GB/T 43199-2023 機(jī)器人多維力力矩傳感器檢測(cè)規(guī)范（正式版）

ICS25.040.30;17.100機(jī)器人多維力/力矩傳感器檢測(cè)規(guī)范國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T43199—2023 I 4檢測(cè)條件 4.1環(huán)境條件 24.2校準(zhǔn)系統(tǒng) 24.3檢測(cè)設(shè)備要求 34.4檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作 35一般性能檢測(cè) 4 45.2準(zhǔn)確度 45.3重復(fù)性 55.4非線性 55.5零點(diǎn)輸出 65.6零點(diǎn)時(shí)漂 65.7零點(diǎn)溫漂 65.8輸出時(shí)漂 65.9輸出溫漂 75.10過載能力 75.11輸出響應(yīng)時(shí)間 7 76.1聯(lián)合加載重復(fù)性 76.2聯(lián)合加載偏差 86.3測(cè)量不確定度 96.4彈性角位移 IGB/T43199—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本文件由全國(guó)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC591)歸口。本文件起草單位：遨博(北京)智能科技股份有限公司、坤維(北京)科技有限公司、北京機(jī)械工業(yè)自究院、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、沈陽埃克斯邦科技有限公司、杭州申昊科技股份有限公司。1GB/T43199—2023機(jī)器人多維力/力矩傳感器檢測(cè)規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了機(jī)器人多維力/力矩傳感器檢測(cè)條件，描述了一般性能與特殊性能的檢測(cè)方法。本文件適用于機(jī)器人使用的多維力/力矩傳感器檢測(cè)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T4167—2011砝碼GB/T15478—2015壓力傳感器性能試驗(yàn)方法3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。安裝在機(jī)器人末端或末端附加裝置上，測(cè)量三個(gè)坐標(biāo)軸的力及其力矩的裝置。載荷load施加在傳感器上的已知作用力或力矩。傳感器參考中心referencecenterofsensor傳感器給出測(cè)量結(jié)果的坐標(biāo)系的原點(diǎn)。檢測(cè)中心testingcenter3.7施加的力/力矩的直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)。檢測(cè)坐標(biāo)系testingcoordinatesystem施加載荷的直角坐標(biāo)系。傳感器在直角坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸方向的受力或力矩通道。多維聯(lián)合加載multidimensionalcombiningloading傳感器的所有分量同時(shí)加載的一種加載方式。2GB/T43199—20233.8傳感器標(biāo)校sensorcalibration按選定的直角坐標(biāo)系對(duì)傳感器施加載荷，獲得用于傳感器解耦所需全部參數(shù)的一種檢測(cè)和標(biāo)定方式。傳感器多組重復(fù)聯(lián)合加載測(cè)量結(jié)果之間的差異程度。3.10傳感器多組無線性相關(guān)性聯(lián)合加載測(cè)量結(jié)果與理論載荷真值之間的偏離程度。3.11傳感器測(cè)量值與被測(cè)量理論真值的接近程度。3.12安裝在傳感器上模擬傳感器受力情況的承載傳力裝置。4檢測(cè)條件a)溫度：15℃~35℃;b)相對(duì)濕度：30%～85%;a)校準(zhǔn)系統(tǒng)組成校準(zhǔn)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)力源、激勵(lì)電源和讀數(shù)記錄裝置三部分組成。