmax-neg bezeichnet) aufweist, über die Temperatur abflacht. In einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen des Wertes des unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT ein Durchführen einer binären Suche nach Widerstandswerten, ein Ersetzen des aktuellen Wertes durch einen neuen Wert des unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT und ein Messen oder Simulieren der Ausgaben der ersten Stufen über den vorgegebenen Temperaturbereich für jede Iteration eines anderen Wertes von R_UT, bis ein R_UT-Wert gefunden wird, der zu einem effektiven Temperaturkoeffizienten des negativsten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LSmax-neg (welcher in 6 R_LS1 ist) über den vorgegebenen Temperaturbereich von im Wesentlichen Null führt.
7 zeigt die Antworten des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LS, nachdem der bestimmte unbelastete Abgleichwiderstand R_UT über dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U angeschlossen wurde. Die Antwort des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LS1, der zuvor den negativsten effektiven Temperaturkoeffizienten zeigte, ist nun über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen konstant. Die Hinzufügung des unbelasteten Abgleichwiderstands R_UT hat jedoch den effektiven Temperaturkoeffizienten aller anderen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U erhöht. Das heißt, die verbleibenden ersten Stufen geben nun einen größeren Spannungsanstieg mit steigender Temperatur als die zweite Stufe aus.
Als nächstes wird ein lasterfassender Abgleichwiderstand R_LST parallel zu jedem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS geschaltet, der einen positiven effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U zeigt. Für jede der ersten Stufen wird ein Wert des lasterfassenden Abgleichwiderstandes R_LSTi bestimmt, der für diesen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi zu einer im Wesentlichen flachen Antwort über den vorgegebenen Temperaturbereich führt. Auch hier kann eine binäre Suche angewandt werden, bei der bei jeder Iteration ein neuer Wert des lasterfassenden Abgleichwiderstands R_LSTi ersetzt wird und der Widerstand des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_Lsi über den vorgegebenen Temperaturbereich gemessen oder simuliert wird.
8 zeigt die temperaturkompensierten Antworten der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn nachdem eine Iteration des Kompensationsverfahrens abgeschlossen ist. Alle der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS zeigen ein im Wesentlichen konstantes Antwortverhalten über den vorgegebenen Temperaturbereich (man beachte, dass sich in diesem Beispiel die Diagramme von R_LS0 und R_LS5 überschneiden).
9 zeigt die temperaturkompensierten Antworten der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS nach mehreren Iterationen des Kompensationsverfahrens. Die Antworten sind noch flacher, d. h. alle lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS zeigen relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U einen effektiven Temperaturkoeffizienten von im Wesentlichen Null. Zusätzlich sind die Antworten mehr um null mV/V zentriert.
Fachleute werden bemerken, dass sich das oben beschriebene Temperaturkompensationsverfahren auf die Viertelbrückenschaltungskonfiguration der 5 bezieht. Insbesondere sind in dieser Schaltungskonfiguration die festen Widerstände R_Fn, R_FU mit der positiven Spannungsversorgung verbunden. Wenn die Stromversorgungsspannungen umgekehrt würden, wobei die festen Widerstände R_Fn, R_FU mit der negativen Spannungsversorgung verbunden wären, dann würden die umgekehrten Brückenausgabeänderungen auftreten. Das heißt, die Hinzufügung eines unbelasteten Abgleichwiderstands R_UT über den unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U würde den effektiven Temperaturkoeffizienten der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U verringern. Zusätzlich würde die Hinzufügung eines lasterfassenden Abgleichwiderstands R_LSTi über einem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi den effektiven Temperaturkoeffizienten dieses lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_Lsi relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U erhöhen.
