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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag January 22, 2021

Ein neuartiger Ansatz zur Erzeugung eines statischen Drehmoments im Bereich von 1 mN·m bis 1 N·m

A novel approach to generate a static torque in the range from 1 mN·m to 1 N·m
Taras Sasiuk

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau im Graduiertenkolleg „NanoFab“.

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, Thomas Fröhlich

Thomas Fröhlich ist Leiter des Fachgebiets Prozessmesstechnik der Fakultät für Maschinenbau der TU Ilmenau.

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, René Theska

Fachgebietsleiter des Fachgebiets Feinwerktechnik/Precision Engineering, Fakultät für Maschinenbau, TU Ilmenau.

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and Rafael Soares de Oliveira

Rafael S. Oliveira ist Maschinenbauingenieur. Er arbeitet seit 2002 im Labor für Kraft, Drehmoment und Härte des INMETRO, dem brasilianischen Nationalen Institut für Metrologie.

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From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Drehmomentsensoren mit einem kleinen Messbereich bis zu 1 N·m sind Teil verschiedener Präzisionsgeräte, wie beispielsweise Roboter oder Werkzeuge für medizinische Operationen und Nanofabrikationsgeräte. Die Drehmomentsensoren benötigen häufig eine Kalibrierung, für die eine Rückführbarkeit nachgewiesen werden muss. Gemäß gesetzlichem Auftrag haben die nationalen metrologischen Institute die Aufgabe, die Drehmomenteinheiten zu realisieren und die geforderte Rückführbarkeit zu ermöglichen. Dieser Artikel zeigt, wie nach einem neuen Prinzip statische Drehmomente im Bereich von 1 mN·m bis 1 N·m erzeugt werden können. Ziel der laufenden Arbeiten war die Umsetzung dieser neuen Idee der Drehmomenterzeugung zur Schaffung einer neuen, präziseren Drehmoment-Normalmesseinrichtung. Die Leistungsfähigkeit der neuen Methode wurde mit der Erzeugung von statischen Drehmomenten nach dem Stand der Technik (PTB-Drehmoment-Normalmesseinrichtung) verglichen.

Abstract

Torque sensors with a small measurement range up to 1 N·m are part of various precision devices just like robots or tools for medical surgeries and devices for the nanofabrication. The torque transducers frequently need a calibration for which traceability need to be secured. According to legal mandate, the national metrological institutes have the task to realize the torque units and to enable the required traceability. This article shows how to generate static torque in the range from 1 mN·m to 1 N·m according to the new principle. The aim of the current work was to implement this new idea of torque generation to create a new and more precise torque standard calibration device. The performance of the new method was compared with the generation of static torque according to the state of the art (PTB torque standard calibration device).

Award Identifier / Grant number: GRK 2182

Funding statement: Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Unterstützung im Rahmen des Graduiertenkollegs Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in erweiterten makroskopischen Arbeitsbereichen (GRK 2182) an der Technischen Universität Ilmenau, Deutschland.

Über die Autoren

Taras Sasiuk

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau im Graduiertenkolleg „NanoFab“.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Fröhlich

Thomas Fröhlich ist Leiter des Fachgebiets Prozessmesstechnik der Fakultät für Maschinenbau der TU Ilmenau.

René Theska

Fachgebietsleiter des Fachgebiets Feinwerktechnik/Precision Engineering, Fakultät für Maschinenbau, TU Ilmenau.

Dr. Rafael Soares de Oliveira

Rafael S. Oliveira ist Maschinenbauingenieur. Er arbeitet seit 2002 im Labor für Kraft, Drehmoment und Härte des INMETRO, dem brasilianischen Nationalen Institut für Metrologie.

