汽车天窗曲率检测系统的设计

刘春玲+徐斌+郭健

摘要介绍了汽车天窗曲率检测系统的设计过程和功能实现,给出了PLC控制的检测系统数据采集接口的硬件和软件实现；结合LabVIEW 软件，实现传感器对汽车天窗曲率数据的采集及精度分析，从而实现对玻璃天窗的曲率检测，并可以对检测结果合格与不合格的产品数进行统计并保存数据。

关键词汽车天窗曲率检测PLC

0引言

汽车天窗曲率检测就是要求汽车装配后的天窗和车顶装配位置的钣金曲面弧形完全一致。若汽车天窗与车顶装配位置不是很好，会使天窗在装配时无法保证和车顶钣金曲率保持一致，造成使用过程中封闭不严，并严重影响汽车外形的美观。为了避免这种情况发生，装配后的天窗玻璃在出厂前必须进行曲率检测。

1设计背景

传统的对汽车装配后的天窗进行曲率检测的是模拟汽车顶部做一个检具，检测时把天窗玻璃装配到检具上，然后再用百分表在检具上的指定点上对玻璃上表面进行定点检测。目前的曲率测量台有以下缺点：

（1）检测效率低。每次检测时安装玻璃天窗玻璃时都得耗费掉至少2 min的时间。

（2）检测结果不准确。由于是人工手持百分表进行检测，检测结果的误差在0.02 mm以上。

（3）一块玻璃的指定测点在16~28个之间，多点检测时也会耗费很长的时间。

（4）数据统计难。16~28个测点，每检一点，就记录一次，并将实测数据与标准数据进行比较，然后判断是否合格。耗时、耗力，极易出错。

2设计的主要工作

首先对汽车玻璃天窗曲率检测系统的总体进行设计，包括汽车玻璃天窗曲率检测系统整体的结构形式的选择、主要零部件的选择及其重要参数的设计与计算。完成上述工作后，再对工作装置进行设计，利用PRO/E的虚拟仿真模块对机构运动进行分析，确定机械传动结构；第二，在确定了设计中的具体的参数后，再对工作装置进行强度校核，确定其使用情况。第三，对电器控制部分进行分析，并设计控制电路图；最后利用LabVIEW 软件，设计天窗曲率检测系统的界面，接收传感器的采集信号，对数据进行分析，对天窗曲率是否合格进行判断。

3设计方案

如图1所示，玻璃天窗曲率检测系统，主要是由水平电缸和垂直电缸，气缸，位移传感器组成。水平电缸主要是用来驱动气缸运动；垂直电缸主要是用来驱动位移传感器的；气缸主要是用来夹紧汽车天窗；位移传感器主要是当垂直电缸带动唯一传感器接触到汽车天窗时来检测24个点的曲率的。

利用伺服电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠带动位移传感器检测台进行上下移动，当位移传感器接触到玻璃天窗表面时会检测出玻璃表面的曲率，将测出的曲率传输到计算机中，操作员通过计算机显示可以了解到哪一个点的曲率需要修正，再手工操作进行改善，通过此过程形成合格的玻璃天窗。主要过程是：PLC在夹紧天窗后，随后传感器到达指定位置，此时告诉微机可以开始检测了，此时微机处于检测状态，并显示各个位置是否合格，工人根据显示的结果进行操作，此时微机一直处于检测显示状态。工人操作完成后，根据显示的合格还是不合格，按下对应的合格或不合格按钮，此按钮是连在PLC上的。PLC接到信息后通知微机结果，然后在微机确认后，将天窗松开，两个轴回到原始位置。

图1汽车天窗曲率检测系统装配图图2进行检测点显示模块3.1机械传动部分

按照系统的传动要求及承载能力，计算出主要传动部件的尺寸，确定型号，然后绘制二维工程图，按图纸要求，利用PRO/E虚拟装配模块，对检测系统的动作进行运动仿真和动态分析。模型装配的过程就是按一定的约束条件或连接方式，将各零件组成一个整体，要求运动件要保留所需的自由度。

