用于扭矩传感器装置的感测膜和扭矩传感器装置制造方法及图纸

本公开提供了一种用于扭矩传感器装置(100、100

【技术实现步骤摘要】
用于扭矩传感器装置的感测膜和扭矩传感器装置


[0001]本专利技术涉及一种用于扭矩传感器装置的感测膜和一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置包括这种感测膜并且被配置用于确定一些物体的扭矩，例如从动轴或机器人关节。

技术介绍

[0002]精确地检测物体(例如一些从动轴或关节)的扭矩代表了一个在许多应用中都相关的问题。特定的应用涉及机器人关节运动期间的扭矩测量。在各种方向上的载荷作用在其上的机器人关节中，为了精确地检测作用在关节上的旋转方向上的扭矩，通常必须提供一些消除机制，以便从测量过程中排除除旋转方向之外的方向上的载荷。然而，可靠地排除这种载荷是非常困难的。
[0003]在本领域中，已知通过惠斯通电路和包括径向弹性扭矩传递部分的扭矩传感器来补偿除旋转方向之外的方向上的载荷(例如，参见WO 2018/041948A1)。
[0004]然而，已知的扭矩传感器装置仍然受到扭矩测量不准确的影响，并且具有相对庞大的构造。此外，传统的扭矩传感器装置对形成在敏感膜上的测量换能器的微小错位是敏感的，这尤其会对扭矩测量的精度产生负面影响。
[0005]因此，需要一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置允许可靠精确的扭矩测量，并且能够以紧凑的重量轻的构造形成，该构造尤其允许相对于测量换能器的定位的一些制造公差。

