傳感器在柔性自動(dòng)化中的應(yīng)用

曹東

（深圳市華東興科技有限公司 廣東省深圳市 518104）

現(xiàn)階段我國(guó)的汽車制造業(yè)所生產(chǎn)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(gè)不同的單元共同構(gòu)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(guò)傳感器單元來(lái)體現(xiàn)的，在整個(gè)的汽車系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位。汽車系統(tǒng)中的傳感器單元的質(zhì)量直接影響汽車整體的功能，因此需要加強(qiáng)對(duì)汽車傳感器單元的有效監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)和控制的過(guò)程中，確保汽車控制單元系統(tǒng)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為其他部件的正常運(yùn)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(chǎn)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(shí)，就需要加強(qiáng)對(duì)傳感器單元系統(tǒng)的全面化監(jiān)測(cè)，在一系列的測(cè)試過(guò)程中，借助科學(xué)的驗(yàn)證技術(shù)，對(duì)傳感器單元的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和驗(yàn)證。

1 傳感器測(cè)試的必要性及傳感器設(shè)計(jì)的要求

1.1 傳感器測(cè)試測(cè)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(zhì)量的優(yōu)劣直接影響汽車整體的性能，加強(qiáng)對(duì)傳感器性能和質(zhì)量的監(jiān)測(cè)是非常必要的，直接關(guān)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(jīng)過(guò)一系列的測(cè)試，對(duì)傳感器的性能進(jìn)行綜合性測(cè)試。

1.2 廠家設(shè)計(jì)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(shí)，需要結(jié)合傳感器自身的受力情況、安裝形式、性能指標(biāo)、彈性體材質(zhì)特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)型式等方面的內(nèi)容綜合考慮。舉例來(lái)說(shuō)，平臺(tái)秤、計(jì)價(jià)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(zhì)橋式；動(dòng)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(zhǔn)確程度來(lái)選擇。其中按照傳感器的準(zhǔn)確程度可以非常不同的等級(jí)，非線性、滯后性、重復(fù)性、蠕變恢復(fù)性以及靈敏性等都是衡量傳感器準(zhǔn)確等級(jí)的指標(biāo)。其中在選擇傳感器等級(jí)時(shí)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(jié)果，其原因是它可以放大、A/D 轉(zhuǎn)換處理傳感器的輸出信號(hào)，被放大處理后的傳感器信息則會(huì)在顯示儀表上顯示出來(lái)。因此傳感器輸出信號(hào)至少等于儀表要求的輸入信號(hào)，這樣傳感器的靈敏度才得以保證[1]。

2 汽車傳感器測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn)分析

2.1 被測(cè)對(duì)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(jīng)常使用的傳感器。伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同型號(hào)的汽車被研發(fā)出來(lái)，根據(jù)不同的車型需要選擇合適的傳感器。每個(gè)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(chǎn)環(huán)境和測(cè)量指標(biāo)等的不同更對(duì)傳感器提出的更高層次的要求。傳感器為了滿足汽車生產(chǎn)廠家的需求，就需要適應(yīng)被測(cè)對(duì)象的多樣性和快速變化性的特點(diǎn)[2]。

2.2 測(cè)試內(nèi)容的近似性

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

2.3 測(cè)試設(shè)備的高效性和靈活性

汽車傳感器的生產(chǎn)線對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求較高，需要采用經(jīng)濟(jì)、自動(dòng)、高效、靈活的測(cè)試設(shè)備。此外，選用的測(cè)試設(shè)備還要具有高產(chǎn)能、高自動(dòng)化、高可靠性以及高效率等特點(diǎn)。傳感器在投入之后，測(cè)試設(shè)備本身的功能也需要不斷完善，以便更高滿足新產(chǎn)品高性能的測(cè)試要求。

2.4 汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)集成化和智能化的特點(diǎn)

未來(lái)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(chǎn)品質(zhì)量，傳感器所采用的測(cè)試設(shè)備需要具備較強(qiáng)的生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)能力，借助此種能力可以有效減少人為因素對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量帶來(lái)的干擾。在集成化和智能化的要求下生產(chǎn)廠家需要確保生產(chǎn)線上的設(shè)備與測(cè)試設(shè)備做好無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)學(xué)和信息共享[3-4]。

