一種縫紉機在線噪音和力矩的自動化測試系統

梅 武 張家友 唐德姣

（中國電器科學研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

目前，各大縫紉機生產廠家在縫紉機在線測試噪音和力矩都未有實現自動化，測試都是采用人工操作，在線噪音和力矩測試系統是一套能夠實現縫紉機生產線上無人操作的自動測試系統，充分對產品的噪音做詳細的測試分析，同時也對手輪傳動的力矩做測試，達到快速準確的檢測效果，為產品生產的質量提供幫助。

現有的縫紉機在線噪音和力矩測試都是通過人工進行操作，如做噪音檢測，是人工插接線束，然后開機運行，通過人耳聽取縫紉機運行的聲音，并辨別是否有異常聲響。對于力矩檢測，則是通過人手旋轉手輪感受力矩的大小，憑借工人的經驗判斷是否合格。現有的這種人工檢測方式，帶來了很多不確定因素，對工人的經驗要求高，判斷的結果會因人而異，難免出現誤判。而本套系統解決這一問題，通過自動檢測錄取相關測試數據，設置合格參數，系統通過采集的數據自動判斷產品是否合格。

1 系統技術特點

力矩測試與產品對接夾具是采用的軟橡膠圓盤結構，將圓盤套入手輪，具體結構如圖1。扭矩傳感器的原理【1】是將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應變橋,向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應變信號放大后，經過壓/頻轉換，變成與扭應變成正比的頻率信號。

噪音測試采用色譜圖做頻譜分析[2]，如圖2正常工作噪音和圖3異響噪音色譜圖。圖2和圖3為良好機和故障機的色譜圖對比，從色譜圖的顏色深淺度可以看出，噪聲幅值差異在頻率段1 000～6 000 Hz最為明顯，即故障機在1 000～6 000 Hz有明顯的紅色帶。頻率選定范圍1 000～20 000 Hz，且根據噪聲總值-時間的曲線圖可以看出良好機的噪聲值為79.7 dB,故障機的噪聲值為86.0 dB。

圖2 正常工作噪音色譜圖

圖3 異響噪音色譜圖

本系統力矩和噪音測試在縫紉機生產線上實現自動化檢測的控制系統。

2 系統功能介紹

本系統主要應用于縫紉機在線噪音和力矩的檢測，在縫紉機主要傳動部件組裝完成，并且進行了跑合測試后，對其進行噪音、力矩的測試，將不合格產品檢測出來。

噪音測試是在縫紉機正常運行時進行檢測，可測試縫紉機不同工作速度，速度可根據用戶要求進行設定。噪音測試是縫紉機本身電機運作，采用噪音傳感器測試發出的異常聲音，若聲音超過設某定值，如設定值為78 dB，則超過78 dB判斷為不合格，測試系統給出不合格提示。傳感器采用的是動態信號采集儀和傳聲器，信號采集儀頻率范圍是1 Hz～80 kHz（±0.1 dB），傳聲器動態范圍是12～142 dB。

力矩測試是在轉速2 r/min的條件下進行，測試時間為1 min，可根據用戶要求設定。力矩的測試是靠外界的電機驅動縫紉機的傳動機構，通過力矩傳感器來讀取力矩的大小，若力矩超過某設定值，如設置值為0.4 Nm，則超過0.4 Nm判斷為不合格，測試系統給出不合格提示。

3 系統組成結構

本系統主要由四部分組成：機械輸送結構、力矩測試系統、噪音測試系統、隔音室（如圖4）。機械結構包含工件定位機構、工件進入檢測工位的伸縮結構、工件夾緊固定機構。力矩測試包含測試臺架、測力機構、測控設備、工控電腦等。噪音測試包含噪音傳感器，主機采集儀、操作計算機。

