汽車覆蓋件模具傳感器故障類型及處理方法

黃飛鴻，龐高磊，何杰華，陳振華

（廣汽乘用車有限公司，廣東廣州 511434）

1 引言

目前，汽車市場競爭日趨白熱化，如何提高產(chǎn)品競爭力成為各大主機(jī)廠面臨的重點(diǎn)問題。在性能和質(zhì)量差別不大的同類車型中，更低的價格和更短的交付周期成為影響消費(fèi)者購買的重要因素。對于生產(chǎn)部門，提高生產(chǎn)效率、減少浪費(fèi)能夠有效降低成本、擴(kuò)大利潤空間，使汽車在價格上占據(jù)優(yōu)勢，同時縮短交付周期，使產(chǎn)品乃至企業(yè)在市場競爭中保持良好的競爭力。

沖壓生產(chǎn)中，自動化線取代手工線極大地提高了生產(chǎn)效率，同時提升了操作的一致性和員工的安全保障。但是，自動化線也對模具自身及與機(jī)器人、壓力機(jī)、人員等間的相互配合提出了更高要求[1]。本文從降低生產(chǎn)過程中模具傳感器故障率角度出發(fā)，分析常見傳感器故障發(fā)生的原因，并提出相應(yīng)的處理方法，試圖指導(dǎo)和服務(wù)現(xiàn)場。

2 覆蓋件模具傳感器工作原理及應(yīng)用

以某主機(jī)廠模具為例，其傳感器主要采用某品牌的電感式傳感器，其結(jié)構(gòu)和接線如圖1所示。

當(dāng)待測對象（金屬件）處在傳感器檢測范圍內(nèi)時，傳感器內(nèi)部磁場會在待測對象表面產(chǎn)生感應(yīng)渦流。然后，感應(yīng)渦流在周圍激發(fā)與傳感器內(nèi)部磁場方向相反的感應(yīng)磁場，從而減弱傳感器內(nèi)部磁場。傳感器內(nèi)部電路將這一變化進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為電信號點(diǎn)亮LED燈，從而實(shí)現(xiàn)檢測功能。

實(shí)際使用過程中，常將傳感器裝配在各類支架上，用于檢測板料或者機(jī)構(gòu)是否處在預(yù)定位置。例如，將傳感器裝配在拉伸檢測器上，如圖2所示，用于檢測板料是否投放到位。當(dāng)機(jī)器人將板料投入到拉伸模具內(nèi)時，板料邊緣推動檢測塊發(fā)生位移。位移過程中，檢測塊帶動旋轉(zhuǎn)塊使其繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動到傳感器檢測范圍內(nèi)時，傳感器LED 燈點(diǎn)亮，表明板料已投放到位。

后工序模具常將傳感器裝配在下模的固定架上，用于實(shí)現(xiàn)對板料的檢測，或與檢測板配合，實(shí)現(xiàn)對活動機(jī)構(gòu)的檢測，結(jié)構(gòu)如圖3所示。兩者工作原理與單獨(dú)使用傳感器檢測待測對象原理相同，在此不做贅述。

3 覆蓋件模具傳感器常見故障及處理方法

實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于傳感器檢測線路斷路、超出檢測范圍、檢測器閃斷等原因，傳感器容易發(fā)生檢測故障。下面對常見的傳感器故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理方法。

3.1 傳感器檢測線路斷路處理方法

生產(chǎn)過程中，有時會發(fā)生板料投放無異常，但傳感器無檢測信號，導(dǎo)致壓力機(jī)停機(jī)的情況。這時，需要檢查傳感器檢測線路各部分是否發(fā)生松脫。以拉伸工序?yàn)槔瑐鞲衅鳈z測線路包括傳感器、快換接頭、電器盒和快插接頭4個部分。傳感器發(fā)出檢測信號，通過接線傳輸至快換接頭，再通過接線傳輸至電器盒上的快插接頭，最后傳輸至壓力機(jī)，線路如圖4所示。

對各部分逐一檢查，發(fā)現(xiàn)傳感器接頭、快換接頭和快插插頭等位置容易發(fā)生松脫，導(dǎo)致傳感器檢測異常，如圖5所示。

調(diào)查傳感器接頭松脫原因，發(fā)現(xiàn)其他零件的拉伸傳感器接頭處均存在不同程度的松脫。由于此處采用螺紋連接，其內(nèi)、外螺紋間存在細(xì)小間隙，如圖6所示。長期生產(chǎn)過程中，受振動影響，接觸面發(fā)生滑動，導(dǎo)致接頭與傳感器松脫。

