在电子衡器市场日益国际化和制造技术、制造工艺日益商品化的今天，称重传感器制造工艺的 发展，必然以电子衡器市场竞争的需要为导向，受新技术、新材料、新工艺的强力牵引。发展制造 工艺本身不是目的，而是用以保证称重传感器在品种、规格、数量、质量、价格等方面均能满足国 内外电子衡器市场需求的一种手段，是用以达到企业能尽快融入国内外际市场，参与国际竞争的需要。 1. 支持工艺的发展与创新 称重传感器制造工艺总是不断发展，没有永恒的先进制造工艺。随着科学技术的进步，工业自 动化、数字化、智能化水平的提高，不断赋予制造工艺新的内涵，制造工艺的进步应促使产品质量 和整体效率、效益的提高。 较长时间以来，称重传感器弹性元件及其附件制造工艺的进步，只局限在单台机床、单道工序、 单个工具的生产效率提高，不适应批量生产和个性化定制生产。为实现规模生产和个性化定制生产， 必须从称重传感器设计与制造全过程进行分析研究，用物联网 + 思维和智能制造带来的机遇，升级 称重传感器制造工艺和工艺流程。 进入新世纪以来，处于国际市场引导者地位的称重传感器制造企业，已经将信息技术、自动化 技术与传统的制造技术相结合，普遍采用数控机床、加工中心、柔性制造单元，实现了柔性自动化生产。 近些年又发展为数字生产线，达到兼容多品种生产，稳定质量，提高效率，降低成本的综合目的。 针对称重传感器“多品种、小批量”的产品特点，以及“产品研制与批量生产并存”的制造模 式，没有现成的经验可以借鉴。近年来，国内一些企业为适应大批量生产和个性化定制生产的需要， 运用互联网 + 思维和智能制造带来的新机遇，升级批量生产的弹性元件冷热加工生产线，将信息化 与工业化相结合，完成了弹性元件机械加工生产线技术改造，建立了弹性元件冷热加工自动化、智 能化生产线。这是实现自动化智能化技术升级，跟上国际称重传感器技术发展步伐的有力举措。 2. 基础工艺的发展与创新 近些年来，电阻应变计、应变胶粘剂、防护与密封材料等称重传感器的支持工艺有许多改进与 创新，其中电阻应变计制造工艺的改进与创新，对提高称重传感器的准确度、稳定性起到了至关重 要的作用。 （1）应变电阻合金箔材的自动化智能化稳定性处理工艺 制作电阻应变计的应变电阻合金箔材的电阻率变化以及温度性能，均与冷热加工的工艺有关， 这是由于应变电阻合金箔材塑性变形所产生的晶格缺陷而造成的。这些缺陷在缓慢升温时的迁移， 第十九届称重技术研讨会论文集 2020.9 南京 13 是使应变电阻合金箔材电学和力学特性不稳定的原因，所以必须进行有效的稳定性处理。 应变电阻合金箔材一般是由直径为 14 英寸、重量达 1 吨的电阻合金铸锭，经冷轧、热轧、碾压 等粗轧工艺制成厚度为 1/16 英寸的大卷带材，再经过精轧工艺即在森吉米尔 20 型高速轧机上通过 冷轧、退火处理、碾压等工序将其碾压至厚度为 0.0001 ～ 0.0002 英寸（2.5 ～ 5μm），厚度变化小 于 0.00001 英寸（0.2μm）的带材，然后进行清洗并剪切到所需要的宽度。应变电阻合金箔材在多次 轧制、碾压过程中，晶格产生位错、滑移、空位、破裂等缺陷，其附近的原子处于热力学上的不稳 定状态，是电阻应变计电学性能不稳定的重要原因。因此必须进行稳定性处理，即退火处理。在达 到退火温度时这些原子吸收热能产生扩散，使晶格缺陷迁移和消失，电阻率和电阻温度系数趋于稳定。 退火温度、保温时间、循环次数是稳定性处理的三要素。为提高稳定性处理工艺水平，处于国际电 阻应变计市场引导者地位的企业，或自行研制或委托研制智能真空热处理炉对电阻合金箔材进行热 处理。