Literatur

1. A. Blum, A. Kanso, M. Scholer, R. Müller (2020). Untersuchung eines Prozessroboters als Messroboter in der Montage am Beispiel der Identifikation der dynamischen Parameter eines Roboterwerkzeuges, tm - Technisches Messen, 87(9), 564–574. doi: 10.1515/teme-2019-0140.Search in Google Scholar

2. A. Biason, G. Boschetti, A. Gasparetto, M. Giovagnoni, V. Zanotto (2005). Ein Kraft-Momenten-Sensor für die Anwendungen in der Medizinrobotik. In: Kuljanic E. (Hrsg.) AMST’05 Advanced Manufacturing Systems and Technology. CISM Internationales Zentrum für Mechanische Wissenschaften (Kurse und Vorlesungen), Band 486. Springer, Wien.Search in Google Scholar

3. M. B. Tuğcu, E. Feyzullahoğlu (2021). The investigation of effects of humidity and temperature on torque transducers calibration, tm - Technisches Messen (published online ahead of print 2021), doi: 10.1515/teme-2020-0077.Search in Google Scholar

4. D. Röske, Metrological characterization of a 1 N m torque standard machine at PTB, Germany, Metrologia, Volume 51, Number 1, 2014. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0026-1394/51/1/87.10.1088/0026-1394/51/1/87Search in Google Scholar

5. A. Nishino, K. Ueda, K. Fujii (2017). Design of a new torque standard machine based on a torque generation method using electromagnetic force, Measurement Science and Technology, 28(2), 025005.10.1088/1361-6501/28/2/025005Search in Google Scholar

6. J. Schleichert, I. Rahneberg, F. Hilbrunner, T. Fröhlich (2016). Mehrkomponenten-Kraft- und -Drehmomentsensor nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation, Technisches Messen, 83, 445.10.1515/teme-2015-0088Search in Google Scholar

7. C. Buchner, M. Manlik (2019). Konzeptionierung einer Totlastanlage zur Darstellung der Kraft auf Basis der Messunsicherheitsbetrachtung, tm - Technisches Messen, 86(12), 719–743. doi: 10.1515/teme-2018-0063.Search in Google Scholar

8. D. Knopf, T. Wiedenhöfer, K. Bauer, u. a. (2017). Verbreitung des “Planck-Kilogramms”. Ilmenau.Search in Google Scholar

9. T. Fröhlich, R. Theska, S. Winter, H. A. Lepikson, R. S. de Oliveira, Vorrichtung zur Erzeugung hochpräziser Drehmomente, Verfahren zu deren Ermittlung und Verwendung derselben, Patentschrift DE 10 2016 003 960 B3, Veröffentlichungstag 11.05.2017.Search in Google Scholar

10. International Organization of Legal Metrology (2004). OIML R 111-1: Weights of classes E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 and M3 – Part 1: Metrological and technical requirements.Search in Google Scholar

11. F. Härtig, D. Knopf, K. Lehrmann (2020). Das Kilogramm im neuen SI, tm - Technisches Messen, 87(4), 237–247. doi: 10.1515/teme-2019-0154.Search in Google Scholar

12. M. Gläser, M. Borys (2009). Precision mass measurements, Reports on Progress in Physics 72(12), 126101.10.1088/0034-4885/72/12/126101Search in Google Scholar

13. A. Picard, R. S. Davis, M. Gläser und K. Fujii. Revised formula for the density of moist air (CIPM-2007). Metrologia, 45(2):149, 2008. URL http://stacks.iop.org/0026-1394/45/i=2/a=004.10.1088/0026-1394/45/2/004Search in Google Scholar

14. A. Picard und H. Fang. Three methods of determining the density of moist air during mass comparisons. Metrologia, 39(1):31, 2002. URL http://stacks.iop.org/0026-1394/39/i=1/a=5.10.1088/0026-1394/39/1/5Search in Google Scholar

15. T. Fröhlich, N. Rogge, S. Vasilyan, C. Rothleitner, L. Günther, S. Lin, F. Hilbrunner, D. Knopf, F. Härtig, R. Marangoni (2020). Neue Wege zur Kalibrierung von E2-Massenormalen und Darstellung von Kräften bis 10 N, tm - Technisches Messen, 87(4), 280–293. doi: 10.1515/teme-2019-0143.Search in Google Scholar

16. C. Diethold, T. Fröhlich, F. Hilbrunner, G. Jäger (2010). High precission optical position sensor for electromagnetic force compensated balances. In: Proceedings of the IMEKO 21st TC3 International Conference.Search in Google Scholar

Erhalten: 2020-11-25
Angenommen: 2021-01-15
Online erschienen: 2021-01-22
Erschienen im Druck: 2021-02-26

© 2021 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 6.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2020-0090/html
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