（机械电子工程专业论文）点火线圈功能测试设备关键技术研究及运用.pdf

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 一蚌 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：篡立秘7 导师签名：渲塑兰日期：? ，? i ， n 上海人学硕士学位论文 上海大学工学硕士学位论文 点火线圈功能测试设备 关键技术研究及运用 姓名：秦正辉 导师：沈立红 学科专业：机械电子工程 上海大学机自学院 2 0 1 0 年0 3 月 一l ：海大学硕士学位论文 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a iu n i v e r s i t yf o rt h e d e g r e eo fm a s t e ri ne n g i n e e r i n g t h er e s e a r c ho f k e yt e c h n o l o g i e s i n f u n c t i o nt e s tm a c h i n ef o rca r i g n i t i o nc o i l m d c a n d i d a t e ：q i nz h e n g h u i s u p e r v i s o r ：s h e nl i h o n g m a j o r ：m e c h a t r o n i c se n g i n e e r i n g s c h o o lo fm e c h a t r o n i c se n g i n e e r i n ga n d a u t o m a t i o n ， s h a n g h a iu n i v e r s i t y 3 ，2 0 1 0 上海大学硕士学位论文 摘要 据调查，我国汽车点火线圈系统的国产在线测试设备多以专用测试设备为 主，柔性测试设备较少【l 】。为了提高生产效率、测试柔性和精度、降低人工设备 成本，实现自动化生产，作者为此研究开发了基于柔性测试的汽车点火线圈功能 测试设备。 本文首先介绍了点火线圈功能测试设备的研究背景和意义，研究了所涉及到 的主要理论知识和技术原理。围绕着柔性测试阶【3 】【4 1 这一主题对设备进行分析， 论文以测试点火线圈为研究对象，对设备结构方案设计，软件硬件配置以及系统 调试分析等进行了重点论述。 在设备结构方面，采用了柔性线体作为主体框架。由各工位要求，分别使用 伺服电机、工业机器人手臂等设备，结合这些设备的使用，解决了高压保护套压 装、电性能测试以及产品物流等问题，使设备具有柔性装配的特点；研究测试针 以使测试性提高，同时解决点火线圈高压电火花外漏导致测试不准这个问题。 在硬件设计方面，采用i p c + p l c 上、下位机的开放式系统结构。系统以工控 机作为硬件平台，结合p l c 和其模块，配以g p - i b ( p c i ) f l 高速通讯板、g p i b 系 统总线和仪器仪表，搭建起了高性能的硬件系统，实现电性能测试方案和影像系 统检测，使其测试具有柔性测试的特点。 在软件设计方面，采用基于w i n d o w s 操作系统的控制系统软件，以l a b v i e w 为开发平台，运用了面向对象和模块化的程序设计方法。对系统的用户层、数据 处理层和控制层三个数据流程作了详细设计。 本文的研究成果应用于汽车点火线圈的测试，并进行了机电联调和一系列实 验，根据产品测试得到的实验数据表明，本文设计的系统具有高可靠性和高性能， 达到了系统设计要求，目前该项成果已在上海联合电子有限公司运作，已批量化 生产。 关键词：柔性装配；柔性测试；点火线圈；功能测试； v a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h es u r v e y , h o m e m a d ei n s t r u m e n t sw h i c ha r eb e i n gu s e dt o t e s t i g n i t i o nc o i l sa r ea l m o s ts p e c i a lt e s te q u i p m e n t ，o p e n i n gf l e x i b l et e s te q u i p m e n t sa r e r a r e t oe n h a n c ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dt e s t i n gf l e x i b i l i t y , a n