自动化需求上涨，力/扭矩传感器焕发新生
2013-11-04 09:08:32   来源：微迷   评论：0   点击：

据有关数据显示，世界经济总体上仍处于缓慢的恢复阶段，全球传感器市场从2011年开始持续保持着5%左右的低速成长，预计至2017年该市场容量可超过767亿美元。与此同时，在另一方面，由于物联网建设和中国制造转型升级的共同促进，最近几年中国传感器市场呈现出年均15%以上的发展速度，无线传感器、MEMS传感器、生物传感器等新兴种类的产品成为重要的增长热点；此外，在工业自动化控制、汽车电子、航空航天等专业领域中，伴随着行业用户对智能化水平的要求日益高涨，一些较为成熟的测试/测量传感器也同样面临着旺盛的市场需求，其中就包括力/扭矩传感器、以及多轴力/扭矩传感器等。

力/扭矩传感器可对各种旋转或非旋转机械部件上的力和扭转力矩进行感知及检测，因而被广泛应用于各种动力设备、过程/流程工业、实验室测试部门等应用场所。多轴力/扭矩传感器能够测量并输出在笛卡尔直角坐标系中多个坐标轴(X，Y和Z)上的力和扭矩，主要用于工业机器人手臂、远程控制机器人系统、牙科研究和外科手术、产品测试、汽车部件测试等专业市场。

在产品供应方面，目前高端市场的力/扭矩传感器以及多轴力/扭矩传感器主要以欧美品牌为主，力/扭矩传感器的重要品牌包括Honeywell、Omega等；多轴力/扭矩传感器则以Futek、AMTI、ATI、ME-systeme等为代表。另外，南宁宇立(SRi)仪器有限公司则是近年国内多轴力/扭矩传感器行业的新晋厂商之一，据介绍，其产品主推汽车碰撞试验用模拟人多轴力传感器，并已向全球领先的碰撞测试假人技术开发厂商Humanetics ATD公司全面供货。

两大发展方向受关注

总体来看，无论是力/扭矩传感器，还是多轴力/扭矩传感器，在技术研发上均呈现出一些共同点：即小型化、集成化、数字化及网络化。霍尼韦尔(中国)有限公司传感与控制事业部亚太区战略市场总监王亮表示，力/扭矩传感器的未来发展主要体现在两个面向：一是在机械方面，用户要求传感器的尺寸越来越小，同时要求尽可能地减轻重量和采用小形化材质；二是在电子方面，无线信号、数字信号传输将是一大趋势，特别是无线通信技术将会彻底解放繁琐的接线工程。

为了满足用户对生产工艺、测试要求越来越高的需求，特别是小体积、高精度、长期稳定性，以及能够适应各种严酷环境下的使用要求，霍尼韦尔近期推出了一系列小外形、微型和超微型测力传感器。这类产品采用碳钢或不锈钢材质以胜任各种恶劣环境，即使在可能影响测量结果的高疲劳或极端测试条件下(如弯曲或猛推等运动)，仍可兼顾长寿命、高精度的优点，并可选择多种尺寸和款式，以适合空间紧凑的狭小空间安装。此外，霍尼韦尔还开发出了数字式扭矩传感器，以及CANopen总线输出数字式压力传感器，具有高精度、多种类型/接口/量程可选等特点，可适用于汽车测试、航空航天、石油天然气，及农用机械等专业领域。

而在多轴力/扭矩传感器的开发上，今年七月，美国ATI工业自动化有限公司推出了全新的便携式无线力/扭矩传感系统，可在同一个时间内接收多达六轴力/扭矩传感器所发出的无线数据信号。该系统可由内部电池或一个外部电源供电，支持2.4GHz或5.0GHz 802.11a/b/g/n无线标准和USB 2.0设备，每秒可发射1200帧六轴力/扭矩测量数据至用户的主设备上，从而实现数据收集、实时运动控制或者是根据用户定义进行信号处理，系统在通畅环境下的覆盖范围为100米以内。