3 柔性測(cè)試技術(shù)分析

從字面意思上分析柔性測(cè)試實(shí)際上屬于一種技術(shù)，柔性測(cè)試就是以測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的功能及性能為關(guān)注對(duì)象，對(duì)滿足測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)需求的方法及手段進(jìn)行研究及開發(fā)的技術(shù)。更趨近于測(cè)試測(cè)量的最終解決方案是柔性測(cè)試技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。柔性測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)是時(shí)代發(fā)展的必然選擇，對(duì)于汽車制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，柔性測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)可以開拓更為廣闊的市場(chǎng)。汽車制造行業(yè)可以借助虛擬儀器技術(shù)和儀器設(shè)備等采集和分析較為簡(jiǎn)單的信號(hào)。但是針對(duì)一個(gè)具有明顯特點(diǎn)的行業(yè)來(lái)說(shuō)，所采用是的測(cè)試系統(tǒng)需要融合多種技術(shù)和多種手段，在技術(shù)和手段相互融合的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。因此從事柔性測(cè)試技術(shù)的人員需要全面了解數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)、機(jī)電裝置、傳感設(shè)備以及專業(yè)背景的測(cè)試測(cè)量方案，明確柔性測(cè)試技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用的不同特點(diǎn)。柔性測(cè)試技術(shù)是建立在其他技術(shù)基礎(chǔ)之上的，可以滿足測(cè)試的不同需求。現(xiàn)代的柔性測(cè)試技術(shù)融合了機(jī)電一體化技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、測(cè)試測(cè)量技術(shù)、軟件技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)等，因此可以測(cè)試多種的信號(hào)。其中柔性測(cè)試技術(shù)具有以下特點(diǎn)，一靈活性，該技術(shù)可以根據(jù)客戶的需求對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行變換，實(shí)現(xiàn)多技術(shù)的測(cè)試要求。二適應(yīng)性，柔性測(cè)試技術(shù)適應(yīng)多種測(cè)試環(huán)境的要求，可以在提供環(huán)境下提供不同的測(cè)試性能，集中了多種信號(hào)的測(cè)試能力。三可拓展性，柔性測(cè)試技術(shù)是緊跟科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷完善的，在測(cè)試功能不斷完善的過(guò)程中，可逐步提升原有的測(cè)試能力。汽車傳感器測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用柔性測(cè)試技術(shù)，將其優(yōu)勢(shì)得到了更加全面的體現(xiàn)，生產(chǎn)出了基于柔性測(cè)試技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品，比如：汽車傳感器通用測(cè)試系統(tǒng)、電路板功能測(cè)試系統(tǒng)-FCT for PCBA、汽車保險(xiǎn)絲盒裝配檢測(cè)系統(tǒng)、噪聲源定位分析系統(tǒng)等。

4 傳感器在柔性自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)中的應(yīng)用情況分析

4.1 輪速和位置傳感器測(cè)試系統(tǒng)

汽車的柔性自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中輪速和位置傳感器的動(dòng)/靜態(tài)參數(shù)測(cè)量是其最具核心的內(nèi)容。柔性測(cè)試系統(tǒng)對(duì)測(cè)試的精度和重復(fù)測(cè)試的精度要求較高，有些參數(shù)需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)測(cè)試的算法自行設(shè)計(jì)。虛擬儀器作為一種測(cè)試測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以更好滿足柔性自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的對(duì)軟件和硬件的要求，因此汽車生產(chǎn)制造中經(jīng)常適應(yīng)虛擬一起作為一種技術(shù)開發(fā)手段。該系統(tǒng)為了更好控制外部動(dòng)作需要提供I/O 接口，在該接口的輔助下可以精確控制運(yùn)動(dòng)控制卡的轉(zhuǎn)速，納入了I/O 接口的柔性測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)成為了一套機(jī)電軟結(jié)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(cè)試系統(tǒng)的核心萬(wàn)用表模塊、控制器、運(yùn)動(dòng)控制模塊、示波器模塊、矩陣開關(guān)模塊、數(shù)字I/O 模塊等是PXI 系統(tǒng)主要的組成部分。因?yàn)橥慌_(tái)設(shè)備要想滿足全部傳感器的控制要求顯然是不現(xiàn)實(shí)的，納入了不同的模塊可以更還要滿足傳感器多方面的測(cè)試要求。因此需要引入模塊化設(shè)計(jì)思想，將柔性測(cè)試技術(shù)中的測(cè)試軟件、測(cè)試技術(shù)、主電路系統(tǒng)以及啟動(dòng)控制系統(tǒng)等作為主機(jī)，并納入不同的模塊形式，如夾具模塊、目標(biāo)輪模塊、馬達(dá)模塊以及專用電路模塊等，以此滿足傳感器多方面的測(cè)試需求[5-6]。

