導讀：批量生產按鍵開關的過程中，質量檢測這個環節是相當重要的，這里要用到一種儀器，叫“按鍵開關荷重位移曲線儀”，就是二緯坐標以X軸為行程,以Y軸為感應力的大小變化形成的曲線測試儀器，專門來測量各種開關，按鍵，彈片及一些帶有彈性的東西。而為什么叫荷重曲線儀呢？因為儀器不單單是測試出各種需要測量的工件的力量，最主要的是可以看出開關的受力過程，整個受力過程是通過曲線來表顯出來，非常直觀。但是，有關荷重曲線儀的資料非常少，所以在此我選擇了這個作為研究方向，為以后大家對“按鍵開關荷重位移曲線儀”的相關信息有參考作用。
1引言
1.1 課題背景及研究意義
按鍵開關在如今的應用是相當的廣泛，不只在產品生產中，在生活中也是無所不在。例如：手機、網絡電話、各類遙控器、MP3/MP4、收音機、數碼相機、學習機、游戲控制鍵盤、微波爐、汽車儀表板、望遠鏡、玩具等。所以按鍵開關的需求量也是非常的大，而批量生產按鍵開關的過程中，質量檢測這個環節是相當重要的，這里要用到一種儀器，叫“按鍵開關荷重位移曲線儀”，就是二緯坐標以X軸為行程,以Y軸為感應力的大小變化形成的曲線測試儀器，專門來測量各種開關，按鍵，彈片及一些帶有彈性的東西。而為什么叫荷重曲線儀呢？因為儀器不單單是測試出各種需要測量的工件的力量，最主要的是可以看出開關的受力過程，整個受力過程是通過曲線來表顯出來，非常直觀。但是，有關荷重曲線儀的資料非常少，所以在此我選擇了這個作為研究方向，為以后大家對“按鍵開關荷重位移曲線儀”的相關信息有參考作用。
1.2按鍵開關荷重位移曲線儀的發展現狀
隨著電子技術與控制技術的快速發展，按鍵開關荷重位移曲線儀也要跟上時代的步伐，從一開始只能測出OF、OD和CK值發展到現在能同時測出23個參數，有PK，CK，RPK，RLK，LK等值，可以通過設定上下限來保護儀器被壓壞荷重感應器。最小顯示行程也從1mm發展到現在的0.001mm，最小顯示荷重也從10克精度到現在的0.01克精度，界面設定也從嵌入式發展到現在利用WINDOWS中文視窗畫面設定，操作簡單方便，且所有資料皆可儲存（試驗條件、荷重曲線圖、測試結果、檢查報表…等等)。
現在按鍵開關荷重位移曲線儀的特點：Peak Force、ReturnForce、Distance及Click率等皆可直接在圖上顯示數值，不須人工計算；測量曲線圖由電腦記憶，可隨時放大、縮小，一張A4紙可任意指定放置N個曲線圖；測定項目可輸入上、下限規格值，測定結果可自動判定OK或NO；可輸入最大測定行程及荷重，電腦自動控制；荷重單位顯示N、Ib、gf、kgf可自由切換；電腦直接列印及儲存荷重-行程曲線圖、檢查報表（不需要方格紙，一般A4紙即可）；測試資料儲存于硬盤（每一筆資料皆可儲存，不限次數）；測試條件皆由電腦畫面設定（含測試行程、速度、次數、空壓、暫停時間等等）；檢驗報表抬頭內容可隨時修改（中英文皆可）；檢驗報表可自動產生，不須再作輸入；檢驗報表可轉換為Excel等文書報表格式。
按鍵開關荷重位移曲線儀的原理：用高精度的伺服馬達保證顯示行程與儀器實際走的行程一一對應；用高精度的力量傳感器感應力大小的變化；并經過電腦處理得到完全準確的荷重曲線實驗的儀器，由此也稱全自動荷重行程曲線測試儀。
1.3 開關發展歷史及發展歷程
我們接觸過的開關所發展的歷史，大致經歷了拉線、小按鈕、大翹板、電子式四類。不論拉線開關、小按鈕開關還是大翹板開關，都屬于機械式開關，通過機械控制導體接觸分斷而實現開關的功能。而電子式開關，一般是以弱電信號進行控制，現在的應用也越來越廣。一方面電子式開關接觸到的電流極微，對用戶安全有保證；另一方面電子式也較能和今后家居網絡智能化系統兼容。
1.4 開關的種類與按鍵開關的結構
開關分為輕觸開關、滑動開關、多向開關、按鍵開關、感應開關、撥碼開關等，種類異常繁多，在各個領域里各施其職。本文主要討論的是針對按鍵開關的荷重位移曲線儀，所以下面重點說說按鍵開關的結構原理。如圖1.1按鍵開關結構3D立體圖所示，從上到下的構件分別為：第一個是金屬固定架，材質一般為不銹鋼，作用是固定好按鍵帽與圓形金屬彈片（也叫鍋仔片）；第二個是按鍵帽，材質一般為塑料，作用是方便按鍵動作的操作，只需在上面一按開關即可閉合；第三個是按鍵開關結構里面最重要的構件，叫金屬彈片（也叫鍋仔片），一個按鍵使用的壽命的長短和質量的好壞都與鍋仔片有直接關系，目前的金屬彈片根據其形狀主要分為四大類：圓形、十字形/四角、三角形和腰圓/橢圓，直徑從3mm,4mm,5mm等常規，同時也有各種特殊規格如十字形7mm、14mm、20mm等，力度從80克到500克。圖1.2所示的是三角形鍋仔片的結構圖。圓形鍋仔片（金屬彈片）是最普遍的彈片開關，按通用材質分為兩種：不銹鋼（SUS301/SUS304）和磷青銅（單面附銀）。目前最小可以做到3MM，最大可以做到12MM，其他常用直徑為：3mm-12mm。力度可做到80G-500G。因其結構較為規則，產品在沖壓過程中受破壞性比較小，因此壽命能夠達到較為理想狀態（100萬次)。
