測力分析在工業制造領域的應用
珠海市長陸工業自動控制系統有限公司 凌見君

【摘 要】 本文簡要敘述了在工業制造過程中通過對力、扭矩的監控從而判斷產品質量的方法
【關鍵詞】測力分析 裝配 工業制造 力值保持 質量
【Abstract】 This article briefly narrated the product quality judgments method in the industry manufacture process through monitoring and analysis the strength and torque.
【Keywords】 Force analysis, Assembly, Industry manufacture, Force hold, quality
一、前言
隨著制造業的不斷發展，制造業企業面對客戶對質量要求的不斷提高，在零部件加工制造過程中，如何判斷壓入、夾緊、旋緊、鉚接等動作是否有效，如何判斷兩個零部件的配合是否合格，是關系到產品品質的關鍵問題之一。眾多零部件制造廠商廣為采取的測試手段是力值保持（Force Hold）技術。
二、原理及系統構成
利用應變式傳感器（稱重傳感器Load cell、扭矩傳感器Torque Transducer）將受到的力轉換為相對應的mV（一般范圍為±30mV）信號，利用只能力值儀加以分析、判斷、甄選。從而判斷產品質量，系統構成如圖1、圖2所示：
圖1 安裝扭矩檢測系統的擰緊裝配系統示意圖
圖2 安裝力值檢測系統的壓入裝配系統示意圖
如圖1、圖2所示，在需監測工位的氣缸、油缸等壓桿上安裝荷重傳感器作為壓頭，并安裝針對零件的工模，當壓向零件時，產生的信號傳入高速采樣力值分析儀UNI800F系列形成有效區間的波形，并將質量控制點（即力或扭矩）保持，并判別，不合格則輸出開關報警或指示，合格則錄入電腦存檔。
為什么可以通過力的分析來甄別有關動作是否有效呢？這是因為同一工位對應的同種工件在壓入、旋緊、鉚接等等動作過程時，會由于工件加工精度、材質不同等原因而產生不同的反向力，通過對這個力波形中“質量控制點”的確認是否落在正常區域內來判斷產品加工是否合格。
三、制造過程質量判別
質量控制點的確定，是檢驗產品合格與否的關鍵，由于這一點是非肉眼能觀察的，于是在進行力的分析中需要將其保持下來，作為判別或作為質控檔案存入上位機。
由于在壓入等動作過程中隨著時間在不同位置力將呈現各種變化，其中的某個區間力的波形，某個力值點大小可以作為產品合格與否的指標。由此我們需要對零件的裝配加工進行科學有效的分析。
以拐點判斷配合質量：
通過我們的應用實踐知道，不同的材質零件，不同的動作方式，不同的形狀，不同的裝入路徑等等因素在分析中都必須考慮。圖3中不良品B2為軸套內孔布滿毛刺，不良品B1為軸套內孔下半層布滿毛刺，合格品為按工藝要求光滑內孔，在這三種情況下，軸壓入過程T1區間產生不同的波形，由此判別區間T1為有效區間，其中a點為質量控制點，需要將其保持，可見一般來說，zui直觀的辦法是比較次品與合格品產生的力的波形，由此確定有效區間及保持點。
圖3 不同品質零件壓入波形圖
以采樣點判斷配合質量：
以采樣點作為質量控制依據適用于行程較長的孔和軸配合的裝配，例如洗衣機減速離合器、硅油風扇離合器等的裝配，通常孔具有適當的錐度，壓入行程越長受力越大，通常在即將到位的位置通過行程開關進行采樣，從而確定配合的質量。如圖4所示，圖中A、B、C為配合度不同的三條曲線，其中a、b、c為對應的采樣點，從壓入過程曲線我們可以看到，A產品配合度適中，為合格產品；而B產品配合過盈稍大，可能撐壞軸套，達不到設定工藝要求；C產品為間隙配合，配合不夠緊密從而達不到設定工藝要求；
而作為不同的產品，所需確定的質量控制點也是千變萬化的，常見的質量控制點有如下幾種：
四、結語
過程測力分析系統針對制造業生產過程中生產工具的應力、扭矩及產品的重量、應力等參數進行的檢測，如自行車前叉裝配過程、壓鑄成型過程、滾軋、拉拔、鍛造或沖壓以及在縱向壓緊、裝配、鉚接的過程應力監控；對成品的檢測如汽車剎車力、振動試驗應變力、材料拉壓力試驗等。通過對這些數據的分析、記錄，制造過程可以重復進行，產品質量得到檢測、記錄和提高，同時可建立起產品質量檔案，對產品材料、制造、裝配、安裝等環節進行監控和記錄，形成產品質量跟蹤機制，可有效防止產品質量糾紛。目前在工業制造過程已有廣泛的應用。

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