乘用車天窗遮陽板滑動(dòng)力檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)

張敬民

（煙臺(tái)正海汽車內(nèi)飾件有限公司）

目前國內(nèi)汽車市場(chǎng)發(fā)展迅速，天窗款車型尤其受到消費(fèi)者青睞。天窗遮陽板的制作標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對(duì)遮陽板滑動(dòng)力的測(cè)試成為檢驗(yàn)遮陽板質(zhì)量高低的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。目前遮陽板制作廠家對(duì)滑動(dòng)力的測(cè)試往往依賴市場(chǎng)流通儀器，手工操作，測(cè)試誤差較大。文章的設(shè)計(jì)方案利用PLC可編程控制器和精密儀器相結(jié)合，通過編程完成遮陽板滑動(dòng)力的精確測(cè)試，控制產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用前景廣闊。

1 設(shè)計(jì)思路

1）滑動(dòng)力的測(cè)試要求能做到非常直觀地顯示過程數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄，即：通過觸摸屏與PLC模擬量編程[1]，采集遮陽板運(yùn)動(dòng)過程的實(shí)時(shí)滑動(dòng)力數(shù)值上傳于觸摸屏顯示，做滑動(dòng)力變化曲線用于實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)上做到操作方便。

2）滑動(dòng)力的檢測(cè)數(shù)值必須要求準(zhǔn)確，以市場(chǎng)上流通的數(shù)顯式推拉力計(jì)為參考對(duì)象，通過工裝測(cè)試的滑動(dòng)力與使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量工具的測(cè)試結(jié)果誤差不能超過1 N，即：使用PLC模擬量模塊連接力傳感器，通過PLC編程實(shí)現(xiàn)遮陽板滑動(dòng)力的采集與數(shù)據(jù)上傳[1]。

3）天窗遮陽板在滑軌上往復(fù)移動(dòng)，要求勻速且速度可調(diào)、加減速可調(diào)、位移可調(diào)。不同的產(chǎn)品因?yàn)樘齑翱壮叽绮煌鍪挚孜恢貌煌?，要求做到牽引遮陽板運(yùn)動(dòng)的傳感器的起點(diǎn)位置必須靈活可調(diào)。如果在工裝上安裝機(jī)械定位裝置，不同產(chǎn)品需要反復(fù)調(diào)整，操作不便，而且不穩(wěn)定。采用電動(dòng)執(zhí)行器，通過PLC編程靈活控制步進(jìn)電機(jī)的位移[2]，可以輕易實(shí)現(xiàn)以上功能。

4）遮陽板快速放置到導(dǎo)軌上指定位置，中間要求檢測(cè)天窗遮陽板內(nèi)含有的4片金屬片是否存在，即：在遮陽板導(dǎo)軌的入口兩側(cè)分別安裝磁性開關(guān)，通過PLC編程實(shí)現(xiàn)金屬片的檢測(cè)，如果存在金屬片，程序正常運(yùn)行；如果沒有金屬片，聲光報(bào)警燈啟動(dòng)，且PLC程序不運(yùn)行，提示操作人員對(duì)遮陽板采取措施。

5）天窗遮陽板安裝到導(dǎo)軌上指定位置后，要求稱重傳感器探頭尋找扶手孔位置定位準(zhǔn)確，并牽引遮陽板實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即：在電動(dòng)執(zhí)行器滑塊上安裝氣缸，氣缸活塞桿上裝配稱重傳感器，程序控制氣缸的升降和伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)尋找扶手孔位置功能。

2 關(guān)鍵備件選型

1）控制裝置選用性價(jià)比較高的西門子s7-200PLC及EM231模擬量模塊；

2）計(jì)量裝置采用德國burster，0～200 N力傳感器及其配套的放大器；

3）操作和數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置選擇西門子Smart 700觸摸屏，成本較低，能夠滿足使用需求；

4）驅(qū)動(dòng)裝置選用SMC電動(dòng)執(zhí)行器，內(nèi)置步進(jìn)電機(jī)，通過驅(qū)動(dòng)器與PLC聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制；

5）執(zhí)行器滑塊上安裝SMC氣缸，氣缸上安裝力傳感器；

6）遮陽板金屬片的檢測(cè)采用歐姆龍磁性開關(guān)。

3 編程思路

3.1 PLC及觸摸屏程序結(jié)構(gòu)

PLC控制程序根據(jù)需要分為主程序、手動(dòng)操作、自動(dòng)運(yùn)行、計(jì)量及選擇產(chǎn)品5個(gè)部分；觸摸屏程序分為主界面、手動(dòng)操作、報(bào)警信息、程序選擇及檢測(cè)滑動(dòng)力共5個(gè)畫面。

3.2 手動(dòng)操作

手動(dòng)部分的功能通過操作觸摸屏和按鈕站按鍵實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的開關(guān)、尋原點(diǎn)、前進(jìn)、后退、暫停及氣缸的升降和金屬片檢測(cè)等。

3.3 報(bào)警功能

根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)，PLC程序設(shè)置滑動(dòng)力檢測(cè)超過80 N為滑動(dòng)力超限，此時(shí)自動(dòng)運(yùn)行程序關(guān)閉；滑動(dòng)力檢測(cè)值超過100 N為嚴(yán)重超限，此時(shí)手動(dòng)和自動(dòng)程序都關(guān)閉，必須人工調(diào)整，使傳感器下降到氣缸下限安全位置，故障才可以復(fù)位?；瑒?dòng)力檢測(cè)程序運(yùn)行期間發(fā)生報(bào)警，報(bào)警畫面會(huì)顯示報(bào)警信息，以此保護(hù)非常昂貴的進(jìn)口備件“稱重傳感器”。

