[发明专利]一种大量程压阻式高频响固定式四分量铣削力传感器

权利要求书

1.一种大量程压阻式高频响固定式四分量铣削力传感器，其特征在于：传感器（2）为一个整体结构零件，被加工工件（1）通过夹具固定在传感器（2）上，传感器（2）固定于铣台（3）上；

所述传感器（2）采用支撑梁加变形梁的复合结构设计，共十二根变形梁，传感器（2）以竖直中心轴（8）四面对称，且每面又以该面内的竖直对称轴（9）左右镜像对称，传感器（2）包括载物平台（4）、竖直变形梁（5）、水平变形梁（6）、固定底座（7）四部分，载物平台（4）通过竖直变形梁（5）和水平变形梁（6）连接在固定底座（7）上，靠近竖直中心轴（8）的方向相对为内侧，而靠近传感器（2）四边的方向定义为外侧，靠近竖直对称轴（9）的方向相对为内端，而靠近传感器（2）四角的方向定义为外端；

所述的竖直变形梁（5）共四个，以竖直中心轴（8）四面对称，每个为长方体竖直薄板结构，该薄板结构以竖直对称轴（9）左右镜像对称，其顶面与载物平台（4）底面相接，其底面与固定底座（7）上表面相连，其内壁与固定底座（7）环形内壁竖直共面，其外壁与载物平台（4）外壁竖直共面，竖直变形梁（5）与载物平台（4）接触面的水平长度为载物平台（4）水平边长的1/3；

所述的水平变形梁（6）共四组，以竖直中心轴（8）四角对称，分别位于载物平台（4）的四角处，每组由两个相同尺寸的长方体水平薄片组成，以过竖直中心轴（8）与载物平台（4）的竖直侧边所成的半对角平面为对称面，每组的两薄片结构分别关于其中一组半对角面镜像对称，并在水平面内呈90°夹角，每组水平变形梁（6）的内壁分别与载物平台（4）两相邻外壁连接，其外壁与固定底座（7）相接固定，其上顶面与固定底座（7）隆起部分的上表面水平共面，其下底面与载物平台（4）下底面水平共面；

所述的竖直变形梁（5）既为竖直Z向的变形梁，也为水平X、Y向以及竖直Z向的支撑梁，分别在各组竖直变形梁（5）靠近其外端面和固定底座（7）的两个外壁下角处，竖直贴装第一压阻式MEMS硅微力敏芯片（10），用以检测铣台（3）受到的竖直Z向作用力；水平变形梁（6）仅起水平支撑作用，分别在各组水平变形梁（6）靠近其外端面和载物平台（4）外壁的上表面夹角处，水平贴装第二压阻式MEMS硅微力敏芯片（11），用以检测铣台（3）受到的水平X向或Y向作用力，并间接获得铣刀施加的主轴扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种大量程压阻式高频响固定式四分量铣削力传感器，其特征在于：所述的载物平台（4）为四方体结构，以竖直中心轴（8）四面对称，且每面又以该面内的竖直对称轴（9）左右镜像对称，上、下面为正方形，用于承载和固定被加工工件（1）。

3.根据权利要求1所述的一种大量程压阻式高频响固定式四分量铣削力传感器，其特征在于：所述的固定底座（7）为四方环形结构，以竖直中心轴（8）四面对称，且每面又以该面内的竖直对称轴（9）左右镜像对称，中部近似为方形空洞，四角处向上隆起，且各钻削有一个通孔。

4.根据权利要求1所述的一种大量程压阻式高频响固定式四分量铣削力传感器，其特征在于：所述的第一压阻式MEMS硅微力敏芯片（10）和第二压阻式MEMS硅微力敏芯片（11）为两对构造相同的传感器应力应变转换芯片，由MEMS工艺制作，芯片内部集成差动敏感梁，且在各差动敏感梁上内置半导体电阻丝，半导体电阻丝组成惠斯通全桥电路。