涡电流传感器在汽车仪表板弱化加工检测上的应用

杜丁香 周向

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

一、前言

随着人们对美观性和舒适性要求的提高,近年来越来越多的车型被设计为整体式安全气囊仪表板保证安全气囊正常开启,也称为无缝气囊仪表板，随着汽车技术的不断发展,对仪表板集安全性、功能性、舒适性和装饰性于一身的要求越来越高。汽车副驾驶侧安全气囊引爆区域需要经过特定的弱化加工，才能保证安全气囊引爆后能够正常弹出，而弱化区域的塑料仪表板不会被安全气囊弹出造成人员伤亡，弱化加工后的精度检测是保证气囊安全的重要步序，本文主要说明涡电流传感器在无缝仪表板弱化加工测量上的应用。

二、无缝仪表板弱化加工工艺

超声波冷刀弱化是将超声波能量通过振动子加载到安装在振动子上的刀具进行切割弱化，切割加工时，超声波使刀尖以高频振动模拟切割动作，同时刀尖发出的超声波使靠近刀尖的工具表面的分子运动加剧而发生热融化，形成一深度的凹槽，从而达到工件局部弱化的目的。

超声波弱化设备一般由超声波发生装置、刀具、机械手和检测传感器组成，加工时，工件通过真空吸附在治具上，机械手按照特定的轨迹控制刀具的走向以及切割的深度，涡电流传感器对加工刀具位置进行测量，从而间接得出仪表板弱化部位的残余厚度。

三、涡电流传感器简介

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为涡电流式传感器。

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，涡电流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

四、涡电流传感器检测仪表板弱化厚度应用构建

（一）检测设备构成

1.仪表板安装夹具：更具仪表板表面贴合安装，真空吸附，保证仪表板安装定位精度；

2.涡电流传感器头：基恩士EX-416V，测量距离0~5mm，测量精度±0.004mm；

3.涡电流传感器控制器：基恩士EX-V05，解析度1μm，信号输出方式直流0~5V或者DC 4~20mA电流。

（二）涡电流传感器标定

不同大小的金属靠近涡电流传感器感应头产生电涡流大小不同，在使用前需要根据弱化加工刀具对涡电流传感器进行标定，具体标定步骤如下：

1.在传感器感应头上方20cm范围内无任何金属物体时，按下控制器上的回车按钮，控制器LED显示“1”；

2.零位标定：将加工刀具尽可能贴近感应头测量表面，刀尖对准传感器中心，按下控制器上的回车按钮，控制器LED显示“2”；

3.满量产标定：在刀具与感应头直接安装5mm厚塑料标准块，将刀具贴在标准块表面，刀尖对准传感器中心，按下控制器上的回车按钮，控制器LED显示“3”；

4.半量产校验：在刀具与感应头直接安装2.5mm厚塑料标准块，将刀具贴在标准块表面，刀尖对准传感器中心，按下控制器上的回车按钮，控制器LED显示“End”（若异常时显示ERR，需要重新进行标定）；

在使用不同刀具类型刀具进行弱化加工时，需要重新进行标定后才能进行测量使用，否则会造成测量误差较大，测量数据错误的情况发生。

（三）涡电流传感器检测精度校准

1.由于环境温湿度影响，涡电流传感器在实际测量时可能出现一定程度误差，可以通过在换算中增加校正因子来消除此误差。

B=B'+Δ

……B弱化加工后仪表板实际残余厚度

……B’涡电流传感器测量厚度

……Δ校正因子

2.通常采用切片法对此校正因子进行测算，首先将弱化加工后的仪表板进行切片，将刀具弱化部位进行横截面切片，然后通过显微镜测量出仪表板实际残余厚度，

如图4 仪表板实际残余厚度图所示。

用仪表板实际残余厚度值B减去涡电流传感器检测值 B’即可得出校正因子Δ，将此值设定在控制器对应的校正因子参数中即可完成涡电流传感器检测精度的校准。

五、汽车仪表板弱化加工不良品的检出

在弱化加工工件不良品的检出上，按照仪表板弱化品质基准来说，通常超声波冷刀弱化加工仪表板残余厚度基准为0.44±0.06mm，实际加工区域品质如图5所示，检测时会在A、B、C三个点位分别安装1个涡电流传感器，对相应部位分别检测。

基恩士涡电流控制器提供多种输出方式，常用输出方式有2种：

（一）通过控制器自身判定直接输出不良品NG信号，如图7中端子⑧⑨⑩；

（二）控制器通过端子输出模拟量信号外接到其他设备如：PLC、显示仪表等，在外接设备上进行信号处理后进行不良品的判定。

实际应用中通常会选择第（2）种方式为主，外接到PLC中由PLC对检测数据进行处理，并上传到追溯系统中进行记录，从而达到确保不良品无法流出到后续工序中，从而保证整个仪表台的品质。

总结：

涡电流传感器在仪表板弱化加工精度检测上的应用，实际是利用涡电流检测位移的原理间接测量弱化加工仪表板残余厚度，可以在弱化加工过程中对加工结果进行检测，不会对汽车仪表板造成二次检测伤害，同时检测精度高，响应速度快，很大程度上提升检测工作效率，达到不良品百分之百自动化检出的效果。