汽车覆盖件模具传感器故障类型及处理方法

2022-11-02黄飞鸿庞高磊何杰华陈振华

模具制造 2022年9期

黄飞鸿，庞高磊，何杰华，陈振华

（广汽乘用车有限公司，广东广州 511434）

1 引言

目前，汽车市场竞争日趋白热化，如何提高产品竞争力成为各大主机厂面临的重点问题。在性能和质量差别不大的同类车型中，更低的价格和更短的交付周期成为影响消费者购买的重要因素。对于生产部门，提高生产效率、减少浪费能够有效降低成本、扩大利润空间，使汽车在价格上占据优势，同时缩短交付周期，使产品乃至企业在市场竞争中保持良好的竞争力。

冲压生产中，自动化线取代手工线极大地提高了生产效率，同时提升了操作的一致性和员工的安全保障。但是，自动化线也对模具自身及与机器人、压力机、人员等间的相互配合提出了更高要求[1]。本文从降低生产过程中模具传感器故障率角度出发，分析常见传感器故障发生的原因，并提出相应的处理方法，试图指导和服务现场。

2 覆盖件模具传感器工作原理及应用

以某主机厂模具为例，其传感器主要采用某品牌的电感式传感器，其结构和接线如图1所示。

当待测对象（金属件）处在传感器检测范围内时，传感器内部磁场会在待测对象表面产生感应涡流。然后，感应涡流在周围激发与传感器内部磁场方向相反的感应磁场，从而减弱传感器内部磁场。传感器内部电路将这一变化进行放大并转换为电信号点亮LED灯，从而实现检测功能。

实际使用过程中，常将传感器装配在各类支架上，用于检测板料或者机构是否处在预定位置。例如，将传感器装配在拉伸检测器上，如图2所示，用于检测板料是否投放到位。当机器人将板料投入到拉伸模具内时，板料边缘推动检测块发生位移。位移过程中，检测块带动旋转块使其绕转轴转动。当旋转块转动到传感器检测范围内时，传感器LED 灯点亮，表明板料已投放到位。

后工序模具常将传感器装配在下模的固定架上，用于实现对板料的检测，或与检测板配合，实现对活动机构的检测，结构如图3所示。两者工作原理与单独使用传感器检测待测对象原理相同，在此不做赘述。

3 覆盖件模具传感器常见故障及处理方法

实际生产过程中，由于传感器检测线路断路、超出检测范围、检测器闪断等原因，传感器容易发生检测故障。下面对常见的传感器故障进行分析，并提出相应的处理方法。

3.1 传感器检测线路断路处理方法

生产过程中，有时会发生板料投放无异常，但传感器无检测信号，导致压力机停机的情况。这时，需要检查传感器检测线路各部分是否发生松脱。以拉伸工序为例，传感器检测线路包括传感器、快换接头、电器盒和快插接头4个部分。传感器发出检测信号，通过接线传输至快换接头，再通过接线传输至电器盒上的快插接头，最后传输至压力机，线路如图4所示。

对各部分逐一检查，发现传感器接头、快换接头和快插插头等位置容易发生松脱，导致传感器检测异常，如图5所示。

调查传感器接头松脱原因，发现其他零件的拉伸传感器接头处均存在不同程度的松脱。由于此处采用螺纹连接，其内、外螺纹间存在细小间隙，如图6所示。长期生产过程中，受振动影响，接触面发生滑动，导致接头与传感器松脱。

针对这种情况，向接头与传感器连接处添加螺纹锁固剂。在隔绝空气的条件下，锁固剂固化成热固性材料，可以承受很高的负荷，有效阻止螺纹松脱，如图7所示。

除了添加螺纹锁固剂外，也可改用不带接头的一体式传感器。

无论选用接头式还是一体式传感器，在传感器螺母与检测器支架中间都需加装防松垫圈，依靠摩擦力来达到防松效果，如图8所示。经实践确认，两种方法防松效果较好，能满足现场使用要求。