針對這種情況，向接頭與傳感器連接處添加螺紋鎖固劑。在隔絕空氣的條件下，鎖固劑固化成熱固性材料，可以承受很高的負(fù)荷，有效阻止螺紋松脫，如圖7所示。

除了添加螺紋鎖固劑外，也可改用不帶接頭的一體式傳感器。

無論選用接頭式還是一體式傳感器，在傳感器螺母與檢測器支架中間都需加裝防松墊圈，依靠摩擦力來達(dá)到防松效果，如圖8所示。經(jīng)實(shí)踐確認(rèn)，兩種方法防松效果較好，能滿足現(xiàn)場使用要求。

除此之外，接線保護(hù)套與接頭的連接處常用防水膠布纏繞固定，防止接線與保護(hù)套松脫，對內(nèi)部的接線造成損壞，如圖11所示。

調(diào)查快換接頭松脫原因，發(fā)現(xiàn)人員進(jìn)行抹模或點(diǎn)檢時，存在踩踏快換接頭的風(fēng)險，容易導(dǎo)致快插插頭損壞、松脫。

針對這種情況，首先需要加強(qiáng)對人員的培訓(xùn)教育。然后，可在快換接頭上加裝一蓋板對接頭進(jìn)行保護(hù)。為方便人員插拔快換接頭，在蓋板表面開一方孔，如圖9所示。加裝防護(hù)蓋板后，經(jīng)實(shí)踐確認(rèn)，快換接頭位置無踩踏損壞風(fēng)險，不易發(fā)生松脫，防護(hù)效果較好。

調(diào)查快插插頭松脫原因，發(fā)現(xiàn)把快插插頭扣緊在模具電器盒插座上的卡扣磨損嚴(yán)重，無法固定快插插頭。受到振動后，插頭容易發(fā)生松動，導(dǎo)致檢測線路中斷。觀察卡扣工作過程，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)前需要插上快插插頭，再將卡扣扣緊；生產(chǎn)結(jié)束后，又需要打開卡扣，拔下快插插頭。由于卡扣為塑料件，長期使用容易磨損，導(dǎo)致失效。

針對這種情況，可在點(diǎn)檢內(nèi)容中增加對卡扣的檢查。同時，對卡扣進(jìn)行備件，損壞后可單獨(dú)更換，如圖10 所示。對策實(shí)施后，經(jīng)實(shí)踐確認(rèn)，無因卡扣磨損導(dǎo)致的檢測故障發(fā)生，效果確認(rèn)較好。

本節(jié)主要對拉伸傳感器檢測線路中易發(fā)生松脫，導(dǎo)致檢測線路斷路的3點(diǎn)原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理方法：螺紋連接處松脫可添加螺紋鎖固劑或采用一體式結(jié)構(gòu)；易踩踏損壞的地方可加裝防護(hù)蓋板；易損件增加定期檢查并單獨(dú)備件。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，這些方法能夠有效解決拉伸傳感器檢測線路斷路問題，降低傳感器故障率。后工序模具傳感器如發(fā)生類似故障，可參考上述處理方法。

3.2 超出檢測范圍處理方法

某車型側(cè)圍生產(chǎn)過程中，拉伸工序板料檢測器多發(fā)檢測異常導(dǎo)致停機(jī)。觀察板料狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)板料邊緣未與檢測塊接觸，導(dǎo)致檢測器失效。

利用魚骨圖，對比上批次生產(chǎn)狀態(tài)，從人機(jī)料法環(huán)五個方面分析變化點(diǎn)，得到17個末端因素，如圖12所示。

逐一進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)當(dāng)批次板料尺寸對比上批次材料尺寸偏小，判斷為要因。同時，板料下榻對比上批次生產(chǎn)情況比較嚴(yán)重，判斷為要因。正常情況下，投料后，板料邊緣先碰到檢測塊，再發(fā)生下榻。此時，板料仍應(yīng)處在檢測器檢測范圍內(nèi)，如圖13a 所示。實(shí)際情況為，板料投放后，板料邊緣先推動檢測塊。隨后，板料下榻加劇，邊緣與檢測塊距離變大，超出檢測器檢測范圍，發(fā)生檢測異常，如圖13b所示。

針對這種情況，可對材料性能進(jìn)行分析，找出影響材料下榻的關(guān)鍵因素。也可改變模具檢測器結(jié)構(gòu)，吸收板料尺寸和性能差異帶來的下榻程度不一。對比兩種方案，前者周期長、難度大、成本較高；后者周期短、難度小、成本較低。