智能化真空热处理炉的特点是在极高真空条件下或高还原性氢气体保护状态下，精确的按热 处理工艺曲线进行热处理，由于是自动化、智能化设置和控制各项热处理要素，保证了热处理的均 一性，改善和稳定了热输出性能，保证了电阻应变计的电阻率和电阻温度系数的稳定性，为研制生 产高准确度称重传感器提供了理论和物质基础。 （2）电阻应变计基底制造工艺的集成化 为从生产制造源头控制电阻应变计的质量，突破电阻应变计基底制造瓶颈，近些年来，国内外 一些电阻应变计制造企业纷纷突破传统制造工艺的束缚，将制造基底的多道工序统一考虑，使其集 成为一道工序，即将选择好的基底胶预先制造成要求厚度（例如 25μm）的带材，再将其裁剪成光 刻版所需要的尺寸，经起毛和均温处理后，再与裁剪、清洗好的应变电阻合金箔材通过应变胶粘剂 粘合在一起，利用同时加温、加压的智能化控制的层压机进行固化。这就是被称之为电阻应变计基 底制造集成化的新工艺，其突出特点是基底制造工艺简单、规范，适合自动化、智能化生产；由于 胶膜是预先制作厚度均匀，误差小，克服了手工操作、人为控制向电阻合金箔材上甩胶粘剂造成的 误差；层压机可以同时加温、加压数十版，基底制作效率高、电阻应变计工作特性的均一性好。 （3）采用新型电阻应变计基底材料 突破了传统的酚醛—缩醛、环氧—酚醛、聚酰亚胺等基底材料的一统天下，采用新型基底材料— 聚醚醚酮（PEEK）制作电阻应变计。聚醚醚酮是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元 所构成的高聚物，属于特种高分子材料，其特点是： ① 耐高温、耐化学腐蚀等物理化学性能好； ② 可用作高温结构材料和电绝缘材料； ③ 可与玻璃纤维或碳纤维复合制备增强材料； 第十九届称重技术研讨会论文集 2020.9 南京 14 ④ 熔点、软化点高，抗拉强度大（熔点 334℃、软化点 168℃，拉伸强度 132 ～ 148MPa ）； ⑤ 具有较好的刚性和柔性，在交变应力下的抗疲劳性能非常突出，可与合金材料相媲美； ⑥ 工艺性好，可制成 25μm、12.5μm 厚的薄膜。 基底是箔式电阻应变计的重要组成部分，它的特性不仅取决于基底材料本身性能，而且其厚度 及热处理条件也将对电阻应变计质量起重要影响。聚醚醚酮高分子材料的特性和制造工艺实践说明 它是较理想的电阻应变计基底材料，此种类型的电阻应变计特别适合用于高准确度称重传感器。 （4）电阻应变计全密封覆盖层新工艺 为保证电阻应变计的长期稳定性和防止外部机械损伤，理想的制造工艺是在调整电阻值合格后， 在裸栅表面涂上一层保护膜即敏感栅的覆盖层，形成全密封电阻应变计结构。我国传统工艺中的单 排敏感栅贴膜法，虽然解决了各片电阻应变计覆盖层厚度的均一性问题，但只是敏感栅部分得到了 密封，焊点周围的栅丝并未得到密封，实际上这种电阻应变计并不是全密封结构。近年来，国内一 些企业通过改进工艺装备，解决了贴膜厚度的均匀性，普遍采用整版贴膜法新工艺制造的电阻应变计， 由于敏感栅和两个焊点周围的栅丝完全被胶膜所覆盖，固化后电阻应变计才是真正的全密封结构。 整版贴膜法的工艺是将调阻合格的这版应变计，用无水乙醇清洗干净并烘干，然后整版粘贴预先制 备好的胶膜，按要求在加温加压的层压机上进行固化。最后将基底、敏感栅、覆盖层已成为一体的 整版电阻应变计置于激光机上，用激光束打穿焊点处的胶膜露出全部焊点，即完成了电阻应变计的 全密封工艺。 （5）智能激光自动剪片工艺 传统的剪片方法为人工使用剪刀对整版电阻应变计的横行、竖列进行裁剪，用工多、效率低、 基底尺寸偏差大。