（1）建立运动模型—完成各零件的装配，装配图如图1所示。

（2）设置驱动—机构动才源，能产生旋转及平移的动才，可能使用参数进行控制。

（3）设定分析条件并运行—为机构的各种运动设置条件和环境。

（4）获取分析结果—通过回放、测量等进一步了解运动过程，主要检测运动过程中是否存在冲突（可以分部检测）。

3.2PLC对电器部分的控制与应用

如图2所示，是水平电缸及垂直电缸的输入和输出的连接情况。水平电缸：（1）输出部分：Q8.0连接输出使能，Q8.1连接控制使能，Q8.2连接启动/回零，Q8.3连接水平电缸去检测位置，Q8.4连接水平电缸回初始位置，（2）输入部分：I16.0连接伺服准备OK,I16.1连接回零结束，I16.2连接水平电缸到达检测位置，I16.3连接水平电缸返回初始位置。垂直电缸；（1）输出部分：Q9.0连接输出使能，Q9.1连接控制使能，Q9.2连接启动/回零，Q9.3连接垂直电缸去检测位置，Q9.4连接垂直电缸回初始位置；（2）输入部分：I16.4连接伺服准备OK，I16.5连接回零结束，I16.6连接垂直电缸到达检测位置，I16.7连接垂直电缸返回初始位置。

3.3系统软件设计

以计算机为硬件平台、以美国国家仪器公司开发的 LabVIEW 软件为开发平台，配合必要的传感器、PLC等组成检测和分析系统。 LabVIEW是一种图形化的程序开发环境，类似C语言和BASIC语言一样。他在具备传统的程序调试工具的情况下，具有一个完成任何编程任务的庞大的函数库。

针对不同型号的汽车玻璃天窗，软件主界面中，在型号栏中准备出各种型号的玻璃天窗以供操作者选择。整个模块显示汽车玻璃天窗进行曲率检测的过程，图3为进行检测点显示模块示意图。

程序设计与工作过程为：将PLC数据读入；选择不同型号的汽车玻璃天窗得出配置参数，得出汽车玻璃天窗曲率检测数据的误差范围； 对32个传感器分别采集的数据进行编程，通过对得到的数据进行分析，从而得到更精准的误差值，通过对误差分析以判断产品的合格性（即天窗曲率是否满足要求）。

4结语

本汽车天窗检测系统可以大大提高对玻璃天窗曲率检测的效率，检测结果准确、可靠，满足要求。

参考文献：

[1]王仕军(导师：于保军).汽车电动靠背异响测试系统研究《长春工业大学硕士论文》

[2]徐安定.车窗玻璃升降器性能检测台设计[J].机电工程,2005(8).

[3]俞雪锋.汽车天窗马达测试系统研究.《上海交通大学研究生论文》图3电器控制图(02)

endprint

摘要介绍了汽车天窗曲率检测系统的设计过程和功能实现,给出了PLC控制的检测系统数据采集接口的硬件和软件实现；结合LabVIEW 软件，实现传感器对汽车天窗曲率数据的采集及精度分析，从而实现对玻璃天窗的曲率检测，并可以对检测结果合格与不合格的产品数进行统计并保存数据。

关键词汽车天窗曲率检测PLC

0引言

汽车天窗曲率检测就是要求汽车装配后的天窗和车顶装配位置的钣金曲面弧形完全一致。若汽车天窗与车顶装配位置不是很好，会使天窗在装配时无法保证和车顶钣金曲率保持一致，造成使用过程中封闭不严，并严重影响汽车外形的美观。为了避免这种情况发生，装配后的天窗玻璃在出厂前必须进行曲率检测。

1设计背景

传统的对汽车装配后的天窗进行曲率检测的是模拟汽车顶部做一个检具，检测时把天窗玻璃装配到检具上，然后再用百分表在检具上的指定点上对玻璃上表面进行定点检测。目前的曲率测量台有以下缺点：

