CN108351266A - 用于力检测和力矩检测的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于力检测和力矩检测的装置(1)，该装置具有压电式力测量单元(A，B)，所述压电式力测量单元在水平工作面(XY)中相对于装配平台(8)的端部面(81，81')被机械地预紧并检测力分量(Fx，Fy，Fz)，其中，所述装配平台(8)的至少一个第一端部面(81，81')被倾斜于至少一个第二端部面(82，82')地设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分所述的用于力检测和力矩检测的装置。
背景技术
切削加工一直是最主要的成型方式并构成各种机械产品的制造工艺的基础。为了优化制造工艺，重要的是对切削加工进行准确的分析。因此，在切削加工期间需要检测力和力矩，利用该信息能够：量化切削过程中被转化的能量，确定材料特性，对工具进行损耗分析以及对机器结构/组件做出符合要求的设计。
在专利文献EP0806643A2中公开了一种用于力检测和力矩检测的装置。图1示意性示出了该装置。工件4被安装在T形装配平台8上，该工件由工具5来加工。装配平台8的主干支承在U形立脚9的腿部之间。在装配平台8的主干与立脚9的每一个腿部之间分别设有一个压电式力测量单元A、B。在此，压电式力测量单元A、B通过预紧螺栓10被机械地预紧。预紧螺栓10穿过压电式力测量单元A、B，装配平台8的主干和立脚9的腿部。在加工工件4期间，在一侧有一个力F沿预紧螺栓10的长形伸展方向起作用。该一侧作用的力F被对半地分散到压电式力测量单元A、B上。压电式力测量单元A被卸载+1/2F的力，而压电式力测量单元B被加载+1/2F的力。每个压电式力测量单元A、B均具有压电式接收器。该压电式接收器在结晶学上被定向为，使得作用到其上的力产生电极化电荷。该压电式接收器具有相反的极化方向。因此，压电式力测量单元A、B的电极化电荷的总和作用力F的大小成比例。
从市场上可以购得Kistler集团的型号为9119AA1的用于力检测和力矩检测的装置，其细节请参照数据页9119AAl_003_060e-01.13。该装置具有四个压电式力测量单元，其被两两地分别设置在装配平台主干的两侧。压电式力测量单元检测力F的三个法向力分量Fx、Fy、Fz。电极化电荷被特定于分组地量取，通过信号线路被导出到电荷放大器上并在那里被电放大，然后在分析单元中被转换成电压。该装置通过诸如测量范围、灵敏度、固有频率、重量和总基面这样的参数来表征。该装置关于力分量Fx、Fy、Fz的测量范围在-4kN至+4kN的范围内。该装置的灵敏度关于力分量Fx、Fz为～26pC/N，并且关于力分量Fy为～13pC/N。该装置的固有频率关于力分量Fx为～6.0kHz，关于力分量Fy为～6.4kHz并且关于力分量Fz为～6.3kHz。其重量为930g，并且它的总基面测定为109*80mm。
根据数据页9119AAl_003_060e-01.13，源于该现有技术的用于力检测和力矩检测的装置的灵敏度针对不同的力分量是各向异性的。特别是在装配平台的水平工作面中，力分量Fx的灵敏度～26pC/N是力分量Fy的灵敏度～13pC/N的两倍。由于切削加工经常需要关于水平工作面旋转对称地进行，因此该装置在该工作面中的实际灵敏度是通过力分量Fy的低灵敏度来预先给定的。此外，还希望提高该装置的固有频率，因为最低固有频率Fx～6.0kHz将该装置的使用限制在每分钟～60000转的最大主轴转速上。
发明内容
本发明的目的在于提高用于力检测和力矩检测的装置的参数灵敏度和固有频率中的至少一个。
本发明的目的通过独立权利要求的特征来实现。
本发明涉及一种用于力检测和力矩检测的装置，其具有压电式力测量单元，该压电式力测量单元在水平工作面中相对于装配平台的端部面被机械地预紧并检测力分量，其中，装配平台的至少一个第一端部面相对于至少一个第二端部面被倾斜地设置。
已知的是，如果压电式力测量单元相对于彼此倾斜地设置，则能够避免在装配平台的水平工作面中灵敏度的各向异性。因为一个力分量是通过推力效应来检测，而其他的力分量则是通过纵向效应来检测。在此，推力效应的灵敏度是纵向效应的灵敏度的两倍。通过将压电式力测量单元倾斜地设置在装配平台端部面上，水平工作面的两个力分量现在可以一次通过推力效应检测，一次通过纵向效应检测。因此，根据本发明的装置在水平工作面中的灵敏度是各向同性的。
附图说明
下面参照附图对本发明做示例性的说明。其中：
图1以示意图示出了根据现有技术已知的用于力检测和力矩检测的装置；
