力传感器作为现代工业和科技领域不可或缺的组成部分，其生产工艺流程复杂且对技术要求极高。本文将从应变片生产、弹性体制造两个工艺关键环节出发，深入分析其原材料、技术壁垒，并结合六维力传感器的产业格局，剖析国内外竞争态势。
一、 力传感器生产的关键制造环节
从力传感器的生产工艺流程来看，应变片的生产和弹性体的制造加工是两个至关重要的环节，它们直接影响着传感器的性能和质量。
1. 应变片的生产：材料与技术的挑战
• 原材料： 应变片生产涉及的原材料包括钢材、铝材、箔材、电线电缆等。
• 国内可采购： 钢材、铝材以及电线电缆等基础材料，国内供应相对充足。
• 进口依赖： 箔材因其材料特殊性，目前仍以进口为主，这构成了国内应变片生产的一大技术和供应链挑战。
• 技术壁垒：
• 生产工艺： 国外在应变片生产技术上处于领先地位，例如美国 Vishay、德国 HBM、日本 NMB 等企业。
• 高度自动化： 这些国际领先企业普遍采用高自动化程度的生产工艺，通过计算机自动控制和处理关键工序，确保产品批次间的高度一致性和稳定性。
• 关键技术： 包括箔材热处理技术（提高温度均匀性和性能一致性，降低热输出分散）、不锈钢传感器制造技术与负滞后应变计制作技术（实现高性能不锈钢传感器批量生产）、ZTC（温度零点）和 STC（温度灵敏度）补偿技术（保证传感器在不同温度下的性能稳定）。
• 国内面临的差距： 国内厂商如中航电测，虽然在国内市场实力较强，拥有接近国际水平的工艺装备和技术，部分指标达到世界水平，但仍与国际顶尖水平存在精度等方面的差距。
• 核心企业概览：
• 国际领先：
• Vishay (美国)： 世界最大的无源半导体器件、应变片制造商之一，拥有大量制造基地，其 Micro-Measurements (MM) 部门专注于高精度应变测量产品。
• HBM (德国)： 应变测量的先驱之一，拥有丰富的生产经验和超过 6000 种品类的应变片，在行业内享有盛誉。
• NMB (日本)： 在模具、轴承、精密电机等领域均有建树，其应变计和传感器业务也在全球布局。
• 国内代表：
• 中航电测： 国内应变片领域的佼佼者，拥有自主研发的箔材热处理技术和不锈钢传感器制造技术，并在 ZTC、STC 补偿技术方面处于领先地位。
2. 弹性体的制造：设计与精加工的艺术
• 定义： 弹性体是传感器的核心结构件，负责将外部力/力矩转化为可被应变片测量的形变。
• 供应商： 一般由传感器厂商自己采购上游钢材或铝材，根据传感器设计进行机械加工而成。
• 技术壁垒：
• 结构设计： 弹性体结构设计是保证传感器性能的关键。需要满足机械强度和刚度要求，更重要的是确保贴片部位的应力（应变）与被测载荷严格对应，并达到高应力水平以提高灵敏度。
• 高精度加工： 对材料的机械加工精度要求极高，微小的加工误差都可能导致耦合误差和精度下降。
• 应变片粘贴： 尽管部分一维力传感器可以实现自动化贴片，但对于六维力传感器，由于应变片数量多、体积小，全自动化贴片难度大，仍有大量依赖人工操作。人工贴片工艺的差异是导致同一批次产品性能差异的重要原因。
二、 六维力传感器的技术壁垒与产业格局
六维力传感器因其能够同时测量力和力矩，实现全方位的受力洞察，在机器人、自动化等领域具有不可替代的作用。然而，其生产涉及应变片生产、弹性体设计、参数标定等一系列高技术门槛。
1. 六维力传感器面临的技术挑战
• 维间耦合： 如前文所述，这是六维力传感器面临的最大技术挑战之一，尤其 是非线性维间耦合，处理难度极大。
• 高精度标定： 需要精确的标定装置（如六维联合加载设备）来获取准确的标定数据，构建解耦算法模型。
• 集成与小型化： 在实现多维度测量的同时，保持传感器结构的紧凑性和安装的便捷性。
2. 全球六维力传感器产业格局
• 国际领先企业：
• ATI Industrial Automation (美国)：全球知名的机器人零部件供应商，在六维力传感器领域拥有广泛的产品系列（Axia, Nano, Mini, Gamma, Delta, Omega 等），以高性能和高量程著称，市场占有率领先。
• onRobot (丹麦)： 由多家专业机器人技术公司合并而成，专注于机器人末端执行器和配件，其力/扭矩传感器是其产品线的重要组成部分，推动协作机器人技术发展。
• 国内积极入局者：
• 柯力传感： 国内应变式传感器的领军企业，长期占据称重传感器市场主导地位。目前正积极布局多维力系列产品（包括六维力传感器），已成立专门的机器人传感器事业部，虽然多维力产品尚处于研发和小批量试制阶段，但其强大的研发实力和现有技术基础预示着其在该领域的潜力。
• 宇立仪器： 由原美国 FTSS 总工程师创立，与 ABB 等国际顶级机器人企业建立了紧密的合作关系，产品应用于机器人打磨、组装、汽车碰撞测试等领域。其六维力传感器已达到较高的技术水平，并符合医疗设备等高标准应用的要求。
三、 产业发展趋势与展望
• 技术融合： 应变片生产技术与弹性体制造工艺的不断优化，结合先进的解耦算法，将是提升六维力传感器性能的关键。
• 国产替代： 随着国内厂商在材料、制造工艺和算法研发上的不断投入，本土六维力传感器有望逐步实现对进口产品的替代，尤其是在成本和定制化服务方面。
• 集成应用： 六维力传感器将更深入地与机器人、自动化系统集成，实现更高级别的智能化和自主化操作。
• 新材料与新工艺： 对新型材料（如高性能合金）和更先进的制造技术（如增材制造）的探索，将为下一代力传感器的发展带来新的机遇。
总而言之，力传感器的生产是一个集材料科学、精密制造、电子技术和软件算法为一体的复杂系统工程。应变片和弹性体作为核心部件，其生产工艺的成熟度直接决定了传感器的性能上限。在六维力传感器领域，国内外企业正在激烈竞争，中国企业正凭借其在工业基础和市场需求方面的优势，快速追赶并在特定领域展现出强劲的发展势头。