一種縫紉機(jī)在線噪音和力矩的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

梅 武 張家友 唐德姣

（中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

目前，各大縫紉機(jī)生產(chǎn)廠家在縫紉機(jī)在線測(cè)試噪音和力矩都未有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，測(cè)試都是采用人工操作，在線噪音和力矩測(cè)試系統(tǒng)是一套能夠?qū)崿F(xiàn)縫紉機(jī)生產(chǎn)線上無(wú)人操作的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，充分對(duì)產(chǎn)品的噪音做詳細(xì)的測(cè)試分析，同時(shí)也對(duì)手輪傳動(dòng)的力矩做測(cè)試，達(dá)到快速準(zhǔn)確的檢測(cè)效果，為產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量提供幫助。

現(xiàn)有的縫紉機(jī)在線噪音和力矩測(cè)試都是通過(guò)人工進(jìn)行操作，如做噪音檢測(cè)，是人工插接線束，然后開機(jī)運(yùn)行，通過(guò)人耳聽取縫紉機(jī)運(yùn)行的聲音，并辨別是否有異常聲響。對(duì)于力矩檢測(cè)，則是通過(guò)人手旋轉(zhuǎn)手輪感受力矩的大小，憑借工人的經(jīng)驗(yàn)判斷是否合格。現(xiàn)有的這種人工檢測(cè)方式，帶來(lái)了很多不確定因素，對(duì)工人的經(jīng)驗(yàn)要求高，判斷的結(jié)果會(huì)因人而異，難免出現(xiàn)誤判。而本套系統(tǒng)解決這一問題，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)錄取相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)置合格參數(shù)，系統(tǒng)通過(guò)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)判斷產(chǎn)品是否合格。

1 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

力矩測(cè)試與產(chǎn)品對(duì)接夾具是采用的軟橡膠圓盤結(jié)構(gòu)，將圓盤套入手輪，具體結(jié)構(gòu)如圖1。扭矩傳感器的原理【1】是將專用的測(cè)扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測(cè)彈性軸上并組成應(yīng)變橋,向應(yīng)變橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過(guò)壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。

噪音測(cè)試采用色譜圖做頻譜分析[2]，如圖2正常工作噪音和圖3異響噪音色譜圖。圖2和圖3為良好機(jī)和故障機(jī)的色譜圖對(duì)比，從色譜圖的顏色深淺度可以看出，噪聲幅值差異在頻率段1 000～6 000 Hz最為明顯，即故障機(jī)在1 000～6 000 Hz有明顯的紅色帶。頻率選定范圍1 000～20 000 Hz，且根據(jù)噪聲總值-時(shí)間的曲線圖可以看出良好機(jī)的噪聲值為79.7 dB,故障機(jī)的噪聲值為86.0 dB。

圖2 正常工作噪音色譜圖

圖3 異響噪音色譜圖

本系統(tǒng)力矩和噪音測(cè)試在縫紉機(jī)生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)的控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于縫紉機(jī)在線噪音和力矩的檢測(cè)，在縫紉機(jī)主要傳動(dòng)部件組裝完成，并且進(jìn)行了跑合測(cè)試后，對(duì)其進(jìn)行噪音、力矩的測(cè)試，將不合格產(chǎn)品檢測(cè)出來(lái)。

噪音測(cè)試是在縫紉機(jī)正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，可測(cè)試縫紉機(jī)不同工作速度，速度可根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)定。噪音測(cè)試是縫紉機(jī)本身電機(jī)運(yùn)作，采用噪音傳感器測(cè)試發(fā)出的異常聲音，若聲音超過(guò)設(shè)某定值，如設(shè)定值為78 dB，則超過(guò)78 dB判斷為不合格，測(cè)試系統(tǒng)給出不合格提示。傳感器采用的是動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀和傳聲器，信號(hào)采集儀頻率范圍是1 Hz～80 kHz（±0.1 dB），傳聲器動(dòng)態(tài)范圍是12～142 dB。

力矩測(cè)試是在轉(zhuǎn)速2 r/min的條件下進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間為1 min，可根據(jù)用戶要求設(shè)定。力矩的測(cè)試是靠外界的電機(jī)驅(qū)動(dòng)縫紉機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)力矩傳感器來(lái)讀取力矩的大小，若力矩超過(guò)某設(shè)定值，如設(shè)置值為0.4 Nm，則超過(guò)0.4 Nm判斷為不合格，測(cè)試系統(tǒng)給出不合格提示。

3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由四部分組成：機(jī)械輸送結(jié)構(gòu)、力矩測(cè)試系統(tǒng)、噪音測(cè)試系統(tǒng)、隔音室（如圖4）。機(jī)械結(jié)構(gòu)包含工件定位機(jī)構(gòu)、工件進(jìn)入檢測(cè)工位的伸縮結(jié)構(gòu)、工件夾緊固定機(jī)構(gòu)。力矩測(cè)試包含測(cè)試臺(tái)架、測(cè)力機(jī)構(gòu)、測(cè)控設(shè)備、工控電腦等。噪音測(cè)試包含噪音傳感器，主機(jī)采集儀、操作計(jì)算機(jī)。

本系統(tǒng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)、力矩測(cè)試系統(tǒng)、噪音測(cè)試系統(tǒng)相互之間的聯(lián)動(dòng)是通過(guò)串口信號(hào)進(jìn)行交互，彼此之間的動(dòng)作都是有序進(jìn)行，無(wú)人化自動(dòng)完成整套測(cè)試過(guò)程。

