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作者：上海崧杰自動化系統(tǒng)有限公司 巴軍 挑戰(zhàn)：座椅調(diào)節(jié)電機的測試過程中，需要模擬真實的工作狀態(tài)。同時，生產(chǎn)線終端檢測不僅要求測試的準(zhǔn)確性，而且要保證設(shè)備的穩(wěn)定性和快節(jié)奏，30s的節(jié)拍需求使系統(tǒng)集成度的提高面臨著一定的挑戰(zhàn)。 方案：NI的LabVIEW軟件開發(fā)平臺，專為聲音和振動應(yīng)用設(shè)計的高精度數(shù)據(jù)采集模塊PCI-4472，以及多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6221為測試系統(tǒng)的高度集成提供了可能。PCI數(shù)據(jù)采集模塊能方便的應(yīng)用于工業(yè)計算機中，為整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提供保證。另外，多功能數(shù)據(jù)采集卡中提供充足的數(shù)字I/O通道，用來響應(yīng)使用者的信號；控制電機、夾具的運動；以及控制信號燈的指示等。這樣，通過靈活的測試應(yīng)用軟件把傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、讀碼器、機械部件以及運動控制完美的結(jié)合在了一起，真正實現(xiàn)一鍵式操作，既方便使用者的操作，又不會影響到生產(chǎn)線的高速運轉(zhuǎn)。 
圖1. 汽車座椅調(diào)節(jié)電機 測試參數(shù) 汽車座椅調(diào)節(jié)電機的聲壓、響度和固聲粗糙度。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 汽車座椅調(diào)節(jié)電機噪聲測試系統(tǒng)主要包括控制和測量兩大部分。控制部分主要實現(xiàn)計算機對電機和機械部件運動方式的控制，以模擬真實的座椅工作狀態(tài)。測量部分主要實現(xiàn)電機工作過程中噪音信號的測量、分析和計算。兩部分的同步通過測試軟件來實現(xiàn)，測量結(jié)果通過顯示器和指示燈顯示給用戶。傳聲器和觸摸屏布置在靜音室內(nèi)，供用戶采集電機聲音和查看測試結(jié)果；機柜布置在靜音室外，避免工控機或其它電器設(shè)備的運轉(zhuǎn)聲音的引入。（參見圖2） 噪音測試布局
圖2. 設(shè)備布局 控制部分主要包括：工業(yè)計算機、多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6221、專用的集成電路、氣缸與可編程直流電源。 測量部分主要包括：工業(yè)計算機、動態(tài)信號采集卡PCI-4472、傳聲器與信號調(diào)理器。 NI PCI-6221提供了24路數(shù)字I/O線以及16路模擬輸入通道，采用16位的分辨率、250kS/s的采樣率以及NI-MCal校準(zhǔn)技術(shù)提高了測量精度。 充足的數(shù)字I/O線可滿足大部分控制應(yīng)用。為此，我們設(shè)計了專用的集成電路（參見圖3）用于擴展NI數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字I/O的功能（例如控制固態(tài)繼電器的工作狀態(tài)；手動與自動模式的轉(zhuǎn)換；常用溫度傳感器控制功能；按鈕與指示燈應(yīng)用），同時免除大部分布線的繁瑣。另外，延時電路的引入，避免了快速切換I/O線組合時引起的不確定情況的發(fā)生。
圖3. I/O功能擴展電路 可編程直流電源的應(yīng)用極大的擴展了系統(tǒng)測量對象的范圍，并使得用戶在使用過程中對電機的配置更加靈活。這樣，不僅提高了系統(tǒng)的集成度，同時避免了快速流水線上人工的誤操作。 我們根據(jù)電機的數(shù)學(xué)模型為每種電機設(shè)計了專用的夾具，在測試的過程中控制氣缸固定和釋放被測電機，同時模擬真實的汽車座椅工作狀態(tài)。（參見圖4）
