王哲，賈京生，孔德嘉

(中汽認(rèn)證中心,北京 102609)

機(jī)動(dòng)車燈具涂層附著力試驗(yàn)裝置的分析與研制

王哲，賈京生，孔德嘉

(中汽認(rèn)證中心,北京 102609)

針對(duì)汽車燈光強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 4599-2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》中對(duì)配光鏡涂層附著力和膠帶附著力兩項(xiàng)試驗(yàn)的要求，研發(fā)一種滿足各種燈具配光鏡涂層試驗(yàn)要求和膠帶附著力試驗(yàn)要求的綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。

機(jī)動(dòng)車燈具；涂層附著力；綜合試驗(yàn)裝置

0 引言

汽車燈具作為目前國(guó)家機(jī)動(dòng)車輛強(qiáng)制性檢驗(yàn)產(chǎn)品，其配光鏡涂層附著力是一項(xiàng)重要的性能測(cè)試環(huán)節(jié)，作者針對(duì)國(guó)標(biāo)GB 4599-2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》中對(duì)配光鏡涂層附著力和膠帶附著力的試驗(yàn)要求，研發(fā)一種滿足各種燈具配光鏡涂層試驗(yàn)要求和膠帶附著力試驗(yàn)要求的綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。

1 對(duì)GB 4599-2007中相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行分析

GB 4599-2007中對(duì)配光鏡涂層粘附力試驗(yàn)要求：在配光涂層上用刀片或針尖劃刻2 mm×2 mm的格子，使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的粘膠帶按壓在網(wǎng)格上，然后再將粘膠帶的一端垂直于表面方向上施加與附著力平衡的力，以(1.5±0.2)m/s均勻速度撕去粘膠帶。試驗(yàn)后，網(wǎng)格區(qū)域應(yīng)無(wú)可見的損傷，格子交點(diǎn)和劃痕損傷應(yīng)不大于網(wǎng)格面積的15%。

GB 4599-2007中對(duì)粘膠帶附著力試驗(yàn)要求：將裁好后的粘膠帶展開用手指沿粘膠帶長(zhǎng)度方向輕抹，將其逐漸貼在玻璃板上，粘膠帶的自由端折成90°，在垂直于玻璃板方向上用力，以(300±30)mm/s的速度撕去粘膠帶試驗(yàn)段，記錄所需要的力。

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的分析，為了將以上兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合到一臺(tái)試驗(yàn)裝置上，機(jī)動(dòng)車燈具涂層附著力試驗(yàn)臺(tái)研發(fā)方案硬性技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件：X軸位移速度要求(300±30)mm/s；Y軸位移速度要求(1.5±0.2)m/s和(300±30)mm/s；移動(dòng)位移為(400±30)mm；其他要求是膠帶受力方向始終垂直于玻璃板面。

通過(guò)分析，研制的新設(shè)備要在性能和精度上完全符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，在試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜多變的工況環(huán)境以及各類未知汽車燈具附著力實(shí)驗(yàn)要求，在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)依然保持對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)發(fā)展變化的適應(yīng)性。

2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)與開發(fā)

設(shè)備主支架采用優(yōu)質(zhì)的工業(yè)鋁型材搭建構(gòu)成，其尺寸和質(zhì)量經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，可以產(chǎn)生足夠的重力來(lái)保證整臺(tái)設(shè)備在靜止及試驗(yàn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)裝配圖如圖1所示。整體臺(tái)面的調(diào)節(jié)部分由兩臺(tái)連體式螺旋升降機(jī)(如圖2所示)進(jìn)行同步升降，升降方式由搖動(dòng)手輪實(shí)現(xiàn)，整體同步升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約、平面升降平穩(wěn)快速，可根據(jù)試驗(yàn)燈具樣品的規(guī)格、高度調(diào)節(jié)臺(tái)面高度。

圖2 連體式螺旋升降機(jī)

3 動(dòng)力部分設(shè)計(jì)

分析試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，由于?biāo)準(zhǔn)對(duì)于速度、位移精度都有較高的要求，所以選擇伺服電機(jī)將會(huì)滿足控制精度和輸出力矩的要求。伺服電機(jī)可非常準(zhǔn)確地控制速度、位置精度，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象；主要靠脈沖時(shí)間來(lái)定位，伺服電機(jī)接收到一個(gè)脈沖時(shí)間，就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移變化；伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，通過(guò)編碼器對(duì)發(fā)出與接收的脈沖進(jìn)行對(duì)比，即實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，就能夠很精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位。此設(shè)備使用的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈可發(fā)出104個(gè)脈沖，傳動(dòng)絲杠導(dǎo)程為5 mm,即精

度為5×10-4mm，達(dá)到0.000 5 mm。由于燈光附著力試驗(yàn)要求的速度為1.5 m/s，故選用400 W伺服電機(jī)牽引齒形帶線性模組，其同步傳動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，且具有高速性、高準(zhǔn)確性和高重復(fù)性(尤其是垂直運(yùn)動(dòng))。

通過(guò)計(jì)算，齒形帶增大了齒距，大大提高了傳動(dòng)速度、縮短了加速距離，將試驗(yàn)中達(dá)到1.5 m/s速度的時(shí)間縮短為0.3 s，減速位移為225 mm，電機(jī)的扭矩和慣量均大于計(jì)算出來(lái)的總扭矩和總慣量，故選用400 W伺服電機(jī)能滿足使用要求。

4 控制部分設(shè)計(jì)與開發(fā)