其綜合容差可按三部分裝置容差的均方根計(jì)算，應(yīng)不超過被試傳感器容差的33%。綜合容差也可由傳感器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或隨機(jī)文件規(guī)定。b)標(biāo)準(zhǔn)力源1)對(duì)于0.01級(jí)～0.05級(jí)的傳感器，其容差應(yīng)不超過被試傳感器允許容差的33%;2)對(duì)于0.1級(jí)～4.0級(jí)的傳感器，其容差應(yīng)不超過被試傳感器容差的33%;3)提供的儀表或監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)力源的儀表量程，應(yīng)為被試傳感器滿量程的125%～500%;器在檢測(cè)過程中不出現(xiàn)由于過沖和擾動(dòng)而引起遲滯誤差；5)標(biāo)準(zhǔn)力源和理論力臂構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)力矩源。c)激勵(lì)電源差應(yīng)不超過被試傳感器容差的20%。3GB/T43199—2023d)讀數(shù)記錄裝置確度容差應(yīng)不超過被試傳感器容差的20%。e)其他檢測(cè)設(shè)備其他檢測(cè)設(shè)備應(yīng)按檢測(cè)要求配備。4.3檢測(cè)設(shè)備要求檢測(cè)設(shè)備符合以下要求：a)檢測(cè)設(shè)備的加載維度應(yīng)等于或大于傳感器的測(cè)量維度，即檢測(cè)設(shè)備可同時(shí)對(duì)多維力/力矩傳感器的全部分量進(jìn)行加載，對(duì)于六維力/力矩傳感器而言，檢測(cè)設(shè)備可同時(shí)加載沿直角坐標(biāo)系中b)檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量不確定度應(yīng)為被檢測(cè)傳感器要求測(cè)量不確定度的10%～33%;c)檢測(cè)設(shè)備的載荷源為砝碼時(shí)，所用砝碼應(yīng)不低于GB/T4167—2011中的M3級(jí)，采用其他載荷源時(shí)，其測(cè)量不確定度應(yīng)優(yōu)于0.05%;d)載荷適配器應(yīng)有足夠的剛度，可近似作剛體。4.4檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作檢測(cè)前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。a)證書文件檢測(cè)用的檢測(cè)設(shè)備(儀器設(shè)備和計(jì)量器具等)應(yīng)具有計(jì)量檢定單位簽發(fā)的有效期內(nèi)的檢定證書。b)安裝傳感器按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品隨機(jī)文件的規(guī)定安裝在檢測(cè)裝置上。c)連接靜態(tài)性能檢測(cè)時(shí)，被試傳感器與壓力標(biāo)準(zhǔn)器、激勵(lì)電源和讀數(shù)裝置的連接，應(yīng)按其系統(tǒng)管路圖、電路圖及詳細(xì)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行。其他性能檢測(cè)時(shí)，被試傳感器與檢測(cè)裝置的連接，應(yīng)按傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或隨機(jī)文件的規(guī)定進(jìn)行。d)放置和預(yù)熱將多維力/力矩傳感器安裝于基座上，見圖1,基座的剛性應(yīng)大于傳感器剛性的3倍以上，從而形成固定支撐邊界條件；調(diào)整多維力/力矩傳感器的XY平面與大地平行，Z軸豎直向上，符合右手螺旋法則；XY平面的傾角不大于0.03°。將載荷適配器固連到傳感器上，調(diào)整載荷適配器的中心(檢測(cè)中心)和傳感器參考中心共Z軸。被試傳感器與檢測(cè)有關(guān)的檢測(cè)裝置正確安裝、連接后，應(yīng)使其在檢測(cè)環(huán)境條件下放置2h。