DE3916967A1

DE3916967A1 - Applying extensometer strips to test object - by thermal spraying through mask after insulating layer has been applied

Info

Publication number: DE3916967A1
Application number: DE19893916967
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Mayr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1990-11-29

Abstract

Extensometer strips, with fixed relative orientations, are applied to a test object by: applying an insulating layer (I) to the object (Mo); applying a mask (Ma), with the pattern of resistance lines (W) of all the extensometer strips, onto the insulating layer; forming the resistance lines by thermal spraying of resistive material; and removing the mask (Ma). ADVANTAGE - Extensometer strips are all applied in single operation while avoiding usual problems and costs of alignment and fixing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen mehrerer fest zueinander orientierter Dehnungsmeßstreifen auf ein Meß objekt.The invention relates to a method for applying several Strain gauges oriented towards each other on one measurement object.

Dehnungsmeßstreifen bestehen in der Regel aus mehreren Strei fen von dünnem Widerstandsdraht, die auf einen Papierstreifen aufgeklebt sind. Dieser Papierstreifen wird auf eine Meßstelle geklebt und macht infolgedessen die Längenänderungen des Meß objekts an dieser Stelle mit. Die dabei eintretende Längung bzw. Verkürzung der Schleifen ergibt eine Widerstandsänderung, die der Dehnung des Meßobjekts proportional ist.Strain gauges usually consist of several strips of thin resistance wire placed on a strip of paper are glued on. This paper strip is on a measuring point glued and consequently makes the length changes of the measurement object at this point. The elongation that occurs or shortening the loops results in a change in resistance, which is proportional to the elongation of the test object.

Neben den einfachen Dehnungsmeßstreifen die für eine Richtung empfindlich sind, können auf das Meßobjekt zur Erfassung kom plexer Dehnungen auch mehrere Dehnungsmeßstreifen aufgebracht werden, die fest zueinander orientiert sind. Ein Beispiel für die Aufbringung von drei, jeweils um Winkel von 60° zueinander versetzten Dehnungsmeßstreifen auf ein Meßobjekt ist die bekannte Delta-Rosette. Bei der Fertigung von taktilen Sensoren müssen acht Dehnungsmeßstreifen positionsgenau auf einen me tallischen Hohlzylinder aufgeklebt werden. Der hohe Justier aufwand bei der Ausrichtung der Dehnungsmeßstreifen relativ zueinander stellt dabei ein erhebliches Problem dar, welches bislang einer Fertigung entgegenstand.In addition to the simple strain gauges for one direction sensitive, can come to the object to be detected plexer strains also applied several strain gauges that are firmly oriented towards each other. An example for the application of three, each at an angle of 60 ° to each other The strain gauge placed on a test object is the well-known delta rosette. In the manufacture of tactile sensors eight strain gauges must be positioned exactly on one me metallic hollow cylinder are glued. The high adjustment expenditure on the alignment of the strain gauges relatively to each other is a significant problem, which hitherto prevented production.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen mehrerer fest zueinander orientierter Dehnungsmeß streifen auf ein Meßobjekt zu schaffen, welche das Problem der Justierung der Dehnungsmeßstreifen auf eine in der Fertigung wirtschaftlich realisierbare Weise löst. The invention has for its object a method for Application of several permanently oriented strain gauges to create a measurement object which addresses the problem of Adjustment of the strain gauges to one in production economically feasible way.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Verfahrens schritte.This object is achieved according to the invention by characterizing part of claim 1 listed method steps.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Vermeidung des Justier- und Fixieraufwands beim Aufbringen fest zueinander orientierter Dehnungsmeßstreifen diese in einem Arbeitsgang mittels einer Gesamtmaske thermisch aufgespritzt werden können.The invention is based on the knowledge that to avoid the adjustment and fixing effort when applying firmly to each other oriented strain gauges in one operation can be thermally sprayed on using an overall mask.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further embodiments of the invention are based on the Sub-claims emerge.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen einzelnen Dehnungsmeßstreifen in der Draufsicht, Fig. 1 a single strain gage, in plan view,

Fig. 2 den Dehnungsmeßstreifen gemäß Fig. 1 in der Seitenan sicht, Fig. 2 view of the strain gauges as shown in FIG. 1 in the Seitenan,

Fig. 3 die zu erfassenden Kräfte und Momente eines taktilen Sensors, Fig. 3 to be detected forces and moments of a tactile sensor,

Fig. 4 die prinzipielle Anordnung von acht Dehnungsmeßstrei fen bei einem taktilen Sensor für die Kräfte und die Momente gemäß Fig. 3 und die Fig. 4 shows the basic arrangement of eight strain gauges fen with a tactile sensor for the forces and moments of FIG. 3 and

