傳感器在柔性自動化中的應用

曹東

（深圳市華東興科技有限公司 廣東省深圳市 518104）

現階段我國的汽車制造業(yè)所生產的控制系統(tǒng)的種類是非常多樣的。汽車的控制系統(tǒng)按照功能的不同可以分為多種類型，分別是傳感器單元、控制單元以及執(zhí)行單元。以上三個不同的單元共同構成了汽車上的控制系統(tǒng)。其中汽車的智能化特征就是通過傳感器單元來體現的，在整個的汽車系統(tǒng)中占據非常重要的地位。汽車系統(tǒng)中的傳感器單元的質量直接影響汽車整體的功能，因此需要加強對汽車傳感器單元的有效監(jiān)測，在監(jiān)測和控制的過程中，確保汽車控制單元系統(tǒng)可以正常運轉，為其他部件的正常運行提供保障，由此可以將汽車整體的性能提升。這就需要傳感器的生產升廠家或者汽車的制造廠家，在傳感器單元還未安裝在汽車上時，就需要加強對傳感器單元系統(tǒng)的全面化監(jiān)測，在一系列的測試過程中，借助科學的驗證技術，對傳感器單元的性能進行評價和驗證。

1 傳感器測試的必要性及傳感器設計的要求

1.1 傳感器測試測必要性

汽車控系統(tǒng)中的重要元件就是傳感器，傳感器自身質量的優(yōu)劣直接影響汽車整體的性能，加強對傳感器性能和質量的監(jiān)測是非常必要的，直接關系汽車駕駛員的生命安全，因此汽車上的傳感器在正式安裝之前，需要經過一系列的測試，對傳感器的性能進行綜合性測試。

1.2 廠家設計傳感器的要求

傳感器的使用范圍是非常廣泛的，通常情況下廠家在規(guī)定傳感器的適用范圍時，需要結合傳感器自身的受力情況、安裝形式、性能指標、彈性體材質特點以及結構型式等方面的內容綜合考慮。舉例來說，平臺秤、計價秤以及案秤等使用的傳感器一般為鋁式懸臂梁式；電子皮帶秤、料斗稱以及分選稱等使用的傳感器一般為鋼式懸臂梁式；汽車衡、軌道衡以及天車稱等使用的傳感器一般為鋼質橋式；動態(tài)軌道衡、大噸位料斗衡以及汽車衡等一般使用的傳感器為柱式傳式。傳感器的適用范圍除了考慮到上述因素外，還要按照傳感器自身的準確程度來選擇。其中按照傳感器的準確程度可以非常不同的等級，非線性、滯后性、重復性、蠕變恢復性以及靈敏性等都是衡量傳感器準確等級的指標。其中在選擇傳感器等級時需要考慮到以下條件，所選擇的傳感器需要滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表可以顯示稱量結果，其原因是它可以放大、A/D 轉換處理傳感器的輸出信號，被放大處理后的傳感器信息則會在顯示儀表上顯示出來。因此傳感器輸出信號至少等于儀表要求的輸入信號，這樣傳感器的靈敏度才得以保證[1]。

2 汽車傳感器測試技術的特點分析

2.1 被測對象的多樣性和快速變化性

輪速傳感器、溫度傳感器、爆震傳感器、曲軸/凸輪軸位置傳感器、壓力傳感器等是汽車上經常使用的傳感器。伴隨科學技術的不斷發(fā)展，不同型號的汽車被研發(fā)出來，根據不同的車型需要選擇合適的傳感器。每個傳感器的功能都是不一樣的，在外形上也存在明顯的差異。加上生產環(huán)境和測量指標等的不同更對傳感器提出的更高層次的要求。傳感器為了滿足汽車生產廠家的需求，就需要適應被測對象的多樣性和快速變化性的特點[2]。

2.2 測試內容的近似性

在實際生產工作中，不同類型的傳感器在測試內容上存在一定的相似性。汽車傳感器從測試原理上分析，可以分為主動被動式傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器等。換句話說，不同類型的傳感器在測試原理一樣的情況下，他們的測試內容也存在較高的相似性。

