KR102080426B1 - 4개 미만의 빔 표면 상에 계측기기를 갖는 힘／토크 센서 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 반경방향으로 이격되고 변형 가능한 빔(16)에 의해 장착 어댑터 플레이트, TAP(14)에 연결된 툴 어댑터 플레이트, TAP(12)를 포함하는 힘/토크 센서(10)는 각각의 빔(16)의 단 하나의 표면에 부착된 한 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)를 특징으로 한다. 2개의 변형 게이지(1 내지 6)는 예를 들어 빔(16)의 중립 축(18)으로부터 이격되어 중립 축의 양 측면에서 상단 표면에 부착된다. 이는 일 실시예에서, 금속 소재의 단일편으로부터 기계 가공된 매우 소형 센서(10) 설계를 가능하게 한다. 2개의 변형 게이지(1 내지 6)는 쿼터 브리지 토폴로지로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 다른 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)가 빔(16)의 동일한 측면에 부착되고, 4개의 게이지(1 내지 6)는 하프 브리지 토폴로지로 배선된다. 다른 실시예에서, 변형 게이지의 제2 쌍(1 내지 6)이 빔(16)의 대향 측면에 부착되며, 4개의 게이지(1 내지 6)는 하프 브리지 토폴로지로 배선된다- 이 실시예가 공간 및 제조 용이성의 이점의 일부를 포기하지만, 이는 온도 드리프트에 의해 유도되는 것들 같은 공통 모드 신호 성분의 전기적 제거를 가능하게 한다. 일 실시예에서, 변형 게이지(1 내지 6)는 온도 보정을 위한 신호를 제공하기 위해 센서(10)의 비응력 부재(37)에 연결된다.

Description

4개 미만의 빔 표면 상에 계측기기를 갖는 힘／토크 센서

본 발명은 일반적으로 로봇 용례를 위한 힘/토크 센서에 관한 것이며, 특히 변형 가능한 빔의 한 표면에만 부착된 변형 게이지를 특징으로 하는 소형 힘/토크 센서에 관한 것이다.

로봇 공학은 산업, 의료, 과학 및 기타 용례에서 성장하며 점차 중요해지고 있는 분야이다. 로봇 암 또는 그에 부착된 툴이 작업편과 접촉하는 많은 경우에 적용되는 힘 및/또는 토크를 면밀히 모니터링해야 한다. 따라서 힘/토크 센서는 많은 로봇 시스템의 중요한 부분이다.

한 가지 통상적인 유형의 힘/토크 센서는 2개의 기계 부품- 하나는 로봇 암에 연결되고 다른 하나는 로봇 툴(또는 툴에 대한 기계적 커플링)에 연결됨 -을 연결하는 작은 빔의 변형을 측정하기 위해 변형 게이지를 사용한다. 예를 들어, 본 기술 분야에서 툴 어댑터 플레이트(TAP; Tool Adapter Plate)로 지칭되는 중앙 "허브"가 툴에 연결된다. 본 기술 분야에서 마운팅 어댑터 플레이트(MAP; Mounting Adapter Plate)로 언급되는, TAP 주위에 환형으로 배치되고 TAP로부터 이격되어 있는 다른 본체가 로봇 암에 연결된다. MAP 및 TAP는 TAP 주위에 방사형으로 배치된- 일부 경우에는 바퀴의 살과 유사함 - 복수의 상대적으로 얇은(그리고, 그에 따라 기계적으로 변형 가능한) 빔에 의해 서로 연결된다. TAP 및 MAP에 각각 부착된 물체 사이의 상대적인 힘 또는 토크는 TAP에 대해 MAP를 이동시키려하여, 적어도 일부 빔에 대해 약간의 변형 또는 굴곡이 발생한다.

통상적으로, 변형 게이지는 명목상 각각의 표면 각각의 중심에 있는 각각의 빔의 모든 4개 표면에 부착된다. 게이지는 빔 표면의 인장 및 압축 변형을 전기 신호로 변환한다. 그 작동의 예로서, TAP 및 MAP의 평면 내의 또는 그에 평행한 힘- 즉, z 방향 토크(Tz, "오른손 법칙" 사용)나 x 또는 y 방향 힘(Fxy) -을 고려한다. 이 힘은 적어도 일부 빔을 측면으로 굴곡시키려 한다. 이 경우 빔의 하나의 측면에 있는 변형 게이지가 압축 변형을 검출하고 빔의 대향 측면에 있는 게이지가 인장 변형을 검출한다. 이들 게이지는 반대 극성의 강한 신호들을 출력할 것이다. 동일한 빔의 상단 및 저부 표면에 있는 변형 게이지는 신호를 출력하더라도 매우 약한 신호를 출력한다. 반대로, MAP 또는 TAP를 그 공통 평면(Fz, Txy) 밖으로 이동시키려는 힘은 상단 및 저부 빔 표면의 변형 게이지에서 강하고 반대인 출력을 생성하며 측면의 변형 게이지는 그에 거의 기여하지 않는다. 보정되고 나면, 모든 빔 상의 모든 4개의 변형 게이지로부터의 신호가 함께 처리되어 로봇 암과 툴 사이의 상대적 힘 및/또는 토크(그리고, 그에 따라, 툴을 통해 작업편에 가해지는 힘/토크)의 크기와 방향을 해석한다.

