航空接觸件離位試驗系統設計

劉顯明 郭 旭 姜 雷

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

本測試系統的核心是基于PCI總線的虛擬儀器技術。虛擬儀器把計算機硬件和儀器硬件的組合為其通用的硬件平臺，它通過計算機軟件設計，將計算機的核心硬件以及各大外圍總線與儀器硬件有機結合，并且把計算機強大的數據處理能力、較快的控制速度與儀器硬件的數據采集與處理等功能緊密結合在了一起。操作者只需要在計算機軟件界面中，就可以對儀器硬件進行相關控制，并對儀器硬件進行快速的讀寫數據操作和數據處理操作?？偟膩碚f，虛擬儀器技術就是以高性能的模塊化硬件基礎，把高效靈活的計算機作為平臺，來完成各種測試、測量和自動化控制。

1 系統結構設計

機柜采用碳鋼型材支架結構，由工控機控制單元、儀表控制單元、子模塊工作臺、安全防護單元以及人機交互單元等組成。

工控機控制單元的核心為一臺研華高性能工控機，用于處理采集和處理測試數據，并監測系統地運行狀態與執行流程；儀表控制單元主要包括用于檢測電連接器接觸件的瞬斷現象；子模塊工作臺面向不同的測試對象而設計，包括對被測件的定位與夾緊以及機械傳動裝置等，保證測量系統獲得良好的信號檢測；安全防護單元主要保護操作人員的人身安全；人機交互單元包括顯示屏、啟動控制按鈕、狀態指示燈以及鼠標鍵盤等，實現操作人員與測試系統的信息交互。

2 接觸件離位試驗模塊

接觸件離位試驗指將接觸件壓接合適尺寸的膠合鋼纜并裝入電連接器，固定到轉盤邊緣，通過滑輪附加一個13.3N的重物，然后再步進電機的轉動下進行360度循環，在該過程中測試電連接器信號的瞬時通斷。

轉盤上將有連接器轉接板，對于不同的連接器，該轉接板的連接器安裝孔位置不一樣，以適應換型的需要，轉盤與電機之間配以固定滑環，以指針相連，用于導出電信號，配合瞬斷測試儀檢測被試件的性能。

3 電氣控制系統設計

系統基于PCI總線和LabVIEW軟件實現系統的測量與控制功能。系統具有虛擬儀器控制和信號調理功能。工控機實現對虛擬儀器的控制，完成測量過程和測試結果的顯示，同時實時監測系統的運行狀態，根據數字I/O的狀態反饋來實現伺服系統的動作控制等。工控機提供操作系統和控制軟件的運行環境，通過顯示器、鍵盤、鼠標等人機交互界面、接口完成人和設備間的信息交互

3.1 伺服系統。伺服系統選用歐姆龍公 司OMNUC G5系 列R88M-K20030HBOS2-Z伺服電機和相應的R88DKT02H-Z伺服驅動器，該伺服系統除位置控制、速度控制、轉矩控制外，還可進行全閉環控制，電機容量200W，輸入電源AC200V，電機標準配備高分辨率的20位增量型編碼器。作為增益調整功能，配備實時自動調諧功能與自適應濾波器功能，也可自動進行復雜的增益調整。此外，還可對用于減少動作中機械共振的陷波濾波器進行自動設定，從而可減少機械振動。另外，該伺服系統還配備抑振控制功能，負載剛性低、會振動的機構可穩定停止，完全滿足接觸件離位試驗的使用要求和環境要求。

3.2 瞬斷測試儀。為了檢測電連接器在接觸件離位試驗時的電氣性能，采用日本NAC公司的瞬斷檢測儀NM-11B監測點連接器處的電連接性，驗證瞬斷時間是否符合產品標準規定要求。該儀器可設定瞬斷時間，用作電連接器及其組件進行振動、沖擊、碰撞等動載荷環境試驗時的監測儀，可根據產品標準規定的試驗條件，由用戶設定作為合格判據的監測瞬斷時間為0.1～99.9μs，監測瞬斷時間是否符合產品標準規定要求。該儀器設有10個獨立的數字和燈光顯示窗口，可連續監測10個平行回路瞬斷時間，并可多臺并聯，增加監測回路數。

NM-11B瞬斷儀參數指標： 檢查電壓：DC3.3V±5%； 檢 查 電 流：100mAmax；判定電阻：33Ω±10%/@25℃；檢查范圍：0.1μsec～99.9μsec；檢查準確度：±0.1μsec/@25℃；容許電容量：100pF以下。

3.3 多功能數據采集卡。采用美國NI公司的M系列NI6281數據采集卡，該型號采集卡集成了模擬輸入、模擬輸出、計數器/定時器和數字I/O。M系列使用新型的高速數字隔離器，消除接地回路以及抑止高共模電壓，提供更好的精確性和安全性。

NI6281數采卡參數指標：支持USB、PCI總線；模擬輸入：16單端/8差分；采樣率：625kS/s；輸入分辨率：18bit；模擬輸出：2路；輸出分辨率：16bit；更新率：2.86MS/s；DIO：24DIO；計數器：2路；支持Windows7/Vista/XP/2000操作系統；兼容LabVIEW等多種軟件。

4.軟件設計

4.1 開發環境。軟件設計開發環境為LabVIEW，LabVIEW是NI公司的可視化、跨平臺并使用圖標代替文本行創建應用程序的虛擬儀器開發平臺。LabVIEW廣泛支持各種儀器硬件的驅動，包含大量內置和拓展的函數庫，并且均形象地表現為圖形化編程語言函數。它可以提供直觀明了的圖形化開發環境，開放且符合工業標準的軟件，內置編譯器加快運行速度，多平臺兼容，可與大量硬件接口（I/O）緊密結合。軟件基于成熟的模塊設計，具有參數設置、試驗控制、數據管理和使用幫助等功能。

4.2 結構功能：（1）用戶管理。按權限不同把用戶分為管理員和操作員兩類。管理員不僅能夠進行操作，還能夠進行用戶管理的操作等；操作員只能進行一般操作。（2）參數設置：根據試驗要求進行系統參數的設置。（3）操作控制：可進行試驗的具體操作控制，主要是電機控制和數據采集等功能。（4）數據管理：實現對試驗項目信息、采集的數據等必要數據進行記錄、保存、提取等功能。（5）使用幫助：指導和提示用戶進行正確的操作和必要的日常維護。

[1]朱緒勝,鄭聯語.基于關鍵裝配特性的大型零部件最佳裝配位姿多目標優化算法[J].航空學報.2012（09）.

[2]張兵.飛機數字化裝配系統中浮動入位技術研究[D].浙江大學.2012.

[3]鄒冀華,劉志存,范玉青.大型飛機部件數字化對接裝配技術研究[J].計算機集成制造系統.2007（07）.