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在汽車雨刮器電機生產中，如何在線測試電機性能及電機振動量，進行測試數據儲存及條形碼打印？工程師使用National Instruments公司的模擬采集卡及數字采集卡，配以振動傳感器、磁粉制動器、力矩傳感器、編碼器及可控穩壓電源等開發了一個性能可靠的，經濟、靈活的基于PC的電機測試系統。

大眾汽車公司生產的寶來A4轎車雨刮器電機為永磁式直流電機，電機工作電壓為13V，額定輸出功率為40W，電機引線為4線制，分別為高速端、低速端、復位端及接地端。雨刮器電機自帶減速箱，減速箱內部有一開關，當復位端接有13VDC電壓時，電機將先慢速旋轉，當蝸輪凸點到達復位點時，減速箱內復位開關閉合，電機電樞被短路，電機能耗制動，實現雨刮器復位，同時電源斷路。

根據項目的技術要求，需要測試電機在一定負載條件下的高低速轉速、高低速速差、高低速電流、電壓、電機復位角，并使電機停在“裝車角”，此外還要測試電機在空載條件下的振動。

開發軟件的選擇

在對世界上幾個優秀工控軟件進行了分析對比后，法雷奧公司的外方技術人員建議上海法雷奧汽車電機雨刮系統有限公司用LabVIEW軟件來開發制作專用設備，他們認為“LabVIEW軟件最優秀”。而根據上海法雷奧汽車電機雨刮系統有限公司生產設備的實際使用情況，工程師們在LabVIEW、VB及其他多個工控軟件中進行了論證，最終選擇了LabVIEW軟件。

他們選擇LabVIEW軟件的主要原因是由于LabVIEW軟件編程簡單易學、界面友好、功能強大、性能穩定、開發周期短。此外，由于上海法雷奧汽車電機雨刮系統有限公司此前使用LabVIEW軟件開發進口設備時，對有關工程師進行了LabVIEW軟件的培訓，因此，工程師們對LabVIEW軟件系統很熟悉。

選擇板卡

項目共需要模擬輸入4路，模擬輸出2路，計數2路、數字輸入7路，數字輸出12路。選擇NI公司的模擬采集卡PCI-6024板卡，它有8路差分模擬輸入、2路模擬輸出、采樣速率為200KS/s，12bits、2路計數，8路數字I / O端。
另一塊板卡為數字采集卡PCI-6503：它有24路I / O端。

總體設計

□ 工程師們首先在C盤中開了幾個文本文件，文件中分別存有電機性能參數如電壓、電流、轉速等指標的上下限；電機振動參數指標的上下限；振動傳感器的調校系數；磁粉制動器的非線性調校系數等。每次運行程序時，先讀取以上幾個文本文件中的數據，作為判別電機好壞的指標及測試系數。這樣作的好處是，這些關鍵參數只能由有關工程師才有權修改，而操作工是無法修改的，避免了人為測試誤差。（電機測試界面如圖1。）

圖1  電機性能及振動測試界面

□ 為了保證測試電機端電壓的正確性，在電機端加了兩根反饋線，由穩壓電源自動調整。穩壓電源也選擇了可控型，即由模擬采集卡輸出一個0～5V的可變信號，來控制穩壓電源的輸出。這樣就保證了測試電機端電壓的正確性及程序可控性。

□ 磁粉制動器也選擇了可控型穩壓電源，不同的測試力矩選擇不同的工作電壓。因為磁粉制動器是非線性元件，為了保證測試力矩的正確性，工程師們在電機測試端旋轉盤的下方安裝了經過調校的扭力傳感器，并設計了調校程序。

調校方法為：先在電機旋轉測試端安裝一杠桿，在杠桿的一端吊500g砝碼，讀取扭力傳感器的電信號作為該點的標準。再依次吊1000g、1500g、2000g等不同的砝碼，讀取不同點的電信號。

將杠桿和砝碼拿去，在測試夾具上安裝一只被測電機并通電使其旋轉，然后逐漸加高磁粉制動器的輸入電壓，這時扭力傳感器上的輸出電信號也逐漸升高，當達到以上不同砝碼輸出點的電信號值時，分別記錄下磁粉制動器的輸入電壓，這些電壓就是這些點的負載電壓，再根據二元一次方程，分別計算出相鄰兩點間的K及B值，即可得到磁粉制動器任意點的近似負載工作電壓值。