图2以示意性的俯视图示出了根据本发明的用于力检测和力矩检测的装置的第一种实施方式的一部分；
图3示出了沿着水平坐标轴穿过如图2所示的根据本发明装置的第一种实施方式的一部分的示意性截面图；
图4以示意性的俯视图示出了根据本发明的用于力检测和力矩检测的装置的第二种实施方式的一部分；
图5示出了沿着水平坐标轴穿过如图4所示的根据本发明装置的第二种实施方式的一部分的示意性截面图；
图6示出了如图2至图5所示的根据本发明装置的信号线路的第一种实施方式的示意图；
图7示出了如图2至图5所示的根据本发明装置的信号线路的第二种实施方式的示意图；以及
图8示出了如图2至图5所示的根据本发明装置的信号线路的第三种实施方式的示意图。
具体实施方式
图2至图5示出了根据本发明的用于力检测和力矩检测的装置1的两种实施方式。装置1被设置在具有坐标轴X、Y、Z的直角坐标系中。装置1具有装配平台8，该装配平台由机械上呈抗性和刚性的材料制成，例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金、陶瓷、塑料等。装配平台8可以安装有工件或工具。工具和工件在这些附图中未示出。装配平台8可以通过在图中同样未示出的适配器被安装在用于切削加工的机器上。
优选地，装配平台8是具有矩形基面83的长方体，基面83被设置在水平工作面XY中。装配平台8具有四个矩形端部面81、81'、82、82'，这些端部面81、81'、82、82'垂直地立在基面83上。第一坐标轴X与第一端部面81、81'正交，第二坐标轴Y与第二端部面82、82'正交。第三坐标轴Y垂直地立在水平工作面XY上。换句话说，两个第一端部面81、81'被设置在第一竖直平面YZ中，两个第二端部面82、82'被设置在第二竖直平面XZ中。第一竖直平面YZ倾斜于第二竖直平面XZ。形容词“倾斜的”表示一不同于零的角度，两个竖直平面YZ、XZ彼此成该角度。在每个第一端部面81、81'上，沿着第一坐标轴X居中地设有用于预紧螺栓10、10'的螺纹。在每个第二端部面82、82'上，沿着第二坐标轴Y居中地设有用于预紧螺栓10、10'的螺纹。装配平台8的基面83是任意大小的，但是该基面优选小于/等于100×100mm，优选小于/等于80×80mm，优选小于/等于50×50mm，优选小于/等于25×25mm，优选小于/等于20×20mm。装配平台8的高度小于/等于30mm，优选小于/等于25mm，优选小于/等于20mm。因此，端部面81、81'、82、82'的尺寸小于/等于100×30mm，优选小于/等于80×30mm，优选小于/等于50×25mm，优选小于/等于25×25mm，优选小于/等于20×20mm。
装置1具有平板7、7'、7”、7”'，该平板由机械上呈抗性和刚性的材料制成，例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金、陶瓷、塑料等。优选地，平板7、7'、7”均具有矩形基面73，这些基面73被设置在水平工作面XY中。平板7、7'、7”、7”'具有沿着第一和第二坐标轴X、Y定向的、用于预紧螺栓10、10'、10”、10”'的贯通孔。平板7、7'、7”、7”'的基面73是任意大小的，但是该基面优选小于/等于100×100mm，优选小于/等于80×80mm，优选小于/等于50×50mm，优选小于/等于25×25mm，优选小于/等于20×20mm。平板7、7'、7”、7”'的高度小于/等于30mm，优选小于/等于25mm，优选小于/等于20mm。优选地，装置1具有四个或更多个平板7、7'、7”、7”'。
装置1的总基面由装配平台8的基面8和四个平板7、7'、7”、7”'的基面73组成，该基面关于图3所示实施方式中的装置1优选为75*75mm。根据数据页9119AAl_003_060e-01.13，已知的根据现有技术的用于力检测和力矩检测的装置在重量m'＝900g、高度为25mm的情况下具有109×80mm的总基面。相比于该已知装置的总基面，根据本发明的装置1的总基面要小～35％。相应地，根据本发明的装置1的重量m也小～35％，为～580g。这对根据本发明的装置1的固有频率f有影响。假设根据本发明的装置1执行线性弹簧振动，则固有频率f与重量m是成比例的：
针对根据本发明的装置1的重量比已知装置的重量小～35％的情况，根据本发明的装置1的固有频率f将高～25％。
