力和扭矩传感器|2017-06-07 |装配杂志

机器人越来越多地被镜像人类。这是最好的例子是双武装机器人 - 例如ABB的Yumi和Rethink机器人的Baxter - 专门设计用于与装配线上的人密切合作。

另一个例子是符合简单的工程的Eccerobot，它模仿了人类的内部结构和机制。该机器人是由France的Divonne-Les-Bains的机器人工作室开发的。

2015年，工作室的工程师们决定测量机器人在举起物体时，其手、手臂和肩膀所受的拉伸和压缩力。他们选择FUTEK的LSB200力传感器进行实验，因为它体积小(0.75英寸宽，0.25英寸厚)和精度高。工程师们在每个前臂和每个肩膀下面放置了60多个传感器。

The LSB200’s size and accuracy make it a good fit for various assembly applications as well, notes Richard Walker, senior engineering director at FUTEK Advanced Sensor Technology Inc. Another benefit is its 1,000 percent overload rating, which enables the sensor to withstand incidental loads up to 10 times its calibrated range.

一家医疗器械制造商采用配备不同的扭曲力传感器（LSB210负载）及其TRH605 Hex-Drive旋转扭矩传感器的导管测试支架。与USB输出套件配对，测试和测量软件，传感器测量导管的轨道力和扭矩，因为它沿着支架表面推动并形成复杂的取向。

在没有扭矩和力传感器的情况下，不能适当地执行这样一个，以及宽范围的装配过程。值得庆幸的是制造商，这些设备的先进技术确保了各种应用中的可靠性和准确性，无论是拧紧紧固件，安装阀门还是验证电子开关的操作。

简单的设备

传感器是简单的，直观的装置，实质上，作为自动化设备内的各种人类感官。它们用于组装和线末端测试操作，以检测物体的存在，位置，方向或移动。在传感器最初测量物理量之后，外部信号调节器将数据转换为电能测量，因此可以由人或仪器读取。

力传感器监测两个表面之间的变化率和相对变化。传感器可以在组装或测试设备内螺栓或磁体安装在部件工具上。

扭矩传感器测量并记录各种旋转系统上的旋转力。一些扭矩传感器仅测量静态扭矩，而其他扭矩传感器则能够处理静态和动态（在过程中）扭矩。传感器安装在测试件及其安装板之间，并且坐在磁带线中的基座或“浮子”上。

所有传感器都是模拟的或数字的。模拟传感器的输出落在一定范围内，而数字传感器输出一系列必须增加步骤的值。大多数模型直接连接到PLC或数据采集系统，尽管某些供应商还提供无线传输数据到接收设备的遥测传输传感器。

力和扭矩传感器的主要测量技术是应变计和压电。应变计由布置在栅格的细线或箔组成并粘合到薄背衬。测量仪安装到传感器上，使得导体在应力方向上对齐。当力被应用于结构时，其长度变化。应变是该尺寸变化与结构原始尺寸的比率。

相比之下，压电传感器压缩不对称的弹性晶体来产生电压。电压的大小与力的大小成正比。由于压电传感器具有更宽的测量范围，比静态负载更能测量动态负载。

基斯特尔仪器集团生产用于间接力测量的压电应变传感器。Kistler的高级制造专家吉姆·梅西(Jim Macy)表示，这些传感器通常用于测量要求不那么严格的应用场合。

传感器安装在附近的C框架或柱上，而不是直接在部件工具或固定装置上。这种方法节省了时间和金钱，允许易于改造。这些传感器还提供过载保护和测量非常大的力的能力，因为该结构吸收了整个力。为了实现成功的间接测量，必须特别注意传感器测量位置的选择。结构测量点处的应变必须与力应用点成比例。

应用驱动

“申请是挑选力或扭矩传感器时的一切，”沃克说。“例如，机器人组装应用可能需要一个高级多轴传感器，其低型材足以适合臂端或夹具。但是，手动测试过程可能只需要一个简单的传感器根据其权重传递或失效，指示组件是否包含所有所需部分。“

汽车制造商每天依靠力和扭矩传感器进行大批量装配和测试。标准的装配工作包括压装轴承，密封阀门和安装开关和按钮。

Mark Minda，HBM Inc.的业务发展和客户经理表示，该公司的力传感器和扭矩传感器用于自动化，组装和研发应用中。S. Himmelstein兼公司副总裁Steven TVeter表示，一些汽车客户使用强制传感器来验证适当的轴承安装。强制传感器监测的另一个过程是电阻焊接期间汽车部件中的高压外壳夹紧。

在测试侧，OEM和Tier 1供应商使用力传感器来验证制动踏板，气囊，座椅，泵和速度控制机制的性能。扭矩传感器测试动力列车部件，悬架系统和发动机马力，以提高燃油效率。旋转扭矩传感器用于应变测量，测试离合器，齿轮箱和发动机内的动态扭矩。TVeter表示，他的公司的扭矩传感器用于审计以验证紧固件是否拧紧到正确的扭矩上。

Kistler的9217-A压电力传感器用于通过不同类型的制造商组装和测试。形状像螺栓，传感器测量机器人和自动装配机上的Quasistatic和动态拉伸和压缩力1或更多的Mullinewons。通过前面的M3螺纹孔引入力。

该传感器提供高分辨率，三个校准测量范围(±5，±50和±500牛顿)和1到100,000的动态范围。其预加载测量元件提供高刚性和更高的弯矩公差。传感器本体有一个M10x1毫米间距的外螺纹和一个密封连接器。

航空航天制造商经常在疲劳分析研究中使用力传感器或应变仪，以确定机翼和机身强度。Minda表示，这些公司对机翼施加足够的垂直力，并抵御机身，直到每个组件裂缝或失败。

NASA及其分包商在火箭助推器测试期间依靠力传感器来测量燃烧速率。沃克指出，“好奇号”火星探测器自2012年8月6日登陆火星以来，一直在使用两个FUTEK定制的低温力传感器。

“一个传感器在流动炉的钻孔手臂内运行，并将钻头的力监测到外星人地面，以及表面的推动力水平，”沃克解释道。“另一个是多轴载荷和扭矩传感器，负责主要机器人钻头的操纵。该传感器确保手臂从未施加过多的力量，导致炮塔系统断开。“

白色家电、医疗设备和消费电子产品的制造商也受益于力和扭矩传感器。沃克说，这类传感器被集成到家电门、铰链和受压部件的组装和测试设备中。他补充说，更精确的传感器是白色家电制造商继续增加过程中测试的一个重要原因。梅西表示，家电和汽车公司经常使用力传感器来验证不同的组装过程。

医疗设备公司认为，抗焊透析机有时使用力传感器验证高压外壳的适当夹紧。至于消费电子产品，力传感器确认开关和按钮的适当操作，而旋转扭矩传感器在测试小型电动机时有助于帮助。