乘用車天窗遮陽板滑動力檢測工裝設計

張敬民

（煙臺正海汽車內飾件有限公司）

目前國內汽車市場發展迅速，天窗款車型尤其受到消費者青睞。天窗遮陽板的制作標準越來越嚴格，對遮陽板滑動力的測試成為檢驗遮陽板質量高低的一個重要標準。目前遮陽板制作廠家對滑動力的測試往往依賴市場流通儀器，手工操作，測試誤差較大。文章的設計方案利用PLC可編程控制器和精密儀器相結合，通過編程完成遮陽板滑動力的精確測試，控制產品質量，應用前景廣闊。

1 設計思路

1）滑動力的測試要求能做到非常直觀地顯示過程數據，用于數據監控和記錄，即：通過觸摸屏與PLC模擬量編程[1]，采集遮陽板運動過程的實時滑動力數值上傳于觸摸屏顯示，做滑動力變化曲線用于實時監控，設計上做到操作方便。

2）滑動力的檢測數值必須要求準確，以市場上流通的數顯式推拉力計為參考對象，通過工裝測試的滑動力與使用標準計量工具的測試結果誤差不能超過1 N，即：使用PLC模擬量模塊連接力傳感器，通過PLC編程實現遮陽板滑動力的采集與數據上傳[1]。

3）天窗遮陽板在滑軌上往復移動，要求勻速且速度可調、加減速可調、位移可調。不同的產品因為天窗孔尺寸不同，扶手孔位置不同，要求做到牽引遮陽板運動的傳感器的起點位置必須靈活可調。如果在工裝上安裝機械定位裝置，不同產品需要反復調整，操作不便，而且不穩定。采用電動執行器，通過PLC編程靈活控制步進電機的位移[2]，可以輕易實現以上功能。

4）遮陽板快速放置到導軌上指定位置，中間要求檢測天窗遮陽板內含有的4片金屬片是否存在，即：在遮陽板導軌的入口兩側分別安裝磁性開關，通過PLC編程實現金屬片的檢測，如果存在金屬片，程序正常運行；如果沒有金屬片，聲光報警燈啟動，且PLC程序不運行，提示操作人員對遮陽板采取措施。

5）天窗遮陽板安裝到導軌上指定位置后，要求稱重傳感器探頭尋找扶手孔位置定位準確，并牽引遮陽板實現往復運動，即：在電動執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的運動實現主動尋找扶手孔位置功能。

2 關鍵備件選型

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

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

3）操作和數據監控裝置選擇西門子Smart 700觸摸屏，成本較低，能夠滿足使用需求；

4）驅動裝置選用SMC電動執行器，內置步進電機，通過驅動器與PLC聯機實現程序控制；

5）執行器滑塊上安裝SMC氣缸，氣缸上安裝力傳感器；

6）遮陽板金屬片的檢測采用歐姆龍磁性開關。

3 編程思路

3.1 PLC及觸摸屏程序結構

PLC控制程序根據需要分為主程序、手動操作、自動運行、計量及選擇產品5個部分；觸摸屏程序分為主界面、手動操作、報警信息、程序選擇及檢測滑動力共5個畫面。

3.2 手動操作

手動部分的功能通過操作觸摸屏和按鈕站按鍵實現伺服電機的開關、尋原點、前進、后退、暫停及氣缸的升降和金屬片檢測等。

3.3 報警功能

根據實時測量結果統計，PLC程序設置滑動力檢測超過80 N為滑動力超限，此時自動運行程序關閉；滑動力檢測值超過100 N為嚴重超限，此時手動和自動程序都關閉，必須人工調整，使傳感器下降到氣缸下限安全位置，故障才可以復位。滑動力檢測程序運行期間發生報警，報警畫面會顯示報警信息，以此保護非常昂貴的進口備件“稱重傳感器”。

3.4 產品選擇和伺服控制[2]