dr e d u c el a b o ra n d m a c h i n ec o s t ，r e a l i z i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o n ，t h ea u t oi g n i t i o nc o i lt e s te q u i p m e n t b a s e do nf l e x i b l et e s ti sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e d t h i st h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ，a n dp r e s e n t st h e m a i ns p e c u l a t i v ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i e s c e n t r e do n “f l e x i b l et e s t t oa n a l y s i s t h i se q u i p m e n t ，t h i sp a p e rt a k e si g n i t i o nc o i lt e s t i n ga ss t u d yo b j e c t ，f u r t h e r m o r ei t e l a b o r a t e so nt h es t r u c t u r ed e s i g no ft h ei n s t r u m e n t 、h a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r e d e s i g na n ds y s t e md e b u ga n a l y s i s ，e t c i nt h es t n j c n l r ed e s i g no ft h ei n s t r u m e n t t h ef l e x i b l ep r o d u c t i o n 1 i n ei su s e da s t h em a i nb o d yo ft h ei n s t r u m e n t a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fs t a t i o n s ，s e r v o m o t o r , i n d u s t r yr o b o ta r ma r ea d o p t e dt os o l v ep r o b l e m sl i k eh i g hv o l t a g ep r o t e c t c o v e r sp r e s s - a s s e m b l y i n g 、e l e c t r i cc a p a b i l i t yt e s t 、p r o d u c t l o g i s t i c sa n ds oo n , w h i c h m a k ee q u i p m e n t sw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so ff l e x i b l ea s s e m b l y ；t h ei n g u nt e s tn e e d l ei s l e a r n e dt ok e e pt e s tr e s u l ts t a b l e ；a tt h es a l t l et i m e ，t h ep r o b l e mo ft e s tu n p r e c i s i o n c a u s e db ye l e c t r i cs p a r ki sa l s ob es t u d i e da n ds o l v e d 1 1 1t h ed e s i g no fh a r d w a r e t h eo p e ns y s t e ms t r u c t u r ec o m b i n i n gw i t hi p ca n d p l c ，t h eu p p e rm o n i t o ra n dl o w e rm o n i t o r , a r ea d o p t e di n t h i si n s t r u m e n t t h e s y s t e mt a k e si n d u s t r i a lc o m p u t e ra