（1）检测效率低。每次检测时安装玻璃天窗玻璃时都得耗费掉至少2 min的时间。

（2）检测结果不准确。由于是人工手持百分表进行检测，检测结果的误差在0.02 mm以上。

（3）一块玻璃的指定测点在16~28个之间，多点检测时也会耗费很长的时间。

（4）数据统计难。16~28个测点，每检一点，就记录一次，并将实测数据与标准数据进行比较，然后判断是否合格。耗时、耗力，极易出错。

2设计的主要工作

首先对汽车玻璃天窗曲率检测系统的总体进行设计，包括汽车玻璃天窗曲率检测系统整体的结构形式的选择、主要零部件的选择及其重要参数的设计与计算。完成上述工作后，再对工作装置进行设计，利用PRO/E的虚拟仿真模块对机构运动进行分析，确定机械传动结构；第二，在确定了设计中的具体的参数后，再对工作装置进行强度校核，确定其使用情况。第三，对电器控制部分进行分析，并设计控制电路图；最后利用LabVIEW 软件，设计天窗曲率检测系统的界面，接收传感器的采集信号，对数据进行分析，对天窗曲率是否合格进行判断。

3设计方案

如图1所示，玻璃天窗曲率检测系统，主要是由水平电缸和垂直电缸，气缸，位移传感器组成。水平电缸主要是用来驱动气缸运动；垂直电缸主要是用来驱动位移传感器的；气缸主要是用来夹紧汽车天窗；位移传感器主要是当垂直电缸带动唯一传感器接触到汽车天窗时来检测24个点的曲率的。

利用伺服电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠带动位移传感器检测台进行上下移动，当位移传感器接触到玻璃天窗表面时会检测出玻璃表面的曲率，将测出的曲率传输到计算机中，操作员通过计算机显示可以了解到哪一个点的曲率需要修正，再手工操作进行改善，通过此过程形成合格的玻璃天窗。主要过程是：PLC在夹紧天窗后，随后传感器到达指定位置，此时告诉微机可以开始检测了，此时微机处于检测状态，并显示各个位置是否合格，工人根据显示的结果进行操作，此时微机一直处于检测显示状态。工人操作完成后，根据显示的合格还是不合格，按下对应的合格或不合格按钮，此按钮是连在PLC上的。PLC接到信息后通知微机结果，然后在微机确认后，将天窗松开，两个轴回到原始位置。

图1汽车天窗曲率检测系统装配图图2进行检测点显示模块3.1机械传动部分

按照系统的传动要求及承载能力，计算出主要传动部件的尺寸，确定型号，然后绘制二维工程图，按图纸要求，利用PRO/E虚拟装配模块，对检测系统的动作进行运动仿真和动态分析。模型装配的过程就是按一定的约束条件或连接方式，将各零件组成一个整体，要求运动件要保留所需的自由度。

（1）建立运动模型—完成各零件的装配，装配图如图1所示。

（2）设置驱动—机构动才源，能产生旋转及平移的动才，可能使用参数进行控制。

（3）设定分析条件并运行—为机构的各种运动设置条件和环境。

（4）获取分析结果—通过回放、测量等进一步了解运动过程，主要检测运动过程中是否存在冲突（可以分部检测）。

3.2PLC对电器部分的控制与应用

如图2所示，是水平电缸及垂直电缸的输入和输出的连接情况。水平电缸：（1）输出部分：Q8.0连接输出使能，Q8.1连接控制使能，Q8.2连接启动/回零，Q8.3连接水平电缸去检测位置，Q8.4连接水平电缸回初始位置，（2）输入部分：I16.0连接伺服准备OK,I16.1连接回零结束，I16.2连接水平电缸到达检测位置，I16.3连接水平电缸返回初始位置。垂直电缸；（1）输出部分：Q9.0连接输出使能，Q9.1连接控制使能，Q9.2连接启动/回零，Q9.3连接垂直电缸去检测位置，Q9.4连接垂直电缸回初始位置；（2）输入部分：I16.4连接伺服准备OK，I16.5连接回零结束，I16.6连接垂直电缸到达检测位置，I16.7连接垂直电缸返回初始位置。

