磐石测控---旋钮的扭力测试技术分析
按键和旋钮是汽车上除方向盘、脚踏油门刹车之外使用最频繁的人机接口，在车上按下一键启动，旋钮导航，旋钮音量调节，按键切换中控显示内容，等等，为了使用户操作体验最好，汽车及配套厂商都会严格要求旋钮及按键的操作力，旋转扭力，操作手感；
图1 某车型电子换挡旋钮
相对按键的生硬单功能的操作来说，旋钮的操作给人一种更好的操作体验感，一个旋钮可以控制整个导航，可以控制车载音响的换台、音量及开关，甚至最近新出的众泰某车型，导入了电子旋钮换挡功能，旋钮越来越受到汽车设计师及用户的喜爱。
因此，旋钮的扭力，手感测试也越来越受汽车厂商的重视，厂商需要逐步在生产线中导入旋钮全自动化全检检测，但旋钮的扭力测试一直以内是汽车制造行业的一个技术难点。磐石测控总结了其中的技术难点，并提供解决方案。
难点1：扭力小，
通常只有10-20mNm左右，典型28mm直径旋钮的扭力峰值只有13.3mN.m，产品设计标准±25%，即允许误差±3.325mN.m，根据测试1/10原则，测试系统重复性至少要做到±0.3325mN.m,才能可靠的测试旋钮的扭力。
图2 典型的汽车旋钮扭力-角度波形图
上图可以看到旋钮的力矩非常小，峰值力矩在13mN.m左右，谷值力矩在1mN.m，测试系统需要非常小的扭矩传感器，而且是动态的扭矩传感器；测试采集系统精度必须足够，结构设计也要避免产生额外的扭力矩，例如避免传感器测量端轴承的使用。
难点2：同心度要求高
旋钮测试对系统的同心度要求极高，同心度误差会导致测试数据完全偏离中心点，看起来数据是测试到了，与真实值则是严重偏差。
图3 某研究论文展示的扭力-角度波形图
如上图所示，测试的扭力波形去程和回程在相同的角度上下起伏波动，是为典型的同心度偏差测试波形数据，在我们的测试系统中，也能模拟出了类似的情况。
图4 偏心时的5次测试数据
将同心度调整OK后测试的数据如下图，整体平缓，上下对称：
图4 矫正同心度后3次测试数据
难点3：测试效率；
1）汽车行业部分实验室有进口的旋钮扭力测试设备，测试效果OK，但是测试速度较低，一般只有10-30°/s，完整测试一个旋钮耗时20-30s以上，且只能适用与实验室研究使用，无法自动夹取产品，每次测试需要手动调整XY台以调整中心，手动调节夹紧旋钮，测试耗时极长；
2）部分汽车配件厂商如伟世通有自主研究的6轴机器人的测试系统，其测试旋钮只能做到3°/s，测试一个旋钮就要耗时240s，供试验研究有用，在车间要实现全检显然无法跟上节拍；
3）也有部分自动化厂家声称做出来旋钮测试设备，但是未见实际使用效果，也未见到完整的测试波形数据，具体数据无从得知。
显然，以上几种方式无法适用于自动化生产线的节拍要求，测试效率不够。
难点4：综合成本及适用性
进口的全自动此类设备单价超200W，单独测试旋钮和测试按键的进口仪器每台均超过20W（生产线不适用），类似伟世通的研究项目材料费用超30W（效率太低），
综合以上研究，我们开发了一台既能测试按键，又能测试旋钮，还能适应于不同规格产品的按键扭力一体试验机，测试效率高，数据稳定性好，成本适中，柔性度好，能够适用于不同规格型号的汽车按键及旋钮在自动化生产线测试：
图5 按键旋钮测试一体机
更换产品安装治具即可实现不同型号规格的产品测试，实测5个按键，1个旋钮的产品，从放入产品到产品自动退出，测试节拍22s，其中
1)测试速度：
按键测试速度可达800mm/min，
旋钮测试速度360°/s，
2）数据精度：
按键力重复性0.2gf（速度600mm/min）
旋钮扭力重复性0.1mN.m（240°/s）
3）自对中及自纠偏，自动夹住旋钮，保证测试同心度
4）成本适中，柔性度好：更换夹具即可使用不同产品
5）带扩展IO，可远程控制，适用于全自动化生产线
旋钮力矩测试重复性数据展示：
图6 自动XY移动及夹取旋钮后测试5次的波形数据对比
测试仪可以二次编程动作，自动选择测试旋钮或按键的数目， XY移位时自动规避操作面板的各种突出障碍物或加速位提高测试效率。
图7 旋钮按键测试一体机测试波形图展示
联系客服
