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Statische und dynamische Untersuchung von Mehrkomponentensensoren für Kräfte und Momente

Nitsche, Jan ORCID

Die Messung von Kräften und Momenten ist in der mechanischen Messtechnik weit verbreitet. Allerdings wird hierbei typischerweise lediglich der Betrag eines Kraft- oder Momentvektors in einer vorgegebenen Richtung ermittelt. Da Kräfte und Momente jedoch vektorielle Größen sind, stellt eine solche Messung eine starke Reduzierung der zu messenden Größe dar. Mehrkomponentensensoren, die Kräfte oder Momente räumlich erfassen können, sind in verschiedenen Bereichen verbreitet, jedoch stehen bei der Kalibrierung dieser Sensoren viele Fragen, speziell bei der Umsetzung der Kalibrierung, offen. In dieser Arbeit soll für die statische Kalibrierung von Mehrkomponentensensoren ein aktuell vorhandenes Verfahren optimiert sowie ein für die dynamische Kalibrierung vorhandenes Verfahren weiterentwickelt werden. Dazu werden erstmals klassische mechanische Kalibrierabläufe um optische Messsysteme nach dem Prinzip der Nahbereichsphotogrammetrie erweitert. Mit diesem zusätzlichen Messprinzip sollen weitere Informationen über den Messablauf gesammelt werden, welche die Ergebnisse der Kalibrierung verbessern. Die Verbesserung zielt im statischen Fall auf die Reduzierung der Messunsicherheit in der Kalibriereinrichtung sowie die Bestimmung der Verformung des Sensors ab. Im dynamischen Fall soll die Bestimmung der Referenzvektoren mit sechs Freiheitsgraden durch das photogrammetrische System erstmals ermöglicht werden.

The measurement of forces and moments is a typical task in the measurement of mechanical quantities. Most sensors used in force and moment measurement are designed to measure only the amplitude of the force or moment vector in a given direction. This implies a reduction of the information included in the original force or moment vector. Multi-component sensors that are able to measure force and moment components in different directions simultaneously are available and used in different fields. The calibration of such sensors however is not yet fully analyzed. The aim of this work is to improve an existing setup for the static calibration of multi-component sensors and to extend a dynamic uniaxial calibration method for the use with multi-component sensors. In order to achieve this aim, photogrammetric measurement systems are implemented in the existing measurement setups. The photogrammetric measurement data is used to improve the uncertainty of the static reference system and to analyze the deformation of the sensor to be calibrated. In the dynamic setup, photogrammetry provides information about the force and moment vectors with six degrees of freedom.

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Nitsche, J., 2019. Statische und dynamische Untersuchung von Mehrkomponentensensoren für Kräfte und Momente. Braunschweig. https://doi.org/10.24355/dbbs.084-201910250910-0
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