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用于汽车控制单元的高集成化自动测试仪

--压电传感器保证高精度和可靠性

2017/10/24 11:38:42

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  • 关键词: 传感器 自动测试仪
  • 摘要:许多汽车司机很喜欢车载电脑中集成的导航系统,一个按钮(即旋转执行器)即可实现所有功能,控制方便。通过转动、翻转、按压该按钮,可控制空调、收音机以及其他车载系统。为确保这些控制元件的质量,汽车行业采用了生产线终端测试仪。顾名思义,这种专用仪器部署在生产线的末端。它所采用的自动化触觉测试流程,确保了多功能开关即使在量产时也符合规定的质量标准。

  许多汽车司机很喜欢车载电脑中集成的导航系统,一个按钮(即旋转执行器)即可实现所有功能,控制方便。通过转动、翻转、按压该按钮,可控制空调、收音机以及其他车载系统。为确保这些控制元件的质量,汽车行业采用了生产线终端测试仪。顾名思义,这种专用仪器部署在生产线的末端。它所采用的自动化触觉测试流程,确保了多功能开关即使在量产时也符合规定的质量标准。

  这种自动化触觉测试装置是由Schuhriemen Maschinenbau GmbH等专用器械制造商生产的。Schuhriemen Maschinenbau GmbH是一家家族企业,成立已20余年,致力于向全球各种规模的汽车制造商提供各类仪器。公司首席执行官Hans-Julius Schuhriemen表示:“速度是成功的关键,我们的生产周期通常比竞争对手短……自然,也获得了回报。”这些专用仪器的买家一般是最终客户——汽车制造商。但Schuhriemen先生一开始接触的往往是汽车行业的供应商,由于他们必须满足汽车制造商的质量要求,所以对质量有很高要求,而且必须有相关数据做支撑。

  Schuhriemen Maschinenbau GmbH公司位于德国索梅尔洛(Sommerloch),专注于测量技术与自动化领域,与位于殷格翰(Ingelheim)附近的Ingenieurbüro Borrmann GmbH公司已合作多年。Ingenieurbüro Borrmann GmbH是一家工程公司,拥有人Andreas Borrmann表示,“我们从1990年起开始在自家仪器中使用奇石乐的传感器,感觉很不错,不仅有过载保护,而且测量范围大,坚固耐用,最重要的是使用寿命超长。”他继续说道,“对汽车行业而言,设备安全性和可靠性绝对是首要任务,必须不惜一切代价避免器械故障。这些年来我们一直保持合作,奇石乐传感器从未出现问题。”


当横向激活翻转运动时,会产生横向力,必须通过机械补偿来抵消


一台仪器搞定翻转、转动和按压测试

  最新项目的目标是实现自动测试中央控制单元旋转执行器的翻转、转动和按压。Schuhriemen Maschinenbau GmbH公司生产的自动测试仪提供了8个工作站,捕捉多达450个特征值。基于旋转执行器的一个测试周期大约持续20秒,一年可测试30余万个控制元件。这8个工作站中有3个采用了奇石乐的压电式力或扭矩传感器。4号工作站上的压电式扭矩传感器分辨率达到了0.1Nmm,主要测试的是定位凹槽的数量以及转动旋转执行器时的定位扭矩——超出规定限值表示存在装配误差或材料缺陷。

扭矩传感器以180/秒的速度旋转可提供分辨率高达0.1Nmm的数据


  5号工作站旨在测试垂直压力。由于采用了奇石乐的传感器,对力和位移的分辨率分别达到了0.02N和0.002mm。“较高的分辨率和精度是我们在仪器中采用奇石乐产品的关键原因,”Hans-Julius Schuhriemen坚定地说道。7号工作站也是如此,该工作站的测试台进行的是针对翻转运动的触觉测量。此处必须克服什么设计难题?“由于旋转执行器比之前的产品大很多,所以发生水平运动时,纵向上会产生破坏性剪切力,这些剪切力可通过纵向补偿元件抵消,”Andreas Borrmann解释道,“这样一种设计是极难的,我们很高兴奇石乐提供了很多不同版本的产品和安装方式供我们选择。”

  【信息框】压电传感器技术——领先一步

  奇石乐传感器的原理是压电效应。如果石英晶体受到一个机械载荷作用,石英表面就会产生一个与该作用力成正比的电荷。由于电荷大小可通过电荷放大器(Walter P. Kistler于1950年获得专利)进行调节,不论是形变还是位移都可被作为被测对象。除成比例特性外,这种传感器还具备其他传感器所不具备的关键优势:较小的形变量(每微米高达几千牛顿),测量范围大,刚度高,使用寿命长等。此外还具有优秀的灵活性,可适应不同的测量范围。

  奇石乐的相关产品包括不同种类的压电传感器,可进行力、位移、压力、扭矩、加速度等测试。在安装传感器时,出色的适应力也是一大亮点:可进行

直接测量(测量整体力)

部分测量(测量部分力)

间接测量(在弓架压机上测量力)

综合测量(连带测量温度等其他测量对象)

  压电技术的其他优势包括输出电压高(ICP输出端达到5或10伏特)、工作温度范围大(-73℃C~204℃)、性较比较高等。

由于该测量技术具有过采样功能,该测试流程可达到0.02N的分辨率,其驱动速度为10mm/s,距离分辨率为0.002mm


换仪器但不换传感器

  Schuhriemen Maschinenbau GmbH公司开发的产线终端测试仪自1989年以来已完成了10亿余次汽车控制元件触觉测试。

  自1990年被Schuhriemen采用,奇石乐传感器已经一次又一次地证明了其卓越性能。Schuhriemen先生强调:“我们对这些产品非常满意,不出意外的话,我们的每个新订单都将使用奇石乐传感器。”很明显,汽车行业的最终客户对其产品的更新换代越来越频繁。目前,产线终端自动测试仪的使用寿命为7、8年,之后只能报废,因为改造并不是最优的模式。Hans-Julius Schuhriemen表示:“报废前可以将传感器拆下来,留待以后产品检修时使用。”

审核编辑(王静)

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