□ 轉速測試用的編碼器選用PEPPERL+FUCHS公司的產品，分辨率為每轉2500個脈沖。利用模擬采集卡6024的兩個計數端，分別測量被測電機的轉速及電機轉動的角度，這項工作在LabVIEW軟件的實例中已有，只要拷貝過來就可以使用。

□ 電流信號采樣選用30A/75mV 0.2級的電流分流器，再經過電流變送器，變成0~5V的電壓送到采集卡模擬輸入端。

□ 電壓信號的采樣選用0~30V/0~5V電壓信號隔離器，將0~5V的電壓送到采集卡模擬輸入端。

□ 振動測量選用PCB的加速度傳感器及放大器，每次測量時將裝有傳感器的吊袋放下，傳感器上的磁鐵吸在電機機殼上進行測量，振動信號經“漢寧窗”及“頻譜”分析處理后輸出振動波形。在10~4500Hz頻率范圍內分成四個頻段，每個頻段的振動量設有不同的上下限，用來發現電機不同的缺陷。

同時，連續測量一組電機振動信號，用時間域來進行鑒定分析。CGM（Case Growl Measurement機殼噪音測量）：它用來鑒定電機轉子在旋轉周期內脈沖信號的波形，可測出電機轉子在每旋轉一周內振動信號的最大值和最小值。它可以發現許多電機缺陷，如蝸桿齒、換向器缺陷、蝸桿在軸承檔有劃痕等。PRI（Pulse Ratio Index 脈沖比率系數）：它可以發現軸上兩點跳動超差、軸彎曲、換向器表面有傷痕等。

不同的電機產品及不同的測試方法，其振動波形是不同的。 只有在積累了大量的經驗數據后，才能正確地根據電機振動波形來判斷電機的缺陷所在。

在振動測量及噪聲測量方面LabVIEW軟件具有很強的優勢，NI公司提供了振動及噪聲測量軟件包，用戶只要根據自己的實際情況稍加改動即可制成自己的應用程序。

□ 為了保證振動測試的準確性，要定期對加速度傳感器及放大器進行調校。調校時進入振動調校程序，用一個159.2Hz 1g（9.8m/s2）的標準振動源對傳感器施加振動，同時讀取放大器信號，看是否達到1g，并加以修正，將修正系數存入文本文件，以供測試電機時調用修正。

□ 測試數據的儲存：在測試時，由于是同時在兩個工位上分別對一只電機進行振動測試及對另一只電機進行性能測試，所以數據儲存時也用了兩個不同的文件，以日期為文件名，分別存儲在EXCEL文件中，在這里關鍵是要正確確定電機的序列號。

□ 條形碼打印：電機兩項測試全部合格后，由一臺“斑馬”條形碼打印機進行打印，條形碼上記錄著產品型號、序列號、日期等，序列號同存儲文件中電機的測試序列號相一致，從而實現產品的可追溯性。

□ 在實際應用中，怎樣快速地進行設備故障檢測是帶有普遍性的問題。為了較方便、直觀地進行設備故障檢測，可通過選擇主面板上“故障檢測”按鈕，進入故障檢測子程序。該程序的面板上安放了設備所有用到的模擬、數字I/O端及計數端。（如圖2）

圖2 設備故障檢測測試界面

□ 模擬輸入端信號選用示波器顯示方式、模擬輸出端信號選用旋鈕控制輸出方式、數字輸入信號選用指示燈顯示方式、數字輸出信號選用開關控制輸出方式、計數信號選用按鈕及數字顯示方式。

這樣做非常直觀，任何輸出旋鈕、按鈕的動作，都會引起接在相應輸出端的電器元件的動作，同時，任何接在外圍的開關、電器信號的變化都會在屏幕上顯示。這對設備維修來說非常方便，但有一點必須注意的是，在具體應用時必須注意安全。因為有些電器如：電機、汽缸等，必須要在特定的條件下才可動作，否則則易發生事故，所以在應用時有必要加以一定的限制。

結束語：

上海法雷奧汽車電機雨刮系統有限公司的這個項目經過1個多月的開發就已順利完成，現已投入正常生產使用，設備運行非常穩定。通過這次成功的應用，上海法雷奧汽車電機雨刮系統有限公司的工程師們積累了制作經驗，也提高了今后用LabVIEW軟件開發制作更多的專用測試及生產設備的信心。

作者單位：上海法雷奧汽車電機雨刮系統有限公司
原載AI《汽車制造業》雜志