st h eh a r d w a r ep l a t f o r m c o m b i n i n gw i t hp l c a n di t sm o d u l e s ，a c c o m p a n y i n gw i t hg p - i b ( p c i ) f l ，g p i ba n di n s t r u m e n t s ，t h eh i g h p e r f o r m a n c eh a r d w a r es y s t e mi se s t a b l i s h e d ，r e a l i z et h ee l e c t r i ct e s ta n dw h i c hm a k e t h es y s t e mh a v et h ec h a r a c t r i s t i c so ff l e x i b l et e s t i nt h ed e s i g no fs o f t w a r e ，t h es o f t w a r eo fc o n t r o l l i n gs y s t e mi sb a s e do n w i n d o w so p e r a t i o ns y s t e m ，c h o o s i n gl a b v i e wa sd e v e l o p i n gp l a t f o r m ，u t i l i z i n gt h e p r o c e d u r ed e s i g n i n gw a y so fo b j e c t o r i e n t e da n dm o d u l a r i z a t i o n t h eu s e rl a y e r , t h e v i 上海大学硕士学位论文 d a t ap r o c e s sl a y e ra n dc o n t r o ll a y e ra led e t a i l e dd e s i g n e d t h er e s e a r c hr e s u l to ft h i sp a p e ra r eu s e di nt h et e s t i n go fa u t oi g n i t i o nc o i l a n d c a r r yo u te l e c t r o - m e c h a n i c a la d j u s t i n ga n ds o m et e s t s a c c o r d i n gt ot h et e s t i n g r e s u l t s ，t h ei n s t r u m e n ts y s t e mh a sh i g hp e r f o r m a n c ea n dh i g hc a p a b i l i t y , r e a c h i n gt h e r e q u i r e m e n to fs y s t e md e s i g n n o wt h i si n s t r u m e n ti sw o r k i n gi ns h a n g h a iu a g s i t h a sm a s s p r o d u c e di g n i t i o nc o i l k e y w o r d s ：f l e x i b l ea s s e m b l y ；f l e x i b l et e s t ；i g n i t i o nc o i l ；f u n c t i o nt e s t ； v i l 上海大学硕f j 学位论文 目录 s h a n g h a iu n l v e r s i i 。y l 摘要v a b s t r a c t 第一章绪论1 1 1 课题来源1 1 2 汽车点火线圈功能测试系统的研究背景1 1 2 1点火线圈结构2 1 2 2 点火线圈r = 作原理3 1 2 3 点火线圈测试原理及目的4 1 2 4 系统要求及点火线圈测试参数要求6 1 3 汽车点火线圈功能测试设备的研究意义。