装置1具有多个压电式力测量单元A、B、C、D。优选地，压电式力测量单元A、B、C、D是中空圆柱形的并具有用于预紧螺栓10、10'、10”、10”'的中央贯通孔。压电式力测量单元A、B、C、D的中空圆柱体高度小于/等于10mm。压电式力测量单元A、B、C、D的中空圆柱体直径小于/等于20mm。优选地，装置1具有四个压电式力测量单元A、B、C、D。在水平工作面XY中，在装配平台8的每个端部面81、81'、82、82'上均设置一个压电式力测量单元A、B、C、D。第一压电式力测量单元A、B沿着第一坐标轴X被居中地设置在第一端部面81、81'上，第二压电式力测量单元沿着第二坐标轴Y被居中地设置在第二端部面82、82'上。压电式力测量单元A、B、C、D相互之间具有相同的距离e。装置1因此具有在工作平台8上的水平工作面XY中的四个压电式力测量单元A、B、C、D的十字形布置方案。压电式力测量单元A、B、C、D的中空圆柱体直径的面积总和相对于端部面81、81'、82、82'的面积总和的利用率大于/等于25％，优选为50％。在根据图3和图4的实施方式中，中空圆柱体直径的大小为20mm，而端部面81、81'、82、82'的大小为25×25mm。由此产生50％的利用率。在已知的根据现有技术的用于力检测和力矩检测的装置中，根据数据页9119AAl_003_060e-01.13，压电式力测量单元仅设置在四个端部面中的两个端部面上，并且即使在这两个端部面上，中空圆柱体直径的大小也小于端部面大小的一半。在四个端部面中的另外两个端部面上没有设置压电式力测量单元。由此使得利用率小于25％。
在根据图2和图3所示的装置1的第一种实施方式中，压电式力测量单元A、B、C、D被设置在平的端部面81、81'、82、82'上。在根据图4和图5所示的装置1的第二种实施方式中，压电式力测量单元A、B、C、D被设置在端部面81、81'、82、82'的留空中。压电式力测量单元A、B、C、D很大程度上被完全设置在端部面81、81'、82、82'的留空中。在此，形容词“很大程度上”是指压电式力测量单元A、B、C、D以±10％的变化接合在留空部中。与根据图2和图3的第一种实施方式相比，这种将压电式力测量单元A、B、C、D设置在端部面81、81'、82、82'的留空中的方案将装置1的外部尺寸减小压电式力测量单元A、B、C、D的中空圆柱体高度的多倍。端部面81、81'、82、82'的留空还降低了装配平台8的重量。与根据图2的实施方式相比，装置1的外部尺寸的减小和装配平台8的重量m的降低导致根据图3的实施方式中的装置1具有较高的固有频率f。
压电式力测量单元A、B、C、D被机械预紧地设置在装配平台8上。为此，第一压电式力测量单元A、B沿着第一坐标轴X借助于第一和第二预紧螺栓10、10'相对于第一端部面81、81'被机械地预紧。第二压电式力测量单元C、D沿着第二坐标轴Y借助于第三和第四预紧螺栓10”、10”'相对于第二端部面82、82'被机械地预紧。预紧螺栓10、10'、10”、10”'由机械上呈抗性和刚性的材料制成，例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金、陶瓷、塑料等。预紧螺栓10、10'、10”、10”'居中地穿过平板7、7'、7”、7”'的贯通孔以及压电式力测量单元A、B、C、D的中央贯通孔，并且被拧入到装配平台8的端部面81、81'、82、82'的螺纹中。预紧螺栓10、10'、10”、10”'的螺栓头部沉入到平板7、7'、7”、7”'的贯通孔中。借助于预紧螺栓10、10'、10”、10”'将压电式力测量单元A、B、C、D和装配平台8安装在平板7、7'、7”、7”'上。基于这种机械地预紧，可以检测作为压力或拉力的力F。这种机械预紧也确保了压电式接收器6、6'、6”与电极之间形成非常良好的电接触。
每个压电式力测量单元A、B、C、D均具有多个压电式接收器6、6'、6”。压电式接收器6、6'、6”是柱形的并由诸如石英(SiO2单晶)、钙镓-锗酸盐(Ca3Ga2Ge4O14或CGG)、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14或LGS)、电气石、正磷酸镓等这样的压电晶体材料制成。压电式接收器6、6'、6”在结晶学上被定向地切割，使得它们对于待检测力F或待检测力矩M具有高灵敏度。高灵敏度的结晶定向被称作极化方向。压电式力测量单元A、B的压电式接收器6、6'、6”以相反的极化方向沿着第一坐标轴X设置，压电式力测量单元C、D的压电式接收器6、6'、6”以相反的极化方向沿着第二坐标轴Y设置。