힘/토크 센서의 계측기기는 정밀하고 고도의 숙련된 수동 노동이 필요하기 때문에 제품의 중요한 비용 원인이다. 계측기기는 또한 센서의 기계적 설계에 대한 설계 제약을 부과하며, 그 이유는 각각의 빔의 네 개의 계장화된 표면 각각 주변에 관찰을 위해, 그리고, 수공구 접근을 위해 상당한 양의 물리적 공간이 필요하기 때문이다. 이러한 제약은 매우 작은 센서 크기에서 특히 제한적이게 되며, 계측기기의 설치 및 검사를 수용하기 위해 차선의 센서 기하형상을 필요로 할 수 있다. 또한, 각각의 빔의 모든 4개 표면 상의 변형 게이지로부터 중앙 처리 회로로 전기 신호를 전송하기 위해 길고 복잡한 본드 와이어 경로가 필요하며, 이는 장치 고장의 위험을 증가시킬 수 있다.
WO 99/04235는 복수의 반경방향 튜브에 의해 연결된 중앙 허브 및 강성 환형 링을 갖는 힘/토크 센서를 개시한다. 변형 센서는 반경방향 튜브의 다수의 측면들 상에 장착된다.
US 2005/0120809는 외판에 의해 둘러싸인 내판을 포함하는 로봇 힘 측정 장치를 개시하고, 내판 및 외판은 대체로 변형 링 형태의 복수의 변형 감지 굴곡부에 의해 일체로 연결되어 있다. 변형 감지 장치는 변형 링의 다수의 측면들 상에 장착된다.
US 2015/0033875는 두 개의 클레비스(clevis) 절반부 각각에 결합된 이격된 중앙 허브 둘레에 배치된 대체로 강성의 주연 부재를 포함하는 센서 본체를 개시한다. 적어도 세 개의 굴곡 구성요소가 주연 부재를 허브에 커플링한다. 센서 본체는 굴곡 구성요소의 다수의 측면 상에 변형 게이지를 포함한다.

이 문서의 배경기술 부분은 본 발명의 범위 및 유용성을 이해함에 있어서 통상의 숙련자를 돕기 위해 기술적 및 운영적 맥락에서 본 발명의 실시예를 제공하기 위해 제공된다. 명시적으로 나타나지 않는 한, 여기에 언급된 내용은 배경 기술 섹션에 포함되어 있다는 것만으로 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

다음은 통상의 숙련자에게 기본적인 이해를 제공하기 위해 개시내용의 단순화된 요약을 제공한다. 본 요약은 개시내용의 포괄적 개요는 아니며, 본 발명의 실시예의 주요/핵심 요소를 나타내거나 본 발명의 범위를 서술하기를 의도하지 않는다. 본 요약의 유일한 목적은 본 명세서에 개시된 일부 개념을 후술되는 보다 상세한 설명의 서문으로서 단순화된 형태로 제시하는 것이다.

본원에 설명되고 청구된 하나 이상의 실시예에 따르면, 힘/토크 센서는 TAP 및 MAP를 연결하는 각각의 빔의 단지 하나의 표면에 부착된 한 쌍의 변형 게이지를 포함한다. 2개의 변형 게이지는 예를 들어 빔의 중립 축의 양 측면 상에서 중립 축으로부터 이격되어 상부 표면에 부착된다. 상부 빔 표면에 대한 접근만을 요구함으로써, 매우 소형의 센서 설계가 가능하며, 이는 일 실시예에서, 단일 금속 소재 단편으로부터 기계 가공된다. 단일 표면은 변형 게이지를 회로 보드의 패드에 와이어 본딩하거나 변형 게이지를 가요성 회로 기판에 표면 실장하고 기판을 빔 표면에 부착하는 것과 같은 자동화된 제조 기술의 사용을 가능하게 한다. 2개의 변형 게이지는 쿼터 브리지 토폴로지(quarter bridge topology)로 연결될 수 있다. 3-빔 6-게이지 구성에서, 6개 변형 게이지의 양 및 음 출력의 합은 (압축력 또는 인장력 중 어느 하나의 변환으로 인해) 6개 힘/토크 축(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 5개에서 0이 되고, 종래 기술의 힘/토크 센서 설계는 6개 축 중 단지 4개 축에서만 이를 달성한다. 이는 온도 드리프트와 같은 공통 모드 신호 성분의 수학적 소거를 용이하게 한다. 일 실시예에서, 다른 쌍의 변형 게이지가 빔의 동일한 측면에 부착되고, 4개의 게이지는 하프 브리지 토폴로지(half-bridge topology)로 배선된다. 다른 실시예에서, 제2 쌍의 변형 게이지가 빔의 대향 측면에 부착되고, 4개의 게이지는 하프 브리지 토폴로지로 배선된다. 하프 브리지 토폴로지는 공통 모드 신호 성분의 전기적 제거를 달성한다. 일 실시예에서, 6개의 축 중 어떤 하나가 합이 0이 아닌 것인지는 여기 전위를 반전시킴으로써 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 일곱 번째 변형 게이지는 온도 보정을 위한 신호를 제공하기 위해 센서의 비응력 부재에 연결된다.

일 실시예는 힘/토크 센서에 관한 것이다. 센서는 제1 물체에 연결되도록 작동할 수 있는 툴 어댑터 플레이트(TAP) 및 제2 물체에 연결되도록 작동하는 마운팅 어댑터 플레이트(MAP)를 포함한다. 센서는 또한 TAP를 MAP에 연결하는 하나 이상의 변형 가능한 빔을 포함한다. 변형 게이지의 제1 쌍이 각각의 빔의 하나의 측면에만 부착된다. 변형 게이지의 빔의 중립 축의 대향 측면들 상에 있고, 중립 축으로부터 이격되며, 이들은 빔의 변형에 의해 야기된 빔의 하나의 측면의 표면 상의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 동작한다. 센서는 또한 모든 변형 게이지로부터의 전기 신호에 응답하여 제1 및 제2 물체 사이의 힘 및 토크의 방향 및 크기를 측정하도록 작동하는 측정 회로를 포함한다.

다른 실시예는 디스크형 금속 소재로부터 단일편 힘/토크 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다. 소재는 상단 및 저부 표면 사이에 두께를 갖는, 대체로 원형 형상의 동일 평면의 상단 및 저부 표면을 구비한다. 블라인드 포켓이 상단 표면에 밀링되고 그를 횡단한다. 블라인드 포켓은 소재 두께 미만의 깊이로 연장된다. 블라인드 포켓은 소재의 중심의 대체로 원형 허브, 허브 주변의 환형 본체 및 허브 반경방향 둘레에 배치되고 허브와 환형 본체 사이를 연결하는 하나 이상의 빔을 형성한다. 허브 및 빔의 상단 표면은 환형 본체의 상단 표면보다 낮아지도록 밀링된다. 릴리프 절삭부는 블라인드 포켓의 깊이 이하의 상단 표면으로부터의 거리에서 상단 표면과 평행하게 밀링된다. 릴리프 절삭부는 환형 본체와 빔을 통해 밀링되지만 허브를 통해 밀링되지는 않는다. 릴리프 절삭부는 허브는 연결되지만, 환형 본체 및 빔은 연결되지 않는 플로어를 형성하며, 따라서, 환형 본체는 빔에 의해서만 허브에 연결된 채로 남게 된다. 한 쌍의 변형 게이지는 빔의 중립 축의 대향 측면들에서 중립 축으로부터 이격되어 각각의 빔의 상단 측면에만 부착된다. 변형 게이지는 빔의 변형으로 인해 야기되는 빔 상단 측면의 표면의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 작동한다. 각각의 빔의 변형 게이지는 처리 회로에 전기적으로 연결된다.

