图1  这一螺丝紧固器是手动引导的，为了检测它的位置，将其与一个三轴系统相连接

巴鲁夫研制的BTL微脉冲传感器被应用于德国大众的发动机制造中。在这一应用中，该传感器不仅用来确保发动机上所有的螺栓都已被紧固，同时也用来确保这一过程以正确的顺序进行。该款产品成为了德国大众“零缺陷”生产的一项前提条件。

20世纪80年代初，巴鲁夫已经利用磁致伸缩原理制造了线性位移传感器。这一原理使得传感器可以被封装在密闭外壳中，这不仅使其具有IP67或IP68的防护等级，也使其成为极端严苛环境下应用的理想选择。由于具有非接触、无磨损的工作原理，BTL微脉冲传感器被应用于德国大众的发动机制造中。在这一应用中，该传感器不仅用来确保发动机上所有的螺栓都已被紧固，同时也用来确保这一过程以正确的顺序进行。这款产品成为了德国大众“零缺陷”生产的一项前提条件。

作为一种批量生产的产品，汽车的大部分组装工作是自动化完成的，但也有一些工序只能由人工完成。对于新发动机设计时的试验型号、特殊型号以及改型等小批量的发动机装配需求，很少建立模型，而是由手工的方式来满足这些生产所需的极大灵活性。为小批量生产而重新调整设备将非常费时，也带来了昂贵的成本。这时，手工装配可以大大降低成本，但仍然要求100%的质量控制。

图2  一个显示器提示操作员哪些螺栓已被拧紧、哪些螺栓正等待拧紧，以及下一个操作的位置
 

引导系统使装配质量最大化

德国大众萨克森公司在开姆尼茨进行发动机的装配工作。该公司利用三个装配工作站进行小批量装配，由一个手动引导的螺丝紧固器（图1）来紧固发动机的螺栓，而这些螺栓必须以特定的顺序进行安装。为了确保这一点，德国大众应用了一个无电机驱动轴的引导系统。这个引导系统的作用是通过线性位移装置检测螺丝紧固器的位置，并在必要时帮助操作员来引导螺丝紧固器的动作（图2）。这一控制器接收到物理测量值，并对目标位置与实际位置进行比较，再向螺丝紧固器直接输出操作参数，从而以正确的转矩拧紧每个螺栓。如果螺丝紧固器的参数或位置并不符合正确的顺序，系统将停止动作，并通过一个屏幕向操作员显示错误信息。

为了对X、Y、Z坐标轴进行操作，德国大众寻求一套线性位移系统，他们希望这套系统高度可靠，而且无需追加专门的配置和设备就可以适用于坐标系统。最终，德国大众选择了巴鲁夫的BTL微脉冲传感器（图3），其中一个原因是其对Profibus总线系统的支持。BTL微脉冲传感器可以轻松地适用于引导系统的线性轴（图4），这意味着德国大众对其纳入更复杂的测量系统或成像系统的需求也可以得到满足。

图3  BTL微脉冲传感器

传感器的工作原理

这款坚固耐用的微脉冲传感器采用磁致伸缩原理进行工作，并利用脉冲传播时间来测量25～5500mm范围内的距离。这种测量元件也称作波导管，是由超小直径的特殊镍合金管包裹铜导体构成的。测量由一个短的导体电流脉冲触发，波导管的旋转电磁场与外部机械元件连接的环形或块状磁体形成的磁场进行相互作用。

磁场或磁力线的相交，会使波导管在精确的位置发生晶体量级的弹性形变，并以2830m/s的速度向两端分别传递出机械波。传递到传感器远端的超声波受到抑制，从而压抑了回声效应，但反射至电子端的波形可以被线圈检测到，并能够将其转换成电信号。波从出发点传递到接收线圈的时间，与永磁体和信号转换器之间的距离形成了比例关系。时间、速度与距离的换算简单而精确，这也使被测物的瞬间位置可以得到精确测量。

多种形式的参数与输出信号

多种类型的输出信号使产品可以与特定的控制系统进行集成。Profibus-DP是这些类型中的一种，也是德国大众选择产品的基本条件。传感器通过Profibus-DP向控制器发送位置与速度信息。该微脉冲传感器符合欧洲EN 50170认证，可同时支持Profibus-DP编码器配置文件和多磁体的运行。GSD文档使传感器以5μm作为参数化的刻度值，还可以设定工作范围并为每个单位设置零点。

巴鲁夫不仅可以在输出信号上提供多种选择，还可以提供形式上的选择：适用于液压缸的棒状型号，以及带有固定或不固定磁体的压铸铝外壳的型号。这种配置形式对德国大众来说非常理想，因为可以很容易地与轴系统相连接。

图4  BTL微脉冲传感器可以轻松地适用于引导系统的线性轴

具备适应性强和用户友好的特点

除了考虑到坚固耐久、无磨损、易集成，而且可以方便地通过Profibus总线与主系统连接，德国大众决定选择微脉冲传感器还有另外一个因素——BTL传感器的适应范围非常宽泛，这既缩减了机械引导系统的花费，还减少了机械轴设计的花费。

BTL微脉冲传感器不仅简化和缩减了引导控制工序的成本，在用户友好性上也有出色的表现，这使得德国大众知名的质量标准得以有效提升。