六維力傳感器賦能航空航天裝配精準(zhǔn)度與可靠性提升

2025年05月28日 08:40:56人氣：44來(lái)源：深圳市鑫精誠(chéng)傳感技術(shù)有限公司

在航空航天制造領(lǐng)域，零部件裝配精度直接關(guān)乎飛行器的性能與安全。隨著航空航天技術(shù)向高可靠性、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，對(duì)裝配過(guò)程中力與力矩的精準(zhǔn)控制提出了嚴(yán)苛要求。六維力傳感器憑借同時(shí)測(cè)量三維力與三維力矩的能力，成為航空航天裝配環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)精密制造的核心技術(shù)支撐。

六維力傳感器的工作原理基于物理效應(yīng)的精密轉(zhuǎn)換，以應(yīng)變片原理為例，其內(nèi)部彈性元件在受到外力和力矩作用時(shí)產(chǎn)生形變，粘貼于表面的應(yīng)變片隨形變改變電阻值，通過(guò)惠斯通電橋電路轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再經(jīng)算法解算得到各維度力與力矩的精確數(shù)值。不同結(jié)構(gòu)的傳感器在材料選擇與信號(hào)處理上各有特點(diǎn)，但均致力于實(shí)現(xiàn)高精度多維力測(cè)量，其測(cè)量精度可達(dá)毫牛級(jí)，響應(yīng)時(shí)間控制在毫秒級(jí)，能滿足航空航天裝配對(duì)實(shí)時(shí)力感知的嚴(yán)格需求。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片裝配場(chǎng)景中，六維力傳感器展現(xiàn)出不可替代的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中承受復(fù)雜的氣動(dòng)力與振動(dòng)載荷，葉片與輪盤(pán)的裝配精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率與可靠性。傳統(tǒng)裝配方法難以精確控制葉片安裝時(shí)的插入力與扭矩，而六維力傳感器安裝于裝配機(jī)械臂末端，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) X、Y、Z 軸的插入力及三維力矩。以某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片裝配為例，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)插入力（標(biāo)準(zhǔn)值需控制在 80-120N）和旋轉(zhuǎn)力矩（需≤0.5N?m），當(dāng)力或力矩偏離預(yù)設(shè)范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整機(jī)械臂動(dòng)作，確保葉片榫頭與輪盤(pán)榫槽的配合間隙控制在 5μm 以內(nèi)。某發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)引入該技術(shù)后，葉片裝配一次合格率從 78% 提升至 96%，顯著降低了因裝配誤差導(dǎo)致的葉片振動(dòng)故障發(fā)生率。

航天器精密部件的裝配同樣依賴六維力傳感器的精準(zhǔn)力控。在衛(wèi)星姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴裝配過(guò)程中，噴嘴與燃燒室的連接既要保證密封性，又要避免因過(guò)緊導(dǎo)致的變形。六維力傳感器集成于裝配機(jī)器人，在擰緊螺栓時(shí)同步監(jiān)測(cè) Z 軸壓力（標(biāo)準(zhǔn)值需控制在 30-50N）與 X/Y 軸偏擺力矩（需≤0.2N?m），當(dāng)力矩偏差超過(guò) 0.05N?m 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)機(jī)器人微調(diào)，確保噴嘴安裝垂直度誤差小于 0.3°。某航天器總裝廠應(yīng)用該技術(shù)后，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)泄漏率從 0.5% 降至 0.08%，有效提升了衛(wèi)星在軌運(yùn)行的可靠性。

在航空航天柔性裝配領(lǐng)域，六維力傳感器解決了傳統(tǒng)剛性裝配的難題。面對(duì)大型復(fù)合材料部件（如飛機(jī)機(jī)翼蒙皮），機(jī)器人通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)感知接觸力分布，在夾持時(shí)自動(dòng)調(diào)整夾持力（通常控制在 5-10N 范圍內(nèi)），避免復(fù)合材料表面損傷。某飛機(jī)制造商采用該技術(shù)后，機(jī)翼蒙皮裝配環(huán)節(jié)的外觀不良率下降 70%，同時(shí)裝配效率提升 35%，實(shí)現(xiàn)了航空航天制造中質(zhì)量與效率的雙重優(yōu)化。

從航空航天裝配行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，六維力傳感器已成為實(shí)現(xiàn)精密制造的關(guān)鍵技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是力控精度滿足航空航天裝配的微米級(jí)要求，二是動(dòng)態(tài)響應(yīng)適配復(fù)雜裝配工藝的節(jié)拍，三是多維度力數(shù)據(jù)為裝配工藝優(yōu)化提供了量化支撐。未來(lái)隨著航空航天制造向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展，六維力傳感器將與視覺(jué)系統(tǒng)、數(shù)字孿生技術(shù)深度融合，形成 “力 - 視覺(jué) - 數(shù)字孿生” 的閉環(huán)控制體系，進(jìn)一步提升裝配過(guò)程的智能化水平。預(yù)計(jì)在未來(lái)五年內(nèi)，六維力傳感器在航空航天關(guān)鍵部件裝配中的應(yīng)用滲透率將超過(guò) 70%，成為推動(dòng)航空航天制造技術(shù)升級(jí)的重要力量。

關(guān)鍵詞：力測(cè)量機(jī)器人裝配機(jī)器人

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