此設(shè)備控制部分采用OMRON公司的PLC和驅(qū)動(dòng)器。PLC開發(fā)簡(jiǎn)便，研發(fā)周期短，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)。PLC針對(duì)模擬量的采集和處理、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制已經(jīng)有一套成熟的解決方案，并且在今后的升級(jí)和維護(hù)中，技術(shù)人員可以在短時(shí)間內(nèi)直接獲取應(yīng)用到設(shè)備調(diào)試當(dāng)中去，節(jié)約了開發(fā)成本和時(shí)間成本，在電氣匹配上也達(dá)到了最佳效果。

根據(jù)國(guó)標(biāo)要求將啟動(dòng)暫停程序、電機(jī)控制調(diào)節(jié)程序(包括速度、方向、位移)、點(diǎn)動(dòng)程序、原點(diǎn)返回程序、極限位置設(shè)定程序和保護(hù)等程序編寫在PLC編程軟件中，然后通過(guò)操作面板發(fā)出啟動(dòng)指令輸入到PLC中進(jìn)行處理，由PLC輸出脈沖信號(hào)和方向信號(hào)到伺服驅(qū)動(dòng)器，最后伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)伺服電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，局部PLC程序如圖3所示。在程序編寫中，參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)定是為了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，其中各項(xiàng)參數(shù)可以任意更改，但是同時(shí)又受到保護(hù)程序的制約，防止誤操作從而保護(hù)了整體控制程序的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 局部PLC程序圖

通過(guò)對(duì)OMRON公司的PLC進(jìn)行編程，使內(nèi)部控制程序具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)實(shí)驗(yàn)參數(shù)靈活可調(diào)整。根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)要求，電機(jī)速度任意可調(diào),電機(jī)行程距離任意可調(diào)，加減速時(shí)間可以適應(yīng)各種標(biāo)準(zhǔn)變更，適應(yīng)以后標(biāo)準(zhǔn)的更新。

(2)零點(diǎn)搜索原點(diǎn)工作位。在測(cè)試完成后，原點(diǎn)返回程序啟動(dòng)，電機(jī)通過(guò)光電開關(guān)自動(dòng)回到原點(diǎn)工作位，每次試驗(yàn)都由原點(diǎn)起步，簡(jiǎn)單方便無(wú)須人工調(diào)節(jié)。

(3)加入有效的安全措施。在PLC可編程控制器中加入防止誤操作指令，設(shè)置位置開關(guān)量，試驗(yàn)啟動(dòng)需滿足所有調(diào)節(jié)才能觸發(fā)。參數(shù)設(shè)有最大值上限，防止參數(shù)超過(guò)極限。

(4)加入腳踏開關(guān)。檢驗(yàn)員可以自由掌握觸發(fā)時(shí)間，整個(gè)試驗(yàn)檢驗(yàn)員可以獨(dú)立操作；可遠(yuǎn)距離觸發(fā)，防止試驗(yàn)中操作人員受到意外傷害。

5 上位機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

上位機(jī)試驗(yàn)程序是在Windows平臺(tái)下用LabVIEW編寫。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。該設(shè)備應(yīng)用NI LabVIEW軟件平臺(tái)構(gòu)建高性價(jià)比的設(shè)計(jì)、控制與測(cè)試系統(tǒng)。NI LabVIEW軟件具有的獨(dú)特的圖形化開發(fā)環(huán)境,簡(jiǎn)化了與所有測(cè)量設(shè)備的接口，其具備的交互式助手、代碼生成以及與數(shù)千種設(shè)備的連接等特性，極大地簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集。

此系統(tǒng)上位機(jī)程序依靠NI PCI-6010數(shù)據(jù)采集板卡采集拉力值，依靠RS232與PLC進(jìn)行通信。在操作中可以自行進(jìn)行試驗(yàn)類型和參數(shù)設(shè)定，數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲(chǔ)和曲線調(diào)用查詢，報(bào)表打印等。系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)界面圖

此系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

(1)試驗(yàn)前可以添加廠家信息、規(guī)格型號(hào)、試驗(yàn)員信息等內(nèi)容，使試驗(yàn)操作更完善，具有可追溯性 。

(2)壓力傳感器可根據(jù)標(biāo)定實(shí)際情況，變更斜率和系數(shù)，從而更好地配合計(jì)量院完成每年的計(jì)量校準(zhǔn)工作。

(3)對(duì)采集的粘附力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可顯示最大力值、最小力值，最后自動(dòng)平均得到粘附力值。

(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)載入功能可以直接載入數(shù)據(jù)，利用游標(biāo)尺可以觀測(cè)任意位置的拉力值，對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

(5)可以顯示各種試驗(yàn)信息如：廠家、規(guī)格型號(hào)、試驗(yàn)員、時(shí)間、最大拉力值、平均拉力值、粘附力和受力過(guò)程截圖。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 4599-2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》中對(duì)配光鏡涂層附著力和膠帶附著力兩項(xiàng)試驗(yàn)的要求，作者研發(fā)出了一種滿足各種燈具配光鏡涂層試驗(yàn)要求和膠帶附著力試驗(yàn)要求的綜合試驗(yàn)系統(tǒng)(實(shí)物見圖5)。系統(tǒng)的性能和精度完全符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜多變的工況環(huán)境以及各類未知汽車燈具附著力實(shí)驗(yàn)要求，在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)依然保持它對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)發(fā)展變化的適應(yīng)性。此系統(tǒng)不僅擴(kuò)充了作者單位的檢測(cè)能力，還具有一定的市場(chǎng)前景。

圖5 機(jī)動(dòng)車燈具涂層附著力試驗(yàn)臺(tái)

【1】GB 4599-2007汽車用燈絲燈泡前照燈[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，專業(yè)方向?yàn)闄C(jī)械自動(dòng)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