虛擬儀器技術(shù)在汽車螺母自動(dòng)扳緊檢測(cè)中的應(yīng)用

　　摘要：現(xiàn)代汽車測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，在單一工位上，需要測(cè)試控制的參量往往多達(dá)幾十個(gè)。汽車連桿三工位螺母自動(dòng)扳緊的檢測(cè)是這個(gè)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(shí)，將其頭部的螺母擰緊到標(biāo)準(zhǔn)力矩后，將活塞桿頭部鋤緊使螺母鎖緊力保持不變的設(shè)備。本文介紹了虛擬儀器技術(shù)在汽車螺母自動(dòng)扳緊檢測(cè)中的應(yīng)用，供大家了解。
　　
　　1、引言
　　
　　現(xiàn)代汽車測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，在單一工位上，需要測(cè)試控制的參量往往多達(dá)幾十個(gè)。汽車連桿三工位螺母自動(dòng)扳緊的檢測(cè)是這個(gè)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(shí)，將其頭部的螺母擰緊到標(biāo)準(zhǔn)力矩后，將活塞桿頭部鋤緊使螺母鎖緊力保持不變的設(shè)備。在舊有的系統(tǒng)中，經(jīng)常是由占地面積極大的測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)單一參量的測(cè)控。例如，改制前的三工位自動(dòng)扳緊檢測(cè)儀器，需一個(gè)大機(jī)柜，面板上設(shè)置有許多按鈕（如：起動(dòng)、測(cè)試、打印等）和信號(hào)燈顯示器，操作復(fù)雜，功能單一。虛擬化后的測(cè)試儀器，只需一臺(tái)帶有內(nèi)置式DAQ卡的PC機(jī)，所有的功能鍵、顯示器、曲線都可以在CRT顯示器上重構(gòu)。其操作簡(jiǎn)單，用戶可以方便地增、減模塊，進(jìn)行重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測(cè)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(cè)試要求。
　　
　　2、汽車連桿三工位螺母自動(dòng)扳緊沖棚裝置系統(tǒng)
　　
　　連桿三工位螺母自動(dòng)扳緊沖鋤裝置是以氣動(dòng)為動(dòng)力源，由電氣閥控制氣缸的運(yùn)動(dòng)，到達(dá)工作工位后，由微機(jī)自動(dòng)控制螺母扳緊。整個(gè)設(shè)備為三工位回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)。*工位為人上料、下料，第二工位為擰緊螺母，第三工位為沖銷活塞桿頭部。三個(gè)工位相位差為120度，由轉(zhuǎn)臺(tái)汽缸帶動(dòng)三個(gè)工位之間的轉(zhuǎn)換。其具體的技術(shù)指標(biāo)為：
　　
　　（1）生產(chǎn)節(jié)拍為0.25分鐘。
　　
　　（2）擰緊zui大扭矩15N.m，要求扳緊扭矩在10~15N.M范圍內(nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)，精度在±2.5范圍內(nèi)。
　　
　　（3）在扳緊扭矩從8N.m到達(dá)15N-m過(guò)程中轉(zhuǎn)過(guò)的角度應(yīng)相對(duì)恒定。在扭矩為5N.m時(shí)光點(diǎn)編碼器開(kāi)始記數(shù)，當(dāng)扭矩到達(dá)12N.m時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)的角度為5度，即為合格。
　　
　　在實(shí)際操作中，有時(shí)會(huì)有鐵屑等雜質(zhì)滲入螺紋，造成誤差，導(dǎo)致次品的產(chǎn)生。因此我們提出扭矩一轉(zhuǎn)角復(fù)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(guò)一定轉(zhuǎn)角，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。扭矩－轉(zhuǎn)角復(fù)合控制法原理如圖1所示。
　　　　在擰緊過(guò)程中，如何控制主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定是準(zhǔn)確測(cè)量擰緊力矩的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用了帶PWM調(diào)速裝置的直流電機(jī)，即脈沖寬度調(diào)制式。其原理框圖如圖2所示。　　
　　同時(shí)在主軸上安裝光電編碼器，以測(cè)得主軸擰緊螺母時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
　　
　　3、虛擬化測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)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(jì)算，結(jié)果顯示，生產(chǎn)力的提高等方面得到了巨大的改進(jìn)。
　　
　　汽車連桿三工位螺母自動(dòng)扳緊沖鉚裝置的虛擬化改進(jìn)設(shè)計(jì)采用了基于PC機(jī)，與內(nèi)置式數(shù)據(jù)采集卡位分辨率的模擬輸出，可進(jìn)行模擬/數(shù)字觸發(fā)，具有十個(gè)可編程的功能輸入端口。系統(tǒng)主要硬件框圖如圖3所示。　　
　　系統(tǒng)采用NI公司的Labwindows/CVI作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它建立在開(kāi)放式軟件體系結(jié)構(gòu)之上，以工程（plug一inDAQ）相配合的方案，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理。計(jì)算機(jī)與DAQ系列產(chǎn)品相結(jié)合，可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和過(guò)程控制。在生產(chǎn)過(guò)程中我們?cè)僖矡o(wú)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(dāng)?shù)能浖嗯浜希勺詣?dòng)實(shí)現(xiàn)這些功能。內(nèi)置式DAQ方案設(shè)計(jì)主要使用一塊插在PC機(jī)機(jī)箱內(nèi)部的DAQ板，使用軟件對(duì)整個(gè)測(cè)量過(guò)程以及實(shí)際的模擬/數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。典型的DAQ板包括一個(gè)或多個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Converts），數(shù)字I/O口，和記數(shù)/定時(shí)回路。這些組成元件是計(jì)算機(jī)與實(shí)際的模擬量，數(shù)字量和定時(shí)I/O信號(hào)之間的界面，為我們讀寫(xiě)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(biāo)為：16個(gè)單端，8個(gè)差分模擬量輸入，12位采樣精度，采樣速率達(dá)500kS/s，各通道增益與量程相互獨(dú)立；2通道，12文件為主題框架，將C++源文件，頭文件，庫(kù)文件，目標(biāo)模塊，用戶界面文件，動(dòng)態(tài)連接庫(kù)儀器驅(qū)動(dòng)程序等多功能組件結(jié)合一體，并支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）和TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)功能。汽車螺母自動(dòng)扳緊檢測(cè)子系統(tǒng)的工作界面如圖4所示，可以與其他測(cè)試環(huán)節(jié)之間進(jìn)行切換。　　
　　4、結(jié)論
　　
　　由于采用了基于PC機(jī)，配置有內(nèi)置式DAQ板，以Labwindows/CVI作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制，虛擬化后的設(shè)計(jì)方案去掉了原有的龐大的機(jī)柜，可以即時(shí)地以各種方便的方式顯示結(jié)果，并可將結(jié)果存為Excel等形式的文件，還可進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)間。而且圖形化的編程平臺(tái)，對(duì)于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試，以及可執(zhí)行程序的生成，都比原有系統(tǒng)*得多。若是所需測(cè)控參量數(shù)目很多，考慮到電磁屏蔽，系統(tǒng)擴(kuò)展與開(kāi)發(fā)，采用基于VXI總線的實(shí)現(xiàn)方案，將更為合適。