檢測(cè)前，儀器儀表應(yīng)通電預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品隨機(jī)文件的規(guī)定進(jìn)行，被試傳感器應(yīng)4GB/T43199—2023圖1傳感器檢測(cè)時(shí)的安裝姿態(tài)e)調(diào)整與調(diào)試調(diào)整傳感器的位置和姿態(tài)，使傳感器各分量的方向與檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)坐標(biāo)系一致，傳感器分量的方向與檢測(cè)坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的夾角偏差不大于±2'。對(duì)傳感器各分量逐個(gè)試加載，確認(rèn)傳感器的輸出結(jié)果是否符合坐標(biāo)系方向。5一般性能檢測(cè)傳感器施加多維聯(lián)合加載，每次均應(yīng)達(dá)到傳感器分量測(cè)量的上限值，待傳感器輸出值穩(wěn)定后，記錄傳感器的輸出值，再返回零點(diǎn)，并且重復(fù)不少于3次的升和降加載循環(huán)。多維力/力矩傳感器量程計(jì)算包括以下三種類型。a)線性傳感器量程(YFs)按公式(1)計(jì)算：Yrs=|b(XH一XL)……(1)式中：b——理論工作直線的斜率；XH——測(cè)量上限的負(fù)載力值；XL—-—測(cè)量下限的負(fù)載力值。b)定點(diǎn)使用的非線性傳感器量程(YFs)按公式(2)計(jì)算：YFs=|YH-Y| (2)式中：Y測(cè)量上限示值平均值；c)非定點(diǎn)使用的非線性傳感器及帶刻度方程的線性傳感器量程(Yrs)按公式(3)計(jì)算：YFs=|Ykh-Yku……(3)式中：5.2準(zhǔn)確度在傳感器全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳感器輸5GB/T43199—2023出，并且重復(fù)不少于3次的升和降循環(huán)加載。傳感器準(zhǔn)確度的計(jì)算方法應(yīng)按GB/T15478—2015中5.4.2.7規(guī)定的方法計(jì)算。5.3重復(fù)性在相同測(cè)量方法、相同觀測(cè)者、相同測(cè)量?jī)x器、相同地點(diǎn)、相同使用條件和在短時(shí)期內(nèi)對(duì)傳感器同一被測(cè)量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量。測(cè)量應(yīng)在傳感器全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳感器輸出，并且重復(fù)不少于3次的升和降循環(huán)加載。重復(fù)性誤差(ξk)按公式(4)計(jì)算：式中：…(4)λ——包含因子(可按t分布，取置信概率為95%,可按極差法取2～3);S—-——傳感器在量程內(nèi)的偏差，按公式(5)計(jì)算；傳感器在量程內(nèi)的偏差(S)按公式(5)計(jì)算： (5)式中：m校驗(yàn)點(diǎn)個(gè)數(shù)； (6)式中：n——重復(fù)檢測(cè)次數(shù)；——傳感器正行程的第i點(diǎn)第j次的測(cè)量值； 專感器正行程的平均值。傳感器反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sp)按公式(7)計(jì)算：式中：n——重復(fù)檢測(cè)次數(shù)；Yp,——傳感器反行程的第i點(diǎn)第j次的測(cè)量值；Yo傳感器反行程的平均值。5.4非線性對(duì)傳感器施加不少于3次的多維聯(lián)合預(yù)加載，每次多維聯(lián)合加載均應(yīng)達(dá)到傳感器測(cè)量的上限值，待傳感器輸出值穩(wěn)定后，返回零點(diǎn)。在傳感器全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳感器輸出，并且重復(fù)不少于3次的升和降循環(huán)加載。線性傳感器的非線性指標(biāo)(ξL)按公式(8)計(jì)算：6GB/T43199—2023式中：yi———測(cè)量總平均值；…非線性傳感器的非線性度指標(biāo)(ξk)按公式(9)計(jì)算： (9)式中：yi-——測(cè)量總平均值；YFs——傳感器量程。