采用智能激光剪片设备进行剪片，工作效率高，电阻应变计基底尺寸一致性好， 从敏感栅中心线到其边缘公差均为 ±0.13mm，可利用电阻应变计基底外形作为贴片定位基准。 3. 核心工艺的发展与创新 （1）重视电阻应变计和数字模块的安装环境 在弹性元件应变区粘贴电阻应变计是核心制造工艺中的要害工序，其工作环境、粘贴质量直接 影响称重传感器的计量特性。过去有些企业对此重视不够，有些净化间和净化工作台不完全符合要求， 粘贴电阻应变计作业很不规范。经过认证、取证和国际交流，各企业普遍认识到粘贴电阻应变计工 作环境对粘贴质量的影响，或购置净化间、净化工作台，或自建温度、湿度、洁净度、照明和防静 电措施都符合要求的净化间，保证了模拟和数字称重传感器电阻应变计粘贴、数字模块安装质量。 （2）采用视频图像辅助粘贴电阻应变计和智能机器人粘贴电阻应变计系统 视频图像辅助粘贴电阻应变计系统如图 4 所示。 第十九届称重技术研讨会论文集 2020.9 南京 15 图 4 视频图像辅助粘贴电阻应变计系统 视频图像辅助粘贴电阻应变计系统，是在分析粘贴电阻应变计传统工艺优缺点的基础上，为保 证电阻应变计定位准确度和各弹性元件粘贴位置的一致性，提高粘贴效率而进行的半自动化改造。 系统采用了高清晰液晶视频图像技术，可根据弹性元件结构、外形尺寸、电阻应变计定位尺寸，自 主放大粘贴区域，提供了清晰适合贴片放大倍数的动态视频图像。只要将放大的电阻应变计定位标记， 对准视频显示的弹性元件上的定位叉丝，就是正确的贴片位置。消除了用肉眼对位、定位造成的误差， 提高了电阻应变计定位准确度和粘贴位置的一致性。其结构特点是采用了 PC 操作系统控制，软件功 能强大，操作方便，界面直观实用。主视频区主要提供实时弹性元件粘贴区域视频的预览，采用软 件定位叉丝替代在弹性元件上划线，消除了对弹性元件表面因划线带来的物理伤害。 为保证粘贴电阻应变计的定位误差，提高粘贴质量和工作效率，最好采用智能机器人粘贴电阻 应变计系统。 （3）实施弹性元件贴片组桥后整体清洗新工艺 称重传感器的故障 80% 是工艺问题，而在工艺问题中绝大部分是电阻应变计焊点引出线、内 外引线的焊接和清洗问题。国内电阻应变计生产设备制造企业，正在研制触点温度在＋ 260℃～＋ 425℃范围内可调的电阻应变计引线焊接设备，以保证电阻应变计引线的焊接质量。称重传感器焊线 组桥后，彻底清洗焊点及其周围是保证其稳定、可靠工作的前提性条件。国际著名称重传感器制造 企业，普遍采用弹性元件贴片焊线组桥后整体清洗工艺，清除焊点及其周围的焊剂和污物，然后涂 防护面胶确保在生产过程中不受潮。 （4）电阻应变计面胶及高度防潮耐水密封胶涂覆工艺的新发展 在焊线组桥后经过整体清洗的弹性元件表面，对电阻应变计涂覆保护面胶，是称重传感器生产 第十九届称重技术研讨会论文集 2020.9 南京 16 工艺流程中的重要工序，通常称之为第一次防护密封处理。其目的是保护电阻应变计在生产作业过 程中不遭受伤害、不受潮，并为最后防护密封打下优良基础。过去涂覆面胶工艺规定覆盖住电阻应 变计即可，其周围的焊点和打磨过的金属表面并不在防护之列，埋下稳定性、可靠性隐患。改进后 的涂覆面胶新工艺，要求覆盖面积大，不仅是电阻应变计表面还必须覆盖住所有焊点和打磨过的弹 性元件表面。 高度防潮耐水密封胶，是将卣素引入高聚物中或用硅氧键嵌入高聚物中，都可达到提高抗水耐 湿的目的。国外已采用含氟聚酰亚胺、含氟环氧树脂、含氟丙烯酸脂，硅氧 / 亚酰胺共聚物、苯基 有机硅和硅化苯乙烯为基础材料制作密封胶，均取得非常好的应用效果。