Daher wird im allgemeinen Fall der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT gewählt, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U, dessen Polarität der der an die festen Widerstände R_Fn, R_FU angeschlossenen Stromversorgungsspannung von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn entgegengesetzt ist, über einen vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen. Zusätzlich wird im Allgemeinen der Wert von jedem Lastabgleichwiderstand R_LSTi gewählt, um einen dem zugeordneten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LSi effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U, dessen Polarität der mit den festen Widerständen R_Fn, R_FU verbundenen Stromversorgungsspannung entspricht, über dem vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
10 ist ein Flussdiagramm von Schritten in einem Verfahren 100 zum Kompensieren mehrerer lasterfassender Dehnungsmessstreifen R_LS in einem F/T-Sensor für thermische Drift. Das Verfahren arbeitet in einer Schaltung, die mehrere parallel geschaltete erste Stufen umfasst. Jede erste Stufe i ist ausgestaltet, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand R_Fi und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet. Die Schaltung umfasst eine zweite Stufe, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist. Die zweite Stufe ist ausgestaltet, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand R_FU und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet.
Die Ausgangsspannung von der zweiten Stufe und von jeder ersten Stufe wird gemessen und die Ausgangsspannung der zweiten Stufe wird von jeder Ausgangsspannung der ersten Stufe über einen vorgegebenen Temperaturbereich subtrahiert (Block 102).
Der Bedarf an und die Werte von Abgleichwiderständen für die verschiedenen Dehnungsmessstreifen werden in einem nachfolgend beschriebenen Abgleichwiderstands-Bestimmungsverfahren (Block 200) bestimmt. In einer Ausführungsform wird das Verfahren 200 in einer Computersimulation der Schaltung durchgeführt. In einer Ausführungsform wird die Schaltung in der Programmiersprache Python modelliert und ein Betrieb der Schaltung über den vorgegebenen Temperaturbereich simuliert, obwohl Fachleute ein Modell und eine Simulation in einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder Schaltungssimulationsprogrammen implementieren können. Alternativ kann das Verfahren 200 unter Verwendung von diskreten Widerständen oder Potentiometern durchgeführt werden, wobei die Schaltung nach Bedarf iterativ thermisch zyklisch durchlaufen wird, um zu Abgleichwiderstandswerten zu konvergieren, wie hier ausführlicher beschrieben.
Sobald der Bedarf an allen Abgleichwiderständen und gegebenenfalls deren Werte durch das Abgleichwiderstands-Bestimmungsverfahren ermittelt wurden (Block 200), werden die ermittelten Abgleichwiderstände R_UT, R_LST, in der Schaltung eingerichtet (Block 104). Die Schaltung wird dann über den vorgegebenen Temperaturbereich zyklisch betrieben, und die Antworten der lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS werden gemessen, um zu überprüfen, dass sie im Wesentlichen konstant bleiben (Block 106).
11 zeigt die Schritte in einer Ausführungsform des Abgleichwiderstands-Bestimmungsverfahrens 200. 11 und die folgende Beschreibung des Abgleichwiderstands-Bestimmungsverfahrens 200 beschreiben den allgemeinsten Fall und sind nicht auf die Schaltungskonfiguration von 5 beschränkt (wo die festen Widerstände R_Fn, R_FU mit der positiven Stromversorgungsspannung verbunden sind). Wenn während des Messvorgangs von Block 104 des Verfahrens 100 (10) mindestens ein lasterfassender Dehnungsmessstreifen R_LS einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U mit einer Polarität, die derjenigen der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, aufweist (Block 202), wird ein unbelasteter Abgleichwiderstand R_UT parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U hinzugefügt. Der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstands R_UT wird gewählt, um den effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U mit der Polarität, die derjenigen der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen (Block 204).
In einer Ausführungsform wird die Bestimmung des Wertes des unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT durchgeführt, indem zunächst ein lasterfassender Dehnungsmessstreifen R_LSmax identifiziert wird, der den größten effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U mit einer Polarität, die der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, aufweist. Ein erster unbelasteter Abgleichwiderstand R_UT1 wird parallel über den unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U geschaltet und die Antwort des identifizierten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LSmax wird wiederum über dem vorgegebenen Temperaturbereich gemessen. Wenn dieser lasterfassende Dehnungsmessstreifen R_LSmax immer noch einen effektiven Temperaturkoeffizienten mit einer Polarität, die der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, aufweist, wird der aktuelle unbelastete Abgleichwiderstand durch einen anderen unbelasteten Abgleichwiderstand R_UT2 ersetzt. In einer Ausführungsform werden die Werte von j aufeinanderfolgenden unbelasteten Abgleichwiderständen R_UTj durch eine binäre Suche ausgewählt. Die Schritte des Messens der Antwort über dem vorgegebenen Temperaturbereich und des Ersetzens eines anderen unbelasteten Abgleichwiderstands R_UTj werden iterativ wiederholt, bis der identifizierte lasterfassende Dehnungsmessstreifen R_LSmax einen effektiven Temperaturkoeffizienten von im Wesentlichen Null zeigt (oder einen kleinen Temperaturkoeffizienten mit der Polarität der Stromversorgungsspannung, die mit den festen Widerständen verbunden ist). Der Wert des endgültigen unbelasteten Abgleichwiderstands R_UT wird gespeichert, ebenso wie die Antworten von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS während der letzten Messiteration.