2.3 測試設備的高效性和靈活性

汽車傳感器的生產線對測試設備的要求較高，需要采用經濟、自動、高效、靈活的測試設備。此外，選用的測試設備還要具有高產能、高自動化、高可靠性以及高效率等特點。傳感器在投入之后，測試設備本身的功能也需要不斷完善，以便更高滿足新產品高性能的測試要求。

2.4 汽車傳感器的發(fā)展趨勢呈現集成化和智能化的特點

未來汽車傳感器將朝著集成化和智能化的方向發(fā)展。為了更好滿足人們需求，提升產品質量，傳感器所采用的測試設備需要具備較強的生產過程統(tǒng)計能力，借助此種能力可以有效減少人為因素對生產質量帶來的干擾。在集成化和智能化的要求下生產廠家需要確保生產線上的設備與測試設備做好無縫銜接，實現設備之間的數學和信息共享[3-4]。

3 柔性測試技術分析

從字面意思上分析柔性測試實際上屬于一種技術，柔性測試就是以測試測量系統(tǒng)的功能及性能為關注對象，對滿足測試測量系統(tǒng)需求的方法及手段進行研究及開發(fā)的技術。更趨近于測試測量的最終解決方案是柔性測試技術的優(yōu)勢所在。柔性測試技術的出現是時代發(fā)展的必然選擇，對于汽車制造行業(yè)來說，柔性測試技術的出現可以開拓更為廣闊的市場。汽車制造行業(yè)可以借助虛擬儀器技術和儀器設備等采集和分析較為簡單的信號。但是針對一個具有明顯特點的行業(yè)來說，所采用是的測試系統(tǒng)需要融合多種技術和多種手段，在技術和手段相互融合的基礎上，實現對數據的采集、分析和處理。因此從事柔性測試技術的人員需要全面了解數據采集系統(tǒng)、數據分析處理系統(tǒng)、機電裝置、傳感設備以及專業(yè)背景的測試測量方案，明確柔性測試技術在各個領域中應用的不同特點。柔性測試技術是建立在其他技術基礎之上的，可以滿足測試的不同需求?，F代的柔性測試技術融合了機電一體化技術、通信與網絡技術、測試測量技術、軟件技術以及虛擬儀器技術等，因此可以測試多種的信號。其中柔性測試技術具有以下特點，一靈活性，該技術可以根據客戶的需求對測試系統(tǒng)的功能和性能進行變換，實現多技術的測試要求。二適應性，柔性測試技術適應多種測試環(huán)境的要求，可以在提供環(huán)境下提供不同的測試性能，集中了多種信號的測試能力。三可拓展性，柔性測試技術是緊跟科學技術的發(fā)展而不斷完善的，在測試功能不斷完善的過程中，可逐步提升原有的測試能力。汽車傳感器測試系統(tǒng)中應用柔性測試技術，將其優(yōu)勢得到了更加全面的體現，生產出了基于柔性測試技術的系統(tǒng)產品，比如：汽車傳感器通用測試系統(tǒng)、電路板功能測試系統(tǒng)-FCT for PCBA、汽車保險絲盒裝配檢測系統(tǒng)、噪聲源定位分析系統(tǒng)等。

4 傳感器在柔性自動化測試技術中的應用情況分析

4.1 輪速和位置傳感器測試系統(tǒng)

汽車的柔性自動化測試系統(tǒng)中輪速和位置傳感器的動/靜態(tài)參數測量是其最具核心的內容。柔性測試系統(tǒng)對測試的精度和重復測試的精度要求較高，有些參數需要結合實際情況對測試的算法自行設計。虛擬儀器作為一種測試測量技術，該技術的核心是計算機技術，可以更好滿足柔性自動化測試系統(tǒng)的對軟件和硬件的要求，因此汽車生產制造中經常適應虛擬一起作為一種技術開發(fā)手段。該系統(tǒng)為了更好控制外部動作需要提供I/O 接口，在該接口的輔助下可以精確控制運動控制卡的轉速，納入了I/O 接口的柔性測試系統(tǒng)已經成為了一套機電軟結合的柔性控制系統(tǒng)。PXI 系統(tǒng)是基于系統(tǒng)原理中傳感器測試系統(tǒng)的核心萬用表模塊、控制器、運動控制模塊、示波器模塊、矩陣開關模塊、數字I/O 模塊等是PXI 系統(tǒng)主要的組成部分。因為同一臺設備要想滿足全部傳感器的控制要求顯然是不現實的，納入了不同的模塊可以更還要滿足傳感器多方面的測試要求。因此需要引入模塊化設計思想，將柔性測試技術中的測試軟件、測試技術、主電路系統(tǒng)以及啟動控制系統(tǒng)等作為主機，并納入不同的模塊形式，如夾具模塊、目標輪模塊、馬達模塊以及專用電路模塊等，以此滿足傳感器多方面的測試需求[5-6]。

