傳感器自身設(shè)計(jì)與制造：精度的 “先天決定因素”

1. 彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)力分布

• 若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理（如十字梁臂厚不均、應(yīng)力集中區(qū)重疊），X 軸受力會(huì)導(dǎo)致 Y 軸方向產(chǎn)生額外形變，引發(fā)交叉靈敏度超標(biāo)（正常應(yīng)≤2% FS，嚴(yán)重時(shí)可達(dá) 5%~10% FS），直接導(dǎo)致兩軸測(cè)量值相互干擾。

• 例如：十字梁彈性體的 X 軸梁臂過薄，承受 X 軸拉力時(shí)，梁臂彎曲會(huì)帶動(dòng) Y 軸應(yīng)變片輕微形變，使 Y 軸輸出虛假信號(hào)。

• 采用有限元仿真（如 ANSYS、ABAQUS）優(yōu)化彈性體結(jié)構(gòu)，確保 X/Y 軸應(yīng)力分布無重疊，交叉靈敏度控制在 1% FS 以內(nèi)；

• 優(yōu)先選擇剪切梁結(jié)構(gòu)，其通過剪切形變感知力信號(hào)，兩軸力的耦合干擾比十字梁低 30% 以上。

2. 應(yīng)變片選型與粘貼工藝

• 選型偏差：若選用的應(yīng)變片靈敏度不一致（如 X 軸用 2.0mV/V、Y 軸用 2.1mV/V），或溫度系數(shù)差異大（＞10ppm/℃），會(huì)導(dǎo)致兩軸信號(hào)放大后偏差顯著；

• 粘貼缺陷：應(yīng)變片粘貼時(shí)存在氣泡、偏移（與彈性體軸向偏差＞0.5°）或固化不充分，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變傳遞效率下降，測(cè)量重復(fù)性差（偏差＞0.3% FS）。

• 選用同一批次、同一型號(hào)的高精度應(yīng)變片（靈敏度偏差≤±0.1mV/V，溫度系數(shù)≤5ppm/℃）；

• 采用自動(dòng)化粘貼設(shè)備，控制粘貼壓力（0.2~0.3MPa）、溫度（80℃）與時(shí)間（2h），確保應(yīng)變片與彈性體緊密貼合。

3. 材料特性與加工精度

• 材料缺陷：選用普通碳鋼（彈性模量 200GPa）而非合金結(jié)構(gòu)鋼（如 40CrNiMoA，彈性模量 210GPa），會(huì)導(dǎo)致彈性滯后誤差超 0.5% FS，且長(zhǎng)期受力后易出現(xiàn)永久形變；

• 加工偏差：彈性體關(guān)鍵尺寸（如十字梁臂厚、應(yīng)變片粘貼面平整度）加工誤差＞0.01mm，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均，兩軸測(cè)量一致性下降。

• 彈性體優(yōu)先選用 40CrNiMoA、SUS630 等合金材料，彈性滯后≤0.1% FS，抗疲勞次數(shù)達(dá) 10?次以上；

• 關(guān)鍵表面采用精密磨削加工，平整度誤差≤0.005mm，確保應(yīng)變片粘貼面無凹凸。

4. 出廠校準(zhǔn)的完整性

• 僅進(jìn)行單軸滿量程校準(zhǔn)，未校準(zhǔn)兩軸同時(shí)受力的耦合誤差，實(shí)際應(yīng)用中兩軸同時(shí)受力時(shí)精度偏差會(huì)翻倍；

• 校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)力源精度不足（如 2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)力源），無法覆蓋傳感器全量程精度需求（如 0.1% FS 傳感器需用 0.05 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)力源）。

• 采用 “5 點(diǎn)單軸校準(zhǔn) + 3 點(diǎn)交叉校準(zhǔn)” 流程：?jiǎn)屋S按 0%、25%、50%、75%、100% FS 校準(zhǔn)，交叉校準(zhǔn)模擬 X/Y 軸同時(shí)施加 25%、50%、75% FS 力，修正耦合誤差；

• 選用 0.05 級(jí)及以上精度的標(biāo)準(zhǔn)二維力校準(zhǔn)臺(tái)，確保校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可靠。

安裝與使用環(huán)節(jié)：精度的 “后天影響關(guān)鍵”

1. 安裝對(duì)中性與同軸度

• 例如：機(jī)器人末端安裝傳感器時(shí)，夾爪受力中心與傳感器中心偏移 0.2mm，會(huì)產(chǎn)生附加扭矩，使 X 軸測(cè)量值偏大 3%，Y 軸出現(xiàn)虛假信號(hào)。

• 安裝時(shí)用激光對(duì)中儀校準(zhǔn)，確保傳感器中心與受力中心同軸度≤0.05mm；

• 安裝面用水平儀找平，平行度誤差≤0.02mm，必要時(shí)加裝調(diào)心墊或球面軸承，自動(dòng)補(bǔ)償安裝偏差。

2. 力的傳遞路徑與附加力

• 連接件與傳感器之間有間隙（＞0.01mm），受力時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)；

• 外力包含垂直于 X/Y 平面的 Z 軸力（如安裝偏差導(dǎo)致的軸向力），會(huì)使彈性體產(chǎn)生非預(yù)期形變，引發(fā)兩軸交叉干擾。

• 選用剛性系數(shù)≥2×10?N/m 的金屬轉(zhuǎn)接件，安裝時(shí)用扭矩扳手按額定扭矩（如 M8 螺栓 15N?m）緊固，消除間隙；

• 若場(chǎng)景可能出現(xiàn) Z 軸力，選用 “二維 + Z 軸力” 的三維力傳感器，或加裝限位結(jié)構(gòu)限制 Z 軸位移（≤0.1mm）。

3. 過載與沖擊載荷

• 過載后，彈性體應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度，即使卸載后也無法恢復(fù)原狀，導(dǎo)致零點(diǎn)漂移（＞0.5% FS）；

• 瞬時(shí)沖擊載荷（如 10ms 內(nèi)力值從 0 升至 200% FS）會(huì)擊穿應(yīng)變片保護(hù)膠，使應(yīng)變片短路，直接失效。

• 在控制系統(tǒng)中設(shè)置過載報(bào)警（如載荷達(dá)量程 90% 時(shí)報(bào)警，110% 時(shí)切斷加載）；

• 加裝緩沖裝置（如聚氨酯緩沖墊、彈簧阻尼器），將沖擊載荷峰值降低 50% 以上；

• 選用帶過載保護(hù)結(jié)構(gòu)的傳感器（如內(nèi)置機(jī)械限位塊），限制彈性體最大形變。