본 발명의 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 이제, 본 발명의 바람직한 실시예를 아래에서 더 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기에 설명된 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시내용이 철저하고 완전해지며 통상의 숙련자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하도록 제공된 것이다. 동일한 번호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 힘/토크 센서의 평면도이다.
도 2는 도 1의 힘/토크 센서의 하나의 빔의 확대도이다.
도 3은 빔 상의 변형 게이지의 쿼터 브리지 회로 토폴로지의 단면도 및 기능 회로 개략도이다.
도 4a 내지 도 4g는 단일편 힘/토크 센서의 제조에서의 연속적인 단계를 도시하는 사시도이다.
도 5는 단일편 힘/토크 센서를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 PCB에 대한 와이어본딩 변형 게이지의 사시도이다.
도 7은 가요성 회로 기판에 표면 실장된 변형 게이지의 사시도이다.
도 8은 온도 보상 변형 게이지를 장착하기 위한 비응력 부재를 도시하는 힘/토크 센서의 단면 사시도이다.
도 9는 빔 상의 변형 게이지의 X 연결 하프 브리지 회로 토폴로지의 단면도 및 기능 회로 개략도이다.
도 10은 반전된 여기 극성을 갖는 하프 브리지 회로 토폴로지의 단면도 및 기능 회로 개략도이다.
도 11은 각각의 빔의 상단 표면에만 부착된 두 쌍의 변형 게이지를 갖는 힘/토크 센서의 평면도이다.
도 12는 도 9의 힘/토크 센서의 하나의 빔의 확대도로서, 하프 브리지 토폴로지를 도시하는 기능 회로 개략도가 중첩되어 있다.

간결성 및 예시의 목적으로, 본 발명은 주로 예시적인 실시예를 참조하여 설명된다. 이하의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 통상의 숙련자라면 본 발명이 이러한 특정 세부 사항들로 제한되지 않고 실시될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 설명에서, 잘 알려진 방법들 및 구조들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않는다.

본 발명의 변형 게이지 배치

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘/토크 센서(10)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. TAP(12)는 3개의 빔(16a, 16b, 16c)에 의해 MAP(14)에 연결된다. 도시된 실시예에서, 각각의 빔(16)은 TAP(12)에 직접 연결되고 기계적 하중 하에서 빔(16)의 변형을 돕는 굴곡부(17)에 의해 MAP(14)에 연결된다. TAP(12)는 관통 구멍(30)을 통해 또는 센서(10)의 하측에 있는 탭핑된 구멍(도 1에 도시되지 않음)에 의해 로봇 툴과 같은 제1 물체에 연결되도록 구성된다. MAP(14)는 복수의 장착 구멍(32)을 통해 로봇 암과 같은 제2 물체에 연결되도록 구성된다. 이 도면에서 명확하지는 않지만, TAP(12) 및 MAP(14)는 빔(16)에 의해서만 연결된다.

각각의 빔(16)의 상부 표면에(에만) 변형 게이지(1 내지 6)가 부착된다. 추후 설명을 위한 참조로서, 게이지 1 및 2는 빔 16a에 부착되고; 게이지 3 및 4는 빔 16b에 부착되고 게이지 5 및 6은 빔 16c에 부착된다. 도 1은 또한 3 차원 기준 데카르트 좌표계(z 방향은 도면 외부로 연장함)의 2개의 축을 도시하며, 이는 후속하는 개시내용에서 힘과 토크를 명확하게 표시하는 데 사용될 것이다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 힘/토크 센서(10)는 또한 각각의 변형 게이지(1 내지 6)로부터 전기 신호를 수신하고 신호를 처리하여 MAP(14)와 TAP(12) 사이에 적용된 힘(들) 및 토크(들)의 크기 및 방향을 해석하도록 작동하는 처리 회로를 포함한다. 이러한 처리 회로는 예를 들어 프로그램 코드 및 센서 데이터를 저장하도록 동작하는 메모리에 결합된 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.

도 2는 TAP(12)에 인가되는 힘 F로 인해 MAP(14)에 대해 변형되는 하나의 빔(16a)의 확대도이다. 이 힘은 빔(16a)을 약간 왼쪽으로 변형시킨다(도면은 크기비에 따르지 않음). 빔(16a)의 좌측 측면 표면에는 압축력이 유도되고, 우측 측면 표면에는 인장력이 유도된다. 종래 기술에서, 이들 표면 상에 장착된 변형 게이지는 반대 극성의 강한 신호를 발생시켰으며, 따라서 이 신호로부터 변형 및 인가된 힘 F를 확인할 수 있었다. 그러나, 빔(16a)의 상부 표면의 두 측면은 또한 중립 축(18)으로부터 거리가 멀어짐에 따라 증가하는 크기의 압축 및 인장 변형을 경험한다. 중립 축(18)은 일반적으로 빔(16a)의 상부 표면의 중심을 따라 아래로 뻗어있는 라인이며, 중립 축에서 빔(16a)의 좌측 측면 상에서 경험되는 압축 변형이 우측 측면 상의 인장 변형으로 전이된다. 따라서, 빔(16a)은 중립 축(18)에서 어떠한 변형도 겪지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 한 쌍의 변형 게이지(1, 2)가 빔(16a)의 상부 표면에만 부착된다. 변형 게이지(1, 2)는 중립 축(18)의 양 측면에 배치되고 중립 축(18)으로부터 이격된다. 변형 게이지(1, 2)로부터 반대 극성을 갖는 신호와 같은 차동 신호는 상부 표면의 평면에서의 빔(16a)의 굴곡(예를 들어, Tz, Fxy)을 나타낸다. 공통 모드 신호(동일한 극성)는 z 방향의(즉, Fz, Txy에 의해 야기되는) 빔(16a)의 굴곡을 나타낼 것이다.

