傳感器自身設計與制造：精度的 “先天決定因素”

1. 彈性體結構設計與應力分布

• 若結構設計不合理（如十字梁臂厚不均、應力集中區重疊），X 軸受力會導致 Y 軸方向產生額外形變，引發交叉靈敏度超標（正常應≤2% FS，嚴重時可達 5%~10% FS），直接導致兩軸測量值相互干擾。

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

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

• 優先選擇剪切梁結構，其通過剪切形變感知力信號，兩軸力的耦合干擾比十字梁低 30% 以上。

2. 應變片選型與粘貼工藝

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

• 粘貼缺陷：應變片粘貼時存在氣泡、偏移（與彈性體軸向偏差＞0.5°）或固化不充分，會導致應變傳遞效率下降，測量重復性差（偏差＞0.3% FS）。

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

• 采用自動化粘貼設備，控制粘貼壓力（0.2~0.3MPa）、溫度（80℃）與時間（2h），確保應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）而非合金結構鋼（如 40CrNiMoA，彈性模量 210GPa），會導致彈性滯后誤差超 0.5% FS，且長期受力后易出現永久形變；

• 加工偏差：彈性體關鍵尺寸（如十字梁臂厚、應變片粘貼面平整度）加工誤差＞0.01mm，會導致應力分布不均，兩軸測量一致性下降。

• 彈性體優先選用 40CrNiMoA、SUS630 等合金材料，彈性滯后≤0.1% FS，抗疲勞次數達 10?次以上；

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

4. 出廠校準的完整性

• 僅進行單軸滿量程校準，未校準兩軸同時受力的耦合誤差，實際應用中兩軸同時受力時精度偏差會翻倍；

• 校準用標準力源精度不足（如 2 級標準力源），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 級標準力源）。

• 采用 “5 點單軸校準 + 3 點交叉校準” 流程：單軸按 0%、25%、50%、75%、100% FS 校準，交叉校準模擬 X/Y 軸同時施加 25%、50%、75% FS 力，修正耦合誤差；

• 選用 0.05 級及以上精度的標準二維力校準臺，確保校準數據可靠。

安裝與使用環節：精度的 “后天影響關鍵”

1. 安裝對中性與同軸度

• 例如：機器人末端安裝傳感器時，夾爪受力中心與傳感器中心偏移 0.2mm，會產生附加扭矩，使 X 軸測量值偏大 3%，Y 軸出現虛假信號。

• 安裝時用激光對中儀校準，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，必要時加裝調心墊或球面軸承，自動補償安裝偏差。

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），受力時會產生沖擊，導致測量數據波動；

• 外力包含垂直于 X/Y 平面的 Z 軸力（如安裝偏差導致的軸向力），會使彈性體產生非預期形變，引發兩軸交叉干擾。

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

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

3. 過載與沖擊載荷

• 過載后，彈性體應力超過屈服強度，即使卸載后也無法恢復原狀，導致零點漂移（＞0.5% FS）；

• 瞬時沖擊載荷（如 10ms 內力值從 0 升至 200% FS）會擊穿應變片保護膠，使應變片短路，直接失效。

• 在控制系統中設置過載報警（如載荷達量程 90% 時報警，110% 時切斷加載）；

• 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；

• 選用帶過載保護結構的傳感器（如內置機械限位塊），限制彈性體最大形變。