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1、NI技术汽车座椅调节电机生 产线终端噪声测试系 统随着舒适车司机对 功率调节器需求的不 断增加，座椅调节电机也继续向模块化设 计原则转移，电机工 作过程中的噪音成为影响舒适性的决定性 因素。我们利用NI 的LabVIEW和动态信号采集卡为电 机生产线终端量身定 制噪声测试设备，集电机运动控制和噪声 测量为一体，来满足 生产线的快节奏。 - 巴 军, 上海 崧杰自动化系统有限 公司The Challenge:图1. 汽车座椅调 节电机座椅调节电机的测试 过程中，需要模拟真 实的工作状态。同 时，生产线终端检测 不仅要求测试的准确 性，而且要保证设备的稳定性和快节奏， 30s的节拍需求使 系统集成
2、度的提高面 临着一定的挑战。The Solution:NI的 LabVIEW软件 开发平台，专为声音 和振动应用设计的高 精度数据采集模块 PCI-4472， 以及多功能数据采集 卡PCI-6221为测试系统的高度集 成提供了可能。 PCI数据采集模块 能方便的应用于工业 计算机中，为整个系 统的可靠性和稳定性提供保证。另外，多 功能数据采集卡中提 供充足的数字I/O 通道，用来响应使用 者的信号；控制电 机、夹具的运动；以及控制信号灯的指示 等。这样，通过灵活 的测试应用软件把传 感器、数据采集卡、 读码器、机械部件以 及运动控制完美的结合在了一起，真正实 现一键式操作，既方 便使用者的操作
3、，又 不会影响到生产线的 高速运转。Author (s):巴 军 - 上海崧 杰自动化系统有限公 司测试参数汽车座椅调节电机的 声压、响度和固声粗 糙度系统结构汽车座椅调节电机噪 声测试系统主要包括 控制和测量两大部 分。控制部分主要实 现计算机对电机和机 械部件运动方式的控 制，以模拟真实的座 椅工作状态。测量部 分主要实现电机工作 过程中噪音信号的测 量、分析和计算。两 部分的同步通过测试 软件来实现，测量结 果通过显示器和指示 灯显示给用户。传声 器和触摸屏布置在静 音室内，供用户采集 电机声音和查看测试 结果；机柜布置在静 音室外，避免工控机 或其它电器设备的运 转声音的引入。（参 见
4、图2）图2. 设备布局控制部分主要包括： 工业计算机、多功能 数据采集卡PCI- 6221、专用的集 成电路、气缸与可编 程直流电 源。测量部分主要包括： 工业计算机、动态信 号采集卡PCI- 4472、传声器与 信号调理器。NI PCI- 6221提供了24 路数字I/O线以及 16路模拟输入通 道，采用16位的分 辨率、 250kS/s的采 样率以及NI- MCal校准技术提 高了测量精度。充足的数字I/O线 可满足大部分控制应 用。为此，我们设计 了专用的集成电路 （参见图3）用于扩 展NI数据采集卡数 字I/O的功能（例 如控制固态继电器的 工作状态；手动与自 动模式的转换；常用 温度
5、传感器控制功 能；按钮与指示灯应 用），同时免除大部 分布线的繁琐。另 外，延时电路的引 入，避免了快速切换 I/O线组合时引起 的不确定情况的发 生。1/13图3. I/O功能 扩展电路可编程直流电源的应 用极大的扩展了系统 测量对象的范围，并 使得用户在使用过程 中对电机的配置更加 灵活。这样，不仅提 高了系统的集成度， 同时避免了快速流水 线上人工的误操作。我们根据电机的数学 模型为每种电机设计 了专用的夹具，在测 试的过程中控制气缸 固定和释放被测电 机，同时模拟真实的 汽车座椅工作状态。 （参见图4）图4. 电机夹具NI PCI- 4472提供了8路 同步采样模拟输入通 道，并采用2
6、4位的 高分辨率， 110dB的动态范 围，最高采样速率达 到102.4 kS/s， 45kHz无混叠带 宽。因此，适用于从 事各种高精度频域的 测量。输入通道集成 了集成电路压电式 （IEPE）信号调 理功能，可用于加速 度传感器和麦克风的 信号采集。与 LabVIEW声音 及振动工具包共同使 用时，为各种时间和 频率的准确测量提供 了保证，并极大的加 快了开发速度。我们采用NI推荐的 PCB Piezotronics （美国压电）公司生 产的含有前置放大器 的传声器，并配备相 应的信号调理器， 20英尺长的信号线 确保了传声器的信号 可以从静音室测试台 上传到外部机柜中的 信号调理器内，并
7、提 供了一定的可调节 性。现场照片图5. 机柜与测试 台2/13测试软件为满足测试软件能适 应不同的座椅电机， 通过NI LabVIEW专门 设计了一款电机参数 配置软件（参见图 6）。预先把不同型 号电机的参数录入系 统中，这样在测试前 就可根据电机的型号 加载相应的配置参 数，保证数据的准确 性。例如，通过配置条码 格式，可在测试的过 程中校验该条码，控 制产品批次的一致 性；通过配置电机的 配置文件路径，可在 测试的过程中读入该 配置文件，配置文件 中包含了该型号电机 各参数的阈值，测试 过程中根据该阈值判 断产品是否合格；通 过配置电机的数据库 路径和数据表名称， 可在测试过程中读入
8、该路径，并把测试结 果保存在相应的数据 库中。图6. 电机参数配 置窗口启动测试软件时，会 首先进入用户设置界 面（参见图7），根 据配置软件的内容， 系统自动读入所有的 电机零件编号，操作 者选择一个零件后， 系统自动读入该零件 的配置文件，作为该 批次测试的依据。图7. 用户设置界 面零件确定好以后，进 入测试主界面（参见 图8），同时弹出条 码扫描窗口（参见图 9），等待使用者扫 描被测电机的条形 码。3/13图8. 测试主界面图9. 条码扫描界 面如果扫描的条码符合 该零件的条码设计规 则，并且使用者按下 工作台上的“开始测 试”按钮，系统自动 根据配置文件中设置 的运动方式和步骤，
9、控制电机运转，并同 时进行测试。测试过 程完成后，测试结果 显示在软件主界面 上，并通过工作台上 的指示灯显示给用 户。同时，再次弹出 条码扫描窗口，等待 下一个零件条码的录 入。该设计符合流水 线快速生产的需求， 实现了“一键式测 量”，在线工作时， 用户无需关心产品失 效的原因，所有的测 试数据都会实时的保 存在数据库中，以供 离线分析。另外，软件中设计了 参数设置页面（参见 图10），方便用户 修改当前零件的测试 参数阈值，同时在此 页面中提供了传声器 校准功能。在系统使 用一定时期后，能让 用户自行进行校准， 降低了系统维护的成 本。图10. 参数设置 与传感器校准界面电机噪声所有参数的 测试结果均保存在相 对应的Access 数据库中，原始信号 也以WAV格式保存 在硬盘中，方便用户 进行后处理和数据分 析。结论汽车座椅调节电机噪 声测试系统集成了数 据采集（传感器、信 号调理器、数据采集 卡）、运动控制（电 机、气缸）与各种用 户交互（按钮、指示 灯、条码扫描、触摸 屏），采用“一键式 测量”，实现了小于 30s的测试节拍， 以满足高速运转的生 产线应用，为用户极 大的提高了生产效 率。此方案适用于各 种电机生产线全检或 抽检的场合。Author Information:巴 军 上海崧杰自动化系统 有限公司4/13图1. 汽车座椅调 节电机5/13
