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压力传感器

传感器与USB输出套件以及 测试和测量软件配合使

  机器人越来越多地被用来反映人类。最好的例子是双臂机器人 - 例如ABB的YuMi和Rethink Robotics的Baxter--专门设计用于与装配线上的人员密切合作。

  另一个例子是合理设计的ECCERobot,它模仿人类的内部结构和机制。该机器人由位于法国Divonne-Les-Bains的Robot Studio开发。

  2015年,工作室工程师决定在提升物体时测量机器人手,手臂和肩膀上施加的拉力和压力。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),精度高。工程师在每个前臂和每个肩部下方放置了60多个传感器。

  FUTEK高级传感器技术公司的高级工程总监Richard Walker指出,LSB200的尺寸和精度使其非常适合各种装配应用。另一个好处是它具有1,000%的过载额定值,使传感器能够承受高达校准范围的10倍。

  一家医疗设备制造商运行的导管试验台配备了不同的FUTEK力传感器(LSB210负载)及其TRH605六角驱动旋转扭矩传感器。传感器与USB输出套件以及测试和测量软件配合使用,可以测量导管沿着支架表面推动并形成复杂方向时的跟踪力和扭矩。

  如果没有扭矩和力传感器,这样的测试以及各种装配过程都无法正确执行。值得称道的是,这些设备的先进技术确保了每种应用的可靠性和准确性,无论是紧固紧固件,安装阀门还是验证电子开关的操作。

  传感器是简单,直接的设备,实质上在自动化设备中充当各种人类感官。它们用于装配和生产线末端测试操作,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,以便人或仪器可以读取。

  力传感器监测两个表面之间的变化率和相对变化。传感器可以用螺栓固定或磁力安装在组件或测试设备内,或固定在零件工具上。

  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,而其他扭矩传感器能够处理静态和动态(过程中)扭矩。传感器安装在测试件和安装板之间,并且位于基座上或在传动系统中“浮动”。

  所有传感器都是模拟或数字的。模拟传感器的输出在一定范围内,而数字传感器输出的值必须逐步增加。大多数型号都直接连接到PLC或数据采集系统,尽管一些供应商还提供遥测传输传感器,可以无线传输数据到接收设备。

  力和扭矩传感器的主要测量技术是应变仪和压电。应变计由细线或箔片组成,所述细线或箔片布置成网格并结合到薄背衬上。仪表安装在传感器上,使导体在应力方向上对齐。当力施加到结构上时,其长度会发生变化。应变是尺寸变化与结构原始尺寸的比率。

  相反,压电传感器压缩不对称的弹性晶体以产生电压。电压量与力的大小成正比。由于基于压电的传感器具有更宽的测量范围,因此它们能够比静态传感器更好地测量动态负载。

  奇石乐仪器集团生产用于间接力测量的压电应变传感器。奇石乐的高级制造专家Jim Macy表示,这些传感器通常用于测量要求不太严格的应用中。

  传感器安装在附近的C型框架或柱子上,而不是直接安装在零件工具或夹具上。这种方法可以节省时间和金钱,并且可以轻松进行改造。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施力点成比例。

  “在采用力或扭矩传感器时,应用就是一切,”沃克说。“例如,机器人装配应用可能需要一种先进的多轴传感器,其尺寸足以适合末端工具或夹具。但是,手动测试过程可能只需要一个简单的传感器来根据其重量通过或失败组件,这表明组件是否包含所有必需的部件。

  汽车制造商依靠力和扭矩传感器每天进行大批量装配和测试。标准装配工作包括压配轴承,座阀和安装开关和按钮。

  HBM公司的业务发展和客户经理Mark Minda说,该公司的力传感器和扭矩传感器用于自动化,装配和研发应用。S. Himmelstein and Co.的副总裁Steven Tveter表示,一些汽车客户使用力传感器来验证轴承的正确安装。强制传感器监控的另一个过程是在电阻焊接期间夹紧汽车部件中的高压外壳。

  在测试方面,OEM和一级供应商使用力传感器来验证制动踏板,安全气囊,座椅,泵和速度控制机构的性能。扭矩传感器测试动力传动系部件,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,测试发动机内的离合器,变速箱和动态扭矩。Tveter说他的公司的扭矩传感器用于审核,以验证紧固件是否拧紧到正确的扭矩。