일 실시예에서, 각각의 빔(16) 상의 변형 게이지 쌍은 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 고정된 저항기를 사용하여 쿼터 브리지 토폴로지로 배선된다. 도 1에 도시된 바와 같이 빔(16a-c)에 부착된 6개의 변형 게이지(1 내지 6)는 도 1의 기준 데카르트 좌표계를 사용하여 6개의 인가된 힘 및 토크 하에서 다음의 신호를 생성한다. 다음 표에서, 강한 인장력은 "T"로, 약한 인장력은 "t"로, 강한 압축력은 "C"로 약한 압축력은 "c"로 표시된다.

표 1을 살펴보면 각 하중 조건 하에서 생성된 신호가 고유한 패턴을 따르며, 따라서, 공지된 보정 매트릭스 프로세스에 의해 힘과 토크로 해석될 수 있음이 분명하다.

단일편 센서 제조 및 자동화 배선 옵션

단 하나의 빔 표면에 대한 접근이 필요하므로 힘/토크 센서의 기계 부품을 제조할 때 상당한 이점이 있다. 일 실시예에서, 전체 센서는 금속 단일편으로 제조된다. 이는 종래의 별도의 MAP 및 TAP 편과 이들에 대한 기계적 인터페이스를 제거하므로 부품 수와 필요한 조립 단계가 줄어든다. 추가적으로, 단일편 설계는 변형 게이지(1 내지 6)를 장착하기 위해 빔(16)의 상부 표면에만 접근하는 필요성으로 인해, 동일한 범위의 힘/토크 크기에 대해 작동하는 종래 기술의 힘/토크 센서보다 더 소형이다. 또한, 단일편 설계는 매우 높은 강성을 가지며, 볼트결합 조인트가 없으므로 미끄럼 가능성이 없다.

예를 들어, 알루미늄으로 제조된 단일편 힘/토크 센서가 도 4f 및 도 4g에 제시되어 있다. 센서(10)는 TAP(12) 부분을 관통하는 관통 구멍(30) 및 MAP(14) 부분 상의 장착 특징부(32)를 포함한다. 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 도시된 방법에 따라, 3/32 인치 이상의 엔드밀 절삭 툴을 사용하여 전기 방전 기계 가공(EDM; electrical discharge machining)없이 제조될 수 있다.

도 4a는 시작점을 도시한다: 평행하고 일반적으로 원형인 상단 및 저부 표면을 가지며 이들 사이에 두께를 갖는 금속 소재의 디스크형 단편. 도 4b에 도시된 바와 같이, 블라인드 포켓이 밀링되어 빔(16) 및 굴곡부(17)를 형성하며, 이는 또한 허브를 형성하기 시작하고, 이 허브는 MAP(14)가 될 환형 본체로부터 분리된 TAP(12)가 될 것이다.

도 4c는 TAP(12), 빔(16) 및 굴곡부(17)의 상부 표면이 MAP(14)의 상부 표면 아래에서 아래로 밀링되는 것을 도시한다. 이는 센서(10)의 MAP(14) 측에 대해 상승된 장착 표면을 생성한다. 비-구조 커버는 빔(16) 및 전자 장치를 먼지 및 기계적 손상으로부터 보호하기 위해 나중에 설치될 수 있다. 관통 구멍(30)이 장착 또는 전기 또는 유체 라인의 통과를 위해 요구되는 경우, 이는 도 4d에 도시된 바와 같이 TAP(12)를 통해 천공된다.

도 4e는 천공되고 탭핑된 MAP(14) 장착 구멍(32)을 도시한다. 일 실시예에서, 추가적인 비용 절감을 위해, 장착 구멍(32)은 MAP 및 TAP 측면 상에 동일한 패턴을 가지며, 단일 단계로 천공 및 관통 탭핑된다.

다음에, 릴리프 절삭부(34)가 도 4f에 도시된 바와 같이 센서(10)의 측면에 만들어진다. 릴리프 절삭부(34)는 빔(16) 및 굴곡부(17)를 형성하기 위해 밀링된 블라인드 포켓의 깊이 이상이다(MAP(14)의 상단 표면으로부터 측정됨). 따라서, 릴리프 절삭부(34)는 빔(16)을 통한 것을 제외하면, TAP(12)에 대한 임의의 기계적 연결로부터 MAP(14)를 분리시킨다. 환언하면, 도 4g의 단면도에 가장 잘 도시된 바와 같이, TAP(12)는 릴리프 절삭부(34) 아래의 센서의 "플로어"에 연결되지만, MAP(14)는 그렇지 않고, 오히려, 센서(10)에서 자유롭게 "부유"되며, 빔(16) 및 굴곡부(17)에 의해서만 TAP(12)에 연결된다. 완제품에서, 갭(34)은 압축성 발포체 개스킷으로 채워져 먼지 진입을 방지할 수 있다.

도 4f는 완성된 힘/토크 센서(10) 본체를 전체 사시도로 도시하고, 도 4g는 최종 센서 본체를 단면 사시도로 도시한다. 다양한 실시예에서, 전자 장치를 보호하고, 배선 및 LED 표시기 접근 등을 제공하는 추가 특징이 포함될 수 있다. 일 실시예에서, TAP(12)의 섹션은 그로부터 모든 기계적 변형을 크게 제거하도록 밀링되어, 여기에 더 상세히 설명된 온도 보상 게이지를 위한 장착 위치를 형성한다.

도 5는 디스크형 금속 소재로부터 단일편 힘/토크 센서(10)를 제조하는 방법(100)의 단계들을 도시한다. 소재는 대체로 원형 형상의 동일 평면의 상단 및 저부 표면과 상단 및 저부 표면 사이의 두께를 갖는다. 먼저, 블라인드 포켓이 상단 표면에 밀링되고, 그를 횡단한다. 블라인드 포켓은 소재 두께 미만의 깊이로 연장된다. 이들은 센서의 중심의 대체로 원형 허브(12), 허브 주변의 환형 본체(14) 및 허브(12) 주위에 반경방향으로 배치되고 허브(12)와 환형 본체(14) 사이를 연결하는 복수의 빔(16)을 형성한다(블록 102). 허브(12) 및 빔(16)의 상단 표면은 환형 본체(14)의 상단 표면보다 낮아지도록 하향 밀링된다(블록 104).

