摘要：現代汽車測試系統復雜而龐大，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的一部分，它是在大批量生產汽車減震器，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設備。本文介紹了虛擬儀器技術在汽車螺母自動扳緊檢測中的應用，供大家了解。
　　
　　1、引言
　　
　　現代汽車測試系統復雜而龐大，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的一部分，它是在大批量生產汽車減震器，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設備。在舊有的系統中，經常是由占地面積極大的測試設備實現單一參量的測控。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，進行重新配置現有系統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
　　
　　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式結構。*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。三個工位相位差為120度，由轉臺汽缸帶動三個工位之間的轉換。其具體的技術指標為：
　　
　　（1）生產節拍為0.25分鐘。
　　
　　（2）擰緊zui大扭矩15N.m，要求扳緊扭矩在10~15N.M范圍內無級可調，精度在±2.5范圍內。
　　
　　（3）在扳緊扭矩從8N.m到達15N-m過程中轉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，當扭矩到達12N.m時，轉過的角度為5度，即為合格。
　　
　　在實際操作中，有時會有鐵屑等雜質滲入螺紋，造成誤差，導致次品的產生。因此我們提出扭矩一轉角復合控制法，在擰緊到克服了表面凹凸不平，并承受一定的扭矩后，再擰過一定轉角，以提高產品質量。扭矩－轉角復合控制法原理如圖1所示。
　　　　在擰緊過程中，如何控制主軸電機轉速恒定是準確測量擰緊力矩的關鍵。本系統采用了帶PWM調速裝置的直流電機，即脈沖寬度調制式。其原理框圖如圖2所示。　　
　　同時在主軸上安裝光電編碼器，以測得主軸擰緊螺母時轉過的角度，保證產品質量。
　　
　　3、虛擬化測試系統的實現
　　
　　虛擬儀器的誕生，將傳統的以硬件為主的儀器改為以軟件為主的儀器，從而在數據計算，結果顯示，生產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，與內置式數據采集卡位分辨率的模擬輸出，可進行模擬/數字觸發，具有十個可編程的功能輸入端口。系統主要硬件框圖如圖3所示。　　
　　系統采用NI公司的Labwindows/CVI作為軟件開發平臺，它建立在開放式軟件體系結構之上，以工程（plug一inDAQ）相配合的方案，進行數據的采集與處理。計算機與DAQ系列產品相結合，可進行實時測量和過程控制。在生產過程中我們再也無須由人工記錄數據，并將數據輸入分析或顯示程序中，內置式DAQ與適當的軟件相配合，可自動實現這些功能。內置式DAQ方案設計主要使用一塊插在PC機機箱內部的DAQ板，使用軟件對整個測量過程以及實際的模擬/數字信號進行處理。典型的DAQ板包括一個或多個模擬/數字轉換器（Converts），數字I/O口，和記數/定時回路。這些組成元件是計算機與實際的模擬量，數字量和定時I/O信號之間的界面，為我們讀寫處理數據提供了方便。
　　
　　在本系統中，我們選用NI公司的AT-MIO-16E-2作為內置式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，動態連接庫儀器驅動程序等多功能組件結合一體，并支持動態數據交換（DDE）和TCP/IP等網絡功能。汽車螺母自動扳緊檢測子系統的工作界面如圖4所示，可以與其他測試環節之間進行切換。　　
　　4、結論
　　
　　由于采用了基于PC機，配置有內置式DAQ板，以Labwindows/CVI作為軟件開發平臺進行過程監測與控制，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，還可進行遠程監控及數據采集，減少了分析處理數據所需的時間。而且圖形化的編程平臺，對于系統的開發調試，以及可執行程序的生成，都比原有系統*得多。若是所需測控參量數目很多，考慮到電磁屏蔽，系統擴展與開發，采用基于VXI總線的實現方案，將更為合適。