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       在電子衡器市場日益國際化和制造技術(shù)、制造工藝日益商品化的今天，稱重傳感器制造工藝的 發(fā)展，必然以電子衡器市場競爭的需要為導向，受新技術(shù)、新材料、新工藝的強力牽引。發(fā)展制造 工藝本身不是目的，而是用以保證稱重傳感器在品種、規(guī)格、數(shù)量、質(zhì)量、價格等方面均能滿足國 內(nèi)外電子衡器市場需求的一種手段，是用以達到企業(yè)能盡快融入國內(nèi)外際市場，參與國際競爭的需要。 1. 支持工藝的發(fā)展與創(chuàng)新 稱重傳感器制造工藝總是不斷發(fā)展，沒有永恒的先進制造工藝。隨著科學技術(shù)的進步，工業(yè)自 動化、數(shù)字化、智能化水平的提高，不斷賦予制造工藝新的內(nèi)涵，制造工藝的進步應促使產(chǎn)品質(zhì)量 和整體效率、效益的提高。 較長時間以來，稱重傳感器彈性元件及其附件制造工藝的進步，只局限在單臺機床、單道工序、 單個工具的生產(chǎn)效率提高，不適應批量生產(chǎn)和個性化定制生產(chǎn)。為實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)和個性化定制生產(chǎn)， 必須從稱重傳感器設計與制造全過程進行分析研究，用物聯(lián)網(wǎng) + 思維和智能制造帶來的機遇，升級 稱重傳感器制造工藝和工藝流程。 進入新世紀以來，處于國際市場引導者地位的稱重傳感器制造企業(yè)，已經(jīng)將信息技術(shù)、自動化 技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合，普遍采用數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元，實現(xiàn)了柔性自動化生產(chǎn)。 近些年又發(fā)展為數(shù)字生產(chǎn)線，達到兼容多品種生產(chǎn)，穩(wěn)定質(zhì)量，提高效率，降低成本的綜合目的。 針對稱重傳感器“多品種、小批量”的產(chǎn)品特點，以及“產(chǎn)品研制與批量生產(chǎn)并存”的制造模 式，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可以借鑒。近年來，國內(nèi)一些企業(yè)為適應大批量生產(chǎn)和個性化定制生產(chǎn)的需要， 運用互聯(lián)網(wǎng) + 思維和智能制造帶來的新機遇，升級批量生產(chǎn)的彈性元件冷熱加工生產(chǎn)線，將信息化 與工業(yè)化相結(jié)合，完成了彈性元件機械加工生產(chǎn)線技術(shù)改造，建立了彈性元件冷熱加工自動化、智 能化生產(chǎn)線。這是實現(xiàn)自動化智能化技術(shù)升級，跟上國際稱重傳感器技術(shù)發(fā)展步伐的有力舉措。 2. 基礎工藝的發(fā)展與創(chuàng)新 近些年來，電阻應變計、應變膠粘劑、防護與密封材料等稱重傳感器的支持工藝有許多改進與 創(chuàng)新，其中電阻應變計制造工藝的改進與創(chuàng)新，對提高稱重傳感器的準確度、穩(wěn)定性起到了至關(guān)重 要的作用。 （1）應變電阻合金箔材的自動化智能化穩(wěn)定性處理工藝 制作電阻應變計的應變電阻合金箔材的電阻率變化以及溫度性能，均與冷熱加工的工藝有關(guān)， 這是由于應變電阻合金箔材塑性變形所產(chǎn)生的晶格缺陷而造成的。這些缺陷在緩慢升溫時的遷移， 第十九屆稱重技術(shù)研討會論文集 2020.9 南京 13 是使應變電阻合金箔材電學和力學特性不穩(wěn)定的原因，所以必須進行有效的穩(wěn)定性處理。 應變電阻合金箔材一般是由直徑為 14 英寸、重量達 1 噸的電阻合金鑄錠，經(jīng)冷軋、熱軋、碾壓 等粗軋工藝制成厚度為 1/16 英寸的大卷帶材，再經(jīng)過精軋工藝即在森吉米爾 20 型高速軋機上通過 冷軋、退火處理、碾壓等工序?qū)⑵淠雺褐梁穸葹?0.0001 ～ 0.0002 英寸（2.5 ～ 5μm），厚度變化小 于 0.00001 英寸（0.2μm）的帶材，然后進行清洗并剪切到所需要的寬度。