릴리프 절삭부(34)는 상단 표면으로부터 블라인드 포켓의 깊이 이하의 거리에서 상단 표면에 평행하게 밀링된다. 릴리프 절삭부(34)는 환형 본체(14) 및 빔(16)을 통해 연장되지만, 허브(12)를 통해서는 연장되지 않는다. 릴리프 절삭부(34)는 허브(12)는 연결되지만 환형 본체(14)및 빔(16)은 연결되지 않는 플로어를 형성한다. 이는 환형 본체(14)가 빔(16)에 의해서만 허브(12)에 연결된 채로 남게 한다(블록 106).

한 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)가 각각의 빔(16)의 상단 측면에만 부착된다. 각각의 빔(16) 상의 2개의 변형 게이지(1 내지 6)는 빔(16)의 중립 축(18)의 대향 측면들 상에 배치되고 빔(16)의 중립 축(18)으로부터 이격된다. 변형 게이지(1 내지 6)는 빔(16)의 변형에 의해 야기되는 빔(16)의 상단 측면의 표면상의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 작동한다(블록 108). 각각의 빔(16) 상의 변형 게이지(1 내지 6)는 처리 회로에 전기적으로 연결된다(블록 110).

일 실시예에서, 블라인드 포켓은 허브(12)로부터 빔(16)의 원위 단부에 배치된, 각각의 빔(16)을 가로지르는 굴곡부(17)를 더 형성한다. 굴곡부(17)는 환형 본체(14)에 연결된다. 추가적인 단계로서, 관통 구멍(30)은 툴에 대한 장착을 위해 또는 전기 와이어 또는 유체 라인의 통과를 용이하게 하기 위해 허브(12)를 통해 천공될 수 있고, 로봇 암에 대한 장착을 위해 환형 본체(14) 내에 복수의 장착 구멍(32)이 천공 및 탭핑될 수 있다. 배선 및 LED용 통로 및 온도 보상 변형 게이지를 장착하기 위한 비응력 부재(37)(도 8 참조)와 같은 추가적인 특징이 형성될 수 있다.

도 4a 내지 도 4g의 힘/토크 센서(10)는 종래 기술의 힘/토크 센서보다 더 소형이며, 더 소수의 부품의 제조 및 조립을 필요로 한다. 또한, 빔(16)의 상단 표면 상에만 변형 게이지(1 내지 6)를 위치시킴으로써, 종래 기술보다 더 짧은 배선 연장, 용이한 시선(sightline) 및 수공구 접근, 및 더 적은 기하형상 제약을 가능하게 한다. 또한, 빔(16)의 상단 표면 상에서의 모든 변형 게이지(1 내지 6)의 본 발명의 배치는 추가적인 비용 절약 제조 옵션을 가능하게 한다.

도 6에 도시된 일 실시예에서, 본드 와이어가 없는 게이지(1 내지 6)는 종래의 수단(예를 들어, 에폭시를 사용하여 수동으로)에 의해 빔(16)에 부착된다. 와이어패드(24)를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)(20)가 TAP(12)의 표면에 부착된다. 이어서, 와이어 본딩 기계로 게이지(1 내지 6)와 PCB 와이어패드(24) 사이에 직접적으로 전기 연결부(22)가 형성되어, 본드 와이어의 모든 수작업 처리가 제거된다. 전자 기술에서 잘 공지된 바와 같이, 자동 와이어본딩은 수동 배선보다 빠르고, 정확하며, 저렴하다.

다른 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 게이지(1 내지 6)는 솔더 패드가 폴리이미드 필름과 같은 가요성 회로 기판(26) 상의 표면 실장 장치(SMD) 패드 상에 하향 대면한 상태로 장착된다. 가요성 기판(26)은 TAP(12) 위와 같이 센서(10) 본체에 부착되고, 적어도 부분적으로 각각의 빔(16)의 상단 표면으로 연장되는 탭을 갖는다. 게이지(1 내지 6)는 픽-앤-플레이스 기계(pick-and-place machine)에 의해 모든 다른 회로 구성요소와 함께 가요성 기판(26) 상에 파퓰레이팅되고 리플로우되어 이들을 하향 남땜한다. SMD 패드는 기판(26) 상에 미리 형성된 회로 트레이스(28), 예를 들어 구리에 의해 다른 전자 장치에 연결된다. 이는 폴리이미드 재료의 굴곡으로 인한 신호 크기의 감소(예를 들어, 더 낮은 신호 대 잡음비)를 대가로 하여 모든 게이지 배선을 제거한다. 이 실시예에서, 변형 게이지(1 내지 6)의 수동 부착 및 배선이 모두 제거되어 비용 절감 및 증가된 품질, 균일성 및 생산 속도를 달성한다.

제로-섬(zero-sum) 계수

종래 기술 3-빔 힘/토크 센서에서, 변형 게이지의 두 세트의 3개 하프 브리지 토폴로지- 각각의 빔에 부착된 상단/저부 및 좌측/우측 게이지 -가 존재한다. 이 세트 각각은 그들이 반응하는 외부 하중에 대해 다른 것과는 주로 별개이며- 좌측/우측 세트는 크게 구분된다-왼쪽/오른쪽 세트는 수평 빔 굴곡(Tz 및 Fxy에 의해 유도됨)에 응답하고, 상단/저부 세트는 수직 굴곡(Txy 및 Fz에 의해 유도됨)에 응답한다. 이 배열에서 Fxy 또는 Txy가 적용될 때, 일부 빔은 한 방향으로 굴곡되고 다른 빔은 반대 방향으로 굴곡되어 각각의 게이지 쌍에서 반대 극성의 신호를 생성한다. 이러한 거동으로 인해, 보정 매트릭스의 계수는 수학식의 다양한 게이지 쌍에 대해 서로 다른 극성을 가지며, 이는 X/Y 하중을 해석한다. 이상적인 트랜스듀서(중요한 게이지 오정렬이나 누화가 없음)에서는 다양한 게이지 쌍이 계산된 출력에 동일하게 기여하지만 반대 방향으로 변형되기 때문에 이러한 X/Y 수학식의 계수는 합이 거의 0이 된다. 이러한 방식으로 계수의 합이 0이 될 때 게이지에 나타나는 임의의 공통 모드 신호는 수학적으로 소거된다. 이러한 공통 모드 신호는 일반적으로 그 최종 결과물 계산시 시스템에서 배제되어야 하는 온도-유도 영향이다.

