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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag February 26, 2016

Dynamische Kalibrierung eines Mehrkomponentensensors für Kraft und Drehmoment

Dynamic calibration of a multicomponent force-/torque sensor
Jan Schleichert

Jan Schleichert is PhD student at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3953; Fax: +49 3677 69 1412

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, Ilko Rahneberg

Ilko Rahneberg is research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3952; Fax: +49 3677 69 1412

and Thomas Fröhlich

Thomas Fröhlich is director of the Institute of Process Measurement and Sensor Technology and Chair of the Department Process Measurement Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 1398; Fax: +49 3677 69 1412

From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Mehrkomponenten Kraft-/Drehmomentsensoren werden in Anwendungen eingesetzt, in denen die Richtung der Kraft- und Drehmomentvektoren sowie deren Betrag nicht bekannt oder zeitlich veränderlich ist. Beispiele hierfür sind in der Robotik, der Strömungsmessung leitfähiger Fluide nach dem Prinzip der Lorentzkraftanemometrie oder in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zu finden. Entgegen den Anforderungen der Messung findet oft nur eine statische Kalibrierung dieser Sensoren statt, was zu Abweichungen führt, wenn Messgrößen in der Nähe der Resonanzfrequenz des Sensors und darüber erfasst werden sollen. Anhand einer dynamischen Kalibrierung erhält man den Frequenzgang der Sensormechanik, welcher die Grundlage für das Design eines geeigneten Filters zur Kompensation dynamischer Messabweichungen liefert. Im Folgenden werden die dynamischen Eigenschaften eines Mehrkomponenten Kraft-/Drehmomentsensors untersucht indem verschiedene Testsignale mit Hilfe eines Tauchspulaktors eingeleitet werden. Die Messergebnisse werden mit numerischen Berechnungen und statischen Kalibrierwerten verglichen. Für die Kompensation des dynamischen Verhaltens wird ein inverses Filter bestimmt, welches auch als dynamische Kalibrierfunktion angesehen werden kann.

Abstract

Multi-Component Force-/Torque Transducers are used in applications where the direction of the force- and torque vectors as well as their magnitude are unknown and time-dependent such as robotics, flow measurement based on the principle of Lorentz force velocimetry or nondestructive testing. In contrast to the measurement task the calibration of those Sensors is only done statically in most cases. When the measurands are getting closer to the sensors resonance frequency, the usage of static calibration factors leads to deviations in the measurement. A dynamic calibration can be used to identify the frequency responses of the sensor and is the basis for designing an appropriate filter that compensates these deviations. In the following paper the dynamic properties of a multi-component force-/torque transducer are investigated using a calibration system based on a voice-coil actuator which allows the application of force with different waveforms. The results of the measurements are compared with results of FEM calculations and results of a static calibration and a compensation filter is designed, which can be considered as a dynamic calibration function.

Über die Autoren

Jan Schleichert

Jan Schleichert is PhD student at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3953; Fax: +49 3677 69 1412

Ilko Rahneberg

Ilko Rahneberg is research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3952; Fax: +49 3677 69 1412

Thomas Fröhlich

Thomas Fröhlich is director of the Institute of Process Measurement and Sensor Technology and Chair of the Department Process Measurement Technology, Technische Universität Ilmenau.

Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 1398; Fax: +49 3677 69 1412

Danksagung

Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Graduiertenkollegs GRK 1567 „Lorentz force velocimetry and Lorentz force eddy current testing“.

Erhalten: 2015-10-23
Revidiert: 2016-1-11
Angenommen: 2016-1-11
Online erschienen: 2016-2-26
Erschienen im Druck: 2016-3-28

©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston

Downloaded on 6.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2015-0090/html
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