0 引言

在汽车发动机制造流程中，锻钢曲轴需经淬火强化与磁粉探伤以保障疲劳强度与内部缺陷可控。磁粉探伤需先充磁后退磁，若退磁不彻底，曲轴表面剩磁会吸附环境中的铁粉，装配时易划伤主轴颈、连杆颈与轴瓦，引发发动机故障，威胁整车安全。当前行业普遍采用人工手持磁强计抽检模式，检测覆盖率仅10%～15%、误判率3%～5%、漏判率1%～2%，存在覆盖率低、抽样风险高及人为误差大等问题，且检测与探伤工序分离，异常追溯需4～8h、单件返修成本80～120元，难以满足高端化、智能化制造的“零缺陷”要求。

本研究以曲轴剩磁自动化检测为目标，实现高精度、全覆盖和实时化检测，将不良品流出率降至0%，通过自动化改造降低人工依赖，提升质量稳定性，解决传统检测模式的质量与成本痛点。

1 现有检测方式的问题与定量对比分析

曲轴剩磁控制与检测存在多重难点。不同批次曲轴磁导率存在差异，固定退磁参数难以稳定控制剩磁。人工抽检无法覆盖全部工件，质量隐患突出。检测与探伤工位分离，异常处理成本高。我们通过现场实测数据，对人工检测与自动检测进行定量对比，结果见表1。

由表1可知，自动检测在覆盖率、效率、成本和精度等方面均显著优于人工检测，可实现100%全检并自动剔除不良品，综合优势突出。

2 自动检测系统总体设计

本系统遵循“传感器检测—信号转换—逻辑控制—自动执行”技术路径，构建“感知—控制—执行—数据”四层架构，实现剩磁检测全流程自动化闭环。系统直接集成于探伤机工位，不改变原有生产节拍，具备低成本、高适配和易维护等特点。

2.1 核心硬件选型

霍尔传感器选用高灵敏度线性霍尔芯片，如图1所示，供电电压DC5V，检测范围0～200Gs，灵敏度1.0mV/Gs，响应时间≤1μs，满足曲轴剩磁微弱信号采集需求。

图1 高灵敏度霍尔芯片

PLC控制器采用工业级小型PLC，工作电压DC24V，数字量输入电平DC24V，具备高速脉冲采集与逻辑判断功能，支持数据上传与通信。信号转换电路为自主设计电平转换与信号调理电路，实现霍尔芯片（DC5V）与PLC（DC24V）的电压匹配与信号可靠传输。

2.2 信号转换电路设计

关键元器件为7805三端稳压块、CS9014晶体管、10kΩ电阻和SIP-1A24微型继电器。

电平转换方式是通过电阻分压将5V电平线性转换为24V电平，经运放放大调理后输出稳定TTL电平，确保信号传输无失真、无延迟。

该电路以DC24V电源（PLC端提供），一路经7805三端稳压块输出稳定DC5V，为霍尔传感器提供工作电源；另一路为继电器线圈及PLC输入回路供电。霍尔传感器将检测到的剩磁信号，经10kΩ电阻送入CS9014晶体管的基极，当剩磁低于设定阈值时，晶体管处于截止状态，继电器线圈无电流，其常开触点断开，PLC输入端无DC24V信号，判定为合格件；当剩磁达到或超过阈值时，霍尔输出有效信号使晶体管导通，继电器线圈得电，常开触点吸合，DC24V接入PLC输入端，PLC检测到高电平信号，判定为不良品并触发后续控制动作，实现了霍尔传感器弱磁信号到PLC标准24V开关信号的隔离转换与稳定传输。电路如图2所示。

图2 信号转换电路

2.3 系统工作流程

该自动化检测系统以PLC为控制核心，集成霍尔检测、信号调理、机器人分拣与人机交互功能，实现曲轴剩磁的闭环控制。完整工作流程如图3所示。

图3 系统工作流

程曲轴由工业机器人抓取，送至霍尔芯片检测工位。霍尔传感器采集曲轴表面剩磁信号，输出TTL电平信号至放大电路。放大电路将5VTTL信号转换为PLC可识别的DC24V信号并送入PLC。PLC对信号进行逻辑判断，若剩磁值在合格范围内，PLC发送指令给机器人，将曲轴分拣至合格料道；若剩磁超标，PLC控制机器人将曲轴分拣至不合格料道，并同步将异常信息发送至HMI人机界面，触发报警提示，实现检测、信号转换、逻辑判断、自动分拣与报警追溯的全流程自动化闭环控制。

3 系统工程应用与量化验证

本系统在一汽旗新动力（长春）科技有限公司15TD曲轴线落地应用，部署于探伤机输出工位，并与生产线无缝对接，经安装调试、试运行与批量运行三个阶段，实现24h连续自动化作业，整体运行稳定可靠。

3.1 检测精度验证

选取500~5000件曲轴样本，采用标准磁强计与本系统同步检测，对比结果见表2。

验证结果表明，系统检测精度与标准磁强计完全一致，判定准确无漏判、误判，满足生产精度要求。

3.2 长期运行稳定性

系统连续运行12个月，运行数据见表3。

长期运行数据显示，系统运行稳定，退磁不良品率、装配划伤故障与客户投诉均降至0，彻底消除剩磁导致的质量风险，装配质量与整车可靠性显著提升。3.3生产效率与经济效益系统单根检测时间仅2～3s，满足生产线高节拍生产需求，年节约人工成本10～13万元，单件返修成本降低75%，实现了减人增效与综合成本节约，经济效益突出。设备可快速适配不同规格曲轴产品，通用性与现场适配能力强，完全满足车间规模化生产使用要求。

4 技术创新点与行业推广价值

本系统核心创新突出：一是采用低成本信号兼容设计，自主电路实现PLC与传感器可靠通信，成本更低、维护更便捷；二是构建全流程自动化闭环，集检测、判断、报警、剔除及追溯于一体，无须人工干预；三是检测阈值可灵活设定，适配多品种产品检测，突破专用设备限制。

该系统可在企业内部曲轴生产线快速复制推广，也可拓展至电机转子、磁性元件等同类磁场检测场景，以低成本自动化实现检测智能化升级，为汽车零部件制造企业技术改造提供可落地范例，推动行业检测技术标准化、智能化发展。

5 结语

本文研发的曲轴探伤机剩磁量自动检测系统，基于霍尔传感器与PLC控制，通过自主设计信号兼容电路实现信号可靠传输，结合机器人联动完成自动化检测与不合格品剔除。经5000件样本验证，系统检测一致率100%、误判率低于0.02%，长期运行退磁不良品率降至0%，实现100%全检、高精度判断和零不良品流出，设备稳定可靠、适配性强、成本优势明显，可全面改善装配质量，为汽车发动机曲轴制造提供成熟可行的智能化检测方案。

参考文献

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[4] 李刚.汽车零部件无损检测技术现状与发展趋势[J].汽车工程,2020,42(3):345-351.

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