Měřiče Mark-10: měření síly v průmyslových aplikacích

E-booky zdarma	Školení v oblasti pájení	ESD inspekce

Co je vlastně síla? George Lucas měl svoji pravdu, když razil slavnou větu, „Nechť tě provází síla“. Máte-li v boji s mezigalaktickými nepřáteli jen lehkou šavli, je nepochybně lepší, je-li síla na vaší straně a nikoliv proti vám. Jistě existují různé definice toho, co je to „síla“, jaká je však ta správná definice pro pouhé smrtelníky?

Na vysokých školách nebo univerzitách se při fyzice učí, že síla je zastrašující subjekt, plný podivných řeckých písmen, nerozluštitelných vzorců a nepřekonatelných složitostí. Ve skutečnosti je koncepce síly zcela prostá. Všechny tyto složitě vyhlížející derivace a diagramy se v podstatě snaží zredukovat skutečnost, že síla je tlak nebo tah, působící na těleso. Sir Isaac Newton řekl, že každá akce budí stejnou a opačnou reakci. Při testování síly, působení na vzorek tlakem nebo tahem vyvolává stejnou a opačnou reakční sílu. Tuto sílu je možno měřit.

Proč měřit sílu?

Nejběžnější silou, se kterou se setkáváme, je zemská přitažlivost, působící na naše tělo. Obvykle se o ní hovoří jako o hmotnosti. Síla, která se vztahuje k řízení jakosti, je poněkud odlišná; projevuje se v mnoha každodenních aktivitách, počínaje otevřením sáčku se smaženými brambůrky a konče stisknutím klaksonu nebo psaním e-mailu. Jestliže bylo otevření sáčku s čipsy obtížné, zvolte příště jinou značku. Jestliže stisknutí klaksonu vyžaduje příliš velké úsilí, znamená to bezpečnostní riziko. Klávesnice, jejíž tlačítka se obtížně tisknou, může vést k únavě písařových prstů.

Prakticky každý výrobek nebo součástka, která je vyšetřována, tisknuta, tažena nebo je na ni jinak fyzicky působeno, by měla být podrobena testu síly, aby byla jistota, že bude v zamýšlené aplikaci fungovat přijatelně. Měření síly je široký pojem, jenž může být někdy zaměňován za specifičtější termíny, jako je zkouška tahem, zkouška tlakem, tahová zkouška a tlaková zkouška.

Typy měření síly

Testování síly může být destruktivní nebo nedestruktivní, v závislosti na testovaném vzorku.

Destruktivní testy

Kupříkladu hráči baseballu někdy při zasažení míče zlomí pálku. K tomuto lomu často dochází působením konkrétní síly, jejíž hodnota bude jistě zajímat výrobce pálek.

V leteckém průmyslu, spouštěcí tlačítko k vypuštění raket ve stíhačce musí k zapnutí vyžadovat určité množství síly. Je-li stisknutí tohoto tlačítka příliš obtížné, nebo příliš snadné, může to vést k mnoha potencionálním důsledkům. Při výrobě svazků vodičů musejí výrobci provádět testy odtržení koncovek, aby měli jistotu, že se koncovky od vodičů neoddělí předčasně.

Nedestruktivní zkoušky

Ne všechny výrobky je však nutno při testování zničit. Mezi běžné nedestruktivní zkoušky patří testování pružin; konkrétně měření tlakové nebo tahové síly pružiny při specifickém posunu. Po stlačení nebo natažení se pružina vrátí do svého dřívějšího tvaru, pokud ovšem nedošlo k překročení její meze průtažnosti. Lze si snadno představit situace, kdy by pružiny s nevhodným silovým chováním mohly být problémem. Jen si představte pocity řidiče automobilu, v němž jsou pružiny příliš měkké nebo příliš tvrdé.

Kolik síly je tedy správně a kolik je špatně? Firma obvykle přijmou nějakou normu, buď od takové organizace, jako je Americká společnost pro testování a materiály, nebo na základě vlastního výzkumu, s jejíž pomocí budou posuzovat své výrobky. Tato norma zpravidla stanoví zkušební postup a přijatelný rozsah síly pro konkrétní vzorek.