Fig. 5 bis 7 die wesentlichen Verfahrensschritte beim Aufbringen von Dehnungsmeßstreifen auf ein Meßobjekt mit der in Fig. 4 aufgezeigten gegenseitigen Ausrichtung. Fig. 5 to 7, the essential process steps in the application of strain gauges on a measurement object with the in Fig. Outlined mutual alignment. 4

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen einzelnen Dehnungsmeßstreifen DMS in der Draufsicht bzw. in der Seitenansicht. Auf dem aus Alumi nium bestehenden Meßobjekt Mo befindet sich eine Isolations schicht I, welche aus Aluminiumoxid besteht und durch thermi sches Spritzen aufgebracht wurde. Auf der Isolationsschicht I befinden sich in mäanderförmigen Schleifen angeordnete Wider standsbahnen W, die durch thermisches Spritzen eines Wider standsmaterials aufgebracht wurden. Im geschilderten Ausfüh rungsbeispiel wurde als Widerstandsmaterial NiCr 8020 verwendet. Die beiden Enden der Widerstandsbahnen W führen zu Kontaktflächen Kf, die aus Kupfer bestehen. Figs. 1 and 2 show a single strain gages DMS in the plan view and in side view. On the aluminum Mo measuring object is an insulation layer I , which consists of aluminum oxide and was applied by thermal spraying. On the insulation layer I there are arranged in meandering loops against resistance tracks W , which were applied by thermal spraying of a resistance material. In the exemplary embodiment described, NiCr 8020 was used as the resistance material. The two ends of the resistance tracks W lead to contact areas Kf which are made of copper.

Fig. 3 zeigt die von einem taktilen Sensor zu erfassenden Kräfte P 1, P 2 und P 3 sowie die ebenfalls zu erfassenden Momente M 1, M 2 und M 3. Mit einer derartigen Erfassung von drei senkrecht aufeinander stehenden Kräften und drei um diese Kräfte drehenden Momenten kann beispielsweise der Arm eines Ro boters mit einem Berührungsgefühl ausgestattet werden. Hierzu werden auf einen Aluminium-Hohlzylinder als Meßobjekt insgesamt acht Dehnungsmeßstreifen DMS 1 bis DMS 8 aufgebracht, deren Anordnung aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Fig. 4 zeigt dabei eine Abwicklung in Umfangsrichtung, wobei die Dehnungsmeßstrei fen DMS 1 und DMS 2 unter einem Winkel von 0°, die Dehnungsmeß streifen DMS 3, DMS 4, DMS 5 und DMS 6 unter einem Winkel von 90°, der Dehnungsmeßstreifen DMS 7 unter einem Winkel von 180° und der Dehnungsmeßstreifen DMS 8 unter einem Winkel von 270° auf den nicht dargestellten Aluminium-Hohlzylinder aufgebracht sind. Mit der dargestellten Plazierung und Orientierung der Dehnungsmeßstreifen DMS 1 bis DMS 8 können über eine sogenannte Verformungsmatrix die in Fig. 3 aufgezeigten Kräfte und Momente erfaßt werden. Fig. 3 shows by a tactile sensor for sensing forces P 1, P 2 and P 3, as well as also to be detected moments M 1, M 2 and M 3. With such a detection of three mutually perpendicular forces and three moments rotating about these forces, for example, the arm of a robot can be equipped with a feeling of contact. For this purpose, a total of eight strain gauges DMS 1 to DMS 8 are applied to an aluminum hollow cylinder as the measurement object, the arrangement of which can be seen in FIG. 4. Fig. 4 shows a development in the circumferential direction, the strain gauges fen DMS 1 and DMS 2 at an angle of 0 °, the strain gauges DMS 3, DMS 4, DMS 5 and DMS 6 at an angle of 90 °, the strain gauges DMS 7 are applied at an angle of 180 ° and the strain gauge DMS 8 at an angle of 270 ° on the aluminum hollow cylinder, not shown. With the placement and orientation of the strain gauges DMS 1 to DMS 8 shown , the forces and moments shown in FIG. 3 can be detected via a so-called deformation matrix.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen in stark vereinfachter schematischer Darstellung die wesentlichen Verfahrensschritte beim Aufbringen von Dehnungsmeßstreifen auf ein Meßobjekt Mo, bei welchem es sich um den bereits erwähnten Aluminium-Hohlzylinder handelt. Im einzelnen werden zum Aufbringen der Dehnungsmeßstreifen DMS 1 bis DMS 8 (vergleiche Fig. 4) auf das Meßobjekt Mo folgende Ver fahrensschritte durchgeführt: Figs. 5 to 7 show in a highly simplified schematic representation of the essential method steps during application of strain gauges on a measurement object Mo, wherein it is the aforementioned aluminum hollow cylinder. In detail, the following procedure steps are carried out for applying the strain gauges DMS 1 to DMS 8 (compare FIG. 4) to the measurement object Mo :