优选地，压电式接收器6、6'、6”的表面被定向为，使得在受到力F作用的相同表面上也产生负的和正的电极化电荷。在力加载的情况下，力F作为压力起作用并产生负极化电荷；在力卸载的情况下，力F作为拉力起作用并产生正极化电荷。力F可以是法向力或推力。由此可以区分纵向效应和推力效应。在纵向效应情况下，在面法线平行于法向力的作用轴线的表面上产生电极化电荷。在推力效应情况下，在面法线垂直于推力的作用轴线的表面上产生电极化电荷。在此优选地，每个力测量腔A、B、C、D具有三个压电式接收器6、6'、6”。
每个压电式接收器6、6'、6”检测力F的三个力分量Fx、Fy、Fz。在第一压电式力测量单元A、B沿着第一坐标轴X的情况下，第一压电式接收器6检测关于纵向效应的第一力分量Fx，第二压电式接收器6'检测关于推力效应的第二力分量Fy，并且第三压电式接收器6”检测关于推力效应的第三力分量Fz。在第二压电式力测量单元C、D沿着第二坐标轴Y的情况下，第一压电式接收器6检测关于推力效应的第一力分量Fx，第二压电式接收器6'检测关于纵向效应的第二力分量Fy，并且第三压电式接收器6”检测关于推力效应的第三力分量Fz。由此，水平工作面XY的两个力分量Fx、Fy各自通过推力效应检测一次并通过纵向效应检测一次。装置1由此在水平工作面XY中具有各向同性的灵敏度。
装置1在平行于法向力的作用轴线上具有抗压性，并且在平行于推力的作用轴线上具有抗推性。推力垂直于法向力起作用。现在，抗压性已知地大于抗推性。因此，数据页9017C_000-960d-01.14针对具有三个压电式力测量单元的三分量力传感器给出了～1400N/μm的抗压性和～300N/μm的抗推性。与之相应地，根据本发明的装置1的抗压性是它的抗推性的～4.7倍。装置1的四个压电式力测量单元A、B、C、D在水平工作面XY中被十字形地设置在工作平台8上。刚性是抗压性和抗推性的总和。沿着第一坐标轴X，刚性是两个压电式力测量单元A、B的抗压性和两个压电式力测量单元C、D的抗推性的总和。沿着第二坐标轴Y，刚性是两个压电式力测量单元C、D的抗压性和两个压电式力测量单元A、B的抗推性的总和。因此，根据本发明的装置1的抗性在水平工作面XY中是各向同性的。
根据本发明的装置1在这里与根据文献EP0806643A2的现有技术的用于力检测和力矩检测的已知装置不同。该已知装置教导了四个压电式力测量单元A、B全部沿着水平工作面XY的坐标轴Y设置的方案。沿着坐标轴Y，刚性等于四个压电式力测量单元A、B的抗压性的总和。沿着坐标轴X，刚性等于四个压电式力测量单元A、B的抗推性的总和。由此，该已知装置沿着坐标轴Y的抗性要比沿着坐标轴X更大。因此，已知装置的抗性在水平工作面XY中是各向异性的。
根据本发明的装置1的各向同性的抗性对于其固有频率f是有影响的。因此，根据现有技术的用于力检测和力矩检测的已知装置按照数据页9119AAl_003_060e-01.13针对力分量Fx～6.0kHz的和力分量Fy～6.4kHz具有各向异性的固有频率。当在水平工作面XY内进行旋转对称切削加工以及像已知装置那样具有各向异性的固有频率时，实际的固有频率通过坐标轴X的较低的固有频率预先给出。因此，根据本发明的装置1在水平工作面XY中的固有频率f是各向同性的。
压电式力测量单元A、B、C、D的压电式接收器6、6'、6”优选为盘形的并具有中央贯通孔。压电式接收器6、6'、6”的盘套高度比压电式接收器6、6'、6”的盘直径小大约10倍。力F通过压电式接收器6、6'、6”的两个表面被导入。这些表面位于压电式接收器6、6'、6”的盘直径的平面中。每个表面配属有一用以量取电极化电荷的电极。图中未示出这些电极。电极由例如钢、铜、铜合金等的导电金属制成。各个电极分别与所配属的表面面式地电接触。电极优选为盘形的并具有中央贯通孔。各个压电式接收器6、6'、6”分别被设置在配属于其表面的电极之间。这些电极分为信号电极和反电极。配属于压电式接收器6、6'、6”的一表面的、面向装配平台8的电极被用作信号电极。由信号电极量取的电极化电荷用作信号。配属于压电式接收器6、6'、6”一表面的、背向装配平台8的电极用作反电极。该反电极处于地电势。
每个压电式力测量单元A、B、C、D均具有圆柱形壳体，该圆柱形壳体由机械上呈抗性和刚性的材料制成，例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金、陶瓷、塑料等。优选地，壳体是具有中央贯通孔的中空柱体。壳体具有内壳面、外壳面和两个基面。每个压电式力测量单元A、B、C、D的压电式接收器6、6'、6”被设置在内壳面和外壳面之间的空间中。压电式接收器6、6'、6”彼此堆叠在一起。堆叠的压电式接收器元件的电极相互绝缘并且通过绝缘体相对于壳体电绝缘。绝缘体优选为盘形的并具有中央贯通孔。在图中未示出绝缘体。压电式力测量单元A、B、C、D的壳体能够保护压电式接收器6、6'、6”、电极和绝缘体不会受到在运行期间出现的干扰和冲击的影响。该壳体还能够保护压电式接收器6、6'、6”、电极和绝缘体抵御有害的环境影响，例如污物(灰尘、湿气等)。最后，该壳体保护压电式接收器6、6'、6”、电极和绝缘体不受电磁辐射形式的电和电磁的干扰效应。
