GB/T 43199-2023 機器人多維力力矩傳感器檢測規(guī)范（正式版）

ICS25.040.30;17.100機器人多維力/力矩傳感器檢測規(guī)范國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T43199—2023 I 4檢測條件 4.1環(huán)境條件 24.2校準系統(tǒng) 24.3檢測設(shè)備要求 34.4檢測前的準備工作 35一般性能檢測 4 45.2準確度 45.3重復(fù)性 55.4非線性 55.5零點輸出 65.6零點時漂 65.7零點溫漂 65.8輸出時漂 65.9輸出溫漂 75.10過載能力 75.11輸出響應(yīng)時間 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《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國機器人標準化技術(shù)委員會(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、北京機械工業(yè)自究院、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、沈陽?？怂拱羁萍加邢薰?、杭州申昊科技股份有限公司。1GB/T43199—2023機器人多維力/力矩傳感器檢測規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了機器人多維力/力矩傳感器檢測條件，描述了一般性能與特殊性能的檢測方法。本文件適用于機器人使用的多維力/力矩傳感器檢測。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。安裝在機器人末端或末端附加裝置上，測量三個坐標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傳感器給出測量結(jié)果的坐標系的原點。檢測中心testingcenter3.7施加的力/力矩的直角坐標系的原點。檢測坐標系testingcoordinatesystem施加載荷的直角坐標系。傳感器在直角坐標系中X、Y、Z坐標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加載的一種加載方式。2GB/T43199—20233.8傳感器標校sensorcalibration按選定的直角坐標系對傳感器施加載荷，獲得用于傳感器解耦所需全部參數(shù)的一種檢測和標定方式。傳感器多組重復(fù)聯(lián)合加載測量結(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)合加載測量結(jié)果與理論載荷真值之間的偏離程度。3.11傳感器測量值與被測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檢測條件a)溫度：15℃~35℃;b)相對濕度：30%～85%;a)校準系統(tǒng)組成校準系統(tǒng)由標準力源、激勵電源和讀數(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)品標準或隨機文件規(guī)定。b)標準力源1)對于0.01級～0.05級的傳感器，其容差應(yīng)不超過被試傳感器允許容差的33%;2)對于0.1級～4.0級的傳感器，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)視標準力源的儀表量程，應(yīng)為被試傳感器滿量程的125%～500%;器在檢測過程中不出現(xiàn)由于過沖和擾動而引起遲滯誤差；5)標準力源和理論力臂構(gòu)成標準力矩源。c)激勵電源差應(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)其他檢測設(shè)備其他檢測設(shè)備應(yīng)按檢測要求配備。4.3檢測設(shè)備要求檢測設(shè)備符合以下要求：a)檢測設(shè)備的加載維度應(yīng)等于或大于傳感器的測量維度，即檢測設(shè)備可同時對多維力/力矩傳感器的全部分量進行加載，對于六維力/力矩傳感器而言，檢測設(shè)備可同時加載沿直角坐標系中b)檢測設(shè)備的測量不確定度應(yīng)為被檢測傳感器要求測量不確定度的10%～33%;c)檢測設(shè)備的載荷源為砝碼時，所用砝碼應(yīng)不低于GB/T4167—2011中的M3級，采用其他載荷源時，其測量不確定度應(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檢測前的準備工作檢測前做好各項準備工作。a)證書文件檢測用的檢測設(shè)備(儀器設(shè)備和計量器具等)應(yīng)具有計量檢定單位簽發(fā)的有效期內(nèi)的檢定證書。b)安裝傳感器按產(chǎn)品標準或產(chǎn)品隨機文件的規(guī)定安裝在檢測裝置上。