乘用车天窗遮阳板滑动力检测工装设计

张敬民

（烟台正海汽车内饰件有限公司）

目前国内汽车市场发展迅速，天窗款车型尤其受到消费者青睐。天窗遮阳板的制作标准越来越严格，对遮阳板滑动力的测试成为检验遮阳板质量高低的一个重要标准。目前遮阳板制作厂家对滑动力的测试往往依赖市场流通仪器，手工操作，测试误差较大。文章的设计方案利用PLC可编程控制器和精密仪器相结合，通过编程完成遮阳板滑动力的精确测试，控制产品质量，应用前景广阔。

1 设计思路

1）滑动力的测试要求能做到非常直观地显示过程数据，用于数据监控和记录，即：通过触摸屏与PLC模拟量编程[1]，采集遮阳板运动过程的实时滑动力数值上传于触摸屏显示，做滑动力变化曲线用于实时监控，设计上做到操作方便。

2）滑动力的检测数值必须要求准确，以市场上流通的数显式推拉力计为参考对象，通过工装测试的滑动力与使用标准计量工具的测试结果误差不能超过1 N，即：使用PLC模拟量模块连接力传感器，通过PLC编程实现遮阳板滑动力的采集与数据上传[1]。

3）天窗遮阳板在滑轨上往复移动，要求匀速且速度可调、加减速可调、位移可调。不同的产品因为天窗孔尺寸不同，扶手孔位置不同，要求做到牵引遮阳板运动的传感器的起点位置必须灵活可调。如果在工装上安装机械定位装置，不同产品需要反复调整，操作不便，而且不稳定。采用电动执行器，通过PLC编程灵活控制步进电机的位移[2]，可以轻易实现以上功能。

4）遮阳板快速放置到导轨上指定位置，中间要求检测天窗遮阳板内含有的4片金属片是否存在，即：在遮阳板导轨的入口两侧分别安装磁性开关，通过PLC编程实现金属片的检测，如果存在金属片，程序正常运行；如果没有金属片，声光报警灯启动，且PLC程序不运行，提示操作人员对遮阳板采取措施。

5）天窗遮阳板安装到导轨上指定位置后，要求称重传感器探头寻找扶手孔位置定位准确，并牵引遮阳板实现往复运动，即：在电动执行器滑块上安装气缸，气缸活塞杆上装配称重传感器，程序控制气缸的升降和伺服电机的运动实现主动寻找扶手孔位置功能。

2 关键备件选型

1）控制装置选用性价比较高的西门子s7-200PLC及EM231模拟量模块；

2）计量装置采用德国burster，0～200 N力传感器及其配套的放大器；

3）操作和数据监控装置选择西门子Smart 700触摸屏，成本较低，能够满足使用需求；

4）驱动装置选用SMC电动执行器，内置步进电机，通过驱动器与PLC联机实现程序控制；

5）执行器滑块上安装SMC气缸，气缸上安装力传感器；

6）遮阳板金属片的检测采用欧姆龙磁性开关。

3 编程思路

3.1 PLC及触摸屏程序结构

PLC控制程序根据需要分为主程序、手动操作、自动运行、计量及选择产品5个部分；触摸屏程序分为主界面、手动操作、报警信息、程序选择及检测滑动力共5个画面。

3.2 手动操作

手动部分的功能通过操作触摸屏和按钮站按键实现伺服电机的开关、寻原点、前进、后退、暂停及气缸的升降和金属片检测等。

3.3 报警功能

根据实时测量结果统计，PLC程序设置滑动力检测超过80 N为滑动力超限，此时自动运行程序关闭；滑动力检测值超过100 N为严重超限，此时手动和自动程序都关闭，必须人工调整，使传感器下降到气缸下限安全位置，故障才可以复位。滑动力检测程序运行期间发生报警，报警画面会显示报警信息，以此保护非常昂贵的进口备件“称重传感器”。

3.4 产品选择和伺服控制[2]

在触摸屏编辑画面，将需要检验的不同产品信息按照编码排列，另外扩展若干个产品供开发新产品使用。点击需要测试滑动力的遮阳板代码，PLC程序将自动调用不同的程序步。程序步编号为10进制，10进制编号转换成2进制格式的编号，控制对应的中间继电器。中间继电器发序号给步进电机控制器，控制器调用对应步进电机的动作序号，步进电机根据指令完成动作。

因为不同的产品尺寸不同，扶手孔位置不同，需要根据各产品的尺寸提前在步进电机控制器设置每一个程序步的位移、速度、加速度、减速度及运动模式等参数。PLC根据触摸屏操作指令运行程序，发序号给步进电机驱动器，依次完成电机寻找扶手孔、气缸上升、滑块后退及滑块前进等动作。

步进电机和气缸的动作流程：1）电机寻找参考点（开机仅执行1次）；2）放置天窗遮阳板（期间完成金属片检测）；3）启动按键，传感器寻找扶手孔；4）气缸上升，传感器头伸入扶手孔；5）滑块带动遮阳板后退到设定位移；6）延时后滑块前进到起始位置；7）延时后气缸下降，传感器归位，完成1个循环。再次更换天窗遮阳板，步进电机不需要再次寻找扶手孔。当按下启动键时，气缸直接上升，电动执行器带动遮阳板往复移动，完成动作。电动执行器滑块带动遮阳板在往复运动过程中，称重传感器会采集遮阳板运动过程的滑动力，通过PLC将数据上传于触摸屏。

3.5 滑动力检测

称重传感器连接放大器，放大器输出-10～10 V的电压信号到s7-200PLC模拟量模块EM231。通过PLC编程，采集到的电压信号转换成数字信号，数字信号按照比例转换成对应的滑动力信号（0～200 N），然后自动将数据上传于触摸屏显示[1]。

通过触摸屏编程，做一个实时监控滑动力的曲线图。天窗遮阳板在步进电机的牵引下，做往复运动，触摸屏会显示遮阳板整个运动过程滑动力的变化，比较形象地展示滑动力的波动曲线。

为了更准确地显示和记录数据，需要在滑动力检测画面设置变量，分别采集遮阳板前进和后退过程的5个点的滑动力值。通过PLC编程计算遮阳板运动过程最大值、最小值、力平均值和实时值。遮阳板往复运动过程触摸屏会自动记录并保存这些数据，同时会在触摸屏实时显示滑动力变化的动态曲线，用于监控滑动力变化过程的稳定性。遮阳板停止运动，动态曲线自动消失。当按下启动键，继续测试下一个遮阳板滑动力时，触摸屏记载的上一组数据会自动清零，并显示重新测试的结果。图1示出天窗遮阳板滑动力测试触摸屏截图。

4 结论

通过使用以上方案制作的工装进行试验，测试汽车天窗遮阳板往复移动过程的滑动力。通过对单件产品多次测试比对、对多件产品进行测试数据统计分析以及使用标准检测仪器对遮阳板单点滑动力的数据测量与使用工装测量数据进行比对，发现测量误差最大值＜0.5 N，完全符合要求。该工装的实际应用除了数据测量准确以外，更重要的是提高了滑动力测试的自动化操作水平和数据上传。遮阳板运动过程其速度、加速度及位移等参数可根据需要灵活调整，运行稳定。针对不同的产品可一键调用对应的测量程序，实现快速定位，快速检测。

本研究尚有不足之处，需要后续进一步完善：1）天窗遮阳板滑动力的测试如何与遮阳板条形码扫描结合使用；2）将触摸屏读取的数据上传至上位机，与遮阳板条码信息绑定。这2种数据的整合将更有利于天窗遮阳板的质量控制。