详解力扭矩传感器市场两大应用热点

目前,世界经济形势总体上仍处于缓慢的恢复阶段。从2011年开始,全球传感器市场持续保持着5%左右的低速成长,至2017年该市场容量可超过767亿美元。而同时,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,其中就包括力传感器/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HumaneticsATD公司全面供货。

 

未来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5.0GHz802.11a/b/g/n无线标准和USB2.0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。

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发布日期:2019年03月03日  所属分类:工业控制