7 1 4 点火线圈测试设备国内外研究现状8 1 4 1 国外点火线圈测试设备研究现状8 1 4 2 国内点火线圈测试设备发展现状8 1 5 关键技术的介绍9 1 5 1 柔性装配技术介绍9 1 5 2柔性测试技术介绍1 0 1 6 论文的主要研究内容1 l 第二章柔性装配系统与柔性夹具设计1 2 2 1 柔性装配系统研究一1 2 2 1 - 1 产品设计1 2 2 1 2装配序列规划1 2 2 1 3 装配工艺规划1 3 2 2 柔性夹具设计研究1 3 2 3 柔性装配系统运用1 4 2 4本章小结1 5 第三章柔性测试系统技术1 6 3 1柔性测试系统概括1 6 3 1 1柔性测试技术的特点1 6 3 1 2柔性测试基本理论体系1 8 3 1 3 柔性测试系统基本要素1 9 3 2柔性测试系统运用2 0 3 2 1 虚拟仪器技术2 0 3 2 2 p l c 可编程逻辑控制2 2 3 3 本章小结2 3 第四章系统方案设计2 4 4 1 系统介绍2 4 4 1 1 系统上位介绍2 4 4 1 2 系统- 丁作原理介绍一2 5 4 2 系统机械结构设计2 6 4 2 1 工位二柔性装配设计一2 7 v 1 1 i 上海大学硕上学位论文 4 3 第五章 5 1 5 2 5 3 5 4 5 2 第六章 6 1 6 2 6 3 6 4 第七章 7 1 7 2 4 2 2 随行柔性夹具设计3 2 4 2 3 单针检测柔性测试设计3 4 4 2 4 电性能测试柔性设计3 5 4 2 5 工业机器人手臂一3 7 4 2 6 i n g u n 测试针的选用3 9 4 2 7 高压测试电火花4 2 本章小结4 3 控制系统设计4 4 测试系统设计4 4 电阻测试设计4 5 5 3 1 电阻测试原理4 5 5 3 2 电阻测试实现方案4 5 影像系统设计4 8 5 3 1 影像系统测试实现方案4 8 系统界面设计4 9 5 4 1 界面设计4 9 5 4 2数据处理5 2 本章小结5 3 点火线圈功能测试系统调试与试验分析一5 4 点火线圈功能测试运行过程。5 4 系统调试5 5 系统评估与验收5 8 6 3 1 c m k 与c p k 的介绍5 8 6 3 2 设备c m k 的验证一6 0 本章小结6 1 结论与展望6 2 研究结果6 2 展望6 3 参考文献6 4 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文6 6 作者在攻读硕士学位期间所作的项目6 6 致谢6 7 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 本课题来源于上海联合汽车电子有限公司和上海机电工程设计院合作的重 点项目“l x l 汽车点火线圈”功能测试设备。本项目依据联合汽车电子公司对 点火线圈的生产技术要求，研究设计了适用于汽车点火线圈功能测试系统，可 实现对不同规格的l x l 点火线圈进行各项测试。 1 2 汽车点火线圈功能测试系统的研究背景 随着汽车工业现代化进程的加快，汽车电子制造业正处于蓬勃发展的黄金时 期，中国将逐渐成为全球点火线圈的制造中心，汽车制造商对于汽车电子产品的 测试要求也从简单的合格与否转向多性能指标综合测试过渡。 据调查，我国汽车点火线圈系统的国产在线测试设备多以老式设备为主，自 动化、智能检测设备较少，而进口设备价格昂贵，且其智能化程度不高。所以研 制出具有柔性测试特性的汽车点火线圈功能测试系统是汽车行业所需求的。 作为汽车点火系统中的核心部件，点火线圈一直被极为关注。点火线圈的主 要功能是将蓄电池的1 2 v 电压转换为足以使火花塞跳火的高电动势，相当于能量 蓄存装置和变压器 5 1 。它的好坏直接影响汽车点火系统的功能，常见问题有点火 不成功、引起间歇性断火、无法提供高压火花等等。经研究，排除使用不当与使 用寿命两点外，造成此类问题的原因大部分都集中在材料、生产工艺与功能测试 结果三方面。所以说为了人们能安全驾驶，汽车点火线圈必须要满足一致性和可 靠性两大要求。 所谓点火线圈的一致性【6 】，是针对其工艺过程控制，尽量避免人为操作所 引起的产品误差，这就需要采用一些自动化设备，如多头自动绕线机、绕阻首 端、尾端焊接及连接设备、点火线圈自动灌封设备，这些设备都是鉴于点火线 圈的生产工艺特性所研发出来的，目的都是为了保证点火线圈产品的一致性。 第一章绪论 而本文的研究对象点火线圈功能测试系统就是让产品能在相同环境下，排 除任何人为因素，对点火线圈进行自动化功能测试，满足了一致性的要求。 所谓点火线圈的可靠性，是针对各项数据和指标的测试来说的，也就是点 火线圈功能测试。在点火线圈出厂前，必须要对每个点火线圈进行功能测试， 确保每个产品都是合格安全，不然直接影响整个点火系统的工作性能和整车动 力，燃油经济型和排气净化质量等各项指标。【7 】 1 2 1 点火线圈结构 通常的点火线圈里面有两组线圈，即初级线圈和次级线圈。初级线圈用较 粗的漆包线，通常用巾0 5 一- l m m 左右的漆包线1 0 0 5 0 0 匝左右；次级线圈用 较细的漆包线，通常用由0 1 m m 左右的漆包线1 3 0 0 0 2 5 0 0 0 匝左右。初级线圈 一端与车上低压电源( + ) 连接，另一端与开关装置( 断电器) 连接。