DE19960482A1

DE19960482A1 - Calibration unit for multicomponent force and torque sensor, e.g. for robotic system, has sensor that has already been calibrated connected to sensor to be calibrated and compares sensor data

Info

Publication number: DE19960482A1
Application number: DE1999160482
Authority: DE
Inventors: Peter Giesecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-21

Abstract

The unit has a sensor (4) that has already been calibrated connected to a sensor (2) that is to be calibrated. Actuators for the system are used one after another to generate force or torque. A calibration detector compares data for different forces and torques the two sensors in a measurement matrix using an external computer system or an integrated chip.

Description

Die Kalibrierung von Mehrkomponentenaufnehmern (MKA) zur Erfassung von Kräften und Momenten erfolgt üblicherweise durch die systematische Belastung mit bekannten Kräften und Momenten, die beispielsweise über Gewichte und Umlenkrollen erzeugt werden. Das Verfahren benötigt eine exakte Ausrichtung der Kraftrichtung und Hebelarme und ist entsprechend zeitaufwendig. Eine entscheidende Verbesserung dieses Verfahrens wurde erreicht durch die Entwicklung einer Kalibriereinrichtung für interne Windkanalwaagen (Pat. 3.187 EU, Veröffentlichungsnummer EP 0 340 316 A1), die mittels hydraulischer Aktoren Kräfte und Momente erzeugt und diese in eine mechanisch in Reihe geschaltete Kombination aus Kalibrieraufnehmer und Meßaufnehmer einleitet. Hauptvorteil dieser Erfindung ist der Wegfall der exakten Ausrichtung der Kräfte und Momente. Die gesuchte Meßmatrax des Prüflings wird in dieser Einrichtung durch Vergleich zwischen der Kalibriermatrix und den Auslesewerten des Meßaufnehmers gewonnen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der kostenintensivere Anteil in dem Krafterzeugungssystem besteht.Multi-component transducers (MKA) are calibrated to record forces and moments usually due to the systematic load with known forces and moments, for example, over Weights and pulleys are generated. The process requires an exact alignment of the direction of force and lever arms and is correspondingly time-consuming. A major improvement to this process has been made achieved through the development of a calibration device for internal wind tunnel scales (Pat. 3.187 EU, Publication number EP 0 340 316 A1), which generates forces and moments by means of hydraulic actuators and this into a mechanically series-connected combination of calibration sensor and measuring sensor initiates. The main advantage of this invention is the elimination of the exact alignment of the forces and moments. The The desired measurement matrix of the test object is compared in this facility by comparison between the calibration matrix and the readings of the sensor. Experience has shown that the more expensive portion consists in the power generation system.

Der hier beschriebenen Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß
The invention described here is based on the idea that

1. In many cases, the extreme accuracy requirements required to develop the above do not exist described (Pat. 3.187 EU) institution.
2. and in these cases mostly drives for power and torque generation are provided depending on the system.

Wenn beide Voraussetzungen zutreffen, kann auf den kostenintensiven Kraft- und Momentenerzeugerteil verzichtet werden. Dies ist insbesondere bei Robotersystemen mit integriertem Armwurzelsensor der Fall. Die hier erforderliche Genauigkeit liegt hier mit ca. 1% um zwei Größenordnungen unter der bei Windkanalwaagen geforderten Genauigkeit (0,01%). Dieser Umstand ermöglicht den Verzicht auf ein Krafterzeugersystem mit hoher zeitlicher Konstanthaltung einzelner Meßpunkte, so daß die diesbezüglichen Eigenschaften des systembedingten Aktorensystems zur Kalibrierung ausreichen. Dies führt des weiterem zu dem Vorteil, daß die Meßpunkte kontinuierlich ermittelt werden können und dadurch die Kalibrierzeit ganz wesentlich verkürzt wird (von 100% auf ca. 5%). Der letzte Gesichtspunkt ist besonders bei Industrierobotern von hoher Bedeutung. Der Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen geometrischen und mechanischen Eigenschaften der Endeffektoren, die z. B. bei Fertigungsaufgaben und Meßaufgaben sehr unterschiedliche Federsteifigkeiten besitzen. Dies und der Umstand, daß der Bezugspunkt meist ebenfalls wechselt, erfordert nach einem Endeffektorwechsel eine jeweilige Neukalibrierung. Dies wird durch die beschriebene Erfindung in höchst einfacher und schneller Weise ermöglicht, wenn ein Kalibriersensor der beschriebenen Art zur Verfügung steht. Der Sensor enthält eine Mehrkomponentenmeßeinrichtung, die auf herkömmliche Art kalibriert ist und die gespeicherten Eigenschaften mit hinreichender Reproduzierbarkeit beibehält. Die bei der Kalibrierung des Meßaufnehmers erhaltenen Ausgabewerte werden mit den kalibrierten Daten der automatisierten Kalibriereinrichtung zeitsynchron ausgewertet und zu der gesuchten Meßmatrix verarbeitet.If both requirements are met, the cost-intensive power and torque generator part can be used to be dispensed with. This is particularly the case with robot systems with an integrated arm root sensor. The The accuracy required here is around 1% two orders of magnitude lower than that of wind tunnel balances required accuracy (0.01%). This fact makes it possible to do without a power generator system high constant time of individual measuring points, so that the relevant properties of the system-related actuator system are sufficient for calibration. This further leads to the advantage that the Measuring points can be determined continuously, thereby shortening the calibration time considerably (from 100% to approx. 5%). The last point of view is of particular importance for industrial robots. The The reason for this lies in the different geometric and mechanical properties of the end effectors, the z. B. in manufacturing and measuring tasks have very different spring stiffness. This and the fact that the reference point usually also changes requires one after an end effector change respective recalibration. This is achieved in a very simple and rapid manner by the described invention enabled if a calibration sensor of the type described is available. The sensor contains one Multi-component measuring device, which is calibrated in a conventional manner and the stored properties maintains with sufficient reproducibility. Those obtained during calibration of the sensor Output values are time-synchronized with the calibrated data of the automated calibration device evaluated and processed to the desired measurement matrix.

Claims

1. Calibration device for multi-component force and moment sensors, characterized in that the transducer to be calibrated ( 2 ) is mechanically connected in series with an already calibrated transducer ( 4 ) and in this system, by means of system-related actuators, successively all the force to be expected in later operation - and moment sizes are initiated.

2. Calibration device for multi-component force and moment sensors according to claim 1, characterized in that the required calculation of the measurement matrix is carried out in an external computer system.

3. Calibration device for multi-component force and moment sensors according to claim 1, characterized in that the required calculation of the measurement matrix is integrated in the calibration sensor Computer chip is made.

4. Calibration device for multi-component force and moment sensors according to claim 1 to 3, characterized in that the evaluation is carried out with the aid of neural networks.