采用第二種方案，對檢測塊進(jìn)行補(bǔ)焊加寬，使板料下榻后仍處在檢測器檢測范圍內(nèi)。面對投料后板料與檢測塊間隙較大的情況，需要對檢測塊補(bǔ)焊較大的量，使板料下榻后仍處在檢測器檢測范圍內(nèi)；面對投料后板料與檢測塊間隙較小甚至無間隙的情況，檢測塊不能補(bǔ)焊過多的量，以免板料在下落過程中與檢測塊發(fā)生干涉卡住。此外，投料過程中，雖然機(jī)器人的運(yùn)動精度較高，但吸料點(diǎn)的位置主要通過攝像頭對板料的視覺定位信息進(jìn)行調(diào)整，誤差在1～2mm 內(nèi)。因此，機(jī)器人在投料時，雖然投料點(diǎn)位置不變，但是板料位置偏差在1～2mm 內(nèi)。綜合考慮各因素，經(jīng)多輪補(bǔ)焊、調(diào)試、打磨后，檢測器檢測范圍以12mm為宜，如圖14所示。

對檢測塊進(jìn)行補(bǔ)焊后，生產(chǎn)過程中仍偶發(fā)檢測異常，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生檢測異常時，旋轉(zhuǎn)塊距離傳感器較遠(yuǎn)，如圖15所示。

實(shí)際測量旋轉(zhuǎn)塊與傳感器的最小距離，大于傳感器有效檢測距離，導(dǎo)致檢測異常。對旋轉(zhuǎn)塊進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)其與轉(zhuǎn)軸配合間隙較大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)塊發(fā)生較大擺動時，容易超出傳感器檢測范圍，導(dǎo)致檢測異常，如圖16所示。

針對這種情況，對檢測器更換直徑更大的轉(zhuǎn)軸，減小旋轉(zhuǎn)塊與轉(zhuǎn)軸的配合間隙。同時，在檢測器支架上加裝一限位銷釘，對旋轉(zhuǎn)塊進(jìn)行水平限位，如圖17所示。

經(jīng)實(shí)踐證明，對策實(shí)施后，旋轉(zhuǎn)塊擺動得到有效限制，效果確認(rèn)較好。

本節(jié)主要對板料未與檢測塊接觸、旋轉(zhuǎn)塊擺動過大超出檢測范圍兩種超出檢測范圍的情況進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理方法：檢測塊補(bǔ)焊；更換旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)軸，增加水平限位。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，這兩種方法能夠有效解決超出檢測范圍問題，降低傳感器故障率，滿足現(xiàn)場實(shí)際需求。

3.3 檢測器閃斷處理方法

某車型零件在生產(chǎn)過程中，拉伸工序偶發(fā)板料翹起，導(dǎo)致檢測器閃斷異常，如圖18a所示。

正常情況下，機(jī)器人將板料從皮帶機(jī)上吸起，隨后移動到投料點(diǎn)，過程中與模具定位不發(fā)生干涉。然后，在投料點(diǎn)將板料投放到模具內(nèi)。板件平穩(wěn)落下，檢測器對板料是否到位進(jìn)行檢測，如圖18b所示。

實(shí)際情況中，機(jī)器人在投料點(diǎn)將板料投放后，板件與模具定位發(fā)生干涉，導(dǎo)致板料一邊卡住，另一邊繼續(xù)下落。下落到底時，卡住的部分發(fā)生翹起晃動。晃動過程中，板料邊緣接觸到檢測塊，推動后者位移實(shí)現(xiàn)檢測，隨后，迅速回到原點(diǎn)，導(dǎo)致檢測器閃斷。穩(wěn)定后，卡住的板料超出檢測范圍，導(dǎo)致停機(jī)異常。

調(diào)查板料投放后與模具定位干涉的原因，發(fā)現(xiàn)投料時，板料與模具定位的間隙不明確：板料在一些位置上與模具定位間隙太小，容易發(fā)生干涉；一些位置板料又與模具定位間隙較大。

針對這種情況，聯(lián)絡(luò)設(shè)備調(diào)試人員，結(jié)合調(diào)試難度，確定投料時板料與模具定位間隙標(biāo)準(zhǔn)：板料在投放過程中，與模具定位不發(fā)生干涉。同時，板料下落到底時，與模具定位的間隙為單邊5mm，如圖19所示。

此外，為避免板料在下降過程中，整體到達(dá)型面不同步，導(dǎo)致到達(dá)型面慢的部分發(fā)生晃動。針對不同坡度的型面，需要設(shè)置不同的投料角度：拉伸工序較為平緩的型面，其投料角度設(shè)為水平；拉伸工序呈一坡度的型面，其投料角度設(shè)為與型面坡度一致；拉伸工序中間高，兩頭低的型面，其投料角度設(shè)為近似水平，傾斜角度視具體調(diào)試效果確定，同時，改造模具定位，使其向外傾斜，如圖20所示。