机器人及自动化设备成应用热点

尽管现阶段多轴力/扭矩传感器的市场用量并不大，但业内人士普遍看好机器人和自动化行业的未来发展前景。南宁宇立仪器有限公司总裁黄约分析道，从目前来看，汽车碰撞试验、机器人及自动化设备是多轴力/扭矩传感器用量较大的几个行业，但汽车碰撞试验行业的用量预计可能不会有太大的增长，机器人和自动化行业则将为多轴力/力矩传感器提供越来越大的市场。这主要有两方面的原因，一是机器人及自动化设备本身在未来的10到20年将会进入到一个飞速增长的阶段，二是具有力反馈功能的机器人及自动化设备是其技术上的一个主力发展方向。

以机器人及自动化应用为例，具有力反馈(控制)的机器人及自动化设备能够完成很多复杂的工作，包括测量出自身(或操作对象)的受力情况以更好的完成工作；在抛光、打磨工序时测量出打磨头与工件的接触力、抓取工件时知道抓取得是否牢靠、机器人行走时知道足底与地面的相对受力情况等等。针对这些应用环境，Futek公司开发的自动化封盖机通过在生产线电机驱动机构上安装双轴力传感器，以监控旋盖时的状态，随时测量封装旋紧瓶盖时产生的推力和扭力，再借由应变式放大器进行放大，最后传输到PLC或显示仪表上，确保封盖操作的精确度和一致性。

在汽车碰撞试验中，虽然各国对该试验的法规有所差异，但这类试验多是国家强制性试验，所有车型都必须完成这一试验内容，由此可见，多轴力/扭矩传感器在汽车行业至关重要。在实际测试中，技术人员会将模拟人(俗称假人)放置在汽车上并与之一起以一定的速度撞向障碍物，安装于模拟人内部的多轴力/扭矩传感器能够测量到碰撞发生时模拟人各个部位的受力情况，技术人员和认证机构以这些数据为依据对车辆的碰撞安全性做出评估。此外，航空航天领域也会采用多轴力/扭矩传感器(如风洞试验)，用于研究飞机(或航天器)在各种气流状况下的受力情况。

谈到目前制约多轴力/扭矩传感器市场普及率的主要因素，黄约表示，较高的产品价格仍然影响了这类产品的使用范围，为此，一些厂商正积极展开行业内的合作，努力减少产品的中间流通环节，合力控制制造成本，以降低产品的价格，最终推动市场用量的提升。据介绍，南宁宇立的原身为HUMANETICS ATD公司在中国的工厂，专业从事多轴力/扭矩传感器的研发，近年来开发出了量程从最小20N到最大400KN的60余款产品，且已成功进入全球一些重要的机器人开发厂商的产品供应链之中。

价格之外的采购考虑要素

近年来，随着越来越多国内外力/扭矩传感器、多轴力/扭矩传感器厂商出现在中国本土市场上，使得这些行业变得异常活跃。其中一个主要特征是，用户对产品的性价比尤为敏感，特别是在普通类型传感器市场中，价格几乎成为采购的第一考虑要素，但对于一些对传感器的精度、寿命、长期稳定性等要求较高的应用环境来说，传感器的品质仍是最为重要的。

相关人士指出，在选购力/扭矩传感器时，首先应根据测量对象、测量环境及传感器的安装方式等来确定传感器的类型，然后再计算出所需扭矩和力的量程范围，考虑传感器各种具体的性能指标，如量程、精度、动态响应速度、工作温度、过载、输出信号类型等技术参数。其中，精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统准确度的一个关键环节，可在满足同一测量目的的条件下选择那些价格适中且使用简便的传感器产品。

同时，王亮强调道，用户还需慎重选择产品的量程，特别是充分考虑自己应用的最大量程和要求的精度，以及一些意外情况的发生。“一般来说，很多传感器精度都是满量程精度，所以不可一味依靠选择大量程来避免过载的风险，因为包括应用过程中的振动、环境温度、电磁干扰等都会影响传感器的精度，甚至是寿命。”例如，力传感器在压配应用中，除了考虑最大的压力之外，还需考虑压配过程是否会产生动态冲击力，其值往往远大于压配时的额定力值，如果选型时不考虑这类冲击，就有可能导致传感器的量程选择过小，造成在正常使用过程中发生传感器过载而受到损坏的不良后果。