Jakmile je taková silová norma přijata, je nutno shromáždit požadavky a specifikace testu a vzorku a porovnat je s řadou dostupných modelů zařízení k testování síly. Typické charakteristiky testu jsou:

1. předpokládaná maximální síla
2. rozměry vzorku
3. počet testů za den
4. požadavky na zpracování dat
5. zkušební postup

Jakmile jsou tyto informace pohromadě, je možno konfigurovat systém pro testování síly. Typický systém pro měření síly pozůstává z těchto prvků:

• Měřič síly
• Zkušební zařízení
• Měřič vzdálenosti
• Svorky a přípravky

Měřič síly

Základním přístrojem k měření síly je měřič síly. Měřič síly je mechanický nebo digitální přístroj se zátěžovým hřídelem a vnitřním čidlem, jež měří sílu, která na něho působí, zpravidla v newtonech (N). Obvykle se používají i jiné měřicí jednotky, včetně liber, uncí, kilogramů a gramů. Tyto jednotky jsou technicky považovány za jednotky množství, nikoliv za jednotky síly, byly však převzaty do lexikonu měření síly.

Tyto přístroje je možno při testování držet v ruce nebo montovat na přípravek nebo stůl. Mechanické měřiče síly se hojně používaly řadu let, až do příchodu elektronických měřičů síly koncem 70. let. Dnešní elektronické měřiče pracují s větší přesností, vyšším rozlišením a lepší opakovatelností, než jejich mechanické protějšky.

Sériová komunikace

Ta umožňuje přenos silových dat do počítače, tiskárny nebo jiného zařízení pro sběr dat k další analýze. Výrobci nabízejí řadu jednoduchých a moderních programů, jež umožňují sestavování grafů a provádění statistické analýzy, nebo poskytují nástroj, jehož prostřednictvím je možno data posílat do běžných programů, jako je Microsoft Excel, k další manipulaci.

Zadané hodnoty

Mezní hodnoty jsou ideální pro testování typu vyhovuje/nevyhovuje. Zadané hodnoty dovolují operátorovi specifikovat rozsah přijatelné síly pro daný test. Vezměme si znovu pro příklad test pružiny. Výrobce může stanovit, že pružinu A je nutno stlačit silou od 90 do 110 newtonů při posunu 1″. Hodnoty zadané do měřiče síly mohou sepnout indikátor, bzučák nebo jiné zařízení, jestliže se síla dostane mimo rozsah; tento způsob je ideální pro opakované testování v prostředí hromadné výroby.

Průměrování dat

Tato funkce je k dispozici v aplikacích s prodlouženou silou, která se může během doby měnit. Je-li například třeba, aby se dlouhý pás odloupl s povrchu, pak změny v určitých bodech podél vzorku mohou vyžadovat měnící se velikost síly. Režim průměrování dovoluje operátorovi specifikovat dobu potřebnou k provedení měření, a vypočítat průměrnou sílu, vyvinutou během této doby. Jinou aplikací pro průměrování dat je test tření, kde jeden materiál je vlečen přes jiný materiál. Tření se může měnit a pro operátora může být zajímavá průměrná síla, vyvinutá za specifické množství času.

Externí spoušť

Měřič síly může zobrazit sílu, při níž dojde k vytvoření elektrického kontaktu, což je běžný požadavek pro výrobce spínačů a klávesnic.
Některé měřiče síly mají vestavěné funkce statistického zpracování a datovou paměť, což umožňuje moderní elektronika. Měřiče síly se dodávají v širokém sortimentu kapacit, počínaje hodnotou 0.5 newtonu v plném rozsahu do 5 000 newtonů v plném rozsahu. Je-li čtení údajů na přístroji obtížné, nebo je test uspořádán tak, že by pro operátora bylo nebezpečné nebo fyzicky nemožné se dostat do těsné blízkosti prostoru testu, jsou k dispozici dálkové snímače síly. Pomocí dálkových snímačů je také možné měřit daleko větší sílu, než s integrovaným přístrojem.

Zkušební zařízení

Měřič síly je možno montovat na jinou hlavní součást systému k testování síly, na zkušební zařízení. Zkušební zařízení se značně liší co do velikosti, kapacity, způsobu zatěžování a důmyslnosti provedení. Zkušební zařízení jsou užitečná, protože regulují rychlost testu, čímž minimalizují změny síly způsobené rychlostí.