Das Abgleichwiderstands-Bestimmungsverfahren 200 bestimmt dann, ob irgendeine der ersten Stufen der Schaltung das Hinzufügen von lasterfassenden Abgleichwiderständen R_LST erfordert, und wenn ja, deren Werte. Der unbelastete Abgleichwiderstand R_UT wurde gewählt, um den effektiven Temperaturkoeffizienten des identifizierten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_LSmax auf null zu bringen. Dementsprechend sind die effektiven Temperaturkoeffizienten der meisten, wenn nicht aller verbleibenden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS nun wahrscheinlich ungleich Null und von der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgung.
Wenn während der letzten Messiteration in Block 204 ein beliebiger lasterfassender Dehnungsmessstreifen R_Lsi einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung zeigt (Block 206), wird ein lasterfassender Abgleichwiderstand R_LSTi parallel über diesen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi hinzugefügt. Der Wert des lasterfassenden Abgleichwiderstands R_LSTi wird gewählt, um den effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U des zugeordneten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens R_Lsi über den vorgegebenen Temperaturbereich weitgehend zu beseitigen (Block 208).
Ähnlich wie bei der Bestimmung des unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT wird in einer Ausführungsform die Bestimmung des Wertes von jedem lasterfassenden Abgleichwiderstand R_LSTi in einem iterativen Mess-/Ersetzungsprozess durchgeführt. Für jeden i-ten lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSi, der einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung aufweist, wird ein erster lasterfassender Abgleichwiderstand R_LST1 parallel über den zugeordneten lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi hinzugefügt. Die Antwort von zumindest dem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS1 wird wiederum über den vorgegebenen Temperaturbereich gemessen. Wenn der lasterfassende Dehnungsmessstreifen R_LS1 immer noch einen effektiven Temperaturkoeffizienten zeigt, wird der aktuelle lasterfassende Abgleichwiderstand über diesem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_Lsi durch einen anderen lasterfassenden Abgleichwiderstand R_LST2 ersetzt. In einer Ausführungsform werden die Werte von j aufeinanderfolgenden lasterfassenden Abgleichwiderständen R_LSTj durch eine binäre Suche ausgewählt. Die Schritte des Messens der Antworten über den vorgegebenen Temperaturbereich und des Ersetzens verschiedener lasterfassender Abgleichwiderstände R_UTj werden iterativ wiederholt, bis der i-te lasterfassende Dehnungsmessstreifen R_LS1 einen effektiven Temperaturkoeffizienten im Verhältnis zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U von im Wesentlichen Null zeigt. Das Verfahren wird dann für die nächste erste Stufe wiederholt, bis alle n lasterfassenden Dehnungsmessstreifen, die einen effektiven Temperaturkoeffizienten mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Spannungsversorgung aufweisen, kompensiert sind.
Alternativ können die Werte von allen lasterfassenden Abgleichwiderständen R_LST, gleichzeitig geändert werden und die Dehnungsmessstreifen-Antworten dann über einen Wärmezyklus gemessen werden. Die Werte von allen endgültigen lasterfassenden Abgleichwiderständen R_LST werden gespeichert. Wie zuvor in Bezug auf das Verfahren 100 der 10 beschrieben, werden Abgleichwiderstände, die diese Werte aufweisen, in die Schaltung eingebracht (Block 104) und die Temperaturstabilität wird überprüft (Block 106).
