法兰式双轴扭矩推力复合测力传感器

在工业自动化测力场景里，很多工位需要同时采集旋转方向的扭矩载荷与轴向的推拉力载荷，过去这类需求往往需要搭配两套独立的传感元件分别安装，不仅占用更多安装空间，两套元件的采集同步误差也会影响最终的力值解算精度，这类双轴复合测力传感器就是为解决这类集成测力需求开发的元件。

从结构设计来看，这款传感器采用上下双法兰的安装构型，上下法兰盘均布4个安装通孔，安装时可以直接通过螺栓将传感器上下端面分别固定在动力输出端与负载端，不需要额外设计复杂的转接工装，安装同轴度更容易保证，也能减少额外连接件带来的力值传递损耗。中间的弹性体区域采用蓝色绝缘封装层，既可以对内部的应变桥路起到防护作用，避免车间环境里的切削液、粉尘侵入应变片区域造成测量漂移，也能在一定程度上隔离侧向的寄生载荷，减少非测量方向的力对输出信号的干扰。侧面引出的航插式信号接头，采用标准快插结构，现场布线时可以快速完成接线，接头的锁紧结构也能避免设备运行过程中因为振动出现信号线松脱的问题，适配工业现场长期稳定运行的要求。

实际应用场景覆盖多个工业领域，在自动化装配工位里，比如螺栓拧紧轴的末端集成这款传感器，可以同时采集拧紧过程中的输出扭矩以及拧紧轴向的压入力，既能监控拧紧扭矩是否达到工艺要求，也能通过轴向力的变化判断螺栓是否到位、是否出现滑牙等异常，比单一扭矩传感器能采集更多工艺参数，方便做工艺质量追溯。在材料测试领域，这类传感器可以集成在小型试验台里，同时完成材料扭转强度与轴向压缩、拉伸强度的测试，不需要更换传感器就能完成复合载荷下的材料性能测试，缩小试验台的整体体积。在机器人末端执行器的力控场景里，将这款传感器安装在执行器与机械臂法兰之间，可以同时检测末端旋转作业的扭矩以及接触工件的轴向推力，帮助机器人力控系统调整作业力度，避免因为力过大损坏工件或者力过小出现作业不到位的问题，比如打磨、压装这类机器人作业场景都能适配。

设计过程中，弹性体的结构优化是核心部分，要保证扭矩测量通道与推力测量通道之间的串扰足够小，也就是施加轴向推力的时候，扭矩通道的输出信号要控制在极小的误差范围内，施加扭矩的时候轴向力通道的输出同样要保持稳定，这就需要在弹性体的应变区布置上做针对性的结构开槽，让两个测量方向的应变变形尽可能独立，同时还要保证整体结构的刚性，避免在额定载荷下出现过大的形变影响动态响应速度。上下法兰的安装孔位采用对称均布设计，安装时不需要刻意找正角度，只要螺栓孔对齐就能完成安装，降低现场安装的调试难度，法兰端面的平面度有严格要求，安装后可以保证力的传递均匀，不会因为局部贴合不好造成应力集中，影响测量精度甚至损坏弹性体。

安装边界方面，选型时需要注意安装面的平面度要控制在合理范围内，安装螺栓的锁紧扭矩要按照传感器的规格要求均匀锁紧，避免单个螺栓锁得过紧造成法兰盘变形，带来初始的信号偏移。传感器的周边要预留出信号接头的插拔空间，侧面航插位置至少要留出接头长度1.2倍的操作空间，方便后期维护时更换信号线。如果应用在有较强振动的工况下，可以在传感器与安装基座之间增加薄的减震垫片，但要注意垫片的刚度要足够，不能因为垫片变形影响力值的传递精度。布线时信号线要与动力线分开走线，避免强电干扰影响应变信号的传输稳定性，如果需要长距离传输信号，要配套对应的信号放大模块，将微弱的应变桥信号放大后再传输，减少线路损耗带来的误差。

和单一维度的测力传感器相比，这种双轴复合的结构能大幅减少测力系统的整体安装长度，对于安装空间受限的紧凑型设备来说非常友好，不需要预留两个传感器的安装位置，也减少了中间的转接连接件，整个测力链路的环节更少，系统的整体刚性更好，动态响应速度更快，更适配高速动态的力值采集场景。在做三维建模选型的时候，可以直接将模型导入设备整体装配里，核对安装孔位是否匹配、接头位置是否和周边结构件有干涉，提前预判安装过程中可能出现的空间冲突问题，减少后期实物装配时的改造成本。