渦電流傳感器在汽車儀表板弱化加工檢測(cè)上的應(yīng)用

杜丁香 周向

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065）

一、前言

隨著人們對(duì)美觀性和舒適性要求的提高,近年來(lái)越來(lái)越多的車型被設(shè)計(jì)為整體式安全氣囊儀表板保證安全氣囊正常開啟,也稱為無(wú)縫氣囊儀表板，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)儀表板集安全性、功能性、舒適性和裝飾性于一身的要求越來(lái)越高。汽車副駕駛側(cè)安全氣囊引爆區(qū)域需要經(jīng)過(guò)特定的弱化加工，才能保證安全氣囊引爆后能夠正常彈出，而弱化區(qū)域的塑料儀表板不會(huì)被安全氣囊彈出造成人員傷亡，弱化加工后的精度檢測(cè)是保證氣囊安全的重要步序，本文主要說(shuō)明渦電流傳感器在無(wú)縫儀表板弱化加工測(cè)量上的應(yīng)用。

二、無(wú)縫儀表板弱化加工工藝

超聲波冷刀弱化是將超聲波能量通過(guò)振動(dòng)子加載到安裝在振動(dòng)子上的刀具進(jìn)行切割弱化，切割加工時(shí)，超聲波使刀尖以高頻振動(dòng)模擬切割動(dòng)作，同時(shí)刀尖發(fā)出的超聲波使靠近刀尖的工具表面的分子運(yùn)動(dòng)加劇而發(fā)生熱融化，形成一深度的凹槽，從而達(dá)到工件局部弱化的目的。

超聲波弱化設(shè)備一般由超聲波發(fā)生裝置、刀具、機(jī)械手和檢測(cè)傳感器組成，加工時(shí)，工件通過(guò)真空吸附在治具上，機(jī)械手按照特定的軌跡控制刀具的走向以及切割的深度，渦電流傳感器對(duì)加工刀具位置進(jìn)行測(cè)量，從而間接得出儀表板弱化部位的殘余厚度。

三、渦電流傳感器簡(jiǎn)介

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，電渦流效應(yīng)。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為渦電流式傳感器。

前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化，渦電流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。

四、渦電流傳感器檢測(cè)儀表板弱化厚度應(yīng)用構(gòu)建

（一）檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成

1.儀表板安裝夾具：更具儀表板表面貼合安裝，真空吸附，保證儀表板安裝定位精度；

2.渦電流傳感器頭：基恩士EX-416V，測(cè)量距離0~5mm，測(cè)量精度±0.004mm；

3.渦電流傳感器控制器：基恩士EX-V05，解析度1μm，信號(hào)輸出方式直流0~5V或者DC 4~20mA電流。

（二）渦電流傳感器標(biāo)定

不同大小的金屬靠近渦電流傳感器感應(yīng)頭產(chǎn)生電渦流大小不同，在使用前需要根據(jù)弱化加工刀具對(duì)渦電流傳感器進(jìn)行標(biāo)定，具體標(biāo)定步驟如下：

1.在傳感器感應(yīng)頭上方20cm范圍內(nèi)無(wú)任何金屬物體時(shí)，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“1”；

2.零位標(biāo)定：將加工刀具盡可能貼近感應(yīng)頭測(cè)量表面，刀尖對(duì)準(zhǔn)傳感器中心，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“2”；

3.滿量產(chǎn)標(biāo)定：在刀具與感應(yīng)頭直接安裝5mm厚塑料標(biāo)準(zhǔn)塊，將刀具貼在標(biāo)準(zhǔn)塊表面，刀尖對(duì)準(zhǔn)傳感器中心，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“3”；

4.半量產(chǎn)校驗(yàn)：在刀具與感應(yīng)頭直接安裝2.5mm厚塑料標(biāo)準(zhǔn)塊，將刀具貼在標(biāo)準(zhǔn)塊表面，刀尖對(duì)準(zhǔn)傳感器中心，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“End”（若異常時(shí)顯示ERR，需要重新進(jìn)行標(biāo)定）；

在使用不同刀具類型刀具進(jìn)行弱化加工時(shí)，需要重新進(jìn)行標(biāo)定后才能進(jìn)行測(cè)量使用，否則會(huì)造成測(cè)量誤差較大，測(cè)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況發(fā)生。

（三）渦電流傳感器檢測(cè)精度校準(zhǔn)

1.由于環(huán)境溫濕度影響，渦電流傳感器在實(shí)際測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)一定程度誤差，可以通過(guò)在換算中增加校正因子來(lái)消除此誤差。

B=B'+Δ

……B弱化加工后儀表板實(shí)際殘余厚度

……B’渦電流傳感器測(cè)量厚度

……Δ校正因子

2.通常采用切片法對(duì)此校正因子進(jìn)行測(cè)算，首先將弱化加工后的儀表板進(jìn)行切片，將刀具弱化部位進(jìn)行橫截面切片，然后通過(guò)顯微鏡測(cè)量出儀表板實(shí)際殘余厚度，

如圖4 儀表板實(shí)際殘余厚度圖所示。

用儀表板實(shí)際殘余厚度值B減去渦電流傳感器檢測(cè)值 B’即可得出校正因子Δ，將此值設(shè)定在控制器對(duì)應(yīng)的校正因子參數(shù)中即可完成渦電流傳感器檢測(cè)精度的校準(zhǔn)。

五、汽車儀表板弱化加工不良品的檢出

在弱化加工工件不良品的檢出上，按照儀表板弱化品質(zhì)基準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，通常超聲波冷刀弱化加工儀表板殘余厚度基準(zhǔn)為0.44±0.06mm，實(shí)際加工區(qū)域品質(zhì)如圖5所示，檢測(cè)時(shí)會(huì)在A、B、C三個(gè)點(diǎn)位分別安裝1個(gè)渦電流傳感器，對(duì)相應(yīng)部位分別檢測(cè)。

基恩士渦電流控制器提供多種輸出方式，常用輸出方式有2種：

（一）通過(guò)控制器自身判定直接輸出不良品NG信號(hào)，如圖7中端子⑧⑨⑩；

（二）控制器通過(guò)端子輸出模擬量信號(hào)外接到其他設(shè)備如：PLC、顯示儀表等，在外接設(shè)備上進(jìn)行信號(hào)處理后進(jìn)行不良品的判定。

實(shí)際應(yīng)用中通常會(huì)選擇第（2）種方式為主，外接到PLC中由PLC對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并上傳到追溯系統(tǒng)中進(jìn)行記錄，從而達(dá)到確保不良品無(wú)法流出到后續(xù)工序中，從而保證整個(gè)儀表臺(tái)的品質(zhì)。

總結(jié)：

渦電流傳感器在儀表板弱化加工精度檢測(cè)上的應(yīng)用，實(shí)際是利用渦電流檢測(cè)位移的原理間接測(cè)量弱化加工儀表板殘余厚度，可以在弱化加工過(guò)程中對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，不會(huì)對(duì)汽車儀表板造成二次檢測(cè)傷害，同時(shí)檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快，很大程度上提升檢測(cè)工作效率，達(dá)到不良品百分之百自動(dòng)化檢出的效果。