测力分析在工业制造领域的应用
珠海市长陆工业自动控制系统有限公司 凌见君

【摘 要】 本文简要叙述了在工业制造过程中通过对力、扭矩的监控从而判断产品质量的方法
【关键词】测力分析 装配 工业制造 力值保持 质量
【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
随着制造业的不断发展，制造业企业面对客户对质量要求的不断提高，在零部件加工制造过程中，如何判断压入、夹紧、旋紧、铆接等动作是否有效，如何判断两个零部件的配合是否合格，是关系到产品品质的关键问题之一。众多零部件制造厂商广为采取的测试手段是力值保持（Force Hold）技术。
二、原理及系统构成
利用应变式传感器（称重传感器Load cell、扭矩传感器Torque Transducer）将受到的力转换为相对应的mV（一般范围为±30mV）信号，利用只能力值仪加以分析、判断、甄选。从而判断产品质量，系统构成如图1、图2所示：
图1 安装扭矩检测系统的拧紧装配系统示意图
图2 安装力值检测系统的压入装配系统示意图
如图1、图2所示，在需监测工位的气缸、油缸等压杆上安装荷重传感器作为压头，并安装针对零件的工模，当压向零件时，产生的信号传入高速采样力值分析仪UNI800F系列形成有效区间的波形，并将质量控制点（即力或扭矩）保持，并判别，不合格则输出开关报警或指示，合格则录入电脑存档。
为什么可以通过力的分析来甄别有关动作是否有效呢？这是因为同一工位对应的同种工件在压入、旋紧、铆接等等动作过程时，会由于工件加工精度、材质不同等原因而产生不同的反向力，通过对这个力波形中“质量控制点”的确认是否落在正常区域内来判断产品加工是否合格。
三、制造过程质量判别
质量控制点的确定，是检验产品合格与否的关键，由于这一点是非肉眼能观察的，于是在进行力的分析中需要将其保持下来，作为判别或作为质控档案存入上位机。
由于在压入等动作过程中随着时间在不同位置力将呈现各种变化，其中的某个区间力的波形，某个力值点大小可以作为产品合格与否的指标。由此我们需要对零件的装配加工进行科学有效的分析。
以拐点判断配合质量：
通过我们的应用实践知道，不同的材质零件，不同的动作方式，不同的形状，不同的装入路径等等因素在分析中都必须考虑。图3中不良品B2为轴套内孔布满毛刺，不良品B1为轴套内孔下半层布满毛刺，合格品为按工艺要求光滑内孔，在这三种情况下，轴压入过程T1区间产生不同的波形，由此判别区间T1为有效区间，其中a点为质量控制点，需要将其保持，可见一般来说，zui直观的办法是比较次品与合格品产生的力的波形，由此确定有效区间及保持点。
图3 不同品质零件压入波形图
以采样点判断配合质量：
以采样点作为质量控制依据适用于行程较长的孔和轴配合的装配，例如洗衣机减速离合器、硅油风扇离合器等的装配，通常孔具有适当的锥度，压入行程越长受力越大，通常在即将到位的位置通过行程开关进行采样，从而确定配合的质量。如图4所示，图中A、B、C为配合度不同的三条曲线，其中a、b、c为对应的采样点，从压入过程曲线我们可以看到，A产品配合度适中，为合格产品；而B产品配合过盈稍大，可能撑坏轴套，达不到设定工艺要求；C产品为间隙配合，配合不够紧密从而达不到设定工艺要求；
而作为不同的产品，所需确定的质量控制点也是千变万化的，常见的质量控制点有如下几种：
四、结语
过程测力分析系统针对制造业生产过程中生产工具的应力、扭矩及产品的重量、应力等参数进行的检测，如自行车前叉装配过程、压铸成型过程、滚轧、拉拔、锻造或冲压以及在纵向压紧、装配、铆接的过程应力监控；对成品的检测如汽车刹车力、振动试验应变力、材料拉压力试验等。通过对这些数据的分析、记录，制造过程可以重复进行，产品质量得到检测、记录和提高，同时可建立起产品质量档案，对产品材料、制造、装配、安装等环节进行监控和记录，形成产品质量跟踪机制，可有效防止产品质量纠纷。目前在工业制造过程已有广泛的应用。

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