次级线圈 一端与初级线圈连接，另一端与高压线输出端连接输出高压电。【8 】 本文中所要测试的对象是三种不同型号的l x l 闭磁路点火线圈，分别为型 号1 ，型号2 ，型号3 ，如图1 - 1 所示。三种型号的初级线圈为1 8 6 1 匝，漆 包线直径为0 5 m m ，次级线圈为1 4 0 0 0 1 0 匝漆包线直径为0 0 4 5 m m 。 首先先看一下型号1 和型号2 的结构原理图，如图卜2 所示，后尾是三个 引脚p i n 针，p i n l 为控制信号，p i n 2 为蓄电池输入电压，p i n 3 为发动机接地 端，另外一个端口是高压输出端；装载二极管的作用是当初级线圈通电储能的 时候，次级线圈不通电。型号3 的结构原理图是一样的，但是跟型号i 、2 是不 同的，如图卜3 所示，主要区别是装载了中功率管，把信号控制端作为基极， 把接地端作为发射极，把蓄电池端作为集电极，利用晶体管的电流放大特性， 在发射极加正向电压，也就是蓄电池电压，扩散形成发射极电流i 。，当扩散到基 区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流i 。，i 。就是从信号控制端口的输 山【9 】 山。 另外针对型号1 和型号3 的点火线圈，都要安装高压保护套与弹簧。高压 保护套的作用是防止电火花外泄，对点火装置的影响。弹簧的作用是在使用的 过程中，导通点火线圈壳体铁芯跟火花塞，如图i - 4 所示。 2 第一章绪论 3 图卜1 三种不同型号点火线圈 图i - 2 型号l 和型号2 结构原理图 图i - 3 型号3 结构原理图 1 2 2 点火线圈工作原理 图卜4 高压保护套和弹簧 点火线圈之所以能将汽车上低电压变成高电压，是由于有与普通变压器相 同的形式，初级线圈与次级线圈的匝数比大。但点火线圈工作方式却与普通变 压器不一样，普通变压器是连续工作的，而点火线圈则是断续工作的，它根据 发动机不同的转速以不同的频率反复进行储能及放能。当初级线圈接通电源时， 随着电流的增长，四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能；当开关装置 的电压。初级线圈的磁场消失速度很快，电流断开瞬间的电流越大，两个线圈 的匝比越大，则次级线圈感应出来的电压越高【1 0 1 ，如图1 - 5 所示，为了在高压缩 的混合气中产生火花放电，就需要在火花塞的电极间产生高电压，点火电子组 件是为控制点火线圈高压的产生，需要通断电流的部件；e c u 】是电子控制单元， 是根据其内存的程序和数据对各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断， 然后输出指令，控制点火。 图1 5 点火线圈工作原理图 1 2 3 点火线圈测试原理及目的 1 ) 点火线圈接地电阻测试 接地电阻主要包括接地线和接地体本身的电阻。接地电阻太大会减少加在 初级线圈上的电压，点火能力也会降低。本系统电阻测试采用四线制电阻测试 方法，系统选用a g i l e n t 万用表，它提供两种方法来测量电阻：两线电阻和四线 电阻测量【1 2 】量主要避免测量引线的电阻，这对小电阻测试来说是最精确的测量 方式，接线如图1 - 6 所示。 墨翌 妻差r 讽 h i 厂 。一 l 0 4 第一章绪论 图l - 6 四线电阻测试 2 ) 点火线圈初级电阻测试和次级电阻测试 初级电阻和次级电阻是一组很重要的参数，前者决定了初级电流大小，初 级储能等相关性能指标；后者则反映在与初级电阻的匝数比上，匝数比越大， 次级电压就越高；初级电流消失得越快，次级电流就越大。测试的目的主要是 确保线圈的质量，线圈是由漆包线绕制而成，如果中间有漆脱落则电阻显然不 对，按照客户给出初级电阻和次级电阻的要求值判断合格，万用表配合继电器 切换控制电流依次完成对它们的测试。 3 ) 点火线圈次级电压和次级电流 系统控制模块产生e s t 信号，该信号含有真空点火提前装置、分电器和白 金触电所提供的全部信息，自动打开程控电源，控制点火线圈完成充放电过程， 通过在初级线圈加电压，然后在次级线圈检测其感应高压，次级电流信号通过 电流钳探测得到并转化为标准电信号；次级电压信号在考虑成本的基础上使用 经济的高压电阻分压方案，通过示波器完成波形的采集。测试的目的是检测点 火线圈功能上点火性能的情况，符合客户给出的范围说明产品合格。 而在测量电压时，需要考虑消除接地回路引起的噪声，就要接到公共的地， 形成“接地回路”。万用表和接地隔离，不要将输入端接地，不然两个接地参考 点之间的电压差异会导致电流流过测量引线，造成测量电压的误差，如噪声等。 钔点火线圈反向漏电流 反向漏电电流是由反向击穿电压所导致的，是发生在双极型晶体管三个电 极上的。