汽車(chē)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(chē)有限公司，廣東廣州 511434）

1 引言

目前，汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化，如何提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力成為各大主機(jī)廠面臨的重點(diǎn)問(wèn)題。在性能和質(zhì)量差別不大的同類車(chē)型中，更低的價(jià)格和更短的交付周期成為影響消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)的重要因素。對(duì)于生產(chǎn)部門(mén)，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(rùn)空間，使汽車(chē)在價(jià)格上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)縮短交付周期，使產(chǎn)品乃至企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持良好的競(jìng)爭(zhēng)力。

沖壓生產(chǎn)中，自動(dòng)化線取代手工線極大地提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)提升了操作的一致性和員工的安全保障。但是，自動(dòng)化線也對(duì)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(guò)程中模具傳感器故障率角度出發(fā)，分析常見(jiàn)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(chǎng)。

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(cè)對(duì)象（金屬件）處在傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)會(huì)在待測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生感應(yīng)渦流。然后，感應(yīng)渦流在周?chē)ぐl(fā)與傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)方向相反的感應(yīng)磁場(chǎng)，從而減弱傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)。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(hào)點(diǎn)亮LED燈，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。

實(shí)際使用過(guò)程中，常將傳感器裝配在各類支架上，用于檢測(cè)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(cè)器上，如圖2所示，用于檢測(cè)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(shí)，板料邊緣推動(dòng)檢測(cè)塊發(fā)生位移。位移過(guò)程中，檢測(cè)塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)塊使其繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動(dòng)到傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，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(duì)板料的檢測(cè)，或與檢測(cè)板配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)，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(cè)待測(cè)對(duì)象原理相同，在此不做贅述。

3 覆蓋件模具傳感器常見(jiàn)故障及處理方法

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于傳感器檢測(cè)線路斷路、超出檢測(cè)范圍、檢測(cè)器閃斷等原因，傳感器容易發(fā)生檢測(cè)故障。下面對(duì)常見(jiàn)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(cè)線路斷路處理方法

生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生板料投放無(wú)異常，但傳感器無(wú)檢測(cè)信號(hào)，導(dǎo)致壓力機(jī)停機(jī)的情況。這時(shí)，需要檢查傳感器檢測(cè)線路各部分是否發(fā)生松脫。以拉伸工序?yàn)槔?，傳感器檢測(cè)線路包括傳感器、快換接頭、電器盒和快插接頭4個(gè)部分。傳感器發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)接線傳輸至快換接頭，再通過(guò)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(duì)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(cè)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(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中，受振動(dòng)影響，接觸面發(fā)生滑動(dòng)，導(dǎo)致接頭與傳感器松脫。

針對(duì)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(wú)論選用接頭式還是一體式傳感器，在傳感器螺母與檢測(cè)器支架中間都需加裝防松墊圈，依靠摩擦力來(lái)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(chǎng)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(duì)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?；螯c(diǎn)檢時(shí)，存在踩踏快換接頭的風(fēng)險(xiǎn)，容易導(dǎo)致快插插頭損壞、松脫。

針對(duì)這種情況，首先需要加強(qiáng)對(duì)人員的培訓(xùn)教育。然后，可在快換接頭上加裝一蓋板對(duì)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(kāi)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(wú)踩踏損壞風(fēng)險(xiǎn)，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(wú)法固定快插插頭。受到振動(dòng)后，插頭容易發(fā)生松動(dòng)，導(dǎo)致檢測(cè)線路中斷。觀察卡扣工作過(guò)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(kāi)卡扣，拔下快插插頭。由于卡扣為塑料件，長(zhǎng)期使用容易磨損，導(dǎo)致失效。

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

本節(jié)主要對(duì)拉伸傳感器檢測(cè)線路中易發(fā)生松脫，導(dǎo)致檢測(cè)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(cè)線路斷路問(wèn)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(cè)范圍處理方法

某車(chē)型側(cè)圍生產(chǎn)過(guò)程中，拉伸工序板料檢測(cè)器多發(fā)檢測(cè)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(cè)塊接觸，導(dǎo)致檢測(cè)器失效。

利用魚(yú)骨圖，對(duì)比上批次生產(chǎn)狀態(tài)，從人機(jī)料法環(huán)五個(gè)方面分析變化點(diǎn)，得到17個(gè)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(duì)比上批次材料尺寸偏小，判斷為要因。同時(shí)，板料下榻對(duì)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(cè)塊，再發(fā)生下榻。此時(shí)，板料仍應(yīng)處在檢測(cè)器檢測(cè)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(dòng)檢測(cè)塊。隨后，板料下榻加劇，邊緣與檢測(cè)塊距離變大，超出檢測(cè)器檢測(cè)范圍，發(fā)生檢測(cè)異常，如圖13b所示。

針對(duì)這種情況，可對(duì)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(cè)器結(jié)構(gòu)，吸收板料尺寸和性能差異帶來(lái)的下榻程度不一。對(duì)比兩種方案，前者周期長(zhǎng)、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(duì)檢測(cè)塊進(jìn)行補(bǔ)焊加寬，使板料下榻后仍處在檢測(cè)器檢測(cè)范圍內(nèi)。面對(duì)投料后板料與檢測(cè)塊間隙較大的情況，需要對(duì)檢測(cè)塊補(bǔ)焊較大的量，使板料下榻后仍處在檢測(cè)器檢測(cè)范圍內(nèi)；面對(duì)投料后板料與檢測(cè)塊間隙較小甚至無(wú)間隙的情況，檢測(cè)塊不能補(bǔ)焊過(guò)多的量，以免板料在下落過(guò)程中與檢測(cè)塊發(fā)生干涉卡住。此外，投料過(guò)程中，雖然機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度較高，但吸料點(diǎn)的位置主要通過(guò)攝像頭對(duì)板料的視覺(jué)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(shí)，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(cè)器檢測(cè)范圍以12mm為宜，如圖14所示。