3.4 產(chǎn)品選擇和伺服控制[2]

在觸摸屏編輯畫面，將需要檢驗(yàn)的不同產(chǎn)品信息按照編碼排列，另外擴(kuò)展若干個(gè)產(chǎn)品供開發(fā)新產(chǎn)品使用。點(diǎn)擊需要測(cè)試滑動(dòng)力的遮陽板代碼，PLC程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用不同的程序步。程序步編號(hào)為10進(jìn)制，10進(jìn)制編號(hào)轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制格式的編號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的中間繼電器。中間繼電器發(fā)序號(hào)給步進(jìn)電機(jī)控制器，控制器調(diào)用對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作序號(hào)，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)指令完成動(dòng)作。

因?yàn)椴煌漠a(chǎn)品尺寸不同，扶手孔位置不同，需要根據(jù)各產(chǎn)品的尺寸提前在步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)置每一個(gè)程序步的位移、速度、加速度、減速度及運(yùn)動(dòng)模式等參數(shù)。PLC根據(jù)觸摸屏操作指令運(yùn)行程序，發(fā)序號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，依次完成電機(jī)尋找扶手孔、氣缸上升、滑塊后退及滑塊前進(jìn)等動(dòng)作。

步進(jìn)電機(jī)和氣缸的動(dòng)作流程：1）電機(jī)尋找參考點(diǎn)（開機(jī)僅執(zhí)行1次）；2）放置天窗遮陽板（期間完成金屬片檢測(cè)）；3）啟動(dòng)按鍵，傳感器尋找扶手孔；4）氣缸上升，傳感器頭伸入扶手孔；5）滑塊帶動(dòng)遮陽板后退到設(shè)定位移；6）延時(shí)后滑塊前進(jìn)到起始位置；7）延時(shí)后氣缸下降，傳感器歸位，完成1個(gè)循環(huán)。再次更換天窗遮陽板，步進(jìn)電機(jī)不需要再次尋找扶手孔。當(dāng)按下啟動(dòng)鍵時(shí)，氣缸直接上升，電動(dòng)執(zhí)行器帶動(dòng)遮陽板往復(fù)移動(dòng)，完成動(dòng)作。電動(dòng)執(zhí)行器滑塊帶動(dòng)遮陽板在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，稱重傳感器會(huì)采集遮陽板運(yùn)動(dòng)過程的滑動(dòng)力，通過PLC將數(shù)據(jù)上傳于觸摸屏。

3.5 滑動(dòng)力檢測(cè)

稱重傳感器連接放大器，放大器輸出-10～10 V的電壓信號(hào)到s7-200PLC模擬量模塊EM231。通過PLC編程，采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)按照比例轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)力信號(hào)（0～200 N），然后自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳于觸摸屏顯示[1]。

通過觸摸屏編程，做一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控滑動(dòng)力的曲線圖。天窗遮陽板在步進(jìn)電機(jī)的牽引下，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，觸摸屏?xí)@示遮陽板整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程滑動(dòng)力的變化，比較形象地展示滑動(dòng)力的波動(dòng)曲線。

為了更準(zhǔn)確地顯示和記錄數(shù)據(jù)，需要在滑動(dòng)力檢測(cè)畫面設(shè)置變量，分別采集遮陽板前進(jìn)和后退過程的5個(gè)點(diǎn)的滑動(dòng)力值。通過PLC編程計(jì)算遮陽板運(yùn)動(dòng)過程最大值、最小值、力平均值和實(shí)時(shí)值。遮陽板往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程觸摸屏?xí)詣?dòng)記錄并保存這些數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)在觸摸屏實(shí)時(shí)顯示滑動(dòng)力變化的動(dòng)態(tài)曲線，用于監(jiān)控滑動(dòng)力變化過程的穩(wěn)定性。遮陽板停止運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)曲線自動(dòng)消失。當(dāng)按下啟動(dòng)鍵，繼續(xù)測(cè)試下一個(gè)遮陽板滑動(dòng)力時(shí)，觸摸屏記載的上一組數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)清零，并顯示重新測(cè)試的結(jié)果。圖1示出天窗遮陽板滑動(dòng)力測(cè)試觸摸屏截圖。

4 結(jié)論

通過使用以上方案制作的工裝進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試汽車天窗遮陽板往復(fù)移動(dòng)過程的滑動(dòng)力。通過對(duì)單件產(chǎn)品多次測(cè)試比對(duì)、對(duì)多件產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及使用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀器對(duì)遮陽板單點(diǎn)滑動(dòng)力的數(shù)據(jù)測(cè)量與使用工裝測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差最大值＜0.5 N，完全符合要求。該工裝的實(shí)際應(yīng)用除了數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確以外，更重要的是提高了滑動(dòng)力測(cè)試的自動(dòng)化操作水平和數(shù)據(jù)上傳。遮陽板運(yùn)動(dòng)過程其速度、加速度及位移等參數(shù)可根據(jù)需要靈活調(diào)整，運(yùn)行穩(wěn)定。針對(duì)不同的產(chǎn)品可一鍵調(diào)用對(duì)應(yīng)的測(cè)量程序，實(shí)現(xiàn)快速定位，快速檢測(cè)。

本研究尚有不足之處，需要后續(xù)進(jìn)一步完善：1）天窗遮陽板滑動(dòng)力的測(cè)試如何與遮陽板條形碼掃描結(jié)合使用；2）將觸摸屏讀取的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，與遮陽板條碼信息綁定。這2種數(shù)據(jù)的整合將更有利于天窗遮陽板的質(zhì)量控制。