Das Hinzufügen von Abgleichwiderständen R_LST, R_UT kann in einigen Fällen zu Ausgaben führen, die außerhalb eines gewünschten Spannungsbereichs liegen. In einer Ausführungsform werden in diesem Fall der oder die Werte von einem oder mehreren festen Widerständen R_F, R_FU geändert, um die Ausgangsspannung in den gewünschten Bereich zu bringen. In diesem Fall werden etwaige Abgleichwiderstände R_LSTn, R_UT entfernt, ein Messzyklus wird durchgeführt, wobei die Antworten aller lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS über den vorgegebenen Temperaturbereich gemessen werden, und das Abgleichwiderstands-Bestimmungsverfahren 200 wird dann in Block 202 neu gestartet und wieder mit den aktualisierten festen Widerstandswerten R_F, R_Fu durchgeführt.
Zurück zu 5: Nach Ausführung des Kompensationsverfahrens, z.B. des Verfahrens 100, gibt es mehrere mögliche Konfigurationen der Abgleichwiderstände R_LSTn, R_UT, abhängig von den während des Kompensationsverfahrens gemessenen Antworten. Wie oben erwähnt, sind in dem unwahrscheinlichen Fall, dass die erste Messung ergibt, dass alle lasterfassenden Dehnungsmessstreifen RLS einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U von Null aufweisen, keine Abgleichwiderstände R_LST oder R_UT erforderlich.
Eine andere Möglichkeit ist, dass alle effektiven Temperaturkoeffizienten von einem oder mehreren lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS null oder positiv sind. In diesem Fall wird dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U kein unbelasteter Abgleichwiderstand R_UT hinzugefügt, obwohl lasterfassende Abgleichwiderstände R_LST über einen oder mehrere lasterfassende Dehnungsmessstreifen R_LS hinzugefügt werden.
Im allgemeinen Fall zeigt ein lasterfassender Dehnungsmessstreifen R_LSmax anfänglich den größten negativen effektiven Temperaturkoeffizienten, was die Hinzufügung eines unbelasteten Abgleichwiderstandes R_UT zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U veranlasst, um die Antwort dieses Dehnungsmessstreifens R_LSmax über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen konstant zu machen (d.h. seinen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U auf null zu bringen). Dies kann einen positiven effektiven Temperaturkoeffizienten für die meisten oder alle anderen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LS zur Folge haben, wodurch veranlasst wird, dass ihnen lasterfassende Abgleichwiderstände R_LST hinzuzufügen sind. Daher können bis zu (n-1) erste Stufen lasterfassende Abgleichwiderstände R_LST aufweisen, wobei die einzige Ausnahme der lasterfassende Dehnungsmessstreifen R_LSmax ist, der zunächst durch den unbelasteten Abgleichwiderstand R_UT auf null gebracht wird. Selbst in diesem Fall kann jedoch in der Praxis, da die verfügbaren Werte der unbelasteten Abgleichwiderstände R_UT diskret sind, ein Wert gewählt werden, der diesem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSmax einen leicht positiven effektiven Temperaturkoeffizienten statt Null verleiht, wodurch veranlasst wird, ihm ebenfalls einen lasterfassenden Abgleichwiderstand R_LST hinzuzufügen.
Die in 6 aufgetragenen Daten wurden an einem repräsentativen F/T-Sensor gemessen. Die Änderungen in der Schaltung der 5 (d. h. die Hinzufügung und die Anpassungen der Werte der Abgleichwiderstände R_LSTn, R_UT) wurden unter Verwendung eines Modells der Schaltung simuliert. Dementsprechend spiegeln die in den 7-9 dargestellten Dehnungsmessstreifen-Antworten die simulierten Daten wider. Im Gegensatz dazu zeigen die 12A und 12B gemessene Dehnungsmessstreifen-Antworten für einen F/T-Sensor vor bzw. nach dem thermischen Kompensationsverfahren 100, wobei die hinzugefügten und angepassten Abgleichwiderstände tatsächliche Hardware waren und die Dehnungsmessstreifen-Antworten über dem vorgegebenen Temperaturbereich gemessen wurden. Diese Diagramme zeigen die drastische Verbesserung der thermischen Drift, die durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Indem der effektive Temperaturkoeffizient von mehreren lasterfassenden Dehnungsmessstreifen R_LSn relativ zu einem unbelasteten Dehnungsmessstreifen R_U über einen vordefinierten Temperaturbereich im Wesentlichen beseitigt wird, wird eine F/T-Sensorgenauigkeit verbessert und andere Maßnahmen zur Verringerung der thermischen Drift werden überflüssig. Die Temperaturkompensation von Dehnungsmessstreifen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führt zu spezifischen Werten von diskreten Abgleichwiderständen, die auf die spezifischen Dehnungsmessstreifen abgestimmt sind, die in einer F/T-Sensor-Viertelbrücken-Messschaltung installiert sind. Die Kompensation kann bei der Herstellung des F/T-Sensors durchgeführt werden, und sobald die Abgleichwiderstände in die Schaltung eingebracht sind, wird thermische Drift in Hardware dauerhaft für die Lebensdauer des F/T-Sensors beseitigt.
