力量值的测试方法（力量测试常遇三大问题及解决方案）

力量值的测试方法（力量测试常遇三大问题及解决方案）最后，各种努力下来，耗时7-30天不等，工程师时间花了不少，好像是改善了那么一点点，项目要验收，要试运行，但是那两个问题依旧存在，造成的结果就是力量测试精度严重不够，工程师时间浪费太多，项目延期，人力成本超支，于是搁置此问题，但是下次出现问题后再次按照上面几个方面重来一遍，再次出现…，相信很多做过力量测试的工程师深有体会！！！图1 典型的干扰波形（摘自某论坛） 根据现象，电气工程师一般会定位为电机干扰问题，工厂电源环境噪声问题，接地问题等等；然后是查资料、问供应商，会给出改善走线布局，加滤波器，磁环，电抗，单点接地，接地那里加电容，还有各种屏蔽，各种电气隔离，甚至有的物理隔离都出来了，夸张的把信号放大器用塑料盒包起来，还有更夸张的把力量传感器用塑料件与机器本体隔离。

问题1、信号干扰问题

典型表现:

1）伺服电机或者变频器一开，力量波动剧烈，有时有1%量程以上，关了之后好了

2）在装配现场OK，一到客户现场各种问题来了，信号波动，测不准等等；要么就是间断性的早上好，下午波动大，偶发性不稳定等等….

根据现象，电气工程师一般会定位为电机干扰问题，工厂电源环境噪声问题，接地问题等等；然后是查资料、问供应商，会给出改善走线布局，加滤波器，磁环，电抗，单点接地，接地那里加电容，还有各种屏蔽，各种电气隔离，甚至有的物理隔离都出来了，夸张的把信号放大器用塑料盒包起来，还有更夸张的把力量传感器用塑料件与机器本体隔离。

图1 典型的干扰波形（摘自某论坛）

最后，各种努力下来，耗时7-30天不等，工程师时间花了不少，好像是改善了那么一点点，项目要验收，要试运行，但是那两个问题依旧存在，造成的结果就是力量测试精度严重不够，工程师时间浪费太多，项目延期，人力成本超支，于是搁置此问题，但是下次出现问题后再次按照上面几个方面重来一遍，再次出现…，相信很多做过力量测试的工程师深有体会！！！

问题2、测试速度问题

自动化测试（非专业的力量测试设备厂家）通常会使用PLC或PCI采集卡采集力量传感器信号；

1）使用PLC的AD模块采集信号，受制于PLC的AD的采样速率及信号带宽影响，测试速度稍快一点，绘制波形完全失真，典型的中小型PLC扫描AD采集频率100Hz，信号带宽不到10Hz，对于快速变化力量采集无法抓取特征点，真实信号完全被滤除，必须控制在非常慢速才有可能测试到有效数据。

所以在专业领域，我们几乎看不到用PLC做力量测控应用的厂家，特别是需要绘制波形，检测动态数据的。

1000Hz 500Hz 200Hz 100Hz 1000Hz

图2 1000-500-200-100-1000Hz采样时同一产品同一速度下的力量-行程波形图

产品为鼠标的轻触开关

2）PCI采集卡，此类采集卡一般可以做到很高的信号采样频率，但是对于需要控制依靠力度反馈的应用，比如到达某个设定力量值后反弹（类似于用机械臂压鸡蛋，碰到后立即缩回机械臂不压坏鸡蛋），此时往往需要依赖于电脑本身扫描PCI采集卡的速度，检测到力后控制运动控制卡以控制电机做出规避动作；

而操作系统因为其固有特性，控制PC软件连续不停扫描PCI卡会造成CPU严重占用（超95%以上，改善程序例如1ms以上扫描一次可低于40%占用），操作系统还会出现不定期的卡顿现象，例如在程序运行时突然卡顿了10ms，此时的10ms整个系统实际是处于失控状态，为了防止出现该类偶发性的故障以及CPU占用问题，实际的做法也是将测试速度降低，实际我们可以看到，即使是部分专业做力量测试应用的厂家，丝杆电机类运动他们的测试速度一般会控制在100-200mm/min，无法加快；测试时他们会要求操作人员不要动电脑（因为动一下电脑极有可能触发突发性的软件卡顿，采集数据及控制出错，特别高速时）。

提高采样频率可以提高测试数据的准确性，在更高测试速度时，更准确的抓取有效的数据，如上图所示，不同采样下，同一样品同一速度的测试数据完全不一样，在100Hz时数据已经失真到无法识别有效特征点。

下图为典型连接器的测试波形图，测试速度为1000mm/min；不同采样下数据误差10%

1000Hz 500Hz 200Hz 100Hz 1000Hz

图3 1000-500-200-100-1000Hz采样时连接器插拔力的力量-行程波形图

某手机厂按键测试项目，对方某自动化公司（有规模，设计人员有100 ）设计了3个测试轴，使用PCI卡采集力量-行程波形，机器整体看起来非常高大上，但是测试时在速度降低到10mm/min时仍出现严重的信号延迟，电脑卡顿，数据重复性极差的问题，3个波形图都不能同步显示，期间更换了采集卡、传感器、放大器，更改过结构布局等等，最后该自动化公司的项目依然以失败告终，历时6个月以上。

实际上市面上常规的拉力试验机、材料试验机，其采样频率一般只有50-100Hz，而信号带宽甚至只有10Hz，也就是说一个正确的信号需要在延迟100ms后才能有效响应，所以这类厂家通常要严格要求用户不要过载，测试速度要慢，等等；超过1kHz，2kHz采样速率的万能材料试验机基本只有进口品牌如英斯特朗、MTS等公司才有。

问题3、过载问题

实际是问题1和问题2的衍生问题：

1）因为测试精度严重不够，比如测试1kgf力量时，就选了2kgf量程的小力量传感器，传感器越小，成本越高，也越容易损坏；

我们了解到某大型开关制品厂，按键按压力测试机只有几台，却常备30-40只力量传感器用于传感器损坏时更换！

2）速度太快，采样检测速度严重不够，等到控制系统检测到力