除此之外，接线保护套与接头的连接处常用防水胶布缠绕固定，防止接线与保护套松脱，对内部的接线造成损坏，如图11所示。

调查快换接头松脱原因，发现人员进行抹模或点检时，存在踩踏快换接头的风险，容易导致快插插头损坏、松脱。

针对这种情况，首先需要加强对人员的培训教育。然后，可在快换接头上加装一盖板对接头进行保护。为方便人员插拔快换接头，在盖板表面开一方孔，如图9所示。加装防护盖板后，经实践确认，快换接头位置无踩踏损坏风险，不易发生松脱，防护效果较好。

调查快插插头松脱原因，发现把快插插头扣紧在模具电器盒插座上的卡扣磨损严重，无法固定快插插头。受到振动后，插头容易发生松动，导致检测线路中断。观察卡扣工作过程，发现生产前需要插上快插插头，再将卡扣扣紧；生产结束后，又需要打开卡扣，拔下快插插头。由于卡扣为塑料件，长期使用容易磨损，导致失效。

针对这种情况，可在点检内容中增加对卡扣的检查。同时，对卡扣进行备件，损坏后可单独更换，如图10 所示。对策实施后，经实践确认，无因卡扣磨损导致的检测故障发生，效果确认较好。

本节主要对拉伸传感器检测线路中易发生松脱，导致检测线路断路的3点原因进行了分析，并提出了相应的处理方法：螺纹连接处松脱可添加螺纹锁固剂或采用一体式结构；易踩踏损坏的地方可加装防护盖板；易损件增加定期检查并单独备件。经实践验证，这些方法能够有效解决拉伸传感器检测线路断路问题，降低传感器故障率。后工序模具传感器如发生类似故障，可参考上述处理方法。

3.2 超出检测范围处理方法

某车型侧围生产过程中，拉伸工序板料检测器多发检测异常导致停机。观察板料状态，发现板料边缘未与检测块接触，导致检测器失效。

利用鱼骨图，对比上批次生产状态，从人机料法环五个方面分析变化点，得到17个末端因素，如图12所示。

逐一进行验证，发现当批次板料尺寸对比上批次材料尺寸偏小，判断为要因。同时，板料下榻对比上批次生产情况比较严重，判断为要因。正常情况下，投料后，板料边缘先碰到检测块，再发生下榻。此时，板料仍应处在检测器检测范围内，如图13a 所示。实际情况为，板料投放后，板料边缘先推动检测块。随后，板料下榻加剧，边缘与检测块距离变大，超出检测器检测范围，发生检测异常，如图13b所示。

针对这种情况，可对材料性能进行分析，找出影响材料下榻的关键因素。也可改变模具检测器结构，吸收板料尺寸和性能差异带来的下榻程度不一。对比两种方案，前者周期长、难度大、成本较高；后者周期短、难度小、成本较低。

采用第二种方案，对检测块进行补焊加宽，使板料下榻后仍处在检测器检测范围内。面对投料后板料与检测块间隙较大的情况，需要对检测块补焊较大的量，使板料下榻后仍处在检测器检测范围内；面对投料后板料与检测块间隙较小甚至无间隙的情况，检测块不能补焊过多的量，以免板料在下落过程中与检测块发生干涉卡住。此外，投料过程中，虽然机器人的运动精度较高，但吸料点的位置主要通过摄像头对板料的视觉定位信息进行调整，误差在1～2mm 内。因此，机器人在投料时，虽然投料点位置不变，但是板料位置偏差在1～2mm 内。综合考虑各因素，经多轮补焊、调试、打磨后，检测器检测范围以12mm为宜，如图14所示。

对检测块进行补焊后，生产过程中仍偶发检测异常，调查发现，发生检测异常时，旋转块距离传感器较远，如图15所示。

实际测量旋转块与传感器的最小距离，大于传感器有效检测距离，导致检测异常。对旋转块进行拆解，发现其与转轴配合间隙较大，当旋转块发生较大摆动时，容易超出传感器检测范围，导致检测异常，如图16所示。