图6和图8示意性示出了装置1的信号线路的三种实施方式。由电极量取的电极化电荷通过电引线从压电式力测量单元A、B、C、D的壳体中导出，并且在壳体外部通过信号线路15被导出到电荷放大器16上，并从那里导出到分析单元17上。优选地，每个压电式力测量单元A、B、C、D均通过四个信号线路15实现电接触。每个压电式力测量单元A、B、C、D的三个压电式接收器6、6'、6”的信号电极的信号通过三个信号线路15导出。三个压电式接收器6、6'、6”的反电极通过第四个信号线路15被接地到一公共电位上。
在根据图6的信号线路的第一种实施方式中，信号电极和反电极串联地接触。优选地，四个压电式力测量单元A、B、C、D的信号电极和反电极通过插接触点形式的三个信号线路15彼此电接触。配属于第一压电式接收器6的信号电极彼此串联地电接触，并通过一信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与第一力分量Fx成比例：
Fx＝FxA+FxB+FxC+FxD
其中，第二标记表示压电式力测量单元A、B、C、D。配属于第二压电式接收器6'的信号电极彼此串联地电接触，并通过一信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与第二力分量Fy成比例：
Fy＝FyA+FyB+FyC+FyD
配属于第三压电式接收器6”的信号电极彼此串联地接触，并且通过一信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与第三力分量Fz成比例：
Fz＝FzA+FzB+FzC+FzD
具有这些串联接触的信号电极的装置1是力F的三个力分量Fx、Fy、Fz的三分量接收器。
在根据图7的信号线路的第二种实施方式中，信号电极和反电极部分地串联接触和部分地并联接触。优选地，四个压电式力测量单元A、B、C、D的信号电极和反电极通过插接触点形式的四个信号线路15彼此电连接。配属于第一压电式接收器6的两个第一信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与第一力分量Fx成比例：
Fx＝FxC+FxD
配属给第二压电式接收器6'的两个第一信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与第二力分量Fy成比例：
Fy＝FyA+FyB
配属给第一压电式接收器6的两个另外的以及配属给第二压电式接收器6'的两个另外的信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与力矩M的第三力矩分量Mz成比例：
Mz＝FxA+FxB+FyC+FyD
配属给第三压电式接收器6”的信号电极彼此串联地电接触，并且通过信号线路15将电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与第三力分量Fz成比例：
Fz＝FzA+FzB+FzC+FzD
三个压电式接收器6、6'、6”的反电极通过第四个信号线路15被接地到一公共电位上。具有这些部分串联接触以及部分并联接触的信号电极的装置1是力F的三个力分量Fx、Fy、Fz以及力矩M的力矩分量Mz的四分量接收器。
在根据图8的信号线路的第三种实施方式中，配属给压电式接收器6、6'、6”的信号电极并联地接触，而反电极串联地接触。四个压电式力测量单元A、B、C、D的三个压电式接收器6、6'、6”的每一个的由信号电极量取的电极化电荷作为信号单个地通过十二个信号线路15导出。具有这些并联接触的信号电极的装置1是十二分量接收器。信号单个地在电荷放大器16中被电放大并被导出到分析单元17上。该被放大的信号在分析单元17中被进一步处理。因此，这些用于检测力F的力分量Fx、Fy、Fz的信号可以被如下地关联：
Fx＝FxA+FxB+FxC+FxD
Fy＝FyA+FyB+FyC+FyD
Fz＝FzA+FzB+FzC+FzD
其中，第二标记表示压电式力测量单元A、B、C、D。这些用于检测力F的力分量Fx、Fy、Fz的信号也可以关于装配平台8的中心点被如下地关联：
Mx＝e/2*(-FzA+FzB)
My＝e/2*(-FzC+FzD)
Mz＝e/2*(FxA+FxB+FyC+FyD)