而对应的点火线圈是型号1 和型号3 。本系统采用高压泄漏测试仪来 测得反向击穿电压，然后除以次级电阻，得到反向漏电流。测试的目的主要是 检n - 极管的好坏，判断标准为所检测到的反向漏电流的大小，超标说明二极 管有问题。 而在测量反向漏电流时，需要考虑漏电流的误差的输入端开路时，输入电 容会被输入偏流“充电，于是在o 到3 0 的环境中，万用表的测量电路就会 有大约3 0 p a 的输入偏流，而在3 0 c 以上，温度每增加8 c ，偏流就会变成两 倍，这个电流会在所测试的点火线圈的源电阻上造成一个小偏压，所以为了使 5 图1 7 漏电流误差 1 2 4 系统要求及点火线圈测试参数要求 根据设备技术要求文件和点火线圈测试规程等文件的要求，对该设备的要 求和点火线圈的测试要求如下表1 1 所示。设备必须要达到测试项目的测试精 度，满足设备性能和节拍，另外设备测试系统是柔性的，可对不同产品进行测 试，各工位夹具可以快换，对应不同型号的产品，测试模块和程序也都是一一 对应的。 测试项目型号1型号2型号3 接地电阻( q ) 0 5|0 5 初级电阻( f 2 ) 0 7 4 一曲7 80 7 牛旬7 8o 7 4 一7 8 次级电阻( kq ) 1 0 1 2 0 0 o1 0 1 2 0 0 o1 0 1 5 0 0 o 次级电压( k v )3 0 0 3 0 03 0 0 次级电流( a ) 6 5 7 56 5 7 56 6 7 4 上升时间( i ls )o o 2 6 0 o 0 2 6 0o o 1 9 0 漏电流( pa ) o o 5o - - o 5肚o 5 高度：1 3 6 5 i m m高度：1 4 0 5 l m m 高压保护套安装 d l ：2 4 0 2 m m|d l ：2 8 0 2 m m 位置测量 d 2 ：2 4 2 0 2 m md 2 ：2 8 2 0 2 m m 6 第一章绪论 p i n l ( m m )1 - - 4 - 10 5 , - - + 0 51 + 1 p i i 也( m m )1 计1 0 5 , - + 0 51 + l p i n 3 ( m m )1 + 1 0 5 + 0 51 计1 设备净节拍( s )1 4 设备快换时间( s )1 8 0 c m k 2 3 1 1 6 7 c p k 2 钔 1 3 3 表1 1 测试参数要求 1 3 汽车点火线圈功能测试设备的研究意义 从2 0 0 2 年开始，我国汽车工业进入了快速发展时期，其发展令世界瞩目。 2 0 0 6 年，国内的汽车产量达到7 2 8 万辆，首次超过德国，成为仅次于美国和日 本的世界第三大汽车生产国f 1 3 l 。汽车产业的发展离不开汽车零部件产业的发展。 虽然我国汽车工业在过去的几年取得了令人瞩目的发展，但是我们过汽车零部 件工业发展还相对滞后，重要汽车零部件生产线还是依靠进1 ：3 ，尤其是电子产 品的检测方式和设备。汽车点火线圈功能测试设备也碰到了同样的问题，阻碍 了其产品开发与应用，满足不了市场对产品的要求。 汽车点火线圈行业属于技术、劳动、资金密集型的高附加值产业。汽车点 火线圈功能测试设备集成了机械、电子、自动控制、电器运用等技术，是汽车 电子行业中较为典型的、先进的高技术设备，汽车点火线圈功能测试设备的技 术水平直接影响了点火线圈的产品性能与品质。因此，研究一套能适用于汽车 点火线圈柔性化智能化功能测试的测试设备是非常有必要的。 目前国内对点火线圈测试系统的研究己取得了不少成果，但是不能使设备 具有柔性化智能化这两点。另外部分研究成果只能对部分测试项目进行测试， 不能全面测试点火线圈所有测试项目。本课题的研究有效克服了这两点，使在 生产过程中排除了人为因素，测试项目全面，不需另外设备辅助测试，整个系 统的稳定性更高。 7 第一章绪论 1 4 点火线圈测试设备国内外研究现状 1 4 1 国外点火线圈测试设备研究现状 国外点火线圈的测试设备研究得比较早，主要集中在几大汽车生产国，如德 国、美国、日本，其中德国处于领先地位。b o s c h h 】点火线圈是非常著名的， 而b o s c h 公司的点火线圈功能测试设备从开始只能对单项测试项目进行测试， 到现在能对多项测试项目进行测试；从开始全部依靠人工来检测，到现在只要让 工人上下料便可以全部测试完；从开始对测试数据人工记录到现在自动记录测试 数据、数据、时间，这些变化见证了短短4 0 年世界科学技术的进步和发展，而 b o s c h 公司有效地利用了这些技术，使生产效率提高，质量品质可靠，生产成 本节约。据了解v o l a n da u t o m a t i o n ( b o s c h 自动化机械设计子公司) 为很 多汽车元件工厂研制过点火线圈功能测试设备，其技术处于国际领先水平，该种 设备是用于大规模检测生产线上，而且正是市场迫切需求的热点。 