机动车灯具涂层附着力试验装置的分析与研制

王哲，贾京生，孔德嘉

(中汽认证中心,北京 102609)

机动车灯具涂层附着力试验装置的分析与研制

王哲，贾京生，孔德嘉

(中汽认证中心,北京 102609)

针对汽车灯光强制性标准GB 4599-2007《汽车用灯丝灯泡前照灯》中对配光镜涂层附着力和胶带附着力两项试验的要求，研发一种满足各种灯具配光镜涂层试验要求和胶带附着力试验要求的综合试验系统。

机动车灯具；涂层附着力；综合试验装置

0 引言

汽车灯具作为目前国家机动车辆强制性检验产品，其配光镜涂层附着力是一项重要的性能测试环节，作者针对国标GB 4599-2007《汽车用灯丝灯泡前照灯》中对配光镜涂层附着力和胶带附着力的试验要求，研发一种满足各种灯具配光镜涂层试验要求和胶带附着力试验要求的综合试验系统。

1 对GB 4599-2007中相应规定进行分析

GB 4599-2007中对配光镜涂层粘附力试验要求：在配光涂层上用刀片或针尖划刻2 mm×2 mm的格子，使用标准规定的粘胶带按压在网格上，然后再将粘胶带的一端垂直于表面方向上施加与附着力平衡的力，以(1.5±0.2)m/s均匀速度撕去粘胶带。试验后，网格区域应无可见的损伤，格子交点和划痕损伤应不大于网格面积的15%。

GB 4599-2007中对粘胶带附着力试验要求：将裁好后的粘胶带展开用手指沿粘胶带长度方向轻抹，将其逐渐贴在玻璃板上，粘胶带的自由端折成90°，在垂直于玻璃板方向上用力，以(300±30)mm/s的速度撕去粘胶带试验段，记录所需要的力。

通过对标准的分析，为了将以上两个试验项目结合到一台试验装置上，机动车灯具涂层附着力试验台研发方案硬性技术应当满足下列条件：X轴位移速度要求(300±30)mm/s；Y轴位移速度要求(1.5±0.2)m/s和(300±30)mm/s；移动位移为(400±30)mm；其他要求是胶带受力方向始终垂直于玻璃板面。

通过分析，研制的新设备要在性能和精度上完全符合新标准的要求，在试验过程中实现自动化和智能化，能够适应各种复杂多变的工况环境以及各类未知汽车灯具附着力实验要求，在今后较长时间内依然保持对试验项目相关发展变化的适应性。

2 机械部分设计与开发

设备主支架采用优质的工业铝型材搭建构成，其尺寸和质量经过精确计算，可以产生足够的重力来保证整台设备在静止及试验过程中的稳定性。

设计装配图如图1所示。整体台面的调节部分由两台连体式螺旋升降机(如图2所示)进行同步升降，升降方式由摇动手轮实现，整体同步升降传动机构结构简约、平面升降平稳快速，可根据试验灯具样品的规格、高度调节台面高度。

图2 连体式螺旋升降机

3 动力部分设计

分析试验模式，由于标准对于速度、位移精度都有较高的要求，所以选择伺服电机将会满足控制精度和输出力矩的要求。伺服电机可非常准确地控制速度、位置精度，将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象；主要靠脉冲时间来定位，伺服电机接收到一个脉冲时间，就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移变化；伺服电机本身具备发出脉冲的功能，每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，通过编码器对发出与接收的脉冲进行对比，即实现闭环控制，就能够很精确地控制电机的转动，从而实现精确的定位。此设备使用的伺服电机转动一圈可发出104个脉冲，传动丝杠导程为5 mm,即精

度为5×10-4mm，达到0.000 5 mm。由于灯光附着力试验要求的速度为1.5 m/s，故选用400 W伺服电机牵引齿形带线性模组，其同步传动机械结构紧凑，且具有高速性、高准确性和高重复性(尤其是垂直运动)。

通过计算，齿形带增大了齿距，大大提高了传动速度、缩短了加速距离，将试验中达到1.5 m/s速度的时间缩短为0.3 s，减速位移为225 mm，电机的扭矩和惯量均大于计算出来的总扭矩和总惯量，故选用400 W伺服电机能满足使用要求。

4 控制部分设计与开发

此设备控制部分采用OMRON公司的PLC和驱动器。PLC开发简便，研发周期短，可靠性好，抗干扰能力强。PLC针对模拟量的采集和处理、伺服电机驱动器的控制已经有一套成熟的解决方案，并且在今后的升级和维护中，技术人员可以在短时间内直接获取应用到设备调试当中去，节约了开发成本和时间成本，在电气匹配上也达到了最佳效果。

