传感器在柔性自动化中的应用

曹东

（深圳市华东兴科技有限公司 广东省深圳市 518104）

现阶段我国的汽车制造业所生产的控制系统的种类是非常多样的。汽车的控制系统按照功能的不同可以分为多种类型，分别是传感器单元、控制单元以及执行单元。以上三个不同的单元共同构成了汽车上的控制系统。其中汽车的智能化特征就是通过传感器单元来体现的，在整个的汽车系统中占据非常重要的地位。汽车系统中的传感器单元的质量直接影响汽车整体的功能，因此需要加强对汽车传感器单元的有效监测，在监测和控制的过程中，确保汽车控制单元系统可以正常运转，为其他部件的正常运行提供保障，由此可以将汽车整体的性能提升。这就需要传感器的生产升厂家或者汽车的制造厂家，在传感器单元还未安装在汽车上时，就需要加强对传感器单元系统的全面化监测，在一系列的测试过程中，借助科学的验证技术，对传感器单元的性能进行评价和验证。

1 传感器测试的必要性及传感器设计的要求

1.1 传感器测试测必要性

汽车控系统中的重要元件就是传感器，传感器自身质量的优劣直接影响汽车整体的性能，加强对传感器性能和质量的监测是非常必要的，直接关系汽车驾驶员的生命安全，因此汽车上的传感器在正式安装之前，需要经过一系列的测试，对传感器的性能进行综合性测试。

1.2 厂家设计传感器的要求

传感器的使用范围是非常广泛的，通常情况下厂家在规定传感器的适用范围时，需要结合传感器自身的受力情况、安装形式、性能指标、弹性体材质特点以及结构型式等方面的内容综合考虑。举例来说，平台秤、计价秤以及案秤等使用的传感器一般为铝式悬臂梁式；电子皮带秤、料斗称以及分选称等使用的传感器一般为钢式悬臂梁式；汽车衡、轨道衡以及天车称等使用的传感器一般为钢质桥式；动态轨道衡、大吨位料斗衡以及汽车衡等一般使用的传感器为柱式传式。传感器的适用范围除了考虑到上述因素外，还要按照传感器自身的准确程度来选择。其中按照传感器的准确程度可以非常不同的等级，非线性、滞后性、重复性、蠕变恢复性以及灵敏性等都是衡量传感器准确等级的指标。其中在选择传感器等级时需要考虑到以下条件，所选择的传感器需要满足仪表输入的要求。称重显示仪表可以显示称量结果，其原因是它可以放大、A/D 转换处理传感器的输出信号，被放大处理后的传感器信息则会在显示仪表上显示出来。因此传感器输出信号至少等于仪表要求的输入信号，这样传感器的灵敏度才得以保证[1]。

2 汽车传感器测试技术的特点分析

2.1 被测对象的多样性和快速变化性

轮速传感器、温度传感器、爆震传感器、曲轴/凸轮轴位置传感器、压力传感器等是汽车上经常使用的传感器。伴随科学技术的不断发展，不同型号的汽车被研发出来，根据不同的车型需要选择合适的传感器。每个传感器的功能都是不一样的，在外形上也存在明显的差异。加上生产环境和测量指标等的不同更对传感器提出的更高层次的要求。传感器为了满足汽车生产厂家的需求，就需要适应被测对象的多样性和快速变化性的特点[2]。

2.2 测试内容的近似性

在实际生产工作中，不同类型的传感器在测试内容上存在一定的相似性。汽车传感器从测试原理上分析，可以分为主动被动式传感器、压力传感器以及温度传感器等。换句话说，不同类型的传感器在测试原理一样的情况下，他们的测试内容也存在较高的相似性。

2.3 测试设备的高效性和灵活性

汽车传感器的生产线对测试设备的要求较高，需要采用经济、自动、高效、灵活的测试设备。此外，选用的测试设备还要具有高产能、高自动化、高可靠性以及高效率等特点。传感器在投入之后，测试设备本身的功能也需要不断完善，以便更高满足新产品高性能的测试要求。

2.4 汽车传感器的发展趋势呈现集成化和智能化的特点

未来汽车传感器将朝着集成化和智能化的方向发展。为了更好满足人们需求，提升产品质量，传感器所采用的测试设备需要具备较强的生产过程统计能力，借助此种能力可以有效减少人为因素对生产质量带来的干扰。在集成化和智能化的要求下生产厂家需要确保生产线上的设备与测试设备做好无缝衔接，实现设备之间的数学和信息共享[3-4]。