전통적인 게이지 배열은 3개의 활성 게이지가 같은 방식(Fz 및 Tz)으로 반응하는 두 가지 경우가 있으므로, 이 두 축은 합이 0이 될 수 없고, 따라서, 예열(드리프트) 및 기타 온도 변화 동안 모든 게이지로부터의 원치 않는 공통 모드 신호가 소거되지 않고 합성되므로 열악한 성능을 나타낼 것이다.

대조적으로, 본 발명의 실시예는 모든(상단 표면에만 존재) 게이지가 모든 유형의 하중에 반응하기 때문에 이들은 Tz 축에 대해서도 제로-섬을 나타내고, 종래 기술에서와 같이 X/Y 하중의 경우에 제로-섬 이점을 유지한다는 현저한 이점을 나타낸다. 이는 본 발명의 센서(10)에서 Tz 하에서, 동일한 크기의 6개의 활성 신호가 존재하기 때문이다: 3개는 양의 극성을 갖고 3개는 음의 극성을 가짐. Fz는 합이 0가 되지 않는 유일한 축이며, 이 한 경우에는 다른 5개의 축과 동등한 성능을 얻기 위해서 대안적 보상 방법이 사용되어야 한다. 아래의 표 2는 도 3에 도시된 회로 토폴로지를 갖는, 도 1에 도시된 구성에 대한 이러한 성능 특징을 나타낸다.

각 행은 Fz(제3 행)를 제외하고는 합이 0이 되며, 이 경우 모든 게이지는 양의 극성의 신호를 출력한다.

온도 보상

상단 표면에만 있는 게이지의 가장 간단하고 저렴한 구현은 쿼터 브리지 회로 토폴로지를 사용하는 것이다. 쿼터 브리지 토폴로지는 2개의 게이지가 존재할 때 사용되는 전통적인 하프 브리지 토폴로지에 비한 특정한 고유의 단점을 가지고 있다는 것이며, 그 중 가장 두드러진 것은 온도-유도 오차이다. 하프 브리지 토폴로지에서 각 게이지에 동등하게 영향을 주는 신호(일반적으로 온도 변화에 의해 유도됨)는 그 전기적 배열에 의해 소거될 것이며, 차동 신호(하나의 게이지의 확장과 다른 게이지의 압축에 의해 유도됨)만이 하프 브리지 회로 출력에 존재하게 될 것이다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 쿼터 브리지 토폴로지에서 이러한 문제를 완화하기 위해, 온도 보상 방법이 사용된다. 일 실시예에서, 6개의 활성 게이지(1 내지 6)와 동일한 일곱 번째 변형 게이지는 인가된 힘 또는 토크 하에서 어떠한 기계적 변형도 겪지 않을 힘/토크 센서(10)의 부분에 부착된다. 온도 드리프트를 보상하기 위해 해석된 하중을 계산할 때 온도에 의해서만 영향을 받고 하중을 받지 않는 이 연장부(37)에 장착된 일곱 번째 변형 게이지로부터의 신호는 그후 다른 6개의 게이지(1 내지 6)의 신호로부터 수학적으로 제거된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일곱 번째 게이지에 대한 가능한 최소량의 기계적 커플링을 달성하기 위해, 힘/토크 센서(10)의 영역(35)은 어떠한 기계적 변형도 전달하지 않는 얇은 캔틸레버 연장부(37)를 형성하도록 밀링 제거된다. 온도 보상 변형 게이지는 연장부(37)의 단부에 장착된다. 도 8은 추가적으로 배선 채널(33)과 같은 다른 특징들이 필요 또는 희망에 따라 밀링 제거될 수 있음을 보여준다.

하프 브리지 토폴로지

본 발명의 다른 실시예에서, 하프 브리지 회로 토폴로지의 온도 소거 이점과 6개의 힘/토크 축 중 5개에 대한 제로-섬 이점 모두는 각각의 빔(16)의 저부 표면 및 상단 표면 상의 2개의 변형 게이지의 배치를 복제함으로써 달성된다. 이어서, 각각의 빔(16) 상의 4개의 게이지는 도 9에 도시된 바와 같이 하프 브리지 회로 토폴로지를 달성하기 위해 X 구성으로 연결된다. 이 구성은 위의 표 2에서 설명한 것처럼 쿼터 브리지 토폴로지와 동일한 출력 패턴을 생성한다.

변형 게이지 쌍을 각각의 빔(16)의 상단 및 저부 표면 모두에 부착함에 있어서, 상단 표면에만 있는 실시예의 고유의 공간 및 비용 이점 중 일부는 상실된다- 예를 들어, 센서(10) 설계는 계측기기 및 와이어 라우팅을 가능하게 하도록 빔(16)의 저부 표면에 대한 접근을 허용하여야만 한다. 그러나, 온도 드리프트 제거가 센서(10) 크기 또는 제조 비용보다 더 중요한 용례에서, 이들 실시예는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 보유한다. 예를 들어, 게이지 출력은 여전히 6개의 힘/토크 축 중 5개에서 합이 0이 되고(종래 기술에서는 6개 중 단지 4개에서만 그러함), 센서(10) 설계는 빔(16)의 측면 표면에 대한 접근이 필요하지 않다는 점에서 여전히 더 소형일 수 있다.

하나의 하프 브리지 토폴로지 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 변형 게이지들 중 하나의 여기 극성이 반전된다. 이는 아래의 표 3에 표시된 바와 같이 비-제로-섬 축을 Fz에서 Tz로 이동시키는 효과를 갖는다.

이 실시예는 Tz가 발생하지 않거나 그렇지 않으면 Fz의 정확한 측정보다 중요하지 않은 용례에서 특별한 유용성을 발견한다.