3.3系统软件设计

以计算机为硬件平台、以美国国家仪器公司开发的 LabVIEW 软件为开发平台，配合必要的传感器、PLC等组成检测和分析系统。 LabVIEW是一种图形化的程序开发环境，类似C语言和BASIC语言一样。他在具备传统的程序调试工具的情况下，具有一个完成任何编程任务的庞大的函数库。

针对不同型号的汽车玻璃天窗，软件主界面中，在型号栏中准备出各种型号的玻璃天窗以供操作者选择。整个模块显示汽车玻璃天窗进行曲率检测的过程，图3为进行检测点显示模块示意图。

程序设计与工作过程为：将PLC数据读入；选择不同型号的汽车玻璃天窗得出配置参数，得出汽车玻璃天窗曲率检测数据的误差范围； 对32个传感器分别采集的数据进行编程，通过对得到的数据进行分析，从而得到更精准的误差值，通过对误差分析以判断产品的合格性（即天窗曲率是否满足要求）。

4结语

本汽车天窗检测系统可以大大提高对玻璃天窗曲率检测的效率，检测结果准确、可靠，满足要求。

参考文献：

[1]王仕军(导师：于保军).汽车电动靠背异响测试系统研究《长春工业大学硕士论文》

[2]徐安定.车窗玻璃升降器性能检测台设计[J].机电工程,2005(8).

[3]俞雪锋.汽车天窗马达测试系统研究.《上海交通大学研究生论文》图3电器控制图(02)

endprint

摘要介绍了汽车天窗曲率检测系统的设计过程和功能实现,给出了PLC控制的检测系统数据采集接口的硬件和软件实现；结合LabVIEW 软件，实现传感器对汽车天窗曲率数据的采集及精度分析，从而实现对玻璃天窗的曲率检测，并可以对检测结果合格与不合格的产品数进行统计并保存数据。

关键词汽车天窗曲率检测PLC

0引言

汽车天窗曲率检测就是要求汽车装配后的天窗和车顶装配位置的钣金曲面弧形完全一致。若汽车天窗与车顶装配位置不是很好，会使天窗在装配时无法保证和车顶钣金曲率保持一致，造成使用过程中封闭不严，并严重影响汽车外形的美观。为了避免这种情况发生，装配后的天窗玻璃在出厂前必须进行曲率检测。

1设计背景

传统的对汽车装配后的天窗进行曲率检测的是模拟汽车顶部做一个检具，检测时把天窗玻璃装配到检具上，然后再用百分表在检具上的指定点上对玻璃上表面进行定点检测。目前的曲率测量台有以下缺点：

（1）检测效率低。每次检测时安装玻璃天窗玻璃时都得耗费掉至少2 min的时间。

（2）检测结果不准确。由于是人工手持百分表进行检测，检测结果的误差在0.02 mm以上。

（3）一块玻璃的指定测点在16~28个之间，多点检测时也会耗费很长的时间。

（4）数据统计难。16~28个测点，每检一点，就记录一次，并将实测数据与标准数据进行比较，然后判断是否合格。耗时、耗力，极易出错。

2设计的主要工作

首先对汽车玻璃天窗曲率检测系统的总体进行设计，包括汽车玻璃天窗曲率检测系统整体的结构形式的选择、主要零部件的选择及其重要参数的设计与计算。完成上述工作后，再对工作装置进行设计，利用PRO/E的虚拟仿真模块对机构运动进行分析，确定机械传动结构；第二，在确定了设计中的具体的参数后，再对工作装置进行强度校核，确定其使用情况。第三，对电器控制部分进行分析，并设计控制电路图；最后利用LabVIEW 软件，设计天窗曲率检测系统的界面，接收传感器的采集信号，对数据进行分析，对天窗曲率是否合格进行判断。

3设计方案

如图1所示，玻璃天窗曲率检测系统，主要是由水平电缸和垂直电缸，气缸，位移传感器组成。水平电缸主要是用来驱动气缸运动；垂直电缸主要是用来驱动位移传感器的；气缸主要是用来夹紧汽车天窗；位移传感器主要是当垂直电缸带动唯一传感器接触到汽车天窗时来检测24个点的曲率的。