對(duì)檢測(cè)塊進(jìn)行補(bǔ)焊后，生產(chǎn)過(guò)程中仍偶發(fā)檢測(cè)異常，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生檢測(cè)異常時(shí)，旋轉(zhuǎn)塊距離傳感器較遠(yuǎn)，如圖15所示。

實(shí)際測(cè)量旋轉(zhuǎn)塊與傳感器的最小距離，大于傳感器有效檢測(cè)距離，導(dǎo)致檢測(cè)異常。對(duì)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(dòng)時(shí)，容易超出傳感器檢測(cè)范圍，導(dǎo)致檢測(cè)異常，如圖16所示。

針對(duì)這種情況，對(duì)檢測(cè)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(shí)，在檢測(cè)器支架上加裝一限位銷(xiāo)釘，對(duì)旋轉(zhuǎn)塊進(jìn)行水平限位，如圖17所示。

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

本節(jié)主要對(duì)板料未與檢測(cè)塊接觸、旋轉(zhuǎn)塊擺動(dòng)過(guò)大超出檢測(cè)范圍兩種超出檢測(cè)范圍的情況進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理方法：檢測(cè)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(cè)范圍問(wèn)題，降低傳感器故障率，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求。

3.3 檢測(cè)器閃斷處理方法

某車(chē)型零件在生產(chǎn)過(guò)程中，拉伸工序偶發(fā)板料翹起，導(dǎo)致檢測(cè)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(dòng)到投料點(diǎn)，過(guò)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(cè)器對(duì)板料是否到位進(jìn)行檢測(cè)，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(shí)，卡住的部分發(fā)生翹起晃動(dòng)。晃動(dòng)過(guò)程中，板料邊緣接觸到檢測(cè)塊，推動(dòng)后者位移實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，隨后，迅速回到原點(diǎn)，導(dǎo)致檢測(cè)器閃斷。穩(wěn)定后，卡住的板料超出檢測(cè)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(shí)，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(duì)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(shí)板料與模具定位間隙標(biāo)準(zhǔn)：板料在投放過(guò)程中，與模具定位不發(fā)生干涉。同時(shí)，板料下落到底時(shí)，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(guò)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(dòng)。針對(duì)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(shí)，改造模具定位，使其向外傾斜，如圖20所示。

對(duì)策實(shí)施后，仍然偶發(fā)檢測(cè)器閃斷。調(diào)查原因發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)過(guò)程中，受振動(dòng)影響，檢測(cè)塊容易發(fā)生前后晃動(dòng)，導(dǎo)致檢測(cè)器閃斷。

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

對(duì)策實(shí)施后，檢測(cè)器閃斷問(wèn)題得到有效解決。

本節(jié)對(duì)投料后板料翹起、檢測(cè)塊晃動(dòng)兩種檢測(cè)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(shí)板料與模具定位間隙標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)針對(duì)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(cè)器閃斷問(wèn)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(guò)程中，后工序模具板料傳感器偶發(fā)檢測(cè)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(cè)范圍。線上調(diào)整時(shí)，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(cè)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(duì)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(shí)，可利用鋼板尺等工具模擬板料或利用工序件進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)效果實(shí)時(shí)調(diào)整傳感器高度，直至傳感器距離板料2～4mm內(nèi)。

對(duì)策實(shí)施后，傳感器與板料距離不合理問(wèn)題得到解決。

本節(jié)主要對(duì)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(duì)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(wèn)題，降低傳感器故障率。

3.5 后工序機(jī)構(gòu)傳感器檢測(cè)異常處理方法

生產(chǎn)過(guò)程中，后工序機(jī)構(gòu)傳感器常發(fā)生檢測(cè)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(shí)，機(jī)構(gòu)上的檢測(cè)板還未進(jìn)入傳感器檢測(cè)范圍，導(dǎo)致檢測(cè)異常。

觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其只有在完全到位時(shí)，機(jī)構(gòu)上檢測(cè)板才能被傳感器檢測(cè)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(cè)。這時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)延后機(jī)構(gòu)傳感器檢測(cè)角度范圍解決問(wèn)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(xiǎn)。

多次觀察該活動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)到斜面時(shí)，認(rèn)為其已到達(dá)最終位置。改變傳感器與檢測(cè)板的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，如圖23所示。

對(duì)策實(shí)施后，后工序機(jī)構(gòu)傳感器檢測(cè)異常問(wèn)題得到有效解決。解決此類問(wèn)題時(shí)，應(yīng)觀察結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，檢測(cè)板與傳感器的相對(duì)位置。如存在上述情況，可靈活改變檢測(cè)板與傳感器相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。

本節(jié)主要對(duì)后工序機(jī)構(gòu)傳感器檢測(cè)異常問(wèn)題進(jìn)行了分析，得出傳感器與檢測(cè)板相對(duì)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(shí)，傳感器無(wú)檢測(cè)信號(hào)。針對(duì)這種情況，通過(guò)改變傳感器與檢測(cè)板相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(chē)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(duì)幾種常見(jiàn)的傳感器故障類型進(jìn)行了分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了加固易松脫處、改變檢測(cè)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(wèn)題，降低傳感器故障率。