虚拟仪器技术在汽车检测中的应用

现代汽车测试系统复杂而庞大，在单一工位上，需要测试控制的参量往往多达几十个。汽车连杆三工位螺母自动扳紧的检测是这个繁杂系统的一部分，它是在大批量生产汽车减震器，组装活塞杆时，将其头部的螺母拧紧到标准力矩后，将活塞杆头部锄紧使螺母锁紧力保持不变的专用设备。在旧有的系统中，经常是由占地面积极大的测试设备实现单一参量的测控。例如，改制前的三工位自动扳紧检测仪器，需一个大机柜，面板上设置有许多按钮（如：起动、测试、打印等）和信号灯、显示器，操作复杂，功能单一。虚拟化后的测试仪器，只需一台带有内置式DAQ卡的PC机，所有的功能键、显示器、曲线都可以在CRT显示器上重构。其操作简单，用户可以方便地增、减模块，进行重新配置现有系统以满足新的测试要求，既不丢失已有的硬件和软件资源，又能满足经常变化的测试要求。

一、汽车连杆三工位螺母自动扳紧冲棚装置系统

连杆三工位螺母自动扳紧冲锄装置是以气动为动力源，由电气阀控制气缸的运动，到达工作工位后，由微机自动控制螺母扳紧。整个设备为三工位回转式结构。第一工位为人上料、下料，第二工位为拧紧螺母，第三工位为冲销活塞杆头部。三个工位相位差为120度，由转台汽缸带动三个工位之间的转换。其具体的技术指标为：

1．生产节拍为0.25分钟。

2．拧紧最大扭矩为15Nm，要求扳紧扭矩在10NM～15NM范围内无级可调，精度在±2.5范围内。

3．在扳紧扭矩从8Nm到达15Nm过程中转过的角度应相对恒定。在扭矩为5Nm时光点编码器开始记数，当扭矩到达12Nm时，转过的角度为5度，即为合格。

在实际操作中，有时会有铁屑等杂质渗入螺纹，造成误差，导致次品的产生。因此我们提出扭矩一转角复合控制法，在拧紧到克服了表面凹凸不平，并承受一定的扭矩后，再拧过一定转角，以提高产品质量。扭矩一转角复合控制法原理如图1所示。

在拧紧过程中，如何控制主轴电机转速恒定是准确测量拧紧力矩的关键。本系统采用了带PWM调速装置的直流电机，即脉冲宽度调制式。其原理框图如图2所示。

同时在主轴上安装光电编码器，以测得主轴拧紧螺母时转过的角度，保证产品质量。

二、虚拟化测试系统的实现

虚拟仪器的诞生，将传统的以硬件为主的仪器改为以软件为主的仪器，从而在数据计算，结果显示，生产力的提高等方面得到了巨大的改进。

汽车连杆三工位螺母自动扳紧冲铆装置的虚拟化改进设计采用了基于PC机，与内置式数据采集卡位分辨率的模拟输出，可进行模拟/数字触发，具有十个可编程的功能输入端口。系统主要硬件框图如图3所示。

系统采用NI公司的Labwindows/CVI作为软件开发平台，它建立在开放式软件体系结构之上，以工程（plug一in DAQ）相配合的方案，进行数据的采集与处理。计算机与DAQ系列产品相结合，可进行实时测量和过程控制。在生产过程中我们再也无须由人工记录数据，并将数据输入分析或显示程序中，内置式DAQ与适当的软件相配合，可自动实现这些功能。内置式DAQ方案设计主要使用一块插在PC机机箱内部的DAQ板，使用软件对整个测量过程以及实际的模拟/数字信号进行处理。典型的DAQ板包括一个或多个模拟/数字转换器（Converts），数字I/O口，和记数/定时回路。这些组成元件是计算机与实际的模拟量，数字量和定时I/O信号之间的界面，为我们读写处理数据提供了方便。

在本系统中，我们选用NI公司的AT-MIO-16E-2作为内置式DAQ板，其主要的性能指标为：16个单端，8个差分模拟量输入，12位采样精度，采样速率达500kS/s，各通道增益与量程相互独立；2通道，12文件为主题框架，将C++源文件，头文件，库文件，目标模块，用户界面文件，动态连接库仪器驱动程序等多功能组件结合一体，并支持动态数据交换（DDE）和TCP/IP等网络功能。汽车螺母自动扳紧检测子系统的工作界面如图4所示，可以与其他测试环节之间进行切换。

三、结论

由于采用了基于PC机，配置有内置式DAQ板，以Labwindows/CVI作为软件开发平台进行过程监测与控制，虚拟化后的设计方案去掉了原有的庞大的机柜，可以即时地以各种方便的方式显示结果，并可将结果存为Excel等形式的文件，还可进行远程监控及数据采集，减少了分析处理数据所需的时间。而且图形化的编程平台，对于系统的开发调试，以及可执行程序的生成，都比原有系统优越得多。若是所需测控参量数目很多，考虑到电磁屏蔽，系统扩展与开发，采用基于VXI总线的实现方案，将更为合适。

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