虛擬 儀器 技術在汽車檢測中應用
1、引言
現(xiàn)代汽車測試系統(tǒng)復雜而龐大，在單一工位上，需要測試控制的參量往往多達幾十個。汽車連桿三工位螺母自動扳緊的檢測是這個繁雜系統(tǒng)的一部分，它是在大批量生產(chǎn)汽車減震器，組裝活桿時，將其頭部的螺母擰緊到標準力矩后，將活塞桿頭部鋤緊使螺母鎖緊力保持不變的專用設備。在舊有的系統(tǒng)中，經(jīng)常是由占地面積極大的測試設備實現(xiàn)單一參量的測控。例如，改制前的三工位自動扳緊檢測儀器，需一個大機柜，面板上設置有許多按鈕（如：起動、測試、打印等）和信號燈顯示器，操作復雜，功能單一。虛擬化后的測試 儀器 ，只需一臺帶有內(nèi)置式DAQ卡的PC機，所有的功能鍵、顯示器、曲線都可以在CRT顯示器上重構。其操作簡單，用戶可以方便地增、減模塊，進行重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求，既不丟失已有的硬件和軟件資源，又能滿足經(jīng)常變化的測試要求。
2、汽車連桿三工位螺母自動扳緊沖棚裝置系統(tǒng)
連桿三工位螺母自動扳緊沖鋤裝置是以氣動為動力源，由電氣閥控制氣缸的運動，到達工作工位后，由微機自動控制螺母扳緊。整個設備為三工位回轉(zhuǎn)式結構。**工位為人上料、下料，**工位為擰緊螺母，第三工位為沖銷活塞桿頭部。三個工位相位差為120度，由轉(zhuǎn)臺汽缸帶動三個工位之間的轉(zhuǎn)換。其具體的技術指標為：
（1）生產(chǎn)節(jié)拍為0.25分鐘。
?。?）擰緊*大扭矩為15N.m，要求扳緊扭矩在10~15N.M范圍內(nèi)無級可調(diào)，精度在±2.5范圍內(nèi)。
（3）在扳緊扭矩從8N.m到達15N-m過程中轉(zhuǎn)過的角度應相對恒定。在扭矩為5N.m時光點編碼器開始記數(shù)，當扭矩到達12N.m時，轉(zhuǎn)過的角度為5度，即為合格。
在實際操作中，有時會有鐵屑等雜質(zhì)滲入螺紋，造成誤差，導致次品的產(chǎn)生。因此我們提出扭矩一轉(zhuǎn)角復合控制法，在擰緊到克服了表面凹凸不平，并承受一定的扭矩后，再擰過一定轉(zhuǎn)角，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
在擰緊過程中，如何控制主軸電機轉(zhuǎn)速恒定是準確測量擰緊力矩的關鍵。本系統(tǒng)采用了帶PWM調(diào)速裝置的直流電機，即脈沖寬度調(diào)制式。
同時在主軸上安裝光電編碼器，以測得主軸擰緊螺母時轉(zhuǎn)過的角度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3、虛擬化測試系統(tǒng)的實現(xiàn)
虛擬儀器的誕生，將傳統(tǒng)的以硬件為主的儀器改為以軟件為主的儀器，從而在數(shù)據(jù)計算，結果顯示，生產(chǎn)力的提高等方面得到了巨大的改進。
汽車連桿三工位螺母自動扳緊沖鉚裝置的虛擬化改進設計采用了基于PC機，與內(nèi)置式數(shù)據(jù)采集卡位分辨率的模擬輸出，可進行模擬/數(shù)字觸發(fā)，具有十個可編程的功能輸入端口。
系統(tǒng)采用NI公司的Labwindows/CVI作為軟件開發(fā)平臺，它建立在開放式軟件體系結構之上，以工程（plug一in DAQ）相配合的方案，進行數(shù)據(jù)的采集與處理。計算機與DAQ系列產(chǎn)品相結合，可進行實時測量和過程控制。在生產(chǎn)過程中我們再也無須由人工記錄數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸入分析或顯示程序中，內(nèi)置式DAQ與適當?shù)能浖嗯浜?，可自動實現(xiàn)這些功能。內(nèi)置式DAQ方案設計主要使用一塊插在PC機機箱內(nèi)部的DAQ板，使用軟件對整個測量過程以及實際的模擬/數(shù)字信號進行處理。典型的DAQ板包括一個或多個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Converts），數(shù)字I/O口，和記數(shù)/定時回路。這些組成元件是計算機與實際的模擬量，數(shù)字量和定時I/O信號之間的界面，為我們讀寫處理數(shù)據(jù)提供了方便。