另外最近几年国外推出了便携式点火线圈测试仪，不过这种仪器只能进行简 单的测试项目【1 5 1 ，所以一般用于实验场地和室外工作场合，这种设备可以在很多 汽车维修店看到。还有一种设备是点火线圈测试台，它是点火线圈测试中最为成 熟的设备，适用于研发实验等场合，成本低廉，但是这种设备所能测试的项目比 较少，效率低。 1 4 2 国内点火线圈测试设备发展现状 我国的点火线圈测试设备研究起步比国外要晚很多。最有代表性的点火线 圈公司为上海汽车电器厂，它是中国第一个点火线圈生产企业，并且在点火线 圈测试方面处于领先地位。国内对点火线圈测试设备的研究主要是一些院校、 科研部门与生产企业合作研发的。研究成果也都是基于国外的研究成果之上进 行展开。图卜8 和图1 - 9 是国内自主研发的比较先进的点火线圈测试设备。 这些设备主要的缺陷就是工作效率不高，人为操作因素所致误差很大。而 真正一些先进的设备大部分都是进口设备，智能化自动化柔性化程度高，管理 维护方便安全。所以说我国还应在该方向继续研究发展，以达到国际水平。 第一章绪论 图1 - 8 1 5 关键技术的介绍 1 5 1 柔性装配技术介绍 斗j 罱一 喙一 t 置坠圳幽 图1 - 9 柔性装配系统 1 6 ( f l e x i b l ea s s e m b l ys y s t e m ) 是c i m s 的重要组成部分。它有 两层含义：装配的自动化和柔性系统。它是在自动化技术和装配技术的基础上， 通过计算机及其软件，将工厂装配生产活动所需的各种分散的自动化系统有机 地结合起来的高效益、高柔性的智能装配系统，适合于多品种、中小批量生产。 装配自动化的目的主要在于：保证产品的装配质量及其稳定性和提高劳动 生产率，并力求避免装配过程受到人为因素的影响而造成质量缺陷和装配中手 工检测因操作者疲劳而造成检测误差等。与此同时，还能有效地减轻劳动强度， 摆脱繁重或有危险的手工操作，节省劳动力，改善劳动条件，保证安全生产。 由于f a s 具有柔性，所以能在该系统容许的功能、功率和几何形状许可的 范围内处理任何产品。据统计，一个典型产品，其装配作业时间占整个生产时 间的5 3 ，针对此，f a s 可以把系统设计得使工件在设备中不浪费时间，从而 有效加速生产过程。 f a s 的组成和结构无论怎样复杂，它的基本特征都是在装配工位上，将各 种装配件装配到装配基件上去，完成一个部件或一台产品的装配。f a s 的形式 按装配工位和装配基件的移动状况不同而不同，本系统的装配为装配基件移动 式自动装配线，如图1 1 0 所示。 9 第一章绪论 传动装置传动装置传动装置 装 配 基 件 工 位 1 5 2 柔性测试技术介绍 图1 1 0 移动式自动装配线 层出不穷的新技术不断满足着新的测试需求，也使测试测量行业不得不面 对新的挑战。为了满足同益变化和发展的应用对测试系统的更高要求，北京中 科泛化测控技术有限公司提出了柔性测试技术的新理念。柔性测试概念的诠释 进一步理清了面向应用的测试系统概念，测试测量技术的发展方向也更加明确。 柔性测试技术【l7 】是以多种相关技术为基础，可满足复杂、多样化的测试测 量需求的系统化技术。它整合了虚拟仪器、测试测量、机电一体化、网络通信 及软件等多种技术；既面向应用，又专注于测试系统的创建和发展。 纵观整个测试行业的发展，传统测试测量仪器为工程测试提供了强有力的 工具。基于测试测量仪器技术的虚拟仪器技术则借助计算机技术及数字信号处 理技术，成为了测试测量领域最强有力的工具。其强大的分析能力、灵活的配 置形式、丰富的工具模块，都为工程测试提供了极大的便利。但是虚拟仪器技 术更专注于为测试测量需求提供技术手段，离完整的测试测量解决方案或系统 还有相当的距离。 柔性测试技术概念正是为了解决这个问题而提出的。它将测试测量解决方 案或系统的实现作为一个整体来考虑，根据测试要求和测量对象从应用出发来 规划完整的测试平台，完成仅使用常规测试测量技术难以实现的测试系统，为 各种测试测量需求提出完整的解决方案。 1 0 成品输出检验工位 装配工位 检验工位 装配工位 检验工位 装配工位 检验工位 第一章绪论 1 6 论文的主要研究内容 本论文是以作者攻读硕士学位期间承担课题的工作为基础，设计一台汽车 点火线圈功能测试设备，用于上海联合汽车电子公司l x l 点火线圈出厂检验， 并已投入实际生产之中。论文的主要结构如图卜l l 所示i 第六章系统调试与试验分析 上上 第七章总结与展望 图卜1 1 论文主要结构 第一章主要阐述了课题研究的背景资料原理等，并介绍了两个关键技术。 第二章介绍了柔性装配系统技术和柔性夹具设计，并介绍伺服电机选型。 第三章介绍了柔性测试系统技术以及运用。 