利用伺服电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠带动位移传感器检测台进行上下移动，当位移传感器接触到玻璃天窗表面时会检测出玻璃表面的曲率，将测出的曲率传输到计算机中，操作员通过计算机显示可以了解到哪一个点的曲率需要修正，再手工操作进行改善，通过此过程形成合格的玻璃天窗。主要过程是：PLC在夹紧天窗后，随后传感器到达指定位置，此时告诉微机可以开始检测了，此时微机处于检测状态，并显示各个位置是否合格，工人根据显示的结果进行操作，此时微机一直处于检测显示状态。工人操作完成后，根据显示的合格还是不合格，按下对应的合格或不合格按钮，此按钮是连在PLC上的。PLC接到信息后通知微机结果，然后在微机确认后，将天窗松开，两个轴回到原始位置。

图1汽车天窗曲率检测系统装配图图2进行检测点显示模块3.1机械传动部分

按照系统的传动要求及承载能力，计算出主要传动部件的尺寸，确定型号，然后绘制二维工程图，按图纸要求，利用PRO/E虚拟装配模块，对检测系统的动作进行运动仿真和动态分析。模型装配的过程就是按一定的约束条件或连接方式，将各零件组成一个整体，要求运动件要保留所需的自由度。

（1）建立运动模型—完成各零件的装配，装配图如图1所示。

（2）设置驱动—机构动才源，能产生旋转及平移的动才，可能使用参数进行控制。

（3）设定分析条件并运行—为机构的各种运动设置条件和环境。

（4）获取分析结果—通过回放、测量等进一步了解运动过程，主要检测运动过程中是否存在冲突（可以分部检测）。

3.2PLC对电器部分的控制与应用

如图2所示，是水平电缸及垂直电缸的输入和输出的连接情况。水平电缸：（1）输出部分：Q8.0连接输出使能，Q8.1连接控制使能，Q8.2连接启动/回零，Q8.3连接水平电缸去检测位置，Q8.4连接水平电缸回初始位置，（2）输入部分：I16.0连接伺服准备OK,I16.1连接回零结束，I16.2连接水平电缸到达检测位置，I16.3连接水平电缸返回初始位置。垂直电缸；（1）输出部分：Q9.0连接输出使能，Q9.1连接控制使能，Q9.2连接启动/回零，Q9.3连接垂直电缸去检测位置，Q9.4连接垂直电缸回初始位置；（2）输入部分：I16.4连接伺服准备OK，I16.5连接回零结束，I16.6连接垂直电缸到达检测位置，I16.7连接垂直电缸返回初始位置。

3.3系统软件设计

以计算机为硬件平台、以美国国家仪器公司开发的 LabVIEW 软件为开发平台，配合必要的传感器、PLC等组成检测和分析系统。 LabVIEW是一种图形化的程序开发环境，类似C语言和BASIC语言一样。他在具备传统的程序调试工具的情况下，具有一个完成任何编程任务的庞大的函数库。

针对不同型号的汽车玻璃天窗，软件主界面中，在型号栏中准备出各种型号的玻璃天窗以供操作者选择。整个模块显示汽车玻璃天窗进行曲率检测的过程，图3为进行检测点显示模块示意图。

程序设计与工作过程为：将PLC数据读入；选择不同型号的汽车玻璃天窗得出配置参数，得出汽车玻璃天窗曲率检测数据的误差范围； 对32个传感器分别采集的数据进行编程，通过对得到的数据进行分析，从而得到更精准的误差值，通过对误差分析以判断产品的合格性（即天窗曲率是否满足要求）。

4结语

本汽车天窗检测系统可以大大提高对玻璃天窗曲率检测的效率，检测结果准确、可靠，满足要求。

参考文献：

[1]王仕军(导师：于保军).汽车电动靠背异响测试系统研究《长春工业大学硕士论文》

[2]徐安定.车窗玻璃升降器性能检测台设计[J].机电工程,2005(8).

[3]俞雪锋.汽车天窗马达测试系统研究.《上海交通大学研究生论文》图3电器控制图(02)

endprint