通過對彈片進行不同程度的表面處理，能夠達到不同程度的阻抗效力，依其達到阻抗力由小到大的表面處理方式依次為：不銹鋼原材料，電鍍鎳，電鍍銀，電鍍金。
圓形系列鍋仔片/金屬彈片分為兩種：無中米和有中米（中米也叫“點”—Dimple），其特點依次為：
一、無中米結構是早期常見和應用的一種，廣泛應用于手機、輕觸開關等精密電子儀器按鍵開關之內
二、有中米結構是無中米升級版，這種結構的誕生很好地解決了無米位導通不穩定時發生的各種不良現象。其外形特點表現為以無中米結構為原型的圓形彈片主界面中心位置增加一個垂直向下的凹點（也即是Dimple）。凹點的存在很好地加強了彈片與主體產品界面的接觸性，從而達到了更穩定的導通效果。該產品同樣被廣泛應用于手機、輕觸開關、遙控器、MP4、數碼相機、薄膜開關等按鍵開關之內；第四個是按鍵開關的底座，決定該開關尺寸大小和框定開關的作用，底座內往往裝有FPC（軟性線路板）線路板，當受到按壓時，彈片的中心點下凹，接觸到FPC上的線路,從而形成回路，電流通過。
1.6按鍵開關的工作原理
工作原理：薄膜按鍵上的金屬彈片位于FPC（軟性線路板）板上的導電部位(大部分位于線路板上的金手指上方），當受到按壓時，彈片的中心點下凹，接觸到PCB上的線路,從而形成回路，電流通過，整個產品就得以正常工作。按鍵開關從按下去到復位，這個過程也叫一個開關動作，會產生如圖 3所示的曲線，圖1.3是按鍵開關一個開關動作的荷重曲線圖，X軸為行程，單位mm；Y軸為感應力，單位g。圖中有兩個極值點，一個極大值OF，一個極小值OD，這兩個值作為判斷按鍵開關質量好壞的重要參數。
1.6.1按鍵開關荷重曲線的形成原理
彈片自由狀態時,支撐點為P1,當外力“F”開始向下施力時,彈片開始變形及位移,此時開始產生曲線。在以P1為支撐點時,外力“F”造成彈片變形,會產生最小的R1,此時的外力“F”即為彈片的OF值。過了彈片OF值位置時,支撐點P1會開始向P2位移,只要P1一位移,則R1又會變大,造成OF值變小,此時曲線即產生向下曲線(CK)。當達到P2時,即為P2支撐之最大R2,此時即達到彈片的BP點(最小OD點)。若此時外力“F”繼續施力,則曲線又會向上產生曲線，上述過程如圖1.4所示。
圖1.5所示是現有荷重曲線儀所測的數據，由左至右1底座段差剛好同彈片的BP點，2 底座段差大于彈片的BP點，3底座段差遠大于彈片的BP點，荷重測試機所繪的曲線在OF及OD上都會有+記號。尾段急速上升的直線 若是剛好在+記號上,即為立即導通的曲線BP點是針對彈片本身而定,而OD點是針對成品來討論。
1.7 按鍵開關的特點
按鍵開關的鍋仔片(MetaldomeSwitch)，它是一塊包含金屬彈片(鍋仔片)的PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯，為高聚合物）薄片、用在PCB或FPC等線路板上作為開關使用，在使用者與儀器之間起到一個重要的觸感型開關的作用。與傳統的硅膠按鍵相比，薄膜按鍵具有更好的手感、更長的壽命、也可以間接地提高使用導電膜的各類型開關的生產效率。
2 本系統設計方案
2.1系統功能描述
本系統分為機械按鍵動作裝置和高速A/D采集處理電路兩大部分。機械按鍵動作裝置主要作用是模擬按鍵開關的動作過程，使按鍵按下去的速度和受力都均勻，這樣按鍵開關一個按鍵動作所形成的壓力變化曲線是穩定而且準確的，倘若不用機械裝置，用手按按鍵開關的話，每次按按鍵開關的受力和速度都不均勻也不一樣，可能導致在A/D采樣區間內采集不到極值點，造成誤判。高速A/D采集處理電路主要是設置相關參數、顯示相關數據、控制A/D進行高速數據采集和判斷按鍵開關的好壞。
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