Im Allgemeinen sind alle hierin verwendeten Begriffe entsprechend ihrer gewöhnlichen Bedeutung auf dem betreffenden technischen Gebiet zu interpretieren, außer wenn eine andere Bedeutung eindeutig angegeben ist und/oder sich aus dem Kontext, in dem sie verwendet wird, ergibt. Alle Verweise auf ein Element, eine Vorrichtung, eine Komponente, ein Mittel, einen Schritt usw. sind so offen zu interpretieren, dass sie sich auf mindestens eine Instanz des Elements, der Vorrichtung, der Komponente, des Mittels, des Schritts usw. beziehen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die Schritte der hierin offenbarten Verfahren müssen nicht in der genauen offenbarten Reihenfolge ausgeführt werden, es sei denn, ein Schritt wird ausdrücklich als einem anderen Schritt folgend oder vorangehend beschrieben und/oder es ist implizit, dass ein Schritt einem anderen Schritt folgen oder vorangehen muss. Jedes Merkmal einer der hier offenbarten Ausführungsformen kann auf jede andere Ausführungsform angewandt werden, sofern dies geeignet ist. Ebenso kann jeder Vorteil von einer der Ausführungsformen für jede andere Ausführungsform gelten und umgekehrt. Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der beiliegenden Ausführungsformen werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich sein. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „ausgestaltet, um“ eingerichtet, organisiert, angepasst oder angeordnet, um in einer bestimmten Weise zu arbeiten; der Begriff ist synonym mit „entworfen, um“. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ nahezu oder hauptsächlich, aber nicht notwendigerweise vollständig; der Begriff umfasst und berücksichtigt mechanische oder Komponentenwert-Toleranzen, Messfehler, zufällige Schwankungen und ähnliche Quellen von Ungenauigkeit.
Die vorliegende Erfindung kann natürlich auch auf andere Weise als die hierin ausdrücklich beschriebene ausgeführt werden, ohne von den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten und alle Änderungen, die in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, sollen darin eingeschlossen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10422707 [0005, 0021]
WO 2018200668 [0011]

Claims

Temperaturkompensierte Schaltung für einen Kraft-/Drehmomentsensor, umfassend: eine erste Mehrzahl von ersten Stufen, die parallel geschaltet sind, wobei jede erste Stufe ausgestaltet ist, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet; eine zweite Stufe, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist, wobei die zweite Stufe ausgestaltet ist, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet; wobei die Spannung der zweiten Stufe von jeder Spannung der ersten Stufe subtrahiert wird; und einen unbelasteten Abgleichwiderstand, der parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen geschaltet ist; wobei der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstands gewählt ist, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über einen vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Mehrzahl von Lastabgleichwiderständen, die jeweils parallel zu einem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen geschaltet sind; wobei der Wert von jedem Lastabgleichwiderstand gewählt wird, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung des zugeordneten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei die zweite Mehrzahl um eins kleiner als die erste Mehrzahl ist, so dass ein lasterfassender Dehnungsmessstreifen keinen über ihn geschalteten Lastabgleichwiderstand aufweist.
