Wie funktioniert ein mehrachsiger Kraft-Momenten-Sensor? Wie funktioniert ein mehrachsiger Kraft-Momenten-Sensor? | HBM

Messen in 3D: Was leistet ein Sechs-Achsen-Sensor?

Wenn beispielsweise in der Robotik Kräfte oder Drehmomente gleichzeitig entlang mehrerer Vektorachsen gemessen werden sollen, empfiehlt sich der Einsatz sogenannter Mehrkomponenten-Sensoren: Hier sparen die „Mehrachser“ einfach viel Platz und Installationsaufwand im Vergleich zur Installation mehrerer einachsiger Sensoren. Bei der Auswahl des passenden Aufnehmers sollte vor allem auch das Thema „Crosstalk“ beachtet werden.

Ein Mehrkomponenten-Sensor (auch mehrachsiger Kraftaufnehmer, Kraft-Momenten-Sensor oder Mehrachsen-Sensor genannt) misst Kräfte und Momente, die in mehr als einer Raumrichtung auftreten – wie z.B. Messungen in x- und y-Richtung. Einige Mehrkomponenten-Aufnehmer können nicht nur Kräfte in entsprechender Achsrichtung (2K / 3K) messen, sondern auch Drehmomente, die um die Achsen wirken. Werden neben den Kräften auch Drehmomente ermittelt, kann ein 6-Achsen-Sensor also maximal bis zu sechs Komponenten (3xF, 3xM) messen.

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

Somit ermöglicht ein einzelner Multi-Achsen-Sensor die quasi 3-dimensionale Messung von physikalischen Größen. Mit dieser Eigenschaft kommen sie bevorzugt in Anwendungen zum Einsatz, in denen eine mehrdimensionale Belastung bestimmt werden soll, die in Form von x-, y- und z-Vektoren beschrieben ist. Typische Anwendungsgebiete finden sich z.B. in der Robotik oder Maschinenüberwachung (z.B. in der Flugzeugmontage oder Tunnelbohrmaschinen) zur Grenzlastüberwachung und in diversen Prüfständen (z.B. Reifentest- oder Auswuchtmaschinen) zur Datenerfassung des Prüflings sowie in Strukturtests von Offshore-Anwendungen.


Minimieren des Übersprechens

Ein typisches Problem bei Messaufgaben mit mehreren Lasten, die auf Kraft-Momenten-Sensoren einwirken, ist das sogenannte „Übersprechen“ („Crosstalk“). Wird eine Last in nur einer Richtung angelegt, so ergibt dies prinzipbedingt (physikalischer Poissoneffekt) aufgrund der Querempfindlichkeit des Sensors auch ein minimales Ausgangssignal in den anderen Achsen. 

Die geschickte Wahl der Messkörpergeometrie sowie ein besonders präziser Fertigungsprozess ermöglichen es, das Übersprechen zu minimieren.