汽車座椅調(diào)節(jié)電機(jī)生產(chǎn)線終端噪聲測(cè)試系統(tǒng)

　　The Challenge:

　　座椅調(diào)節(jié)電機(jī)的測(cè)試過(guò)程中，需要模擬真實(shí)的工作狀態(tài)。同時(shí)，生產(chǎn)線終端檢測(cè)不僅要求測(cè)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)。

　　圖1. 汽車座椅調(diào)節(jié)電機(jī)

　　The Solution:

　　NI的LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)，專為聲音和振動(dòng)應(yīng)用設(shè) 計(jì)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(cè)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(jì)算機(jī)中，為整個(gè)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(lái)響應(yīng)使用者的信號(hào);控制電機(jī)、夾具的運(yùn)動(dòng);以及 控制信號(hào)燈的指示等。這樣，通過(guò)靈活的測(cè)試應(yīng)用軟件把傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、讀碼器、機(jī)械部件以及運(yùn)動(dòng)控制完美的結(jié)合在了一起，真正實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，既方便 使用者的操作，又不會(huì)影響到生產(chǎn)線的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　測(cè)試參數(shù)

　　汽車座椅調(diào)節(jié)電機(jī)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(jī)噪聲測(cè)試系統(tǒng)主要包括控制和測(cè)量?jī)纱蟛糠帧？刂撇糠种饕獙?shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)電機(jī)和機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)方式的控制，以模擬真實(shí)的座椅工作狀態(tài)。測(cè) 量部分主要實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作過(guò)程中噪音信號(hào)的測(cè)量、分析和計(jì)算。兩部分的同步通過(guò)測(cè)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量結(jié)果通過(guò)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(jī)聲音和查看測(cè)試結(jié)果;機(jī)柜布置在靜音室外，避免工控機(jī)或其它電器設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的引入。(參見圖2)

　　圖2. 設(shè)備布局

　　控制部分主要包括：工業(yè)計(jì)算機(jī)、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(cè)量部分主要包括：工業(yè)計(jì)算機(jī)、動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡PCI-4472、傳聲器與信號(hào)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(cè)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?cè)O(shè)計(jì)了專用的集成電路(參見圖3)用于擴(kuò)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(dòng)與自動(dòng)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(shí)免除大部分布線的繁瑣。另外，延時(shí)電路的引入，避免了快速切換 I/O線組合時(shí)引起的不確定情況的發(fā)生。

　　圖3. I/O功能擴(kuò)展電路

　　可編程直流電源的應(yīng)用極大的擴(kuò)展了系統(tǒng)測(cè)量對(duì)象的范圍，并使得用戶在使用過(guò)程中對(duì)電機(jī)的配置更加靈活。這樣，不僅提高了系統(tǒng)的集成度，同時(shí)避免了快速流水線上人工的誤操作。

　　我們根據(jù)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為每種電機(jī)設(shè)計(jì)了專用的夾具，在測(cè)試的過(guò)程中控制氣缸固定和釋放被測(cè)電機(jī)，同時(shí)模擬真實(shí)的汽車座椅工作狀態(tài)。(參見圖4)

　　圖4. 電機(jī)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(dòng)態(tài)范圍，最高采樣速率達(dá)到102.4kS/s，45kHz無(wú)混疊帶寬。因此，適用于從事各種高精度頻域的測(cè)量。輸入通道集成了集成電路壓電式(IEPE)信號(hào)調(diào)理功能，可用于加速度傳感器和麥克風(fēng)的信號(hào)采集。與LabVIEW聲音及振動(dòng)工具包共同使用時(shí)，為各種時(shí)間和頻率的準(zhǔn)確測(cè)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(guó)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(hào)調(diào)理器，20英尺長(zhǎng)的信號(hào)線確保了傳聲器的信號(hào)可以從靜音室測(cè)試臺(tái)上傳到外部機(jī)柜中的信號(hào)調(diào)理器內(nèi)，并提供了一定的可調(diào)節(jié)性。