4.2 爆震傳感器測試系統(tǒng)

操作臺、控制柜是爆震傳感器測試系統(tǒng)的主要構成部分。爆震傳感器測試系統(tǒng)立足測試系統(tǒng)原理分析，相對法是振動測試經常采用的方法，此種方法可以對汽車爆震傳感器3000-40000Hz 范圍內的任意頻率點的靈敏度進行測試。此外，還可以檢測電容和絕緣電阻的情況。爆震傳感器測試系統(tǒng)采用的是PXI 架構，在信號的控制和采集上可以使用PXI 模塊化儀器或者GPIB 儀器。爆震傳感器測與前面所說的輪速和位置傳感器是一樣的，測試原理相同，沒有做統(tǒng)一的標準。該傳感器在進行測試時需要使用M8 的螺栓將其安裝到振臺上，以此對傳感器頭部的差異性可以不做考慮。對于不同的接口采用不一樣的適配器接口，可滿足快速轉型的要求。此外，接口適配器上還裝有辨識電路，當測試程序對測試參數進行配置時，該程度會自動調用與接口適配器相對應的測試參數，避免出現測試失誤[7-8]。

4.3 T-MAP傳感器測試系統(tǒng)

T-MAP 傳感器的全稱為進氣歧管壓力—溫度傳感器，T-MAP傳感器對于汽車來說是非常重要的傳感器，該傳感器可以對汽車的噴油量進行調整，以此實現控制空燃比的目的。T-MAP 傳感器得檢測中包括Ramp 測試、熱敏電阻測試、Leakage 測試、電容測試等。T-MAP 傳感器測試需要在特定的環(huán)境下進行，要求測試氣壓是要不斷變化的，T-MAP 傳感器測試需要耗費較長的時間，因此難以滿足大批量生產的要求。因此設計人員在該系統(tǒng)中設計了三工位的測試模式，三工位可以分別占用氣壓系統(tǒng)資源和測試硬件，因此可以顯著提高T-MAP 傳感器的測試效率，并能有效節(jié)約硬件成本。T-MAP 傳感器測試過程中產生的動作都是在氣缸驅動下自動完成的，極大減輕了操作人員的工作負擔，操作人員只需要在夾具中放入被測件就可以完成整個的測試工作。夾具中的被測件依靠傳送帶被輸送到下個工位，完成整個的測試工作。柔性測試技術具有較好的可拓展性，因此被測對象一旦發(fā)生變化，將啟動不同的模塊系統(tǒng)，對接口進行標準化設計。如果產品不能兼容，此時只需要增加相應的測試模塊即可。T-MAP 傳感器測試系統(tǒng)屬于終檢設備，需要和其他設備分享數據資料。T-MAP 傳感器測試系統(tǒng)的運行時需要得到前面測試設備的設施數據，結合相應的參數，在終檢設備上再次進行測試。此外，T-MAP 傳感器測試系統(tǒng)需要將測試后的數據放在服務器上，以便供給其他測試系統(tǒng)使用。在原有的測試系統(tǒng)上加入了I/O 信號和自動傳送帶，可以將前面工位與后面工位密切聯(lián)系在一起，實現了不同設備間工件的自動化傳遞。此種設計明顯提高了T-MAP 傳感器測試系統(tǒng)的測試效率[9-10]。

5 結語

綜上所述，柔性自動控制的檢測元件直接影響自動控制的精度和靈敏度。以上就是本文分析的傳感器在柔性自動化中的應用情況，希望通過本文的分析可對我國制造業(yè)的自動化生產起到一定的推動作用。