3 柔性测试技术分析

从字面意思上分析柔性测试实际上属于一种技术，柔性测试就是以测试测量系统的功能及性能为关注对象，对满足测试测量系统需求的方法及手段进行研究及开发的技术。更趋近于测试测量的最终解决方案是柔性测试技术的优势所在。柔性测试技术的出现是时代发展的必然选择，对于汽车制造行业来说，柔性测试技术的出现可以开拓更为广阔的市场。汽车制造行业可以借助虚拟仪器技术和仪器设备等采集和分析较为简单的信号。但是针对一个具有明显特点的行业来说，所采用是的测试系统需要融合多种技术和多种手段，在技术和手段相互融合的基础上，实现对数据的采集、分析和处理。因此从事柔性测试技术的人员需要全面了解数据采集系统、数据分析处理系统、机电装置、传感设备以及专业背景的测试测量方案，明确柔性测试技术在各个领域中应用的不同特点。柔性测试技术是建立在其他技术基础之上的，可以满足测试的不同需求。现代的柔性测试技术融合了机电一体化技术、通信与网络技术、测试测量技术、软件技术以及虚拟仪器技术等，因此可以测试多种的信号。其中柔性测试技术具有以下特点，一灵活性，该技术可以根据客户的需求对测试系统的功能和性能进行变换，实现多技术的测试要求。二适应性，柔性测试技术适应多种测试环境的要求，可以在提供环境下提供不同的测试性能，集中了多种信号的测试能力。三可拓展性，柔性测试技术是紧跟科学技术的发展而不断完善的，在测试功能不断完善的过程中，可逐步提升原有的测试能力。汽车传感器测试系统中应用柔性测试技术，将其优势得到了更加全面的体现，生产出了基于柔性测试技术的系统产品，比如：汽车传感器通用测试系统、电路板功能测试系统-FCT for PCBA、汽车保险丝盒装配检测系统、噪声源定位分析系统等。

4 传感器在柔性自动化测试技术中的应用情况分析

4.1 轮速和位置传感器测试系统

汽车的柔性自动化测试系统中轮速和位置传感器的动/静态参数测量是其最具核心的内容。柔性测试系统对测试的精度和重复测试的精度要求较高，有些参数需要结合实际情况对测试的算法自行设计。虚拟仪器作为一种测试测量技术，该技术的核心是计算机技术，可以更好满足柔性自动化测试系统的对软件和硬件的要求，因此汽车生产制造中经常适应虚拟一起作为一种技术开发手段。该系统为了更好控制外部动作需要提供I/O 接口，在该接口的辅助下可以精确控制运动控制卡的转速，纳入了I/O 接口的柔性测试系统已经成为了一套机电软结合的柔性控制系统。PXI 系统是基于系统原理中传感器测试系统的核心万用表模块、控制器、运动控制模块、示波器模块、矩阵开关模块、数字I/O 模块等是PXI 系统主要的组成部分。因为同一台设备要想满足全部传感器的控制要求显然是不现实的，纳入了不同的模块可以更还要满足传感器多方面的测试要求。因此需要引入模块化设计思想，将柔性测试技术中的测试软件、测试技术、主电路系统以及启动控制系统等作为主机，并纳入不同的模块形式，如夹具模块、目标轮模块、马达模块以及专用电路模块等，以此满足传感器多方面的测试需求[5-6]。

4.2 爆震传感器测试系统

操作台、控制柜是爆震传感器测试系统的主要构成部分。爆震传感器测试系统立足测试系统原理分析，相对法是振动测试经常采用的方法，此种方法可以对汽车爆震传感器3000-40000Hz 范围内的任意频率点的灵敏度进行测试。此外，还可以检测电容和绝缘电阻的情况。爆震传感器测试系统采用的是PXI 架构，在信号的控制和采集上可以使用PXI 模块化仪器或者GPIB 仪器。爆震传感器测与前面所说的轮速和位置传感器是一样的，测试原理相同，没有做统一的标准。该传感器在进行测试时需要使用M8 的螺栓将其安装到振台上，以此对传感器头部的差异性可以不做考虑。对于不同的接口采用不一样的适配器接口，可满足快速转型的要求。此外，接口适配器上还装有辨识电路，当测试程序对测试参数进行配置时，该程度会自动调用与接口适配器相对应的测试参数，避免出现测试失误[7-8]。

4.3 T-MAP传感器测试系统

T-MAP 传感器的全称为进气歧管压力—温度传感器，T-MAP传感器对于汽车来说是非常重要的传感器，该传感器可以对汽车的喷油量进行调整，以此实现控制空燃比的目的。T-MAP 传感器得检测中包括Ramp 测试、热敏电阻测试、Leakage 测试、电容测试等。T-MAP 传感器测试需要在特定的环境下进行，要求测试气压是要不断变化的，T-MAP 传感器测试需要耗费较长的时间，因此难以满足大批量生产的要求。因此设计人员在该系统中设计了三工位的测试模式，三工位可以分别占用气压系统资源和测试硬件，因此可以显著提高T-MAP 传感器的测试效率，并能有效节约硬件成本。T-MAP 传感器测试过程中产生的动作都是在气缸驱动下自动完成的，极大减轻了操作人员的工作负担，操作人员只需要在夹具中放入被测件就可以完成整个的测试工作。夹具中的被测件依靠传送带被输送到下个工位，完成整个的测试工作。柔性测试技术具有较好的可拓展性，因此被测对象一旦发生变化，将启动不同的模块系统，对接口进行标准化设计。如果产品不能兼容，此时只需要增加相应的测试模块即可。T-MAP 传感器测试系统属于终检设备，需要和其他设备分享数据资料。T-MAP 传感器测试系统的运行时需要得到前面测试设备的设施数据，结合相应的参数，在终检设备上再次进行测试。此外，T-MAP 传感器测试系统需要将测试后的数据放在服务器上，以便供给其他测试系统使用。在原有的测试系统上加入了I/O 信号和自动传送带，可以将前面工位与后面工位密切联系在一起，实现了不同设备间工件的自动化传递。此种设计明显提高了T-MAP 传感器测试系统的测试效率[9-10]。

5 结语

综上所述，柔性自动控制的检测元件直接影响自动控制的精度和灵敏度。以上就是本文分析的传感器在柔性自动化中的应用情况，希望通过本文的分析可对我国制造业的自动化生产起到一定的推动作用。