第四章主要介绍了系统方案设计和关键工位设计。 第五章主要介绍了系统控制设计，从硬件和软件进行说明。 第六章阐述了系统调试时所碰到的问题，以及调试到理想的设备性能。 第七章是总结与展望。 最后，对本论文工作成果做了总结，并对课题的进一步工作进行展望。 第- 二章柔性装配系统与柔性央具设计 第二章柔性装配系统与柔性夹具设计 2 1 柔性装配系统研究 柔性装配系统【l8 】是一种高度自动化的装配系统，一般具备装配、物料输送 和控制三个自动化系统，其柔性主要表现在装配对象、工艺流程和生产节拍可 变。作为一个复杂的技术系统，围绕f a s 有许多研究内容，如装配过程仿真、 调度、装配过程的故障诊断与质量保证、装配规划、装配过程控制等。整个装 配过程主要由产品设计、装配序列规划、装配工艺规划、装配执行、装配检测 组成。其中产品设计、装配序列产生、任务规划都需要有人的参与，并利用人 类的经验和准则；而在装配执行层，系统也要求有处理不确定性和环境改变的 能力。因此，对柔性装配系统的规划设计应该主要从产品设计、装配序列规划 与装配工艺规划三方面进行。 2 1 1 产品设计 产品设计主要指面向装配的设计( d f a ) ，因产品制造成本的7 0 取决于产 品的设计阶段，而装配作为占全部制造成本的5 0 及全部生产时问的4 0 作业， 决定了面向装配设计对产品的整个开发周期、成本及质量的影响很大，它从装 配的观点考察一个候选设计，常常被认为是并行工程的首要工作。而柔性装配 系统的最大柔性也来自零件族的合理设计，这包括尽量减少产品中单个零件的 数目与改善产品零件的结构合理性。d f a 在产品设计阶段尽早地考虑月装配有 关的各种因素，对产品的可装配性进行评价，并在此基础上提供改进的反馈信 息，通过再设计优化产品总体性能，保证其可装配性。 2 1 2 装配序列规划 装配序列规划是装配工艺规划的关键，也是柔性装配系统设计的重要组成 部分。传统意义上，装配规划的主要目的就是根据产品的几何与资源约束决定 1 2 第二章柔性装配系统j 柔性央具设计 其装配顺序。装配序列规划的研究内容涉及产品建模、约束知识表达和获取、 有效装配顺序的生成及表达和最佳装配顺序的评价及选择。装配序列规划是设 计柔性装配系统的基础。它对柔性装配系统设备选型、系统布局、物流规划、 生产系统设计与规划都有较大的影响，决定了产品和装配系统的特性、装配的 难度、产品的总成本等。 2 1 3 装配工艺规划 装配工艺规划是柔性装配系统规划中最复杂的一部分，它确定f a s 的所有 组成环节，包括装配单元规划，物流规划与工艺过程设计。其中工艺工程设计 确定装配工艺的节拍、装配零件的自动定向、装配基准面的自动选择、装配零 件的分类、工位数量与装配工序时间的估算等等。装配单元规划则要解决装配 机器人、夹持器、夹具、定位装置、供料装配及其其它周边设备的选型和布置， 其中设备选型是f a s 的主要内容之一，而装配机器人选型在设备选型中是关键， 其涉及面广，需要考虑作业对象( 如工件形状、重量、公差等) 、作业内容和作 业质量等多种问题、物流规划包括系统布局、在线存贮和缓冲区容量的确定， 它应解决工件运输、供料、定向、装卸、定位等问题，在规划时应尽量是物流 短程化、灵活化及在线存贮合理化，保证系统物流顺畅，各装配工位不会发生 阻塞。 2 2 柔性夹具设计研究 柔性夹具【l9 】是央具的适应性，夹具系统能够快速地适应不同几何形状零件 的装夹要求，对不断变化的零件的装夹需求能做出快速响应，以满足加工要求 柔性央具的种类有很多种，比如结构适应型央具、组合夹具、可编程夹具等， 针对本系统中设计使用的夹具，它应当属于结构可调整型柔性夹具，下面是对 其进行详细分析。 产品设计可分为开发性设计、适应性设计和变异性设计三种类型。开发性 设计要求新的装夹工艺和新的夹具设计。而适应性设计和变异性设计则是在已 有的设计和装夹经验的基础上，对现有产品设计中的某个特征进行改进。按照 第_ 二章柔性装配系统与柔性夹具设计 此方法设计的产品具有一定的相似性。这对于夹具设计来说，如果零件的改变 不大，应该尽可能通过夹具的结构调整来满足装夹要求；当产品设计改动较大 时，应该尽可能通过更换央具原件而不用对夹具重新设计来满足装夹要求。 柔性夹具方案设计包括两个方面，一是装夹方案设计、夹具原件的初步选 取与布局设计，这里统称为夹具方案设计；二是夹具柔性化方案设计。 夹具方案设计产生了不同的装央方案，并对其进行分析与评价，以确定最 佳设计方案，随后还要进行加工过程仿真的检验来确保央具在零件的加工过程 中工作正常。当央具通过了这一系列的分析与检验后，柔性夹具的设计就完成 了。 夹具柔性化方案设计的目的是对结构不具有柔性夹具进行结构柔性设计， 并提供结构柔性设计方案。 2 3 柔性装配系统与柔性夹具运用 通过