DE4018450A1

DE4018450A1 - Sensor fuer mehrere kraft-/momentenkomponenten

Info

Publication number: DE4018450A1
Application number: DE19904018450
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Wuensche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1991-12-12

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor für mehrere Kraft-/Momentenkomponenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dieser Typ von Sensoren soll durch Einbringen in eine Apparatur die an dieser Stelle auftretenden Kräfte/Momente erfassen und zur Auswertung zur Verfügung stellen. Dabei soll die Beeinflussung des Prozesses durch den Sensor vernachlässigbar sein.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse Sensoren einzusetzen, die extern angelegte Kräfte/Momente in eine aufnehmerinterne Verformung umsetzen, welche dann durch Aufnehmer unterschiedlicher Wirkprinzipien erfaßt und zur Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Die dabei auftretende Verformung widerspricht jedoch der Forderung nach minimalem Einfluß auf den Prozeß.

Weiterhin ist bekannt, daß Kompensationsprinzipien zur Messung einzelner Kraftkomponenten eingesetzt werden.

Bei den derzeit bekannten Mehrkomponenten-Kraft/-Momentenaufnehmern ist aufgrund der Tatsache, daß zur Anzeige nicht die Kraft, sondern die dadurch induzierten Verformungen erfaßt werden, prinzipbedingt eine Veränderung der Struktur durch den Aufnehmer vorhanden. Diese Verformung führt insbesondere bei steifen Gesamtaufbauten zu einer nicht unerheblichen Beeinflussung des Meßergebnisses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannte Verfälschung des Meßergebnisses zu minimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels einer Regelung durch Aufbringen von Gegenkräften die Verformung minimiert wird. In einem derartigen System dient dann die zur Kompensation erforderliche Kraft selbst oder eine zu ihr in funktionalem Zusammenhang stehende Stellgröße als Meßwert.

Um die neben den für die sensorische Aufgabe erforderlichen Verschiebungen an Zusatzbauteilen wie zum Beispiel Flanschen auftretenden parasitären Verformungen ebenfalls auszugleichen, ist durch Aufschalten kraftabhängiger Zusatzgrößen auf die Regelung der Einfluß dieser Störgrößen zu minimieren.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Sensors ergibt sich durch Verzicht auf die in bekannten Sensoren eingesetzten elastischen Elemente, da deren Funktion der Kraftaufnahme und Übertragung im beschriebenen System nicht mehr erforderlich ist.

Die Eingangssignale für die Regelung können direkt aus dem Ausgangssignal eines Aufnehmers oder einer Verschaltung mehrerer Aufnehmer, wie zum Beispiel in Brückenschaltung, zur Ermittelung einer Verformung/Verschiebung gewonnen werden.

Die Eingangssignale für die Regelung können aus den Kraft/Momentenkomponenten, welche aus einer Verschaltung mehrerer Aufnehmer ermittelt werden, gewonnen werden.

Die Eingangssignale für die Regelung können gleichzeitig aus den Signalen einzelner Aufnehmer und den ermittelten Kraft-/Momentenkomponenten gewonnen werden, insbesondere auch bei einem Sensor nach Anspruch 2, bei dem die Kompensation der parasitären Verformungen sinnvollerweise als Funktion der Kraft-/Momentenkomponenten dargestellt werden.

Die einzelnen Meßgrößen können bei mechanischer Entkopplung der Komponenten direkt durch einen Satz von Aufnehmern gewonnen werden, der zur Ermittlung weiterer Komponenten nicht benötigt wird.

Bei Vorliegen einer Kreuzkopplung auf mechanischer Seite können die einzelnen Meßgrößen durch derartige Verrechnung der Signale eines Satzes von Meßgrößen ermittelt werden, daß eine Entkopplung entsteht. Dies erfordert zur Berechnung einer Komponente Aufnehmer, die gleichzeitig auch zur Ermittlung anderer Komponenten benutzt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Beeinflussung des Prozesses durch Verformungen im Sensor minimiert wird. Als Nebeneffekt ergibt sich durch den Fortfall der Verformungen eine verbesserte Linearität. Dabei kann durch die Nutzung von Eigenschaften gemäß der Unteransprüche eine Gestaltung in Richtung hoher Genauigkeit und guter Dynamik oder eines geringen Preises erreicht werden.

Claims

1. Sensor für mehrere Kraft-/Momentenkomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Sensorfunktion bedingten Verformungen durch aktives Aufbringen von Gegenkräften unter Einsatz einer Regelung kompensiert werden.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den durch die Sensorfunktion bedingten Verformungen auch parasitäre Verformungen kompensiert werden.

3. Sensor nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht benötigten Elemente zur Wandlung Kraft-Verformung entfallen und als Ersatz für die Verformungsaufnehmer Verschiebungsaufnehmer zum Einsatz kommen.

4. Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung der Gegenkräfte den einzelnen Verformungs-/Verschiebungsaufnehmern signalverarbeitungsmäßig direkt zugeordnet werden.

5. Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung der Gegenkräfte den aus mehreren Aufnehmern ermittelten Komponenten von Kraft/Moment signalverarbeitungsmäßig zugeordnet werden.

6. Sensor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung der Gegenkräfte signalverarbeitungsmäßig sowohl einzelnen Verformungs-/Verschiebungsaufnehmern als auch den aus mehreren Aufnehmern ermittelten Komponenten von Kraft/Moment zugeordnet sind.

7. Sensor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen Kraft/Moment pro Komponente durch einen Satz von Aufnehmern gewonnen wird, der zur Ermittlung weiterer Komponenten nicht benötigt wird.

8. Sensor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen Kraft/Moment pro Komponente durch einen Satz von Aufnehmern gewonnen wird, der zumindest teilweise auch zur Ermittlung weiterer Komponenten benötigt wird.