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Sensor+Test 2014: AMA Innovationspreis vergeben

Fortsetzung des Artikels von Teil 3.

Formsensor: Interaktionskabel »InKa«

Bei 'InKa', der Entwicklung von Jens Teichert, handelt es sich um einen Formsensor in Gestalt eines Kabels, der seine Lage im dreidimensionalen Raum ermittelt. Die Messwerte gelangen über eine Schnittstelle zum Rechner, der dann ein virtuelles Modell simuliert. Zweck ist z.B. die Überwachung von manuellen Tätigkeiten, die Aufnahme von im Raum abgefahrenen Bahnen, die Steuerung von Robotern, Kränen, Baggern oder auch von Spielen. Das Kabel wird einfach in die Hand genommen und im Raum herumgeführt; ein damit gesteuerter Aktor führt dann die gleichen Bewegungen aus. Es stellt sozusagen eine dreidimensionale Computermaus dar.

Der innere Aufbau des Interaktionskabels. Bildquelle: © Teichert Systemtechnik

Der innere Aufbau des Interaktionskabels.

Bei Biegung bleibt die Mittelachse des Kabels in ihrer Länge unverändert, während die Außenseite Dehnungen bzw. Stauchungen erfährt. Diese werden mit geeigneten Sensoren registriert und ausgewertet. Die praktische Umsetzung ist komplex: Je länger das Kabel, desto mehr Sensorelemente sind nötig, und entsprechend viele Zuleitungen. Teicherts Idee besteht darin, alle Signale über einen gemeinsamen Bus laufen zu lassen, um die Zahl der Leitungen auf ein Minimum zu beschränken. An jeden Sensor ist ein 3 × 3 mm² großer Mikrocontroller mit niedriger Leistungsaufnahme angeschlossen, der das zunächst analoge Messsignal digitalisiert und dann in eine Bus-fähige Form bringt. Zwecks einfacher Fertigung sitzen alle Elemente auf einer flexiblen Leiterplattenfolie, die helixförmig aufgerollt ist. Als äußerer Schutzmantel dient ein Stahlgeflecht oder ein Duschschlauch-Profil. Im Inneren ist das Kabel hohl, hier können weitere Leitungen oder auch ein Bowdenzug eingezogen werden.

Die Biegungen des Kabels werden registriert und im Modell exakt repräsentiert. Bildquelle: © Teichert Systemtechnik

Die Biegungen des Kabels werden registriert und im Modell exakt repräsentiert.

Beim Verbiegen ändern sich die Abstände zwischen den einzelnen Windungen der Helix. Dies wird mit optischen Sensoren aus einer LED und einer Fotodiode gemessen. Die Leiterfolie ist in eine elastische Vergussmasse eingebettet, die einen speziellen Diffusionsstoff enthält; eine Biegung bewirkt eine Intensitätsänderung in den optischen Messstrecken.

Die zugehörige Software bildet auf dem PC ein detailliertes geometrisches Modell aus Gelenkknoten und starren Verbindungselementen. Am Ende steht ein 3D-Modell des Sensors und seiner Lageausprägung im Raum zur Verfügung.