本系統中機械結構、力矩測試系統、噪音測試系統相互之間的聯動是通過串口信號進行交互，彼此之間的動作都是有序進行，無人化自動完成整套測試過程。

本系統考慮到隔音室的隔音效果，將隔音房做成全封閉形式，即產品進出隔音室的門也要完全進行封閉；則將機械輸送結構設計成可伸縮形式，產品進入隔音室時，將產品縮進房內，自動門完全關閉；產品送出隔音室時，打開門，將產品伸出房外。通過這種方式，既能達到隔音效果，也能平穩輸送產品，并且產品也能精準定位。

本系統工作流程圖如圖5。

3.1 力矩測試系統

力矩測試，通過移動平臺，將軟橡膠圓盤與被測物手輪表面嵌合，在摩擦力帶動下旋轉被測物。通過力矩傳感器采集旋轉的力矩，并且收集數據保存在工控電腦里，判斷合格與否。

測力機構由移動平臺、拖動伺服電機及減速器、動態扭矩傳感器、旋轉編碼器、聯軸器、支架和對接連桿組成。對接連桿用于對接被測物，其一端為軟橡膠圓盤，其表面帶有能與被測物輪盤內表面凸狀結構嵌合的凹槽，通過摩擦力帶動被測物轉動。

力矩測試系統如圖6所示。測試軟件采用 VB+Access數據庫編寫，用于整個測試過程的步驟控制、數據采集、合格判斷、數據存儲以及數據交互。所有測試數據，包括條碼信息、扭矩、轉速、測試日期、測試時間、是否合格等都會存入數據庫中。用戶可通過測試軟件檢索、查看并導出歷史測試數據。數據可導出成 excel 表格。

圖6 力矩測試系統

3.2 噪音測試系統

噪音測試，主機采集儀可以采集到噪聲和頻率，比人工單純通過噪聲判斷多了頻率的判斷，在噪音和頻率雙方面精準采集數據，達到更好的效果。

本套設備可用于噪聲的多通道測試分析，主要由“主機采集儀”“操作計算機”“傳感器”三方面組成。

系統的主要功能有：

1）根據主系統給與的激發信號，開始、或停止采樣。

2）可設置采樣時間，頻譜分析限定值；測試完畢后自動停止。

3）可根據用戶觀察故障機型的結果，針對若干個固定的頻段，設置限制。當被測機超出該限值時，系統輸出報警信號。

4）當被測機及格的時候，輸出及格信號。

5）每次采樣結束后，在計算機內自動保存本次數據。

3.3 隔音室

隔音室，結構包括主體隔音房間結構、懸浮隔振機構、電氣系統。隔聲隔振結構采用單層隔聲結構（內層、外層），隔室殼體采用鋼混合隔聲結構。地面采用100 mm鋼混結構，隔振采用獨立懸浮隔振地基。在現有地面安裝彈簧隔振器，將隔聲板安裝在懸浮隔振器基座上，整個消聲室壓在彈簧減振器上。隔振器為螺旋等節距金屬彈簧，彈簧帶護套，消聲室地坪比廠房地坪約高出250 mm。鋼筋砼地面上鋪地磚，吸聲系數小于0.06。吸音結構采用100 mm吸聲層。

在環境噪聲不大于70 dB下，且在150 m半徑范圍內無大型振動源，隔音室本底噪音可達到40 dB，為噪音測試提供有效的條件。

4 總結

本套測試系統在力矩檢測方面，通過軟橡膠圓盤帶動產品手輪旋轉比人工手動旋轉更加平穩，另外利用力矩傳感器精準檢測出產品力矩的大小，有效的判斷出產品力矩是否合格。另外，在噪音檢測方面，通過頻譜圖分析，從噪音的分貝和頻率屬性檢測聲音的異常情況。測試數據如表1所示。

表1 10臺產品測試數據

對于本套全自動檢測系統，可以減人增效，并且為縫紉機產品建立相關的檢測數據庫，對今后產品的分析提供有力的數據支持；準確設定產品合格標準，有效判斷產品合格與否，避免了人工帶來的誤判。