根据国标要求将启动暂停程序、电机控制调节程序(包括速度、方向、位移)、点动程序、原点返回程序、极限位置设定程序和保护等程序编写在PLC编程软件中，然后通过操作面板发出启动指令输入到PLC中进行处理，由PLC输出脉冲信号和方向信号到伺服驱动器，最后伺服驱动器带动伺服电机开始运动，局部PLC程序如图3所示。在程序编写中，参数驱动程序设定是为了满足标准要求，其中各项参数可以任意更改，但是同时又受到保护程序的制约，防止误操作从而保护了整体控制程序的稳定运行。

图3 局部PLC程序图

通过对OMRON公司的PLC进行编程，使内部控制程序具有以下几个特点：

(1)实验参数灵活可调整。根据不同标准要求，电机速度任意可调,电机行程距离任意可调，加减速时间可以适应各种标准变更，适应以后标准的更新。

(2)零点搜索原点工作位。在测试完成后，原点返回程序启动，电机通过光电开关自动回到原点工作位，每次试验都由原点起步，简单方便无须人工调节。

(3)加入有效的安全措施。在PLC可编程控制器中加入防止误操作指令，设置位置开关量，试验启动需满足所有调节才能触发。参数设有最大值上限，防止参数超过极限。

(4)加入脚踏开关。检验员可以自由掌握触发时间，整个试验检验员可以独立操作；可远距离触发，防止试验中操作人员受到意外伤害。

5 上位机的设计与开发

上位机试验程序是在Windows平台下用LabVIEW编写。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言，产生的程序是框图的形式。LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。该设备应用NI LabVIEW软件平台构建高性价比的设计、控制与测试系统。NI LabVIEW软件具有的独特的图形化开发环境,简化了与所有测量设备的接口，其具备的交互式助手、代码生成以及与数千种设备的连接等特性，极大地简化了数据采集。

此系统上位机程序依靠NI PCI-6010数据采集板卡采集拉力值，依靠RS232与PLC进行通信。在操作中可以自行进行试验类型和参数设定，数据的采集、显示、存储和曲线调用查询，报表打印等。系统界面如图4所示。

图4 系统界面图

此系统具有如下特点：

(1)试验前可以添加厂家信息、规格型号、试验员信息等内容，使试验操作更完善，具有可追溯性 。

(2)压力传感器可根据标定实际情况，变更斜率和系数，从而更好地配合计量院完成每年的计量校准工作。

(3)对采集的粘附力数据进行分析，可显示最大力值、最小力值，最后自动平均得到粘附力值。

(4)实验数据载入功能可以直接载入数据，利用游标尺可以观测任意位置的拉力值，对整个试验过程进行监控。

(5)可以显示各种试验信息如：厂家、规格型号、试验员、时间、最大拉力值、平均拉力值、粘附力和受力过程截图。

6 结束语

根据国标GB 4599-2007《汽车用灯丝灯泡前照灯》中对配光镜涂层附着力和胶带附着力两项试验的要求，作者研发出了一种满足各种灯具配光镜涂层试验要求和胶带附着力试验要求的综合试验系统(实物见图5)。系统的性能和精度完全符合新标准的要求，试验过程实现了自动化和智能化，能够适应各种复杂多变的工况环境以及各类未知汽车灯具附着力实验要求，在今后较长时间内依然保持它对试验项目相关发展变化的适应性。此系统不仅扩充了作者单位的检测能力，还具有一定的市场前景。

图5 机动车灯具涂层附着力试验台

【1】GB 4599-2007汽车用灯丝灯泡前照灯[S].

Analysis and Development of Testing Device for Coating Adhesion of Vehicle Lamp

WANG Zhe, JIA Jingsheng, KONG Dejia

(China Certification Center for Automotive Products, Beijing 102609, China)

Aiming at the requirements to the adhesion test of the lens and tape in the automobile light in the mandatory standard of GB 4599-2007MotorVehicleHeadlampsEquippedwithFilamentLamps, a synthetic testing system was developed, which fulfilled the requirements to coating adhesion test for all kinds of vehicle lamp with lens and tape.

Vehicle lamp; Coating adhesion; Synthetic testing device

2016-10-14

王哲，男，本科，专业方向为机械自动化。E-mail:wangzhe@cccap.org.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.010

U463.65+1

A

1674-1986(2017)01-040-03