在本系統(tǒng)中，我們選用NI公司的AT-MIO-16E-2作為內(nèi)置式DAQ板，其主要的性能指標為：16個單端，8個差分模擬量輸入，12位采樣精度，采樣速率達500kS/s，各通道增益與量程相互獨立；2通道，12文件為主題框架，將C++源文件，頭文件，庫文件，目標模塊，用戶界面文件，動態(tài)連接庫儀器驅(qū)動程序等多功能組件結合一體，并支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）和TCP/IP等網(wǎng)絡功能。
4、結論
由于采用了基于PC機，配置有內(nèi)置式DAQ板，以Labwindows/CVI作為軟件開發(fā)平臺進行過程監(jiān)測與控制，虛擬化后的設計方案去掉了原有的龐大的機柜，可以即時地以各種方便的方式顯示結果，并可將結果存為Excel等形式的文件，還可進行遠程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集，減少了分析處理數(shù)據(jù)所需的時間。而且圖形化的編程平臺，對于系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試，以及可執(zhí)行程序的生成，都比原有系統(tǒng)優(yōu)越得多。若是所需測控參量數(shù)目很多，考慮到電磁屏蔽，系統(tǒng)擴展與開發(fā)，采用基于VXI總線的實現(xiàn)方案，將更為合適。
1、引言
現(xiàn)代汽車測試系統(tǒng)復雜而龐大，在單一工位上，需要測試控制的參量往往多達幾十個。汽車連桿三工位螺母自動扳緊的檢測是這個繁雜系統(tǒng)的一部分，它是在大批量生產(chǎn)汽車減震器，組裝活桿時，將其頭部的螺母擰緊到標準力矩后，將活塞桿頭部鋤緊使螺母鎖緊力保持不變的專用設備。在舊有的系統(tǒng)中，經(jīng)常是由占地面積極大的測試設備實現(xiàn)單一參量的測控。例如，改制前的三工位自動扳緊檢測儀器，需一個大機柜，面板上設置有許多按鈕（如：起動、測試、打印等）和信號燈顯示器，操作復雜，功能單一。虛擬化后的測試 儀器 ，只需一臺帶有內(nèi)置式DAQ卡的PC機，所有的功能鍵、顯示器、曲線都可以在CRT顯示器上重構。其操作簡單，用戶可以方便地增、減模塊，進行重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求，既不丟失已有的硬件和軟件資源，又能滿足經(jīng)常變化的測試要求。
2、汽車連桿三工位螺母自動扳緊沖棚裝置系統(tǒng)
連桿三工位螺母自動扳緊沖鋤裝置是以氣動為動力源，由電氣閥控制氣缸的運動，到達工作工位后，由微機自動控制螺母扳緊。整個設備為三工位回轉(zhuǎn)式結構。**工位為人上料、下料，**工位為擰緊螺母，第三工位為沖銷活塞桿頭部。三個工位相位差為120度，由轉(zhuǎn)臺汽缸帶動三個工位之間的轉(zhuǎn)換。其具體的技術指標為：
（1）生產(chǎn)節(jié)拍為0.25分鐘。
?。?）擰緊*大扭矩為15N.m，要求扳緊扭矩在10~15N.M范圍內(nèi)無級可調(diào)，精度在±2.5范圍內(nèi)。
（3）在扳緊扭矩從8N.m到達15N-m過程中轉(zhuǎn)過的角度應相對恒定。在扭矩為5N.m時光點編碼器開始記數(shù)，當扭矩到達12N.m時，轉(zhuǎn)過的角度為5度，即為合格。