c)連接靜態(tài)性能檢測時，被試傳感器與壓力標準器、激勵電源和讀數(shù)裝置的連接，應(yīng)按其系統(tǒng)管路圖、電路圖及詳細規(guī)范的規(guī)定進行。其他性能檢測時，被試傳感器與檢測裝置的連接，應(yīng)按傳感器產(chǎn)品標準或隨機文件的規(guī)定進行。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(檢測中心)和傳感器參考中心共Z軸。被試傳感器與檢測有關(guān)的檢測裝置正確安裝、連接后，應(yīng)使其在檢測環(huán)境條件下放置2h。檢測前，儀器儀表應(yīng)通電預(yù)熱，預(yù)熱時間按產(chǎn)品標準或產(chǎn)品隨機文件的規(guī)定進行，被試傳感器應(yīng)4GB/T43199—2023圖1傳感器檢測時的安裝姿態(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設(shè)備的檢測坐標系一致，傳感器分量的方向與檢測坐標系坐標軸的夾角偏差不大于±2'。對傳感器各分量逐個試加載，確認傳感器的輸出結(jié)果是否符合坐標系方向。5一般性能檢測傳感器施加多維聯(lián)合加載，每次均應(yīng)達到傳感器分量測量的上限值，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，并且重復(fù)不少于3次的升和降加載循環(huán)。多維力/力矩傳感器量程計算包括以下三種類型。a)線性傳感器量程(YFs)按公式(1)計算：Yrs=|b(XH一XL)……(1)式中：b——理論工作直線的斜率；XH——測量上限的負載力值；XL—-—測量下限的負載力值。b)定點使用的非線性傳感器量程(YFs)按公式(2)計算：YFs=|YH-Y| (2)式中：Y測量上限示值平均值；c)非定點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)計算：YFs=|Ykh-Yku……(3)式中：5.2準確度在傳感器全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個點進行檢測，測量每個檢測點對應(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。傳感器準確度的計算方法應(yīng)按GB/T15478—2015中5.4.2.7規(guī)定的方法計算。5.3重復(fù)性在相同測量方法、相同觀測者、相同測量儀器、相同地點、相同使用條件和在短時期內(nèi)對傳感器同一被測量進行多次連續(xù)測量。測量應(yīng)在傳感器全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個點進行檢測，測量每個檢測點對應(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)計算；傳感器在量程內(nèi)的偏差(S)按公式(5)計算： (5)式中：m校驗點個數(shù)； (6)式中：n——重復(fù)檢測次數(shù)；——傳感器正行程的第i點第j次的測量值； 專感器正行程的平均值。傳感器反行程標準偏差(Sp)按公式(7)計算：式中：n——重復(fù)檢測次數(shù)；Yp,——傳感器反行程的第i點第j次的測量值；Yo傳感器反行程的平均值。5.4非線性對傳感器施加不少于3次的多維聯(lián)合預(yù)加載，每次多維聯(lián)合加載均應(yīng)達到傳感器測量的上限值，待傳感器輸出值穩(wěn)定后，返回零點。在傳感器全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6～11個點進行檢測，測量每個檢測點對應(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(ξL)按公式(8)計算：6GB/T43199—2023式中：yi———測量總平均值；…非線性傳感器的非線性度指標(ξk)按公式(9)計算： (9)式中：yi-——測量總平均值；YFs——傳感器量程。5.5零點輸出傳感器所加負載為零時，對應(yīng)傳感器的輸出值為零點輸出。5.6零點時漂傳感器施加負載為零時，讀取傳感器零點輸出值；每隔0.5h記錄一次零點輸出值，從開始記錄起連續(xù)進行的時間不應(yīng)少于2h。傳感器的零點時漂(d?)按公式(10)計算： (10)式中：YFs———傳感器量程。5.7零點溫漂傳感器施加負載為零時，讀取傳感器零點輸出值，記錄此刻溫度；加熱傳感器環(huán)境溫度至傳感器產(chǎn)品標準或產(chǎn)品隨機文件規(guī)定的上限值，保溫2h后，記錄零點輸出值。傳感器的零點溫漂(dr)按公式(11)計算：……(11)式中：△Yr——零點溫漂檢測期間傳感器輸出的最大差值；T?--——零點溫漂檢測的起始溫度值。5.8輸出時漂傳感器通電預(yù)熱0.5h后，傳感器所有分量同時被加載至滿量程，記錄傳感器輸出值；每隔0.5h記錄一次零點示值，從開始記錄起連續(xù)進行的時間不應(yīng)少于2h。