针对这种情况，对检测器更换直径更大的转轴，减小旋转块与转轴的配合间隙。同时，在检测器支架上加装一限位销钉，对旋转块进行水平限位，如图17所示。

经实践证明，对策实施后，旋转块摆动得到有效限制，效果确认较好。

本节主要对板料未与检测块接触、旋转块摆动过大超出检测范围两种超出检测范围的情况进行分析，并提出相应的处理方法：检测块补焊；更换旋转块转轴，增加水平限位。经实践验证，这两种方法能够有效解决超出检测范围问题，降低传感器故障率，满足现场实际需求。

3.3 检测器闪断处理方法

某车型零件在生产过程中，拉伸工序偶发板料翘起，导致检测器闪断异常，如图18a所示。

正常情况下，机器人将板料从皮带机上吸起，随后移动到投料点，过程中与模具定位不发生干涉。然后，在投料点将板料投放到模具内。板件平稳落下，检测器对板料是否到位进行检测，如图18b所示。

实际情况中，机器人在投料点将板料投放后，板件与模具定位发生干涉，导致板料一边卡住，另一边继续下落。下落到底时，卡住的部分发生翘起晃动。晃动过程中，板料边缘接触到检测块，推动后者位移实现检测，随后，迅速回到原点，导致检测器闪断。稳定后，卡住的板料超出检测范围，导致停机异常。

调查板料投放后与模具定位干涉的原因，发现投料时，板料与模具定位的间隙不明确：板料在一些位置上与模具定位间隙太小，容易发生干涉；一些位置板料又与模具定位间隙较大。

针对这种情况，联络设备调试人员，结合调试难度，确定投料时板料与模具定位间隙标准：板料在投放过程中，与模具定位不发生干涉。同时，板料下落到底时，与模具定位的间隙为单边5mm，如图19所示。

此外，为避免板料在下降过程中，整体到达型面不同步，导致到达型面慢的部分发生晃动。针对不同坡度的型面，需要设置不同的投料角度：拉伸工序较为平缓的型面，其投料角度设为水平；拉伸工序呈一坡度的型面，其投料角度设为与型面坡度一致；拉伸工序中间高，两头低的型面，其投料角度设为近似水平，倾斜角度视具体调试效果确定，同时，改造模具定位，使其向外倾斜，如图20所示。

对策实施后，仍然偶发检测器闪断。调查原因发现，生产过程中，受振动影响，检测块容易发生前后晃动，导致检测器闪断。

针对这种情况，可在检测块上补焊配重块，使检测块自身不容易受振动影响导致晃动，如图21所示。

对策实施后，检测器闪断问题得到有效解决。

本节对投料后板料翘起、检测块晃动两种检测器闪断原因进行了分析，并提出了相应的处理方法：制定投料时板料与模具定位间隙标准。同时针对不同坡度的型面设置不同的投料角度或改造模具定位；补焊配重块。经实践证明，两种方法能够有效解决检测器闪断问题，降低传感器故障率。

3.4 后工序板料传感器与板料距离不合理处理方法

生产过程中，后工序模具板料传感器偶发检测不良。调查故障原因，发现板料与传感器距离不合理。有些传感器与板料距离较小，容易受到损坏。有些传感器与板料距离较大，超出传感器检测范围。线上调整时，可在传感器上放置适量橡皮泥，然后在模具上放置工序件。让压力机下压，然后测量橡皮泥高度，得到传感器与板料的距离。根据传感器与板料距离对传感器高度进行调整，以传感器与板料距离在2～4mm内为宜。线下调整时，可利用钢板尺等工具模拟板料或利用工序件进行检测，根据检测效果实时调整传感器高度，直至传感器距离板料2～4mm内。

对策实施后，传感器与板料距离不合理问题得到解决。

本节主要对后工序板料传感器与板料距离不合理进行了分析，并针对线上和线下分别提出了处理方法，能够有效解决传感器与板料距离不合理问题，降低传感器故障率。