其中，e是压电式力测量单元A、B、C、D彼此之间的距离。
在了解本发明的情况下，本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下进行改变。因此，本领域技术人员也可以实现仅具有三个端部面的装配平台或具有五个和更多个端部面的装配平台。本领域技术人员也可以使用诸如锆钛酸铅(PZT)等的压电陶瓷或诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)等的压电箔来替代压电晶体材料用于压电式接收器。另外，本领域技术人员可以在装配平台的端部面上设置多于一个的压电式力测量单元。
附图标记列表
A、B、C、D 压电式力测量单元
e 距离
f 固有频率
F 力
Fx、Fy、Fz 力分量
m、m' 重量
M 力矩
Mx、My、Mz 力矩分量
X、Y、Z 坐标轴
XY 水平工作面
YZ、XZ 竖直平面
1 装置
4 工件
5 工具
6、6'、6” 压电式接收器
7、7'、7”、7”' 平板
8 装配平台
9 立脚
10、10'、10”、10”' 预紧螺栓
15 信号线路
16 电荷放大器
17 分析单元
73 平板的基面
81、81' 第一端部面
82、82' 第二端部面
83 装配平台的基面。
Claims (15)
1.一种用于力检测和力矩检测的装置(1)，所述装置具有压电式力测量单元(A，B)，所述压电式力测量单元在水平工作面(XY)中相对于装配平台(8)的端部面(81，81')被机械地预紧并检测力分量(Fx，Fy，Fz)，其特征在于，所述装配平台(8)的至少一个第一端部面(81，81')被倾斜于至少一个第二端部面(82，82')地设置。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述第一端部面(81，81')被垂直于所述第二端部面(82，82')地设置；第一坐标轴(X)与所述第一端部面(81，81')正交；第二坐标轴(Y)与所述第二端部面(82，82')正交；第一压电式力测量单元(A，B)被设置在所述第一端部面(81，81')上；第二压电式力测量单元(C，D)被设置在所述第二端部面(82，82')上；所述第一压电式力测量单元(A，B)检测关于纵向效应的第一力分量(Fx)并且检测关于推力效应的第二力分量(Fy)；并且所述第二压电式力测量单元(C，D)检测关于推力效应的第一力分量(Fx)并且检测关于纵向效应的第二力分量(Fy)。
3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一力分量(Fx)和所述第二力分量(Fy)分别被关于所述推力效应检测一次和关于纵向效应检测一次，由此使得所述装置(1)在所述水平工作面(XY)中具有各向同性的灵敏度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一压电式力测量单元(A，B)检测关于推力效应的第三力分量(Fz)；所述第二压电式力测量单元(C，D)检测关于推力效应的所述第三力分量(Fz)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述装配平台(8)是具有矩形基面(83)的长方体，所述基面(83)设置在水平工作面(XY)中；所述装配平台(8)具有四个矩形端部面(81，81'，82，82')，所述端部面(81，81'，82，82')垂直地立在所述基面(83)上；并且两个第一端部面(81，81')被设置在第一竖直平面(YZ)中，并且两个第二端部面(82，82')被设置在第二竖直平面(XZ)中。
6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，在每个端部面(81，81'，82，82')上设置一压电式力测量单元(A，B，C，D)；或者在每个端部面(81，81'，82，82')上居中地设置一力测量单元(A，B，C，D)。