技术实现思路

[0006]为了解决上述需求，本专利技术提供了一种用于扭矩传感器装置的感测膜和一种扭矩传感器装置，特别是包括这种感测膜的扭矩传感器装置。
[0007]提供了一种用于扭矩传感器装置的感测膜，其中，感测膜包括形成感测膜顶部的第一主表面、形成在第一主表面上(在感测膜的换能器区域中)的多个测量换能器、以及与第一主表面相对并形成感测膜底部的第二主表面。加厚元件(隆起部)形成在第二主表面下方(例如，仅形成在第二主表面下方)、与测量换能器相对，即加厚元件从第二主表面在与朝向感测膜顶部的方向相反的方向上延伸。此外，加厚元件平行于第二主表面延伸。加厚元件可以与感测膜一体形成。
[0008]设置这种加厚元件是违反直觉的，因为在本领域中，测量换能器区域的横截面被有意地尽可能地减小，以便增加由待测量的扭矩引起的应力的施加。然而，发现加厚元件的设置引起施加到感测膜的换能器区域(测量区域)的更均匀的应力/应变，并且因此，制造公差对测量结果的负面影响更小。特别地，由制造公差引起的测量换能器的错位可以通过更均匀地向换能器区域施加应变来抵消。期望地，通过设置加厚元件可以获得/增加对交叉载荷的不敏感性。
[0009]感测膜可以是圆形感测膜，并且测量换能器可以布置在感测膜的圆形换能器区域
中，并且加厚元件可以布置成与圆形换能器区域相对，特别地，仅与圆形换能器区域相对，以便提供抵抗倾斜力矩的更高刚度(不敏感性)。特别地，加厚元件可以沿圆形连续或不连续地形成。
[0010]原则上，加厚元件的几何形状不受限制。根据一个实施例，加厚元件是U形或V形台阶部分或包括U形或V形台阶部分，该台阶部分可能导致抵抗可能影响扭矩测量的倾斜力矩的特别高的刚度。U形或V形台阶包括从感测膜的第二主表面垂直延伸的侧壁。
[0011]根据一个实施例，加厚元件垂直于第二主表面延伸，其高度为测量换能器所在的换能器区域中的感测膜厚度(或者感测膜的平均厚度)的至少25％，并且为换能器区域中的感测膜厚度(或者感测膜的平均厚度)的至多150％。所引用的参数范围在对制造公差的不敏感方面可能是有利的，尤其是在抵抗倾斜力矩的刚度方面。
[0012]测量换能器可以包括硅应变计、箔应变计和薄层应变计中的至少一种或由其组成。根据特定实施例的测量换能器的布置可以如下。例如，测量换能器相对于在垂直于感测膜的第一和第二主表面的方向上延伸穿过感测膜的中心的轴线轴向对称地定位。例如，测量换能器包括至少两对或四对测量换能器，并且其中，每对测量换能器中的两个测量换能器相对于在平行于感测膜的第一和第二主表面的方向上延伸穿过感测膜的中心的轴线对称地定位。如果不关心径向载荷，则限制只有两对测量换能器是可能的。例如，提供了四对测量换能器，并且对于四对测量换能器中的每一对，在平行于感测膜的主表面的方向上延伸穿过感测膜的中心并且该一对测量换能器中的两个测量换能器相对于其对称定位的轴线与在平行于感测膜的第一和第二主表面的方向上延伸穿过感测膜的中心并且相邻的一对测量换能器中的两个测量换能器相对于其对称定位的轴线在圆周方向上间隔开90
°
。这种示例性布置的优点在下面描述。
[0013]此外，提供了一种扭矩传感器装置，包括根据上述实施例之一的感测膜。根据一个实施例，扭矩传感器装置还包括布置在感测膜的第二主表面下方的加强件。加强件提供了对交叉载荷的提高的不敏感性。
[0014]加强件可以附接到感测膜的第二主表面，特别是通过焊接，例如激光焊接，或者通过紧固器件，紧固器件例如包括螺钉。
[0015]为了可靠地增加对交叉载荷的不敏感性，加强件的厚度大于感测膜的平均厚度，特别是感测膜平均厚度的150％至400％可能是有利的。原则上，加强件的厚度可以根据感测膜的(初始)厚度来选择。
[0016]此外，提供了一种扭矩传感器装置，其包括圆形主体，该圆形主体包括环形内凸缘和环形外凸缘以及位于环形内凸缘和环形外凸缘之间的圆形中间部分，其中，环形内凸缘比环形外凸缘更靠近圆形主体的中心。圆形中间部分是连续的实心部分(不包括开口/切口)，其至少部分地可以在轴向方向上具有比内凸缘和/或外凸缘更小的厚度。原则上，圆形主体可以是单片主体或者可以包括彼此附接的部分。扭矩传感器装置的圆形主体可以是或包括根据上述实施例之一的感测膜。此外，扭矩传感器装置可以包括布置在圆形主体/感测膜下方的上述加厚元件和/或加强件。
[0017]这种具有沿径向方向从内凸缘连续延伸到外凸缘的中间部分的紧凑结构允许使用扭矩传感器装置来密封例如齿轮箱，而不需要额外的密封器件，如密封膜，而其在现有技术中是必需的。例如，扭矩传感器装置适用于密封机器人关节的齿轮箱。
[0018]根据一个实施例，内部力施加开口形成在内凸缘中，并且外部力施加开口形成在外凸缘中。例如，要测量的扭矩通过考虑中的旋转轴和一些静态构件、经由连接到内部力施加开口和外部力施加开口的连接构件传递。由此，可以测量施加在内凸缘和外凸缘之间的扭矩。
[0019]多个测量换能器可以形成在圆形中间部分中和/或上，特别是以成对的方式。测量换能器可以包括硅应变计、箔应变计和薄层应变计中的至少一种或由其组成。特别地，测量换能器对可以关于扭矩传感器装置的轴向方向(在垂直于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线)对称地布置。应变计可以感测剪切应变，特别地，取向为相对于径向轴线倾斜45
°
，该径向轴线在平行于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心，一对应变计中的应变计相对于该径向轴线对称地布置。彼此相对定位的成对的测量换能器定义了测量通道。该布置允许消除或大大减小倾斜以及径向和轴向载荷对扭矩测量的影响，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于扭矩传感器装置的感测膜(200)，所述感测膜(200)包括：第一主表面(201)，形成所述感测膜(200)的顶部；多个测量换能器(210)，形成在所述第一主表面(201)上；第二主表面(202)，与所述第一主表面(201)相对，并且形成所述感测膜(200)的底部；和加厚元件(240)，形成在所述第二主表面(202)下方、与所述测量换能器(210)相对。2.根据权利要求1所述的感测膜(200)，其中，所述感测膜(200)是圆形感测膜(200)，并且所述测量换能器(210)被布置在所述感测膜(200)的圆形换能器区域(215)中，并且所述加厚元件(240)被布置成与所述圆形换能器区域(215)相对，特别地，仅与所述圆形换能器区域(215)相对。3.根据权利要求1或2所述的感测膜(200)，其中，所述加厚元件(240)是或包括U形或V形台阶部分，所述台阶部分包括从所述感测膜(200)的第二主表面(201)垂直延伸的侧壁(245)。4.根据前述权利要求中任一项所述的感测膜(200)，其中，所述加厚元件垂直于所述第二主表面(201)延伸，所述加厚元件的高度为所述测量换能器(210)所在的换能器区域(215)中的所述感测膜(200)的厚度的至少25％，以及所述换能器区域(215)中的所述感测膜(200)的厚度的至多150％。5.根据前述权利要求中任一项所述的感测膜(200)，其中，所述加厚元件(240)与所述感测膜(200)一体成型。6.根据前述权利要求中任一项所述的感测膜(200)，其中，所述测量换能器(210)相对于在垂直于所述感测膜(200)的第一主表面(201)和第二主表面(202)的方向上延伸穿过所述感测膜(200)的中心的轴线轴向对称地定位。7.根据权利要求6所述的感测膜(200)，其中，所述测量换能器(210)包括至少两对或四对测量换能器，并且其中，每对测量换能器(210)中的两个测量换能器相对于在平行于所述感测膜(200)的第一主表面(201)和第二主表面(202)的方向上延伸穿过所述感测膜(200)的中心的轴线对称地定位。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：PA法耶，A维格诺尔斯，
申请(专利权)人：泰连感应法国公司，
类型：发明
国别省市：