5.5零點(diǎn)輸出傳感器所加負(fù)載為零時(shí)，對(duì)應(yīng)傳感器的輸出值為零點(diǎn)輸出。5.6零點(diǎn)時(shí)漂傳感器施加負(fù)載為零時(shí)，讀取傳感器零點(diǎn)輸出值；每隔0.5h記錄一次零點(diǎn)輸出值，從開始記錄起連續(xù)進(jìn)行的時(shí)間不應(yīng)少于2h。傳感器的零點(diǎn)時(shí)漂(d?)按公式(10)計(jì)算： (10)式中：YFs———傳感器量程。5.7零點(diǎn)溫漂傳感器施加負(fù)載為零時(shí)，讀取傳感器零點(diǎn)輸出值，記錄此刻溫度；加熱傳感器環(huán)境溫度至傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品隨機(jī)文件規(guī)定的上限值，保溫2h后，記錄零點(diǎn)輸出值。傳感器的零點(diǎn)溫漂(dr)按公式(11)計(jì)算：……(11)式中：△Yr——零點(diǎn)溫漂檢測(cè)期間傳感器輸出的最大差值；T?--——零點(diǎn)溫漂檢測(cè)的起始溫度值。5.8輸出時(shí)漂傳感器通電預(yù)熱0.5h后，傳感器所有分量同時(shí)被加載至滿量程，記錄傳感器輸出值；每隔0.5h記錄一次零點(diǎn)示值，從開始記錄起連續(xù)進(jìn)行的時(shí)間不應(yīng)少于2h。7GB/T43199—2023傳感器的輸出時(shí)漂(S?)按公式(12)計(jì)算： (12)△YLFs——輸出時(shí)漂檢測(cè)期間滿載讀數(shù)的最大差值；YFs——傳感器量程。5.9輸出溫漂傳感器通電預(yù)熱0.5h后，傳感器所有分量同時(shí)被加載至滿量程，記錄此刻溫度及輸出值；加熱傳感器環(huán)境溫度至傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品隨機(jī)文件規(guī)定的上限值，保溫2h后，記錄輸出值。傳感器的輸出溫漂(Sr)按公式(13)計(jì)算： (13)式中：輸出溫漂檢測(cè)期間傳感器滿載輸出的最大差值；Tmax——輸出溫漂檢測(cè)的最高溫度值；T?-——輸出溫漂檢測(cè)的起始溫度值。5.10過載能力傳感器通電預(yù)熱0.5h后，對(duì)傳感器各分量施加規(guī)定的超負(fù)荷負(fù)載，保持5min,記錄超負(fù)荷負(fù)載，卸載后恢復(fù)0.5h。同時(shí)測(cè)量并記錄過載能力檢測(cè)前后的零點(diǎn)輸出值，兩者相差不超過滿量程輸出的千分之三，可認(rèn)定過載能力檢測(cè)有效。過載能力以超負(fù)荷負(fù)載與量程的百分比表示。5.11輸出響應(yīng)時(shí)間對(duì)傳感器施加階躍多維聯(lián)合加載，用瞬態(tài)記錄儀記錄傳感器輸出值達(dá)到90%預(yù)定載荷的響應(yīng)波形，然后對(duì)其進(jìn)行分析，得出輸出響應(yīng)時(shí)間。6特殊性能檢測(cè)6.1聯(lián)合加載重復(fù)性6.1.1檢測(cè)方法在傳感器各分量額定量程的60%～80%范圍內(nèi)各選取一載荷值，對(duì)各分量同時(shí)進(jìn)行n次的重復(fù)加載，計(jì)算各分量的聯(lián)合加載重復(fù)性。6.1.2計(jì)算方法聯(lián)合加載重復(fù)性計(jì)算方法如下。a)聯(lián)合加載重復(fù)性傳感器各分量聯(lián)合加載重復(fù)性(S。)按公式(14)計(jì)算：……8GB/T43199—2023式中：Ximax——傳感器第i分量的額定量程；b)各分量測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差重復(fù)性聯(lián)合加載結(jié)束后，傳感器各分量測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差[s(X;)]式中：△X;--—傳感器各分量測(cè)量結(jié)果的偏差，按公式(16)式計(jì)算；c)各分量測(cè)量結(jié)果的偏差重復(fù)性多維聯(lián)合加載結(jié)束后，傳感器各分量測(cè)量結(jié)果的偏差(△X;)按公式(16)計(jì)算：△X,=X,-X?