渦電流傳感器在汽車儀表板弱化加工檢測上的應用

杜丁香 周向

（武漢交通職業學院，湖北 武漢 430065）

一、前言

隨著人們對美觀性和舒適性要求的提高,近年來越來越多的車型被設計為整體式安全氣囊儀表板保證安全氣囊正常開啟,也稱為無縫氣囊儀表板，隨著汽車技術的不斷發展,對儀表板集安全性、功能性、舒適性和裝飾性于一身的要求越來越高。汽車副駕駛側安全氣囊引爆區域需要經過特定的弱化加工，才能保證安全氣囊引爆后能夠正常彈出，而弱化區域的塑料儀表板不會被安全氣囊彈出造成人員傷亡，弱化加工后的精度檢測是保證氣囊安全的重要步序，本文主要說明渦電流傳感器在無縫儀表板弱化加工測量上的應用。

二、無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振動子加載到安裝在振動子上的刀具進行切割弱化，切割加工時，超聲波使刀尖以高頻振動模擬切割動作，同時刀尖發出的超聲波使靠近刀尖的工具表面的分子運動加劇而發生熱融化，形成一深度的凹槽，從而達到工件局部弱化的目的。

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

三、渦電流傳感器簡介

根據法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，電渦流效應。而根據電渦流效應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延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場。當被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，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率、電導率、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體表面的距離等參數有關。頭部體線圈與金屬導體的距離D的變化轉化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，渦電流傳感器就是根據這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量。

四、渦電流傳感器檢測儀表板弱化厚度應用構建

（一）檢測設備構成

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，測量距離0~5mm，測量精度±0.004mm；

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

（二）渦電流傳感器標定

不同大小的金屬靠近渦電流傳感器感應頭產生電渦流大小不同，在使用前需要根據弱化加工刀具對渦電流傳感器進行標定，具體標定步驟如下：

1.在傳感器感應頭上方20cm范圍內無任何金屬物體時，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“1”；

2.零位標定：將加工刀具盡可能貼近感應頭測量表面，刀尖對準傳感器中心，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“2”；

3.滿量產標定：在刀具與感應頭直接安裝5mm厚塑料標準塊，將刀具貼在標準塊表面，刀尖對準傳感器中心，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“3”；

4.半量產校驗：在刀具與感應頭直接安裝2.5mm厚塑料標準塊，將刀具貼在標準塊表面，刀尖對準傳感器中心，按下控制器上的回車按鈕，控制器LED顯示“End”（若異常時顯示ERR，需要重新進行標定）；

在使用不同刀具類型刀具進行弱化加工時，需要重新進行標定后才能進行測量使用，否則會造成測量誤差較大，測量數據錯誤的情況發生。

（三）渦電流傳感器檢測精度校準

1.由于環境溫濕度影響，渦電流傳感器在實際測量時可能出現一定程度誤差，可以通過在換算中增加校正因子來消除此誤差。

B=B'+Δ

……B弱化加工后儀表板實際殘余厚度

……B’渦電流傳感器測量厚度

……Δ校正因子

2.通常采用切片法對此校正因子進行測算，首先將弱化加工后的儀表板進行切片，將刀具弱化部位進行橫截面切片，然后通過顯微鏡測量出儀表板實際殘余厚度，

如圖4 儀表板實際殘余厚度圖所示。

用儀表板實際殘余厚度值B減去渦電流傳感器檢測值 B’即可得出校正因子Δ，將此值設定在控制器對應的校正因子參數中即可完成渦電流傳感器檢測精度的校準。

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基準來說，通常超聲波冷刀弱化加工儀表板殘余厚度基準為0.44±0.06mm，實際加工區域品質如圖5所示，檢測時會在A、B、C三個點位分別安裝1個渦電流傳感器，對相應部位分別檢測。

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）通過控制器自身判定直接輸出不良品NG信號，如圖7中端子⑧⑨⑩；

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

實際應用中通常會選擇第（2）種方式為主，外接到PLC中由PLC對檢測數據進行處理，并上傳到追溯系統中進行記錄，從而達到確保不良品無法流出到后續工序中，從而保證整個儀表臺的品質。

總結：

渦電流傳感器在儀表板弱化加工精度檢測上的應用，實際是利用渦電流檢測位移的原理間接測量弱化加工儀表板殘余厚度，可以在弱化加工過程中對加工結果進行檢測，不會對汽車儀表板造成二次檢測傷害，同時檢測精度高，響應速度快，很大程度上提升檢測工作效率，達到不良品百分之百自動化檢出的效果。