應變電阻合金箔材在多次 軋制、碾壓過程中，晶格產(chǎn)生位錯、滑移、空位、破裂等缺陷，其附近的原子處于熱力學上的不穩(wěn) 定狀態(tài)，是電阻應變計電學性能不穩(wěn)定的重要原因。因此必須進行穩(wěn)定性處理，即退火處理。在達 到退火溫度時這些原子吸收熱能產(chǎn)生擴散，使晶格缺陷遷移和消失，電阻率和電阻溫度系數(shù)趨于穩(wěn)定。 退火溫度、保溫時間、循環(huán)次數(shù)是穩(wěn)定性處理的三要素。為提高穩(wěn)定性處理工藝水平，處于國際電 阻應變計市場引導者地位的企業(yè)，或自行研制或委托研制智能真空熱處理爐對電阻合金箔材進行熱 處理。智能化真空熱處理爐的特點是在極高真空條件下或高還原性氫氣體保護狀態(tài)下，精確的按熱 處理工藝曲線進行熱處理，由于是自動化、智能化設置和控制各項熱處理要素，保證了熱處理的均 一性，改善和穩(wěn)定了熱輸出性能，保證了電阻應變計的電阻率和電阻溫度系數(shù)的穩(wěn)定性，為研制生 產(chǎn)高準確度稱重傳感器提供了理論和物質(zhì)基礎。 （2）電阻應變計基底制造工藝的集成化 為從生產(chǎn)制造源頭控制電阻應變計的質(zhì)量，突破電阻應變計基底制造瓶頸，近些年來，國內(nèi)外 一些電阻應變計制造企業(yè)紛紛突破傳統(tǒng)制造工藝的束縛，將制造基底的多道工序統(tǒng)一考慮，使其集 成為一道工序，即將選擇好的基底膠預先制造成要求厚度（例如 25μm）的帶材，再將其裁剪成光 刻版所需要的尺寸，經(jīng)起毛和均溫處理后，再與裁剪、清洗好的應變電阻合金箔材通過應變膠粘劑 粘合在一起，利用同時加溫、加壓的智能化控制的層壓機進行固化。這就是被稱之為電阻應變計基 底制造集成化的新工藝，其突出特點是基底制造工藝簡單、規(guī)范，適合自動化、智能化生產(chǎn)；由于 膠膜是預先制作厚度均勻，誤差小，克服了手工操作、人為控制向電阻合金箔材上甩膠粘劑造成的 誤差；層壓機可以同時加溫、加壓數(shù)十版，基底制作效率高、電阻應變計工作特性的均一性好。 （3）采用新型電阻應變計基底材料 突破了傳統(tǒng)的酚醛—縮醛、環(huán)氧—酚醛、聚酰亞胺等基底材料的一統(tǒng)天下，采用新型基底材料— 聚醚醚酮（PEEK）制作電阻應變計。聚醚醚酮是在主鏈結(jié)構(gòu)中含有一個酮鍵和兩個醚鍵的重復單元 所構(gòu)成的高聚物，屬于特種高分子材料，其特點是： ① 耐高溫、耐化學腐蝕等物理化學性能好； ② 可用作高溫結(jié)構(gòu)材料和電絕緣材料； ③ 可與玻璃纖維或碳纖維復合制備增強材料； 第十九屆稱重技術(shù)研討會論文集 2020.9 南京 14 ④ 熔點、軟化點高，抗拉強度大（熔點 334℃、軟化點 168℃，拉伸強度 132 ～ 148MPa ）； ⑤ 具有較好的剛性和柔性，在交變應力下的抗疲勞性能非常突出，可與合金材料相媲美； ⑥ 工藝性好，可制成 25μm、12.5μm 厚的薄膜。 基底是箔式電阻應變計的重要組成部分，它的特性不僅取決于基底材料本身性能，而且其厚度 及熱處理條件也將對電阻應變計質(zhì)量起重要影響。聚醚醚酮高分子材料的特性和制造工藝實踐說明 它是較理想的電阻應變計基底材料，此種類型的電阻應變計特別適合用于高準確度稱重傳感器。 （4）電阻應變計全密封覆蓋層新工藝 為保證電阻應變計的長期穩(wěn)定性和防止外部機械損傷，理想的制造工藝是在調(diào)整電阻值合格后， 在裸柵表面涂上一層保護膜即敏感柵的覆蓋層，形成全密封電阻應變計結(jié)構(gòu)。我國傳統(tǒng)工藝中的單 排敏感柵貼膜法，雖然解決了各片電阻應變計覆蓋層厚度的均一性問題，但只是敏感柵部分得到了 密封，焊點周圍的柵絲并未得到密封，實際上這種電阻應變計并不是全密封結(jié)構(gòu)。近年來，國內(nèi)一 些企業(yè)通過改進工藝裝備，解決了貼膜厚度的均勻性，普遍采用整版貼膜法新工藝制造的電阻應變計， 由于敏感柵和兩個焊點周圍的柵絲完全被膠膜所覆蓋，固化后電阻應變計才是真正的全密封結(jié)構(gòu)。 整版貼膜法的工藝是將調(diào)阻合格的這版應變計，用無水乙醇清洗干凈并烘干，然后整版粘貼預先制 備好的膠膜，按要求在加溫加壓的層壓機上進行固化。最后將基底、敏感柵、覆蓋層已成為一體的 整版電阻應變計置于激光機上，用激光束打穿焊點處的膠膜露出全部焊點，即完成了電阻應變計的 全密封工藝。 （5）智能激光自動剪片工藝 傳統(tǒng)的剪片方法為人工使用剪刀對整版電阻應變計的橫行、豎列進行裁剪，用工多、效率低、 基底尺寸偏差大。采用智能激光剪片設備進行剪片，工作效率高，電阻應變計基底尺寸一致性好， 從敏感柵中心線到其邊緣公差均為 ±0.13mm，可利用電阻應變計基底外形作為貼片定位基準。 3. 核心工藝的發(fā)展與創(chuàng)新 （1）重視電阻應變計和數(shù)字模塊的安裝環(huán)境 在彈性元件應變區(qū)粘貼電阻應變計是核心制造工藝中的要害工序，其工作環(huán)境、粘貼質(zhì)量直接 影響稱重傳感器的計量特性。過去有些企業(yè)對此重視不夠，有些凈化間和凈化工作臺不完全符合要求， 粘貼電阻應變計作業(yè)很不規(guī)范。經(jīng)過認證、取證和國際交流，各企業(yè)普遍認識到粘貼電阻應變計工 作環(huán)境對粘貼質(zhì)量的影響，或購置凈化間、凈化工作臺，或自建溫度、濕度、潔凈度、照明和防靜 電措施都符合要求的凈化間，保證了模擬和數(shù)字稱重傳感器電阻應變計粘貼、數(shù)字模塊安裝質(zhì)量。 （2）采用視頻圖像輔助粘貼電阻應變計和智能機器人粘貼電阻應變計系統(tǒng) 視頻圖像輔助粘貼電阻應變計系統(tǒng)如圖 4 所示。 第十九屆稱重技術(shù)研討會論文集 2020.9 南京 15 圖 4 視頻圖像輔助粘貼電阻應變計系統(tǒng) 視頻圖像輔助粘貼電阻應變計系統(tǒng)，是在分析粘貼電阻應變計傳統(tǒng)工藝優(yōu)缺點的基礎上，為保 證電阻應變計定位準確度和各彈性元件粘貼位置的一致性，提高粘貼效率而進行的半自動化改造。 系統(tǒng)采用了高清晰液晶視頻圖像技術(shù)，可根據(jù)彈性元件結(jié)構(gòu)、外形尺寸、電阻應變計定位尺寸，自 主放大粘貼區(qū)域，提供了清晰適合貼片放大倍數(shù)的動態(tài)視頻圖像。只要將放大的電阻應變計定位標記， 對準視頻顯示的彈性元件上的定位叉絲，就是正確的貼片位置。消除了用肉眼對位、定位造成的誤差， 提高了電阻應變計定位準確度和粘貼位置的一致性。其結(jié)構(gòu)特點是采用了 PC 操作系統(tǒng)控制，軟件功 能強大，操作方便，界面直觀實用。主視頻區(qū)主要提供實時彈性元件粘貼區(qū)域視頻的預覽，采用軟 件定位叉絲替代在彈性元件上劃線，消除了對彈性元件表面因劃線帶來的物理傷害。 為保證粘貼電阻應變計的定位誤差，提高粘貼質(zhì)量和工作效率，最好采用智能機器人粘貼電阻 應變計系統(tǒng)。 （3）實施彈性元件貼片組橋后整體清洗新工藝 稱重傳感器的故障 80% 是工藝問題，而在工藝問題中絕大部分是電阻應變計焊點引出線、內(nèi) 外引線的焊接和清洗問題。國內(nèi)電阻應變計生產(chǎn)設備制造企業(yè)，正在研制觸點溫度在＋ 260℃～＋ 425℃范圍內(nèi)可調(diào)的電阻應變計引線焊接設備，以保證電阻應變計引線的焊接質(zhì)量。稱重傳感器焊線 組橋后，徹底清洗焊點及其周圍是保證其穩(wěn)定、可靠工作的前提性條件。國際著名稱重傳感器制造 企業(yè)，普遍采用彈性元件貼片焊線組橋后整體清洗工藝，清除焊點及其周圍的焊劑和污物，然后涂 防護面膠確保在生產(chǎn)過程中不受潮。 （4）電阻應變計面膠及高度防潮耐水密封膠涂覆工藝的新發(fā)展 在焊線組橋后經(jīng)過整體清洗的彈性元件表面，對電阻應變計涂覆保護面膠，是稱重傳感器生產(chǎn) 第十九屆稱重技術(shù)研討會論文集 2020.9 南京 16 工藝流程中的重要工序，通常稱之為第一次防護密封處理。其目的是保護電阻應變計在生產(chǎn)作業(yè)過 程中不遭受傷害、不受潮，并為最后防護密封打下優(yōu)良基礎。過去涂覆面膠工藝規(guī)定覆蓋住電阻應 變計即可，其周圍的焊點和打磨過的金屬表面并不在防護之列，埋下穩(wěn)定性、可靠性隱患。改進后 的涂覆面膠新工藝，要求覆蓋面積大，不僅是電阻應變計表面還必須覆蓋住所有焊點和打磨過的彈 性元件表面。 高度防潮耐水密封膠，是將卣素引入高聚物中或用硅氧鍵嵌入高聚物中，都可達到提高抗水耐 濕的目的。國外已采用含氟聚酰亞胺、含氟環(huán)氧樹脂、含氟丙烯酸脂，硅氧 / 亞酰胺共聚物、苯基 有機硅和硅化苯乙烯為基礎材料制作密封膠，均取得非常好的應用效果。