Schaltung nach Anspruch 3, wobei der lasterfassende Dehnungsmessstreifen ohne einen Lastabgleichwiderstand der lasterfassende Dehnungsmessstreifen ist, der einen größten effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung aufweist, wenn kein Abgleichwiderstand über den unbelasteten Dehnungsmessstreifen geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der unbelastete Dehnungsmessstreifen an einem Element des Kraft-/Drehmomentsensors angebracht ist, das im Wesentlichen keine mechanische Belastung erfährt, wenn der Kraft-/Drehmomentsensor angelegte Kräfte und/oder Drehmomente misst.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die lasterfassenden Dehnungsmessstreifen paarweise auf einer gleichen Seite von unterschiedlichen verformbaren Trägern angebracht sind, die durch von dem Kraft-/Drehmomentsensor gemessene Kräfte und/oder Drehmomente mechanisch verformt werden.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die erste Mehrzahl sechs beträgt und wobei drei verformbare Träger lasterfassende Dehnungsmessstreifen aufweisen, die daran angebracht sind.
Temperaturkompensierte Schaltung für einen Kraft-/Drehmomentsensor, umfassend: eine erste Mehrzahl von ersten Stufen, die parallel geschaltet sind, wobei jede erste Stufe ausgestaltet ist, um eine entsprechende Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet; eine zweite Stufe, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist, wobei die zweite Stufe ausgestaltet ist, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet; wobei die Spannung der zweiten Stufe von jeder Spannung der ersten Stufe subtrahiert wird; und eine zweite Mehrzahl von Lastabgleichwiderständen, die jeweils parallel zu einem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen geschaltet sind; wobei der Wert von jedem Lastabgleichwiderstand gewählt ist, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung von dem zugeordneten lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen unbelasteten Abgleichwiderstand, der parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen geschaltet ist; wobei der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstands gewählt ist, um einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität, die der Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über einen vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Schaltung nach Anspruch 9, wobei die zweite Mehrzahl um eins kleiner als die erste Mehrzahl ist, so dass ein lasterfassender Dehnungsmessstreifen keinen über ihn geschalteten Lastabgleichwiderstand aufweist.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei der lasterfassende Dehnungsmessstreifen ohne Lastabgleichwiderstand der lasterfassende Dehnungsmessstreifen ist, der vor einem Verbinden der Lastabgleichwiderstände einen größten negativen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen zeigte.
Schaltung nach Anspruch 8, wobei der unbelastete Dehnungsmessstreifen an einem Element des Kraft-/Drehmomentsensors angebracht ist, das im Wesentlichen keine mechanische Belastung erfährt, wenn der Kraft-/Drehmomentsensor angelegte Kräfte und/oder Drehmomente misst.
Schaltung nach Anspruch 8, wobei die lasterfassenden Dehnungsmessstreifen paarweise auf einer gleichen Seite von verschiedenen verformbaren Trägern angebracht sind, die durch von dem Kraft-/Drehmomentsensor gemessene Kräfte und/oder Drehmomente eine mechanische Verformung erfährt.
Schaltung nach Anspruch 13, wobei die erste Mehrzahl sechs beträgt und wobei drei verformbare Träger lasterfassende Dehnungsmessstreifen aufweisen, die daran angebracht sind.