圖4. 電機夾具 NI PCI-4472提供了8路同步采樣模擬輸入通道，并采用24位的高分辨率，110dB的動態(tài)范圍，最高采樣速率達到102.4kS/s，45kHz無混疊帶寬。因此，適用于從事各種高精度頻域的測量。輸入通道集成了集成電路壓電式（IEPE）信號調(diào)理功能，可用于加速度傳感器和麥克風(fēng)的信號采集。與LabVIEW聲音及振動工具包共同使用時，為各種時間和頻率的準(zhǔn)確測量提供了保證，并極大的加快了開發(fā)速度。 我們采用NI推薦的PCB Piezotronics（美國壓電）公司生產(chǎn)的含有前置放大器的傳聲器，并配備相應(yīng)的信號調(diào)理器，20英尺長的信號線確保了傳聲器的信號可以從靜音室測試臺上傳到外部機柜中的信號調(diào)理器內(nèi)，并提供了一定的可調(diào)節(jié)性。
圖5. 機柜與測試臺 測試軟件 為滿足測試軟件能適應(yīng)不同的座椅電機，通過NI LabVIEW專門設(shè)計了一款電機參數(shù)配置軟件（參見圖6）。預(yù)先把不同型號電機的參數(shù)錄入系統(tǒng)中，這樣在測試前就可根據(jù)電機的型號加載相應(yīng)的配置參數(shù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 例如，通過配置條碼格式，可在測試的過程中校驗該條碼，控制產(chǎn)品批次的一致性；通過配置電機的配置文件路徑，可在測試的過程中讀入該配置文件，配置文件中包含了該型號電機各參數(shù)的閾值，測試過程中根據(jù)該閾值判斷產(chǎn)品是否合格；通過配置電機的數(shù)據(jù)庫路徑和數(shù)據(jù)表名稱，可在測試過程中讀入該路徑，并把測試結(jié)果保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。
圖6. 電機參數(shù)配置窗口 啟動測試軟件時，會首先進入用戶設(shè)置界面（參見圖7），根據(jù)配置軟件的內(nèi)容，系統(tǒng)自動讀入所有的電機零件編號，操作者選擇一個零件后，系統(tǒng)自動讀入該零件的配置文件，作為該批次測試的依據(jù)。
圖7. 用戶設(shè)置界面 零件確定好以后，進入測試主界面（參見圖8），同時彈出條碼掃描窗口（參見圖9），等待使用者掃描被測電機的條形碼。
圖8. 測試主界面
圖9. 條碼掃描界面 如果掃描的條碼符合該零件的條碼設(shè)計規(guī)則，并且使用者按下工作臺上的“開始測試”按鈕，系統(tǒng)自動根據(jù)配置文件中設(shè)置的運動方式和步驟，控制電機運轉(zhuǎn)，并同時進行測試。測試過程完成后，測試結(jié)果顯示在軟件主界面上，并通過工作臺上的指示燈顯示給用戶。同時，再次彈出條碼掃描窗口，等待下一個零件條碼的錄入。該設(shè)計符合流水線快速生產(chǎn)的需求，實現(xiàn)了“一鍵式測量”，在線工作時，用戶無需關(guān)心產(chǎn)品失效的原因，所有的測試數(shù)據(jù)都會實時的保存在數(shù)據(jù)庫中，以供離線分析。 另外，軟件中設(shè)計了參數(shù)設(shè)置頁面（參見圖10），方便用戶修改當(dāng)前零件的測試參數(shù)閾值，同時在此頁面中提供了傳聲器校準(zhǔn)功能。在系統(tǒng)使用一定時期后，能讓用戶自行進行校準(zhǔn)，降低了系統(tǒng)維護的成本。
圖10. 參數(shù)設(shè)置與傳感器校準(zhǔn)界面 電機噪聲所有參數(shù)的測試結(jié)果均保存在相對應(yīng)的Access數(shù)據(jù)庫中，原始信號也以WAV格式保存在硬盤中，方便用戶進行后處理和數(shù)據(jù)分析。 結(jié)論 汽車座椅調(diào)節(jié)電機噪聲測試系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集（傳感器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡）、運動控制（電機、氣缸）與各種用戶交互（按鈕、指示燈、條碼掃描、觸摸屏），采用“一鍵式測量”，實現(xiàn)了小于30s的測試節(jié)拍，以滿足高速運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線應(yīng)用，為用戶極大的提高了生產(chǎn)效率。此方案適用于各種電機生產(chǎn)線全檢或抽檢的場合。 |