對策實(shí)施后，仍然偶發(fā)檢測器閃斷。調(diào)查原因發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)過程中，受振動影響，檢測塊容易發(fā)生前后晃動，導(dǎo)致檢測器閃斷。

針對這種情況，可在檢測塊上補(bǔ)焊配重塊，使檢測塊自身不容易受振動影響導(dǎo)致晃動，如圖21所示。

對策實(shí)施后，檢測器閃斷問題得到有效解決。

本節(jié)對投料后板料翹起、檢測塊晃動兩種檢測器閃斷原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理方法：制定投料時板料與模具定位間隙標(biāo)準(zhǔn)。同時針對不同坡度的型面設(shè)置不同的投料角度或改造模具定位；補(bǔ)焊配重塊。經(jīng)實(shí)踐證明，兩種方法能夠有效解決檢測器閃斷問題，降低傳感器故障率。

3.4 后工序板料傳感器與板料距離不合理處理方法

生產(chǎn)過程中，后工序模具板料傳感器偶發(fā)檢測不良。調(diào)查故障原因，發(fā)現(xiàn)板料與傳感器距離不合理。有些傳感器與板料距離較小，容易受到損壞。有些傳感器與板料距離較大，超出傳感器檢測范圍。線上調(diào)整時，可在傳感器上放置適量橡皮泥，然后在模具上放置工序件。讓壓力機(jī)下壓，然后測量橡皮泥高度，得到傳感器與板料的距離。根據(jù)傳感器與板料距離對傳感器高度進(jìn)行調(diào)整，以傳感器與板料距離在2～4mm內(nèi)為宜。線下調(diào)整時，可利用鋼板尺等工具模擬板料或利用工序件進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測效果實(shí)時調(diào)整傳感器高度，直至傳感器距離板料2～4mm內(nèi)。

對策實(shí)施后，傳感器與板料距離不合理問題得到解決。

本節(jié)主要對后工序板料傳感器與板料距離不合理進(jìn)行了分析，并針對線上和線下分別提出了處理方法，能夠有效解決傳感器與板料距離不合理問題，降低傳感器故障率。

3.5 后工序機(jī)構(gòu)傳感器檢測異常處理方法

生產(chǎn)過程中，后工序機(jī)構(gòu)傳感器常發(fā)生檢測異常情況。調(diào)查原因，發(fā)現(xiàn)壓力機(jī)下壓到預(yù)設(shè)角度范圍內(nèi)時，機(jī)構(gòu)上的檢測板還未進(jìn)入傳感器檢測范圍，導(dǎo)致檢測異常。

觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程，發(fā)現(xiàn)其只有在完全到位時，機(jī)構(gòu)上檢測板才能被傳感器檢測到，如圖22所示。

理想情況下，壓力機(jī)應(yīng)該在機(jī)構(gòu)完全到位后，機(jī)構(gòu)傳感器再進(jìn)行檢測。這時，可以通過適當(dāng)延后機(jī)構(gòu)傳感器檢測角度范圍解決問題。但是，由于壓力機(jī)下壓較快，這種方法存在機(jī)構(gòu)還未到位，壓力機(jī)繼續(xù)下壓，導(dǎo)致模具壓壞的風(fēng)險。

多次觀察該活動機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過一段平面后，進(jìn)入斜面下滑，到達(dá)最終位置。因此，可以在機(jī)構(gòu)剛運(yùn)動到斜面時，認(rèn)為其已到達(dá)最終位置。改變傳感器與檢測板的相對位置，實(shí)現(xiàn)檢測功能，如圖23所示。

對策實(shí)施后，后工序機(jī)構(gòu)傳感器檢測異常問題得到有效解決。解決此類問題時，應(yīng)觀察結(jié)構(gòu)運(yùn)動過程中，檢測板與傳感器的相對位置。如存在上述情況，可靈活改變檢測板與傳感器相對位置，實(shí)現(xiàn)檢測功能。

本節(jié)主要對后工序機(jī)構(gòu)傳感器檢測異常問題進(jìn)行了分析，得出傳感器與檢測板相對位置不合理，導(dǎo)致壓力機(jī)下壓到預(yù)設(shè)角度范圍內(nèi)時，傳感器無檢測信號。針對這種情況，通過改變傳感器與檢測板相對位置，實(shí)現(xiàn)檢測功能，成功降低傳感器故障率。

4 總結(jié)

本文首先介紹了汽車覆蓋件模具傳感器的工作原理及應(yīng)用類型，在此基礎(chǔ)上，針對幾種常見的傳感器故障類型進(jìn)行了分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出了加固易松脫處、改變檢測結(jié)構(gòu)、制定投料標(biāo)準(zhǔn)等處理方法。經(jīng)實(shí)踐證明，能夠有效解決上述故障問題，降低傳感器故障率。