Verfahren zum Kompensieren mehrerer lasterfassender Dehnungsmessstreifen in einem Kraft-/Drehmomentsensor für thermische Drift in einer Schaltung, die mehrere erste Stufen, die parallel geschaltet sind, wobei jede erste Stufe ausgestaltet ist, um eine jeweilige Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet, und eine zweite Stufe umfasst, die parallel zu den ersten Stufen geschaltet ist, wobei die zweite Stufe ausgestaltet ist, um eine Spannung an einem Knoten auszugeben, der einen festen Widerstand und einen unbelasteten Dehnungsmessstreifen in Reihe zwischen einer positiven und einer negativen Stromversorgungsspannung verbindet, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer Ausgangsspannung der zweiten Stufe und jeder ersten Stufe, und Subtrahieren der Ausgangsspannung der zweiten Stufe von jeder Ausgangsspannung der ersten Stufe über einen vorgegebenen Temperaturbereich; als Antwort auf mindestens einen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen, der einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit einer Polarität, die der der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, zeigt, Hinzufügen eines unbelasteten Abgleichwiderstands parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen, wobei der Wert des unbelasteten Abgleichwiderstands gewählt wird, um den effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zum unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität, die der der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, von allen lasterfassenden Dehnungsmessstreifen über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen; und für jeden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen als Antwort, dass der lasterfassende Dehnungsmessstreifen einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit einer Polarität der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung zeigt, Hinzufügen eines lasterfassenden Abgleichwiderstands parallel zu dem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen, wobei der Wert des lasterfassenden Abgleichwiderstandes gewählt wird, um den effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der an die festen Widerstände angeschlossenen Stromversorgungsspannung des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über den vorgegebenen Temperaturbereich im Wesentlichen zu beseitigen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Hinzufügen eines unbelasteten Abgleichwiderstandes umfasst: Identifizieren eines lasterfassenden Dehnungsmessstreifens, der einen größten effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität, die der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, aufweist; Hinzufügen eines ersten unbelasteten Abgleichwiderstandes parallel zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen; Messen der Antworten des identifizierten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über den vorgegebenen Temperaturbereich; und iterativ, als Antwort darauf, dass der identifizierte lasterfassende Dehnungsmessstreifen einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität, die der mit den festen Widerständen verbundenen Stromversorgungsspannung entgegengesetzt ist, aufweist, Ersetzen des aktuellen unbelasteten Abgleichwiderstands durch einen anderen unbelasteten Abgleichwiderstand; und Messen der Antworten des identifizierten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über den vorgegebenen Temperaturbereich; bis der identifizierte lasterfassende Dehnungsmessstreifen über dem vorgegebenen Temperaturbereich einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen von im Wesentlichen Null zeigt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das iterative Messen von Antworten des identifizierten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über den vorbestimmten Temperaturbereich ein Simulieren eines Modells der Schaltung über den vorbestimmten Temperaturbereich und ein Aufzeichnen simulierter Antworten des identifizierten lasterfassenden Dehnungsmessstreifens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Hinzufügen eines lasterfassenden Abgleichwiderstandes für jeden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen, der identifiziert wurde, einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen mit der Polarität der an die festen Widerstände angeschlossenen Stromversorgungsspannung zu zeigen, umfasst: Hinzufügen eines ersten lasterfassenden Abgleichwiderstandes parallel zu dem lasterfassenden Dehnungsmessstreifen; Messen der Antworten des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über dem vorbestimmten Temperaturbereich; und iterativ, als Antwort darauf, dass der lasterfassende Dehnungsmessstreifen einen effektiven Temperaturkoeffizienten mit der Polarität der an die festen Widerstände angeschlossenen Stromversorgungsspannung aufweist, Ersetzen des aktuellen lasterfassenden Abgleichwiderstands durch einen anderen lasterfassenden Abgleichwiderstand; und Messen der Antworten des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über dem vorgegebenen Temperaturbereich; bis der lasterfassende Dehnungsmessstreifen über dem vorgegebenen Temperaturbereich einen effektiven Temperaturkoeffizienten relativ zu dem unbelasteten Dehnungsmessstreifen von im Wesentlichen Null aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das iterative Messen von Antworten des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens über dem vorgegebenen Temperaturbereich ein Simulieren eines Modells der Schaltung über dem vorgegebenen Temperaturbereich und ein Aufzeichnen simulierter Antworten des lasterfassenden Dehnungsmessstreifens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der unbelastete Dehnungsmessstreifen an einem Element des Kraft-/Drehmomentsensors angebracht ist, das im Wesentlichen keine mechanische Belastung erfährt, wenn der Kraft-/Drehmomentsensor angelegte Kräfte und/oder Drehmomente misst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kraft-/Drehmomentsensor sechs lasterfassende Dehnungsmessstreifen umfasst, von denen zwei an jedem von drei verformbaren Trägern angebracht sind, die eine mechanische Verformung durch aufgebrachte Kräfte und/oder Drehmomente erfahren.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die beiden lasterfassenden Dehnungsmessstreifen an jedem verformbaren Träger auf der gleichen Seite des verformbaren Trägers angebracht sind.