(i=1,2, ,v;j=1,2,…,n) (16)式中：X;——第j次重復(fù)聯(lián)合加載時(shí)傳感器第i分量的測(cè)量值；X,傳感器各分量測(cè)量結(jié)果的平均值，按公式(17)計(jì)算；d)各分量測(cè)量結(jié)果的平均值…(17)X;——第j次重復(fù)聯(lián)合加載時(shí)傳感器第i分量的測(cè)量值；6.2聯(lián)合加載偏差6.2.1檢測(cè)方法多維力/力矩傳感器聯(lián)合加載偏差檢測(cè)方法如下。a)采用正交設(shè)計(jì)原則，編制聯(lián)合加載表，在傳感器各分量額定量程內(nèi)，聯(lián)合加載表中的載荷應(yīng)均勻分布。對(duì)于六維傳感器，聯(lián)合加載載荷組數(shù)應(yīng)不少于24組；等于或少于五維的傳感器，聯(lián)合加載載荷組數(shù)不應(yīng)少于18組；聯(lián)合加載載荷不應(yīng)與傳感器標(biāo)校載荷重復(fù)(檢測(cè)前，送檢方需提供傳感器標(biāo)校的載荷表)。b)按編制好的聯(lián)合加載表依次施加載荷。6.2.2計(jì)算方法多維力/力矩傳感器聯(lián)合加載偏差的計(jì)算方法如下。9GB/T43199—2023a)聯(lián)合加載偏差多維力/力矩傳感器聯(lián)合加載偏差(De)按公式(18)計(jì)算： (18)式中：d(F)——傳感器聯(lián)合加載各分量載荷測(cè)量值的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式(19)計(jì)算；Ximax——傳感器各分量額定量程，單位為牛(N)或牛米(N·m);b)聯(lián)合加載各分量測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差傳感器聯(lián)合加載各分量載荷測(cè)量值的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差[d(F;)]按公式(19)計(jì)算： (19)式中：△F;;——傳感器各分量的m組載荷測(cè)量誤差，按公式(20)計(jì)算；m--—傳感器各分量測(cè)試組數(shù)；c)聯(lián)合加載下的傳感器各分量測(cè)量誤差對(duì)傳感器各分量施加m組聯(lián)合加載的檢驗(yàn)載荷L;(i=1,2,…,v;j=1,2,…,m),傳感器的m組測(cè)量結(jié)果為F;(i=1,2,…,v;j=1,2,…,m),傳感器在聯(lián)合加載下，各分量的m組載荷測(cè)量誤差(△F;)按公式(20)計(jì)算：△F;;=F;一L;;(i=1,2,…v;j=1,2,…,m)……(20)式中：△F;,——傳感器第i分量在第j組聯(lián)合加載中的測(cè)量誤差，單位為牛(N)或牛米(N·m);F;———傳感器第i分量在第j組聯(lián)合加載中的測(cè)量結(jié)果，單位為牛(N)或牛米(N·m);L;-——傳感器第i分量在第j組聯(lián)合加載中的檢驗(yàn)載荷值，單位為牛(N)或牛米(N·m);m—傳感器各分量測(cè)試組數(shù)。6.3測(cè)量不確定度6.3.1檢測(cè)方法多維力/力矩傳感器測(cè)量不確定度檢測(cè)方法包括：a)聯(lián)合加載重復(fù)性(傳感器測(cè)量重復(fù)性)引入的傳感器不確定度分量u;i檢測(cè)方法應(yīng)符合6.1.1;b)聯(lián)合加載偏差(傳感器測(cè)量準(zhǔn)確性)引入的傳感器不確定度分量u;2檢測(cè)方法應(yīng)符合6.2.1。6.3.2計(jì)算方法多維力/力矩傳感器測(cè)量不確定度計(jì)算方法如下。a)計(jì)算傳感器測(cè)量不確定度傳感器測(cè)量不確定度(U?)按公式(21)計(jì)算：GB/T43199—2023式中：k—置信水平為P的包含因子，一般情況下，取k=2,置信水平P約為95%;u;--——傳感器第i分量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，按公式(22)計(jì)算。b)計(jì)算傳感器各分量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度傳感器各分量