4.2 爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)

操作臺(tái)、控制柜是爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)立足測(cè)試系統(tǒng)原理分析，相對(duì)法是振動(dòng)測(cè)試經(jīng)常采用的方法，此種方法可以對(duì)汽車爆震傳感器3000-40000Hz 范圍內(nèi)的任意頻率點(diǎn)的靈敏度進(jìn)行測(cè)試。此外，還可以檢測(cè)電容和絕緣電阻的情況。爆震傳感器測(cè)試系統(tǒng)采用的是PXI 架構(gòu)，在信號(hào)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(cè)與前面所說(shuō)的輪速和位置傳感器是一樣的，測(cè)試原理相同，沒(méi)有做統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。該傳感器在進(jìn)行測(cè)試時(shí)需要使用M8 的螺栓將其安裝到振臺(tái)上，以此對(duì)傳感器頭部的差異性可以不做考慮。對(duì)于不同的接口采用不一樣的適配器接口，可滿足快速轉(zhuǎn)型的要求。此外，接口適配器上還裝有辨識(shí)電路，當(dāng)測(cè)試程序?qū)y(cè)試參數(shù)進(jìn)行配置時(shí)，該程度會(huì)自動(dòng)調(diào)用與接口適配器相對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，避免出現(xiàn)測(cè)試失誤[7-8]。

4.3 T-MAP傳感器測(cè)試系統(tǒng)

T-MAP 傳感器的全稱為進(jìn)氣歧管壓力—溫度傳感器，T-MAP傳感器對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)是非常重要的傳感器，該傳感器可以對(duì)汽車的噴油量進(jìn)行調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)控制空燃比的目的。T-MAP 傳感器得檢測(cè)中包括Ramp 測(cè)試、熱敏電阻測(cè)試、Leakage 測(cè)試、電容測(cè)試等。T-MAP 傳感器測(cè)試需要在特定的環(huán)境下進(jìn)行，要求測(cè)試氣壓是要不斷變化的，T-MAP 傳感器測(cè)試需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，因此難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。因此設(shè)計(jì)人員在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了三工位的測(cè)試模式，三工位可以分別占用氣壓系統(tǒng)資源和測(cè)試硬件，因此可以顯著提高T-MAP 傳感器的測(cè)試效率，并能有效節(jié)約硬件成本。T-MAP 傳感器測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)作都是在氣缸驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)完成的，極大減輕了操作人員的工作負(fù)擔(dān)，操作人員只需要在夾具中放入被測(cè)件就可以完成整個(gè)的測(cè)試工作。夾具中的被測(cè)件依靠傳送帶被輸送到下個(gè)工位，完成整個(gè)的測(cè)試工作。柔性測(cè)試技術(shù)具有較好的可拓展性，因此被測(cè)對(duì)象一旦發(fā)生變化，將啟動(dòng)不同的模塊系統(tǒng)，對(duì)接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。如果產(chǎn)品不能兼容，此時(shí)只需要增加相應(yīng)的測(cè)試模塊即可。T-MAP 傳感器測(cè)試系統(tǒng)屬于終檢設(shè)備，需要和其他設(shè)備分享數(shù)據(jù)資料。T-MAP 傳感器測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)需要得到前面測(cè)試設(shè)備的設(shè)施數(shù)據(jù)，結(jié)合相應(yīng)的參數(shù)，在終檢設(shè)備上再次進(jìn)行測(cè)試。此外，T-MAP 傳感器測(cè)試系統(tǒng)需要將測(cè)試后的數(shù)據(jù)放在服務(wù)器上，以便供給其他測(cè)試系統(tǒng)使用。在原有的測(cè)試系統(tǒng)上加入了I/O 信號(hào)和自動(dòng)傳送帶，可以將前面工位與后面工位密切聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)備間工件的自動(dòng)化傳遞。此種設(shè)計(jì)明顯提高了T-MAP 傳感器測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試效率[9-10]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，柔性自動(dòng)控制的檢測(cè)元件直接影響自動(dòng)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(dòng)化中的應(yīng)用情況，希望通過(guò)本文的分析可對(duì)我國(guó)制造業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)起到一定的推動(dòng)作用。