7GB/T43199—2023傳感器的輸出時漂(S?)按公式(12)計算： (12)△YLFs——輸出時漂檢測期間滿載讀數(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)品標準或產(chǎn)品隨機文件規(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)計算： (13)式中：輸出溫漂檢測期間傳感器滿載輸出的最大差值；Tmax——輸出溫漂檢測的最高溫度值；T?-——輸出溫漂檢測的起始溫度值。5.10過載能力傳感器通電預(yù)熱0.5h后，對傳感器各分量施加規(guī)定的超負荷負載，保持5min,記錄超負荷負載，卸載后恢復(fù)0.5h。同時測量并記錄過載能力檢測前后的零點輸出值，兩者相差不超過滿量程輸出的千分之三，可認定過載能力檢測有效。過載能力以超負荷負載與量程的百分比表示。5.11輸出響應(yīng)時間對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到90%預(yù)定載荷的響應(yīng)波形，然后對其進行分析，得出輸出響應(yīng)時間。6特殊性能檢測6.1聯(lián)合加載重復(fù)性6.1.1檢測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，對各分量同時進行n次的重復(fù)加載，計算各分量的聯(lián)合加載重復(fù)性。6.1.2計算方法聯(lián)合加載重復(fù)性計算方法如下。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)計算：……8GB/T43199—2023式中：Ximax——傳感器第i分量的額定量程；b)各分量測量結(jié)果的標準偏差重復(fù)性聯(lián)合加載結(jié)束后，傳感器各分量測量結(jié)果的標準偏差[s(X;)]式中：△X;--—傳感器各分量測量結(jié)果的偏差，按公式(16)式計算；c)各分量測量結(jié)果的偏差重復(fù)性多維聯(lián)合加載結(jié)束后，傳感器各分量測量結(jié)果的偏差(△X;)按公式(16)計算：△X,=X,-X?(i=1,2, ,v;j=1,2,…,n) (16)式中：X;——第j次重復(fù)聯(lián)合加載時傳感器第i分量的測量值；X,傳感器各分量測量結(jié)果的平均值，按公式(17)計算；d)各分量測量結(jié)果的平均值…(17)X;——第j次重復(fù)聯(lián)合加載時傳感器第i分量的測量值；6.2聯(lián)合加載偏差6.2.1檢測方法多維力/力矩傳感器聯(lián)合加載偏差檢測方法如下。a)采用正交設(shè)計原則，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)與傳感器標校載荷重復(fù)(檢測前，送檢方需提供傳感器標校的載荷表)。b)按編制好的聯(lián)合加載表依次施加載荷。6.2.2計算方法多維力/力矩傳感器聯(lián)合加載偏差的計算方法如下。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)計算： (18)式中：d(F)——傳感器聯(lián)合加載各分量載荷測量值的檢測標準偏差，按公式(19)計算；Ximax——傳感器各分量額定量程，單位為牛(N)或牛米(N·m);b)聯(lián)合加載各分量測量結(jié)果的標準偏差傳感器聯(lián)合加載各分量載荷測量值的檢測標準偏差[d(F;)]按公式(19)計算： (19)式中：△F;;——傳感器各分量的m組載荷測量誤差，按公式(20)計算；m--—傳感器各分量測試組數(shù)；c)聯(lián)合加載下的傳感器各分量測量誤差對傳感器各分量施加m組聯(lián)合加載的檢驗載荷L;(i=1,2,…,v;j=1,2,…,m),傳感器的m組測量結(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組載荷測量誤差(△F;)按公式(20)計算：△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)合加載中的檢驗載荷值，單位為牛(N)或牛米(N·m);m—傳感器各分量測試組數(shù)。6.3測量不確定度6.3.1檢測方法多維力/力矩傳感器測量不確定度檢測方法包括：a)聯(lián)合加載重復(fù)性(傳感器測量重復(fù)性)引入的傳感器不確定度分量u;i檢測方法應(yīng)符合6.1.1;b)聯(lián)合加載偏差(傳感器測量準確性)引入的傳感器不確定度分量u;2檢測方法應(yīng)符合6.2.1。6.3.2計算方法多維力/力矩傳感器測量不確定度計算方法如下。a)計算傳感器測量不確定度傳感器測量不確定度(U?)按公式(21)計算：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分量合成標準不確定度，按公式(22)計算。b)計算傳感器各分量合成標準不確定度傳感器各分量