  奇石乐的9217-A压电力传感器用于不同类型制造商的装配和测试。该传感器的形状像螺栓一样,可测量机器人和自动装配机上的1或多牛顿的准静态和动态拉伸和压缩力。通过前部的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),动态范围为1到100,000。其预加载的测量元件提供高刚性和更高的弯矩公差。传感器主体有一个M10x1毫米间距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计来确定机翼和机身强度。Minda说,这些公司对机翼施加足够的垂直力,并对机身施加侧向力,直到每个部件破裂或失效。

  美国宇航局及其分包商依靠力传感器测量火箭助推器测试期间的燃烧率。Walker指出,自2012年8月6日登陆红色星球以来,火星好奇号火星车一直使用两个FUTEK定制低温力传感器。

  “一个传感器在流动站的钻孔臂内运行,并在钻头刺入外星地面时监测钻头的力,以及表面的推回力水平,”Walker解释道。“另一个是多轴负载和扭矩传感器,负责主机器人钻孔臂的操作。这个传感器确保手臂不会施加太大的力,导致炮塔系统断裂。“

  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。Walker表示,此类传感器集成在用于器具门,铰链和受压部件的装配和测试设备中,并补充说,更精确的传感器是白色家电制造商继续增加其在线测试的一个重要原因。梅西说,家电和汽车公司经常使用力传感器来验证不同的装配过程。

  电阻焊透析机的医疗设备公司有时会使用力传感器来验证高压外壳是否正确夹紧。对于消费电子产品,力传感器确认开关和按钮的正确操作,而旋转扭矩传感器有助于测试小型电动机。

  力和扭矩传感器技术在本世纪的四个领域发生了显着变化:精度,尺寸,适应性和外壳材料。根据Tveter的说法,传感器的精度比十年前高出10倍。那时传感器可以达到满量程的0.1%; 今天,它能够达到0.01%。

  正确的校准对于保持这种精确度至关重要。Tveter表示,所有Himmelstein的传感器都经过ISO 17025认证的实验室校准,以确保从第一天开始的高精度性能以及完全可追溯性。

  HBM的校准实验室通过了德国政府(PTB)的认证,测试表明该公司的T12HP扭矩传感器是世界上最精确的扭矩传感器之一,其非线性度为满量程的0.007%。该传感器于今年早些时候推出,具有跨度功能,允许用户对满量程范围内的任何部分测量范围进行详细分析。

  Minda说,传感器的标称(额定)扭矩范围从100牛顿米到10千牛顿米。其测量法兰直接安装在动力传动系统中,免维护。CAN,Profibus,EtherCAT和Profinet接口确保了传感器与不同测试台概念的轻松集成。此外,温度补偿为每10度开尔文变化0.005个误差百分比。

  与他们测量的许多产品一样,传感器继续变小。沃克说,一些扭矩传感器只有半美元硬币,范围从1英寸到10,000英寸磅。FUTEK通过手工焊接各种触点而不是硬接线来缩小传感器的尺寸,并使用集成电路消除接线错误并提高可重复性。

  另一种允许更紧凑的传感器测量解决方案的技术是微机电系统或MEMS。梅西表示,奇石乐利用这项技术的进步,结合先进的压电晶体,提供具有高灵敏度和高精度的小型传感器的传感解决方案。传感器也越来越薄,更容易适应空间和叠层要求有限的区域。

  在适应性方面,一些供应商提供双量程传感器,使制造商能够轻松地在高低测量范围之间切换。双量程扭矩传感器可精确测量峰值和操作扭矩。

  使用调频(FM)技术的扭矩传感器即使在连续使用的应用中也能承受最小的磨损。扭矩信号从旋转轴无接触地传递,并作为模拟信号处理。

  Himmelstein的84000V系列中的所有10个无轴承数字扭矩传感器都带有FM和模拟输出,精确到满量程的0.027%。Tveter表示,该系列产品具有广泛的扭矩容量(28至11,000牛顿米),因此在汽车和航空航天制造商中广泛应用于装配和测试。

  易于安装的设备具有3千赫的动态响应,高超范围(300%)和过载(200或400%),并且不受夹紧和其他外部负载的影响。用户可以从10个单位的扭矩测量中进行选择,而无需重新校准传感器。提供双量程配置。

  传统上,传感器外壳由钢或阳极氧化铝制成。然而,在过去几年中,供应商提供了带不锈钢外壳的型号。一些传感器组件采用陶瓷涂层,具有绝缘和耐磨性。

  “今天的应变仪传感器与几十年前制造的产品相比非常出色,”Minda总结道。“但是,最终用户仍必须小心使用传感器。除了传感器本身之外,还有很多与测量不确定性有关的因素。“

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