　　現(xiàn)場(chǎng)照片

　　圖5. 機(jī)柜與測(cè)試臺(tái)

　　測(cè)試軟件

　　為滿足測(cè)試軟件能適應(yīng)不同的座椅電機(jī)，通過(guò)NI LabVIEW專門設(shè)計(jì)了一款電機(jī)參數(shù)配置軟件(參見圖6)。預(yù)先把不同型號(hào)電機(jī)的參數(shù)錄入系統(tǒng)中，這樣在測(cè)試前就可根據(jù)電機(jī)的型號(hào)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(guò)配置條碼格式，可在測(cè)試的過(guò)程中校驗(yàn)該條碼，控制產(chǎn)品批次的一致性;通過(guò)配置電機(jī)的配置文件路徑，可在測(cè)試的 過(guò)程中讀入該配置文件，配置文件中包含了該型號(hào)電機(jī)各參數(shù)的閾值，測(cè)試過(guò)程中根據(jù)該閾值判斷產(chǎn)品是否合格;通過(guò)配置電機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)路徑和數(shù)據(jù)表名稱，可在測(cè) 試過(guò)程中讀入該路徑，并把測(cè)試結(jié)果保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　圖6. 電機(jī)參數(shù)配置窗口

　　啟動(dòng)測(cè)試軟件時(shí)，會(huì)首先進(jìn)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(dòng)讀入所有的電機(jī)零件編號(hào)，操作者選擇一個(gè)零件后，系統(tǒng)自動(dòng)讀入該零件的配置文件，作為該批次測(cè)試的依據(jù)。

　　圖7. 用戶設(shè)置界面

　　零件確定好以后，進(jìn)入測(cè)試主界面(參見圖8)，同時(shí)彈出條碼掃描窗口(參見圖9)，等待使用者掃描被測(cè)電機(jī)的條形碼。

　　圖8. 測(cè)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(jì)規(guī)則，并且使用者按下工作臺(tái)上的“開始測(cè)試”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)配置文件中設(shè)置的運(yùn) 動(dòng)方式和步驟，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過(guò)程完成后，測(cè)試結(jié)果顯示在軟件主界面上，并通過(guò)工作臺(tái)上的指示燈顯示給用戶。同時(shí)，再次彈出條碼掃描 窗口，等待下一個(gè)零件條碼的錄入。該設(shè)計(jì)符合流水線快速生產(chǎn)的需求，實(shí)現(xiàn)了“一鍵式測(cè)量”，在線工作時(shí)，用戶無(wú)需關(guān)心產(chǎn)品失效的原因，所有的測(cè)試數(shù)據(jù)都會(huì) 實(shí)時(shí)的保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供離線分析。

　　另外，軟件中設(shè)計(jì)了參數(shù)設(shè)置頁(yè)面(參見圖10)，方便用戶修改當(dāng)前零件的測(cè)試參數(shù)閾值，同時(shí)在此頁(yè)面中提供了傳聲器校準(zhǔn)功能。在系統(tǒng)使用一定時(shí)期后，能讓用戶自行進(jìn)行校準(zhǔn)，降低了系統(tǒng)維護(hù)的成本。

　　圖10. 參數(shù)設(shè)置與傳感器校準(zhǔn)界面

　　電機(jī)噪聲所有參數(shù)的測(cè)試結(jié)果均保存在相對(duì)應(yīng)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，原始信號(hào)也以WAV格式保存在硬盤中，方便用戶進(jìn)行后處理和數(shù)據(jù)分析。

　　結(jié)論

　　汽車座椅調(diào)節(jié)電機(jī)噪聲測(cè)試系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集(傳感器、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡)、運(yùn)動(dòng)控制(電機(jī)、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(cè)量”，實(shí)現(xiàn)了小于30s的測(cè)試節(jié)拍，以滿足高速運(yùn)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(jī)生產(chǎn)線全檢或抽檢的場(chǎng)合。