"隨著舒適車(chē)司機(jī)對(duì)功率調(diào)節(jié)器需求的不斷增加，座椅調(diào)節(jié)電機(jī)也繼續(xù)向模塊化設(shè)計(jì)原則轉(zhuǎn)移，電機(jī)工作過(guò)程中的噪音成為影響舒適性的決定性因素。我們利用NI的LabVIEW和動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡為電機(jī)生產(chǎn)線終端量身定制噪聲測(cè)試設(shè)備，集電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和噪聲測(cè)量為一體，來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)線的快節(jié)奏。 "
- 巴 軍, 上海崧杰自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司
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)。
The Solution:
NI的LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，專(zhuān)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(chē)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(chē)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(hù)。傳聲器和觸摸屏布置在靜音室內(nèi)，供用戶(hù)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(jiàn)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(zhuān)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(mǎn)足大部分控制應(yīng)用。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了專(zhuān)用的集成電路（參見(jiàn)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(hù)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(zhuān)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(chē)座椅工作狀態(tài)。（參見(jiàn)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(kāi)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(mǎn)足測(cè)試軟件能適應(yīng)不同的座椅電機(jī)，通過(guò)NI LabVIEW專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一款電機(jī)參數(shù)配置軟件（參見(jiàn)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(chēng)，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(hù)設(shè)置界面（參見(jiàn)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(hù)設(shè)置界面
零件確定好以后，進(jìn)入測(cè)試主界面（參見(jiàn)圖8），同時(shí)彈出條碼掃描窗口（參見(jiàn)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(kāi)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(hù)。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(hù)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(jiàn)圖10），方便用戶(hù)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(hù)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(pán)中，方便用戶(hù)進(jìn)行后處理和數(shù)據(jù)分析。
結(jié)論
汽車(chē)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(hù)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(mǎn)足高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線應(yīng)用，為用戶(hù)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。
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