Ruční testovací stojany

Základní, ručně ovládaná zkušební zařízení se zpravidla ovládají ručním kolem nebo pákou, a dodávají se v různých výškách a konfiguracích. Páka obecně umožňuje delší dráhu na otáčku, než ruční kolo. V aplikacích, kde je rychlost testu méně důležitá, např. při testování pružiny, může páka stačit. V ostatních testech, jež jsou citlivější na změnu rychlosti, např. při zkoušce odlupování, nebo v aplikacích s velmi malým posunem, může mít použití ručního kola přednost kvůli lepšímu ovládání.

Ručně ovládaná zkušební zařízení, umožňující provedení odlupovací zkoušky pod úhlem 180 ° nebo zkoušky odtržení drátového vývodu.

Motorizované testovací stojany

Kvůli lépe opakovatelným výsledkům má motorizované zkušební zařízení vždy přednost. Motorizovaná zkušební zařízení umožňují nastavení rychlosti a lze je používat pro stlačování nebo napínání. Modernější modely jsou vybaveny pokročilejšími funkcemi, jako je schopnost cyklování mezi nastavenými hodnotami, nebo nastavitelné dorazy dráhy a ochrana před přetížením.

Motorizované zkušební zařízení testuje mezní pevnost vzorku v tahu.

Měřič vzdálenosti a svorky/přípravky

Svorky jsou nedílnou součástí testování síly. Ve směru hodinových ručiček zdola vlevo: svorka drátového vývodu, svorka filmu šířky 3″ a papíru, tahová svorka, svorka filmu šířky 1″ a papíru, svorka s dvojitým válečkem vačkového typu, a svorka miniaturních součástek.

V některých aplikacích je třeba měřit jak sílu, tak vzdálenost, jako např. při testování pružiny. Měřiče vzdálenosti je možno montovat na zkušební zařízení. Některá modernější zkušební zařízení jsou vybavena displeji síly a vzdálenosti.

Posledními důležitými součástmi systému k měření síly jsou svorky a přípravky pro zajištění vzorku během testu. Pro různé testy se dodává řada typů svorek, nepokrývají však všechny aplikace a rozměry vzorku. Pokud nelze použít standardní svorky, firmy si často vyrábějí svoje vlastní přípravky pro použití s měřiči síly a zkušebními zařízeními.

Ekonomické faktory

Ať se jedná o jakýkoliv výrobek nebo typ testu, důležité je, aby vedoucí pracovníci řízení jakosti měli k dispozici správně definované postupy měření síly. V dnešním nadmíru konkurenčním výrobním prostředí, kdy některá průmyslová odvětví pracují s marží tenkou jako ostří břitvy, je nutné pracovat co možná nejdynamičtěji a s největší efektivitou.

Navíc, protože výrobní zařízení se rozkládají po celé zeměkouli, je důležité vytvářet postupy, jež je možno snadno reprodukovat a opakovat, ať je operátor v Chicagu nebo Šanghaji. V nových výrobních závodech, zvláště v rozvojových zemích, mohou účinné postupy testování síly zachytit výrobní vady brzy po jejich výskytu, což pomáhá minimalizovat nákladné reklamace produktů, storna a poškozování značky.

Takže až budete příště zase frustrováni v dopravní zácpě na cestě z úřadu domů, nebo až se usadíte, abyste si dali přesnídávku, nebo až začnete psát poznámku, doufejte, že „síla“ je na vaší straně. Pokud tomu tak není, zamyslete se na okamžik, jak by tyto zkušenosti mohly být odlišné, pokud by uvedené produkty nebyly podrobovány testům měření síly.

Technické tipy

• Testy síly mohou být destruktivní nebo nedestruktivní, v závislosti na testovaném vzorku.
• Měřič síly je mechanický nebo digitální přístroj se zatěžovací hřídelí a interním snímačem, jenž měří sílu, která na něj působí.
• Běžným nedestruktivním testem je test pružiny; konkrétně, měření síly při stlačování nebo natahování pružiny při specifickém posunu.

Kategorie produktů

	Měřiče síly a momentu Mark-10
	Univerzální zkušební přístroje
	Snímače síly a momentu
	Testovací stojany
	Software pro měření síly a momentu