인가된 힘/토크가 단지 순간적인 것보다 긴 지속 기간 동안 인가되는 다른 실시예에서, 스위칭 회로는 먼저 도 9의 여기 극성을 적용하고, Fz 이외의 모든 축에 대해 제로-섬 신호를 얻는다. 인가된 여기 전압은 그후 도 10에 도시된 구성으로 스위칭되고, Tz는 비-제로-섬 신호를 생성하는 반면, Fz에 대해서는 제로-섬 판독이 얻어진다. 이러한 방식으로, 제로-섬 수학식이 6개의 힘/토크 축 모두에 적용되고 온도-유도 오차와 같은 모든 공통 모드 신호가 제거된다. 이는 전용 온도 보상 변형 게이지(그리고 오차의 수학적 제거)에 대한 필요성 또는 온도 보상 게이지를 위한 비응력 장착 지점을 제조할 필요성을 제거한다.

전술한 하프 브리지 회로 토폴로지 실시예의 주된 단점은 각각의 빔(16)의 상단 및 저부 표면 모두에 변형 게이지를 장착할 필요가 있다는 것이다. 도 11은 두 쌍의 변형 게이지가 각각의 빔(16)의 상단 표면에만 부착되는 힘/토크 센서(10)를 도시한다. 단일 쌍 실시예에서와 같이, 두 쌍의 변형 게이지는 각각 빔(16)의 중립 축으로부터 이격되어 그 양 측면에서 빔(16)의 상단 표면에만 부착된다. 일부 실시예에서, 변형-집중 구멍은 변형 게이지의 각 쌍 사이에 빔(16)을 통해 형성될 수 있다.

이 실시예에서, 각각의 빔(16) 상의 다수의 굴곡부(17)는 빔(16)의 자유 단부에서의 회전을 주로 방지하면서 상당한 압축 및 인장 하중을 방지한다. 이는 빔(16)이 모든 하중 조건 하에서 전단 변형하게 한다. 따라서, 게이지는 도 12에 도시된 바와 같이 전기적으로 연결될 때, 항상 모든 하중 조건 하에서 대략 동일한 양으로, 그러나, 반대 방향(인장/압축)으로 변형된다. 이 실시예의 기계적 설계는 약간의 추가된 복잡성을 나타내지만, 도 4a 내지 도 4g의 실시예와 관련하여 설명된 것과 동일한 프로세스 및 툴에 의해 제조될 수 있고, 이는 추가적으로 전체적 강성도의 증가를 초래한다.

장점

본 발명의 실시예는 종래 기술의 힘/토크 센서에 비해 많은 이점을 제공한다. 각각의 빔(16)의 상단 표면에만, 중립 축으로부터 이격되어 그에 걸쳐진 쌍으로 변형 게이지(1 내지 6)를 위치시킴으로써, 소형의 힘/토크 센서(10)의 제조가 가능하다. 일 실시예에서, 센서(10)는 종래의 밀링 작업만을 사용하여 단일 금속편으로 제조될 수 있다. 변형 게이지(1 내지 6)에 쉽게 접근할 수 있기 때문에 PCB에 대한 자동 와이어 본딩 또는 가요성 기판 상에서의 자동 픽-앤-플레이스(automated pick-and-place)의 사용이 가능하며- 양 경우 모두에서, 수동 배치 및/또는 배선을 제거한다. 모든 실시예는 6개의 힘/토크 축 중 5개에서 제로-섬 계수를 나타내어, 온도 변화에 의해 유도되는 것과 같은 공통 모드 신호의 수학적 제거를 가능하게 한다. 온도 보상은 또한 센서(10)의 비응력 부재 상에 온도 보상 변형 게이지를 배치함으로써 쿼터 브리지 토폴로지 실시예에 적용될 수 있다. 하프 브리지 토폴로지 실시예에서, 각각의 빔(16)의 저부 표면에 추가적인 쌍의 변형 게이지를 배치함으로써 공통 모드 신호는 6개의 제로-섬 힘/토크 축 중 5개에서 전기적으로 제거된다. 일 실시예에서, 비-제로-섬 축은 여기 극성을 반전시킴으로써 변경될 수 있으며, 따라서 전기적 온도 드리프트 제거로 모든 6개 축을 완전히 해석한다. 일 실시예는 상단 표면에만 변형 게이지를 장착하는 이점을 유지하면서 하프 브리지 토폴로지를 허용한다.

본 발명의 실시예는 3개의 빔(16a, 16b, 16c)을 갖는 것으로 도시되고 설명되었다. 3개의 계장화된 빔(16)이 6 축 힘/토크 하중을 해석하는 데 필요한 최소 수이지만, 일부 경우에는 더 많은 빔(16)이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 더 많은 빔이 센서(10)에 강성을 부가할 수 있고, 및/또는 빔 상의 계측기기가 현장에서 고장날 경우에 여분구조를 제공할 수 있다. 완전한 6 축 힘/토크 분해능이 요구되지 않는 특정 용례에서, 센서(10)는 2개 또는 심지어 1개의 빔(16)을 사용할 수 있다.

편의상 및 힘/토크 센서의 원리 및 작동을 설명하는 일관된 맥락을 제공하기 위해, 종래 기술 및 본 발명의 실시예 모두에서 TAP 및 MAP를 연결하는 빔은 본 명세서에서 4개의 표면- 정사각형 또는 직사각형 단면 -을 갖는 것에 관련되어 있다. 이는 일반적이고 경제적인 구성이지만, 본 개시내용 중 어떠한 것도 본 발명의 실시예를 4-표면 빔으로 제한하지 않는다. 통상의 숙련자는 빔이 임의의 다각형 단면(예를 들어, 삼각형, 팔각형 등) 또는 아치형 단면(예를 들어, 원형, 타원형, 난형 등)으로 형성될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 본원에 사용될 때, 정사각형 또는 직사각형 단면 이외의 빔에 적용되는 "하나의 표면", 상단/저부/측면/좌측/우측 표면 등과 같은 용어는, 힘/토크 기준 축에 의해 정의된 바와 같이 4개의 직교 방향 중 하나에서 보거나 접근되는 빔의 범위를 의미한다. 따라서, 예를 들어, 원형 단면을 갖는 빔에 부착된 한 쌍의 변형 게이지는 두 게이지가 길이방향으로 빔을 따른 0° 기준선을 형성하도록 z 축 방향으로 표면에 투영된 중심 축의 약 +/-45° 내에 있다면, 동일한, 상단, "측면"에 있는 것으로 고려된다. 통상의 숙련자는 본 발명의 교시를 다른 빔 형상에 용이하게 적용할 수 있다.