在實際操作中，有時會有鐵屑等雜質(zhì)滲入螺紋，造成誤差，導致次品的產(chǎn)生。因此我們提出扭矩一轉(zhuǎn)角復合控制法，在擰緊到克服了表面凹凸不平，并承受一定的扭矩后，再擰過一定轉(zhuǎn)角，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
在擰緊過程中，如何控制主軸電機轉(zhuǎn)速恒定是準確測量擰緊力矩的關鍵。本系統(tǒng)采用了帶PWM調(diào)速裝置的直流電機，即脈沖寬度調(diào)制式。
同時在主軸上安裝光電編碼器，以測得主軸擰緊螺母時轉(zhuǎn)過的角度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3、虛擬化測試系統(tǒng)的實現(xiàn)
虛擬儀器的誕生，將傳統(tǒng)的以硬件為主的儀器改為以軟件為主的儀器，從而在數(shù)據(jù)計算，結果顯示，生產(chǎn)力的提高等方面得到了巨大的改進。
汽車連桿三工位螺母自動扳緊沖鉚裝置的虛擬化改進設計采用了基于PC機，與內(nèi)置式數(shù)據(jù)采集卡位分辨率的模擬輸出，可進行模擬/數(shù)字觸發(fā)，具有十個可編程的功能輸入端口。
系統(tǒng)采用NI公司的Labwindows/CVI作為軟件開發(fā)平臺，它建立在開放式軟件體系結構之上，以工程（plug一in DAQ）相配合的方案，進行數(shù)據(jù)的采集與處理。計算機與DAQ系列產(chǎn)品相結合，可進行實時測量和過程控制。在生產(chǎn)過程中我們再也無須由人工記錄數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸入分析或顯示程序中，內(nèi)置式DAQ與適當?shù)能浖嗯浜?，可自動實現(xiàn)這些功能。內(nèi)置式DAQ方案設計主要使用一塊插在PC機機箱內(nèi)部的DAQ板，使用軟件對整個測量過程以及實際的模擬/數(shù)字信號進行處理。典型的DAQ板包括一個或多個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Converts），數(shù)字I/O口，和記數(shù)/定時回路。這些組成元件是計算機與實際的模擬量，數(shù)字量和定時I/O信號之間的界面，為我們讀寫處理數(shù)據(jù)提供了方便。
在本系統(tǒng)中，我們選用NI公司的AT-MIO-16E-2作為內(nèi)置式DAQ板，其主要的性能指標為：16個單端，8個差分模擬量輸入，12位采樣精度，采樣速率達500kS/s，各通道增益與量程相互獨立；2通道，12文件為主題框架，將C++源文件，頭文件，庫文件，目標模塊，用戶界面文件，動態(tài)連接庫儀器驅(qū)動程序等多功能組件結合一體，并支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）和TCP/IP等網(wǎng)絡功能。
4、結論
由于采用了基于PC機，配置有內(nèi)置式DAQ板，以Labwindows/CVI作為軟件開發(fā)平臺進行過程監(jiān)測與控制，虛擬化后的設計方案去掉了原有的龐大的機柜，可以即時地以各種方便的方式顯示結果，并可將結果存為Excel等形式的文件，還可進行遠程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集，減少了分析處理數(shù)據(jù)所需的時間。而且圖形化的編程平臺，對于系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試，以及可執(zhí)行程序的生成，都比原有系統(tǒng)優(yōu)越得多。若是所需測控參量數(shù)目很多，考慮到電磁屏蔽，系統(tǒng)擴展與開發(fā)，采用基于VXI總線的實現(xiàn)方案，將更為合適。
公安機關備案號：
