"隨著舒適車司機對功率調節器需求的不斷增加，座椅調節電機也繼續向模塊化設計原則轉移，電機工作過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和動態信號采集卡為電機生產線終端量身定制噪聲測試設備，集電機運動控制和噪聲測量為一體，來滿足生產線的快節奏。 "- 巴 軍, 上海崧杰自動化系統有限公司 
 

挑戰:

座椅調節電機的測試過程中，需要模擬真實的工作狀態。同時，生產線終端檢測不僅要求測試的準確性，而且要保證設備的穩定性和快節奏，30s的節拍需求使系統集成度的提高面臨著一定的挑戰。

解決方案:

NI的LabVIEW軟件開發平臺，專為聲音和振動應用設計的高精度數據采集模塊PCI-4472，以及多功能數據采集卡PCI-6221為測試系統的高度集成提供了可能。PCI數據采集模塊能方便的應用于工業計算機中，為整個系統的可靠性和穩定性提供保證。另外，多功能數據采集卡中提供充足的數字I/O通道，用來響應使用者的信號；控制電機、夾具的運動；以及控制信號燈的指示等。這樣，通過靈活的測試應用軟件把傳感器、數據采集卡、讀碼器、機械部件以及運動控制完美的結合在了一起，真正實現一鍵式操作，既方便使用者的操作，又不會影響到生產線的高速運轉。
 

作者:

巴 軍 - 上海崧杰自動化系統有限公司
 

測試參數
 

汽車座椅調節電機的聲壓、響度和固聲粗糙度
 

系統結構
 

汽車座椅調節電機噪聲測試系統主要包括控制和測量兩大部分。控制部分主要實現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。測量部分主要實現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，測量結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，供用戶采集電機聲音和查看測試結果；機柜布置在靜音室外，避免工控機或其它電器設備的運轉聲音的引入。（參見圖2）
 

圖2. 設備布局
 

控制部分主要包括：工業計算機、多功能數據采集卡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：工業計算機、動態信號采集卡PCI-4472、傳聲器與信號調理器。
 

NI PCI-6221提供了24路數字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校準技術提高了測量精度。
 

充足的數字I/O線可滿足大部分控制應用。為此，我們設計了專用的集成電路（參見圖3）用于擴展NI數據采集卡數字I/O的功能（例如控制固態繼電器的工作狀態；手動與自動模式的轉換；常用溫度傳感器控制功能；按鈕與指示燈應用），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生。
 

圖3. I/O功能擴展電路
 

可編程直流電源的應用極大的擴展了系統測量對象的范圍，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。
 

我們根據電機的數學模型為每種電機設計了專用的夾具，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。（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）信號調理功能，可用于加速度傳感器和麥克風的信號采集。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確測量提供了保證，并極大的加快了開發速度。
 

我們采用NI推薦的PCB Piezotronics（美國壓電）公司生產的含有前置放大器的傳聲器，并配備相應的信號調理器，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理器內，并提供了一定的可調節性。
 

現場照片
 

圖5. 機柜與測試臺
 

測試軟件
 

為滿足測試軟件能適應不同的座椅電機，通過NI LabVIEW專門設計了一款電機參數配置軟件（參見圖6）。預先把不同型號電機的參數錄入系統中，這樣在測試前就可根據電機的型號加載相應的配置參數，保證數據的準確性。
 

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的閾值，測試過程中根據該閾值判斷產品是否合格；通過配置電機的數據庫路徑和數據表名稱，可在測試過程中讀入該路徑，并把測試結果保存在相應的數據庫中。
 

圖6. 電機參數配置窗口
 

啟動測試軟件時，會首先進入用戶設置界面（參見圖7），根據配置軟件的內容，系統自動讀入所有的電機零件編號，操作者選擇一個零件后，系統自動讀入該零件的配置文件，作為該批次測試的依據。
 

圖7. 用戶設置界面
 

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計規則，并且使用者按下工作臺上的“開始測試”按鈕，系統自動根據配置文件中設置的運動方式和步驟，控制電機運轉，并同時進行測試。測試過程完成后，測試結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。該設計符合流水線快速生產的需求，實現了“一鍵式測量”，在線工作時，用戶無需關心產品失效的原因，所有的測試數據都會實時的保存在數據庫中，以供離線分析。
 

另外，軟件中設計了參數設置頁面（參見圖10），方便用戶修改當前零件的測試參數閾值，同時在此頁面中提供了傳聲器校準功能。在系統使用一定時期后，能讓用戶自行進行校準，降低了系統維護的成本。
 

圖10. 參數設置與傳感器校準界面
 

電機噪聲所有參數的測試結果均保存在相對應的Access數據庫中，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據分析。

結論
 

汽車座椅調節電機噪聲測試系統集成了數據采集（傳感器、信號調理器、數據采集卡）、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”，實現了小于30s的測試節拍，以滿足高速運轉的生產線應用，為用戶極大的提高了生產效率。此方案適用于各種電機生產線全檢或抽檢的場合。
 

作者信息:

巴 軍

上海崧杰自動化系統有限公司