在觸摸屏編輯畫面，將需要檢驗的不同產品信息按照編碼排列，另外擴展若干個產品供開發新產品使用。點擊需要測試滑動力的遮陽板代碼，PLC程序將自動調用不同的程序步。程序步編號為10進制，10進制編號轉換成2進制格式的編號，控制對應的中間繼電器。中間繼電器發序號給步進電機控制器，控制器調用對應步進電機的動作序號，步進電機根據指令完成動作。

因為不同的產品尺寸不同，扶手孔位置不同，需要根據各產品的尺寸提前在步進電機控制器設置每一個程序步的位移、速度、加速度、減速度及運動模式等參數。PLC根據觸摸屏操作指令運行程序，發序號給步進電機驅動器，依次完成電機尋找扶手孔、氣缸上升、滑塊后退及滑塊前進等動作。

步進電機和氣缸的動作流程：1）電機尋找參考點（開機僅執行1次）；2）放置天窗遮陽板（期間完成金屬片檢測）；3）啟動按鍵，傳感器尋找扶手孔；4）氣缸上升，傳感器頭伸入扶手孔；5）滑塊帶動遮陽板后退到設定位移；6）延時后滑塊前進到起始位置；7）延時后氣缸下降，傳感器歸位，完成1個循環。再次更換天窗遮陽板，步進電機不需要再次尋找扶手孔。當按下啟動鍵時，氣缸直接上升，電動執行器帶動遮陽板往復移動，完成動作。電動執行器滑塊帶動遮陽板在往復運動過程中，稱重傳感器會采集遮陽板運動過程的滑動力，通過PLC將數據上傳于觸摸屏。

3.5 滑動力檢測

稱重傳感器連接放大器，放大器輸出-10～10 V的電壓信號到s7-200PLC模擬量模塊EM231。通過PLC編程，采集到的電壓信號轉換成數字信號，數字信號按照比例轉換成對應的滑動力信號（0～200 N），然后自動將數據上傳于觸摸屏顯示[1]。

通過觸摸屏編程，做一個實時監控滑動力的曲線圖。天窗遮陽板在步進電機的牽引下，做往復運動，觸摸屏會顯示遮陽板整個運動過程滑動力的變化，比較形象地展示滑動力的波動曲線。

為了更準確地顯示和記錄數據，需要在滑動力檢測畫面設置變量，分別采集遮陽板前進和后退過程的5個點的滑動力值。通過PLC編程計算遮陽板運動過程最大值、最小值、力平均值和實時值。遮陽板往復運動過程觸摸屏會自動記錄并保存這些數據，同時會在觸摸屏實時顯示滑動力變化的動態曲線，用于監控滑動力變化過程的穩定性。遮陽板停止運動，動態曲線自動消失。當按下啟動鍵，繼續測試下一個遮陽板滑動力時，觸摸屏記載的上一組數據會自動清零，并顯示重新測試的結果。圖1示出天窗遮陽板滑動力測試觸摸屏截圖。

4 結論

通過使用以上方案制作的工裝進行試驗，測試汽車天窗遮陽板往復移動過程的滑動力。通過對單件產品多次測試比對、對多件產品進行測試數據統計分析以及使用標準檢測儀器對遮陽板單點滑動力的數據測量與使用工裝測量數據進行比對，發現測量誤差最大值＜0.5 N，完全符合要求。該工裝的實際應用除了數據測量準確以外，更重要的是提高了滑動力測試的自動化操作水平和數據上傳。遮陽板運動過程其速度、加速度及位移等參數可根據需要靈活調整，運行穩定。針對不同的產品可一鍵調用對應的測量程序，實現快速定位，快速檢測。

本研究尚有不足之處，需要后續進一步完善：1）天窗遮陽板滑動力的測試如何與遮陽板條形碼掃描結合使用；2）將觸摸屏讀取的數據上傳至上位機，與遮陽板條碼信息綁定。這2種數據的整合將更有利于天窗遮陽板的質量控制。