疲労試験とその先のための力測定の再考

測定機器を購入するという決定は決して軽視すべきではありません。ドロップインジケーターを調達する場合でも、複数の承認署名を必要とする数百万ドルの座標測定機を調達する場合でも、品質管理測定の結果は、それを実行するために使用される機器によってのみ優れています。品質テストの課題と利用可能なソリューションの徹底的な評価が行われるまで、反射的に最低価格や使い慣れたモデル番号を求めることは抵抗する必要があります。これは、材料または部品の機械的特性に関する品質管理目標を破壊、引き裂く、作動、またはその他の方法で達成するために必要な力の量を測定するための機器を購入する場合ほど真実です。

力測定とは、圧縮力または引張力の測定を指します。計量や材料試験と密接に関連していますが、混同しないでくださいが、業界では力測定の用途が豊富にあります。典型的な例としては、パッケージのシール強度の決定、ワイヤ端子の取り外し、スイッチの作動、バネ力などがあります。力測定の最も身近な具現化であるユビキタス力ゲージは、何十年も前にその起源があります。単純なばね式はかりから進化した今日のハンドヘルド力計は、数年前のクローゼットサイズの引張試験機と同じくらい正確で高度です。

今日のフォースゲージには、テストスタンドが加わり、これも洗練されています。通常、ネジ駆動のクロスヘッドは力計を上下に動かして力を生成し、テストが完了すると反転します。テストスタンドのコントローラーは、速度を調整し、指定された負荷、距離、またはサンプルの破損が発生した場合にモーターを停止し、クロスヘッドを循環させ、PCからのコマンドを受け入れることができます。パーソナル コンピューティングのイノベーションが急速に進歩したのと同じように、品質管理の質問に対して有用でコスト効率の高い回答を提供する力測定システムの機能も進歩しました。これらの回答は、引張試験装置または圧縮試験装置がどのようなものでなければならないかについてのこれまでの概念を覆しました。

力測定機器が品質管理エンジニアや研究者が ISO、ASTM、または社内で開発された規格を満たすのに役立つかどうかを判断するには、規格の要件を徹底的に検査することから始まります。標準的なテスト手順に典型的なコアパラメータのいくつかを考えてみましょう。

これらのパラメータを力測定器の機能と比較すると、テストスタンド、力計、適切なグリップ、およびデータ収集ソフトウェアで構成されるシステムがアプリケーションを満足できることが多くのアプリケーションで明らかになる場合があります。

電動テストスタンドは、指定された速度で動作するようにプログラムでき、変位測定用の内部スケールを取り付けることができます。フォースゲージは、国際的に認められたレベルの精度でピーク値とリアルタイム値を表示でき、多数の標準グリップと固定具がすぐに利用できます。多くの場合、カスタム治具は、多種多様なサンプルの形状とサイズを反映するように製造されます。

データ収集ソフトウェアは、力対時間または力対変位の表作成とプロットのピーク測定値または連続力測定値をキャプチャします。統計計算、エクスポート、およびレポート作成ツールは、通常、基本的なソフトウェアパッケージで利用できます。より単純なアプリケーションでは、プリンターを使用して結果と基本的な統計を印刷できます。一部のテストスタンドは、オペレーターの影響を軽減し、テストスループットを向上させ、データ収集を改善するために、PCソフトウェアで制御できます。

OEMタイプのアプリケーションでは、力測定はアナログデータ収集システムの実行可能な代替手段となり得ます。フォースゲージは、ゲージの設定値、デジタル、フットスイッチ、およびアナログ入出力をプログラマブルロジックコントローラ(PLC)と接続することで、不可欠なコンポーネントになります。一例としては、電子機器メーカーが接着剤で 2 つの部品を接合することがあります。接着剤を適切に硬化させるには、指定された時間、指定された力が必要です。力に達したときに顧客のプレスを停止するために、ゲージが監視されます。別の用途では、医療機器製造施設で使用するために、フォースゲージを縫合糸引抜試験機に統合します。

テストスタンドベースのシステムは、ワイヤーハーネス生産ラインのテストステーションなど、完全なシステムに統合することもできます。テストスタンド、フォースゲージ、PLC間のシリアル通信により、スタンドを自動的に実行し、データを収集し、不適合サンプルが検出された場合に生産ラインを停止できます。

校正は簡単なプロセスです。通常、力測定システムで校正が必要な唯一の部分は、力ゲージ自体です。期限が来ると、テストスタンドから取り出されて実験室に運ばれ、そこで自重またはマスターロードセルを使用してフルスケールまで校正し、その間のいくつかのポイントで校正します。したがって、校正技術者が校正のためにテストステーションに行く必要はありません。

これらの例では、力測定器は、過去にはより高価な代替品がデフォルトの選択肢であった場合に使用されました。しかし、技術の進歩にもかかわらず、力測定が中断された部分から材料試験が引き継がれています。材料試験は、材料、コンポーネント、またはアセンブリの機械的特性に関する豊富な科学的情報を明らかにし、産業、研究、教育機関にとって非常に貴重です。洗練されたソフトウェアと非常に小さなたわみの測定の組み合わせにより、材料試験機は世界中の品質管理研究所でその地位を獲得しています。

力測定システムのたわみ測定の精度と分解能は、通常、信頼性の高い測定には粗すぎるため、鋼の引張試験や剛性ばねワッシャーの圧縮試験などの用途が困難になります。このような場合、伸び計と解析ソフトウェアを搭載した材料試験機が不可欠です。このようなソフトウェアは、応力対ひずみ曲線をキャプチャして、材料の特性評価に役立ち、ヤング率や降伏強度などの重要な特徴を自動的に特定します。業界固有の係数の計算を必要とするより特殊なアプリケーションの場合、材料試験ソフトウェアは多くの場合、そのような結果を提供できます。

洗練には学習曲線が伴うため、材料試験機は伝統的に実験室タイプの環境で訓練を受けた専門家によって使用されてきました。力測定装置は材料試験機に取って代わることはできませんが、通常、より集中した機能を反映して、よりシンプルなインターフェースを備えています。多くの企業にとって、力測定装置と材料試験装置(おそらく、入ってくる原材料をテストするための材料試験機と、完成したコンポーネントまたはアセンブリを測定するための力測定システム)が共存する必要があります。

今日の競争の激しい製造環境では、テストアプリケーションと利用可能な機器の機能を注意深く分析することがより重要になっています。力測定装置の機能と限界について学ぶことで、調達の意思決定をより適切に導くことができます。このような意思決定を最適化することで、機器とメンテナンスのコストが削減され、オペレーターのトレーニング時間が短縮され、スループットが向上します。

• 品質管理測定の結果は、それを実行するために使用される機器と同じくらい良いものになることに注意してください。

• 力測定機器が ISO、ASTM、または社内で開発された規格を満たすのに役立つかどうかを判断するには、規格の要件を徹底的に検査することから始まります。

• 多くの企業にとって、力測定装置と材料試験が必要です