本系統(tǒng)考慮到隔音室的隔音效果，將隔音房做成全封閉形式，即產(chǎn)品進(jìn)出隔音室的門也要完全進(jìn)行封閉；則將機(jī)械輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可伸縮形式，產(chǎn)品進(jìn)入隔音室時(shí)，將產(chǎn)品縮進(jìn)房?jī)?nèi)，自動(dòng)門完全關(guān)閉；產(chǎn)品送出隔音室時(shí)，打開門，將產(chǎn)品伸出房外。通過(guò)這種方式，既能達(dá)到隔音效果，也能平穩(wěn)輸送產(chǎn)品，并且產(chǎn)品也能精準(zhǔn)定位。

本系統(tǒng)工作流程圖如圖5。

3.1 力矩測(cè)試系統(tǒng)

力矩測(cè)試，通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)，將軟橡膠圓盤與被測(cè)物手輪表面嵌合，在摩擦力帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)被測(cè)物。通過(guò)力矩傳感器采集旋轉(zhuǎn)的力矩，并且收集數(shù)據(jù)保存在工控電腦里，判斷合格與否。

測(cè)力機(jī)構(gòu)由移動(dòng)平臺(tái)、拖動(dòng)伺服電機(jī)及減速器、動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、聯(lián)軸器、支架和對(duì)接連桿組成。對(duì)接連桿用于對(duì)接被測(cè)物，其一端為軟橡膠圓盤，其表面帶有能與被測(cè)物輪盤內(nèi)表面凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)嵌合的凹槽，通過(guò)摩擦力帶動(dòng)被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)。

力矩測(cè)試系統(tǒng)如圖6所示。測(cè)試軟件采用 VB+Access數(shù)據(jù)庫(kù)編寫，用于整個(gè)測(cè)試過(guò)程的步驟控制、數(shù)據(jù)采集、合格判斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)交互。所有測(cè)試數(shù)據(jù)，包括條碼信息、扭矩、轉(zhuǎn)速、測(cè)試日期、測(cè)試時(shí)間、是否合格等都會(huì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶可通過(guò)測(cè)試軟件檢索、查看并導(dǎo)出歷史測(cè)試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可導(dǎo)出成 excel 表格。

圖6 力矩測(cè)試系統(tǒng)

3.2 噪音測(cè)試系統(tǒng)

噪音測(cè)試，主機(jī)采集儀可以采集到噪聲和頻率，比人工單純通過(guò)噪聲判斷多了頻率的判斷，在噪音和頻率雙方面精準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)，達(dá)到更好的效果。

本套設(shè)備可用于噪聲的多通道測(cè)試分析，主要由“主機(jī)采集儀”“操作計(jì)算機(jī)”“傳感器”三方面組成。

系統(tǒng)的主要功能有：

1）根據(jù)主系統(tǒng)給與的激發(fā)信號(hào)，開始、或停止采樣。

2）可設(shè)置采樣時(shí)間，頻譜分析限定值；測(cè)試完畢后自動(dòng)停止。

3）可根據(jù)用戶觀察故障機(jī)型的結(jié)果，針對(duì)若干個(gè)固定的頻段，設(shè)置限制。當(dāng)被測(cè)機(jī)超出該限值時(shí)，系統(tǒng)輸出報(bào)警信號(hào)。

4）當(dāng)被測(cè)機(jī)及格的時(shí)候，輸出及格信號(hào)。

5）每次采樣結(jié)束后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)保存本次數(shù)據(jù)。

3.3 隔音室

隔音室，結(jié)構(gòu)包括主體隔音房間結(jié)構(gòu)、懸浮隔振機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)。隔聲隔振結(jié)構(gòu)采用單層隔聲結(jié)構(gòu)（內(nèi)層、外層），隔室殼體采用鋼混合隔聲結(jié)構(gòu)。地面采用100 mm鋼混結(jié)構(gòu)，隔振采用獨(dú)立懸浮隔振地基。在現(xiàn)有地面安裝彈簧隔振器，將隔聲板安裝在懸浮隔振器基座上，整個(gè)消聲室壓在彈簧減振器上。隔振器為螺旋等節(jié)距金屬?gòu)椈?，彈簧帶護(hù)套，消聲室地坪比廠房地坪約高出250 mm。鋼筋砼地面上鋪地磚，吸聲系數(shù)小于0.06。吸音結(jié)構(gòu)采用100 mm吸聲層。

在環(huán)境噪聲不大于70 dB下，且在150 m半徑范圍內(nèi)無(wú)大型振動(dòng)源，隔音室本底噪音可達(dá)到40 dB，為噪音測(cè)試提供有效的條件。

4 總結(jié)

本套測(cè)試系統(tǒng)在力矩檢測(cè)方面，通過(guò)軟橡膠圓盤帶動(dòng)產(chǎn)品手輪旋轉(zhuǎn)比人工手動(dòng)旋轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，另外利用力矩傳感器精準(zhǔn)檢測(cè)出產(chǎn)品力矩的大小，有效的判斷出產(chǎn)品力矩是否合格。另外，在噪音檢測(cè)方面，通過(guò)頻譜圖分析，從噪音的分貝和頻率屬性檢測(cè)聲音的異常情況。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 10臺(tái)產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)于本套全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以減人增效，并且為縫紉機(jī)產(chǎn)品建立相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)今后產(chǎn)品的分析提供有力的數(shù)據(jù)支持；準(zhǔn)確設(shè)定產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn)，有效判斷產(chǎn)品合格與否，避免了人工帶來(lái)的誤判。