물론, 본 발명은 청구범위의 한정사항 내에 여전히 포함되면서 예시적 실시예로서 본 명세서에서 구체적으로 설명된 것 이외의 다른 방법으로 수행될 수 있다. 본 실시예는 모든 면에서 제한적이지 않으며 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 첨부된 청구범위의 의미 및 등가 범위 내에 있는 모든 변경이 여기에 포함되도록 의도된다.

Claims (19)

1. 힘/토크 센서(10)이며,
   제1 물체에 연결되도록 작동하는 툴 어댑터 플레이트, TAP(12);
   제2 물체에 연결되도록 작동하는 장착 어댑터 플레이트, MAP(14);
   TAP(12)를 MAP(14)에 연결하는 하나 이상의 변형 가능한 빔(16);
   각각의 빔의 하나의 측면에만 부착된 제1 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)로서, 변형 게이지(1 내지 6)는 빔(16)의 중립 축(18)으로부터 이격되어 중립 축의 대향 측면들 상에 있고, 빔(16)의 변형에 의해 야기된 빔(16)의 하나의 측면의 표면 상의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 작동하는, 제1 쌍의 변형 게이지; 및
   모든 변형 게이지(1 내지 6)로부터의 전기 신호에 응답하여, 제1 및 제2 물체 사이의 힘 및 토크의 방향 및 크기를 측정하도록 작동하는 측정 회로를 포함하는, 센서(10).
2. 제1항에 있어서, 빔(16)의 하나의 측면 상의 변형 게이지(1 내지 6) 사이에 각각의 빔(16)을 통한 변형-집중 구멍(36)을 더 포함하는, 센서(10).
3. 제1항에 있어서, 빔(16)에 부착된 변형 게이지(1 내지 6) 쌍은 쿼터 브리지 토폴로지로 2개의 고정 저항기(R1, R2)와 전기적으로 연결되는, 센서(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, TAP(12), MAP(14) 및 빔(16)은 모두 금속 소재의 단일편으로부터 기계 가공되어 일체형 유닛을 형성하는, 센서(10).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, TAP(12) 및 MAP(14) 중 하나에 연결되고 다른 하나에는 연결되지 않는 비응력 부재(37)를 더 포함하고, 비응력 부재는 제1 및 제2 물체 사이의 힘 또는 토크에 응답하여 변형되지 않으며, 비응력 부재에 부착된 변형 게이지(1 내지 6)를 더 포함하는, 센서(10).
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 변형 게이지(1 내지 6)의 출력은 양 또는 음의 극성을 가지며, 모든 변형 게이지(1 내지 6)의 모든 출력의 합은 그룹 Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz에서 선택된 6개의 힘/토크 축 중 적어도 5개에 대해 실질적으로 0이 되는, 센서(10).
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 빔(16)의 제1 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)에 대향한 측면에 부착된 제2 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)를 더 포함하고, 제2 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)는 빔(16)의 중립 축(18)으로부터 이격되어 중립 축의 대향 측면들 상에 있고, 빔(16)의 변형에 의해 야기되는 빔(16)의 대향 표면 상의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 작동하며, 각각의 빔(16) 상의 제1 및 제2 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)는 하프 브리지 토폴로지로 연결되는, 센서(10).
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 빔(16)의 제1 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)와 동일한 측면에 부착된 제2 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)를 더 포함하고, 제2 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)는 빔(16)의 중립 축(18)으로부터 이격되어 중립 축의 대향 측면들 상에 있고, 빔(16)의 변형에 의해 야기되는 빔(16)의 표면 상의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 작동하며, 각각의 빔(16) 상의 제1 및 제2 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)는 하프 브리지 토폴로지로 연결되는, 센서(10).
9. 디스크형의 금속 소재로부터 단일편 힘/토크 센서(10)를 제조하는 방법(100)이며, 소재는 상단 표면과 저부 표면 사이의 두께를 갖는 원형 형상의 평행한 상단 및 저부 표면들을 갖고, 방법(100)은,
   상단 표면을 횡단하여 상단 표면 내로 블라인드 포켓을 밀링하는 단계로서, 블라인드 포켓은 소재의 두께보다 작은 깊이로 연장되고, 소재의 중심에 대체로 원형 허브(12), 허브를 둘러싸는 환형 본체(14) 및 허브(12) 주위에 반경방향으로 배치되고 허브(12)와 환형 본체(14) 사이를 연결하는 하나 이상의 빔(16)을 형성하는, 단계;
   허브(12) 및 빔(16)의 상단 표면을 환형 본체(14)의 상단 표면보다 낮아지도록 하향 밀링하는 단계;
   환형 본체(14) 및 빔(16)을 통과하지만 허브(12)를 통과하지 않고 블라인드 포켓의 깊이 이하인 상단 표면으로부터의 거리에서 상단 표면과 평행한 릴리프 절삭부를 밀링하는 단계로서, 릴리프 절삭부는 허브(12)가 연결되지만 환형 본체(14) 및 빔(16)은 연결되지 않는 플로어를 형성하고, 빔(16)에 의해서만 환형 본체(14)가 허브(12)에 연결되는 상태로 남겨두는, 단계;
   빔(16)의 중립 축(18)으로부터 이격되어 중립 축의 대향 측면들 상에서 각각의 빔(16)의 상단 측면에만 한 쌍의 변형 게이지(1 내지 6)를 부착하는 단계로서, 변형 게이지(1 내지 6)는 빔(16)의 변형에 의해 야기되는 빔(16)의 상단 측면 상의 표면 상의 인장력 및 압축력을 전기 신호로 변환하도록 작동하는, 단계 및
   각각의 빔의 변형 게이지(1 내지 6)를 처리 회로에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는, 방법(100).
10. 제9항에 있어서, 블라인드 포켓은 허브(12)로부터 빔(16)의 원위 단부에 배치된 각각의 빔(16)을 횡단하는 굴곡부(17)를 더 형성하고, 굴곡부(17)는 환형 본체(14)에 연결되는, 방법(100).
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