7.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于，所述压电式力测量单元(A，B，C，D)被设置在所述端部面(81，81'，82，82')的留空中；或者所述压电式力测量单元(A，B，C，D)很大程度上完全地被设置在所述端部面(81，81'，82，82')的留空中。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述压电式力测量单元(A，B，C，D)被相互之间具有相同距离(e)地设置，和/或所述压电式力测量单元(A，B，C，D)被十字形地设置在所述工作平台(8)上。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述压电式力测量单元(A，B，C，D)的中空圆柱体直径的面积总和相对于所述端部面81，81'，82，82'的面积总和的利用率大于/等于25％，优选为50％。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置(6)，其特征在于，每个压电式力测量单元(A，B，C，D)通过一预紧螺栓(10，10'，10”，10”')被机械地预紧；或者，每个压电式力测量单元(A，B，C，D)通过一预紧螺栓(10，10'，10”，10”')被机械预紧，该预紧螺栓(10，10'，10”，10”')居中地穿过所述压电式力测量单元(A，B，C，D)的中央贯通孔并拧接在所述端部面(81，81'，82，82')的螺纹中。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的装置(7)，其特征在于，沿着所述第一坐标轴(X)，刚性是所述压电式力测量单元(A、B)的抗压性和所述压电式力测量单元(C、D)的抗推性的总和；沿着所述第二坐标轴(Y)，刚性是所述压电式力测量单元(C、D)的抗压性和所述压电式力测量单元(A、B)的抗推性的总和，由此，所述装置(1)在所述水平工作面(XY)中具有各向同性的刚性；并且所述装置(1)的固有频率(f)在所述水平工作面(XY)中是各向同性的。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置(7)，其特征在于，每个压电式力测量单元(A，B，C，D)具有多个压电式接收器(6，6'，6”)；待检测的力(F)和/或待检测的力矩(M)作用在所述压电式接收器(6，6'，6”)的表面上，并在这些表面上产生电极化电荷；所述压电式接收器(6，6'，6”)的表面配属有信号电极，所述信号电极量取所述电极化电荷；并且所量取的电极化电荷作为信号由信号线路(15)导出。
13.根据权利要求12所述的装置(1)，其特征在于，
配属给第一压电式接收器(6)的信号电极彼此串联地电接触，并且通过所述信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与所述力(F)的所述第一力分量(Fx)成比例；
配属给第二压电式接收器(6')的信号电极彼此串联地电接触，并且通过所述信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与所述力(F)的所述第二力分量(Fy)成比例；并且
配属给第三压电式接收器(6”)的信号电极彼此串联地电接触，并且通过所述信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与所述力(F)的所述第三力分量(Fz)成比例。
14.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于，
配属给所述第一压电式接收器(6)的两个第一信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与所述力(F)的所述第一力分量(Fx)成比例；
配属给所述第二压电式接收器(6')的两个第一信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与所述力(F)的所述第二力分量(Fy)成比例；
配属给所述第一压电式接收器(6)的另外两个信号电极以及配属给所述第二压电式接收器(6')另外两个信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与力矩(M)的第三力矩分量(Mz)成比例；并且
配属给所述第三压电式接收器(6”)的信号电极彼此串联地电接触，并且通过一信号线路(15)将所述电极化电荷的总和作为信号导出，该总和与所述力(F)的所述第三力分量(Fz)成比例。
15.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于，所述信号电极并联地接触，并且通过信号线路(15)单个地导出每个压电式接收器(6，6'，6”)的电极化电荷作为信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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