1. Sandblasting the object Mo.
2. Thermal spraying of the insulation layer 1 , which consists of aluminum oxide (see Fig. 5).
3. Electroless copper plating of the insulation layer I. The resulting copper layer Ku (cf. FIG. 5) enables perfect exposure of a solid resist to be applied in the next step.
4. Laminating the already mentioned permanent resist Fr (see same Fig. 5).
5. Mount a photomask Fm and expose the fixed resist Fr with UV light UV (see FIG. 5). The photo mask Fm contains the structures of the resistance tracks and the conductor tracks of all strain gauges DMS 1 to DMS 8 (see FIG. 4).
6. Remove the unexposed fixed resist Fr (see FIG. 6), the remaining exposed fixed resist Fr forming a mask Ma .
7. Remove the copper layer Ku from the exposed areas by immersing it in a copper sulfate solution.
8. Thermal spraying, preferably plasma spraying, of resistance material on the entire vacancies, ie resistance tracks W (see FIG. 6) and the later conductor tracks L (see FIG. 7). NiCr 8020 is sprayed on as a resistance material.
9. Structure of the strain gauges DMS 1 to DMS 8 (see the same FIG. 4), ie cover all the resistance tracks W , with a rough mask, not shown in the drawing, and copper to form the conductor tracks L (see FIG. 7) on the underlying resistance measure Spray material thermally.
10. Remove the exposed photoresist Fr (see Fig. 7).
11. Completely remove the copper layer Ku applied without current by immersing it in copper sulfate solution (see FIG. 7). The conductor tracks L made of copper are retained since they are much thicker.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden insgesamt acht Dehnungsmeßstreifen auf den Umfang eines Hohlzylinders aufgebracht, wobei der bisher erforderliche Justier- und Fixieraufwand entfallen ist. Es kann auch eine kleinere oder größere Anzahl von Dehnungsmeßstreifen auf ein anderes me tallisches Meßobjekt, insbesondere auf ein ebenes Meßobjekt, aufgebracht werden. Ein ggfs. erforderliches Trimmen der Widerstände kann beispielsweise durch Mikrosandstrahlen vor genommen werden.Using the method described above, total eight strain gauges on the circumference of a hollow cylinder applied, the previously required adjustment and Fixing effort is eliminated. It can also be a smaller one larger number of strain gauges on another me metallic object, especially on a flat object, be applied. A necessary trimming of the Resistance can be provided, for example, by micro sandblasting be taken.

Claims

1. A method for applying a plurality of strain gauges ( DMS, DMS 1 to DMS 8 ) oriented to one another on a measurement object ( Mo ), characterized by the following method steps:

a) applying an insulation layer ( I ) to the measurement object ( Mo );
b) applying a mask ( Ma ) with the pattern of the resistance tracks ( W ) of all strain gauges ( DMS 1 to DMS 8 ) on the insulation layer ( I );
c) application of the resistance tracks ( W ) by thermal spraying of a resistance material;
d) removing the mask ( Ma ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the insulation layer ( I ) is applied by thermal spraying of a ceramic material.

3. The method according to claim 1, characterized in that the insulation layer ( I ) is applied by thermal spraying of aluminum oxide.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a fixed resist ( Fr ) is flamed in step b) and that then the mask ( Ma ) by applying a photomask ( Fm ), loading and releasing the unexposed fixed resist ( Fr ) is produced.

5. The method according to claim 4, characterized in that before the lamination of the solid resist ( Fr ) by electroless metal deposition, a copper layer ( Ku ) is applied to the insulation layer ( I ) and that the copper layer ( Ku ) after detaching the unexposed solid resist ( Fr ) is removed again at the exposed places.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a mask ( Ma ) with the pattern of the resistance tracks ( W ) and conductor tracks ( L ) of all strain gauges ( DMS 1 to DMS 8 ) is used that after thermal spraying of the resistance material the structures of the resistance tracks (W) are covered and in that the conductor tracks (L) are produced in the region of the conductor tracks (L) by thermal spraying copper onto the Widerstandsma TERIAL.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a nickel-chromium alloy as resistance material is injected.