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          按鍵與旋鈕手感測試方案對比

          1  基本概念
                  汽車中控臺按鍵手感測試的常識項目,包括最大力量(FPeak)、按鍵行程(traveldistance)、摩擦力(friction)等,大部分是基于“力量-行程”曲線得出的。旋鈕測試的常見項目,包括扭矩起伏(torquedrop)、摩擦力(friction)、形狀因子(shapefactor)等,大部分是基于“扭矩-角度”曲線得出的。所以按鍵與旋鈕的手感測試問題,通常可轉變為力量與行程、扭矩與角度的同步測試問題,測試設備通常包括驅動及其傳動機構、傳感器和夾具等部分。
          2  按鍵測試方案介紹與對比
                  對于測量“力量-行程”曲線,最常見的方法有使用旋轉步進電機帶動滾珠絲桿線性模組作為直線傳動機構,用小型易集成的半導體壓力傳感器測力,用光柵尺等位移傳感器測行程,同時用光柵尺的位置脈沖邊沿作為力量采集的觸發,以保證力量和位置的對應關系,選用FPGA或其他高速設備控制運動的執行。優點是各模塊選型自由度大,運動控制細節也容易通過軟件自由配置。缺點是系統結構較復雜,開發難度和成本較高,半導體壓力傳感器容易因誤操作受徑向力損壞且價格不菲。
                  近年來,也出現了使用音圈電機(一種直線電機)的測試方案,優點是原生直線方向運動、速度快、運動穩定,通過標定可以使用音圈電機的伺服電流來表征力量,同時內部集成了光柵尺作為位置閉環,可直接讀回位置信息,故可以大幅精簡系統。缺點是若用伺服電流表征力量則不如傳感器準確,位置和力量的同步性受限于伺服電機控制器的工作方式和性能。
                  對于不滿足于純音圈電機方案準確性的應用,還可以只把音圈電機作為傳動機構,配合傳感器使用,便可各取所長,獲取最佳性能,當然成本也相對最高。
                  通常按鍵測試需要保證測試時運動加速度為零,以使力傳感器測得數據能正確對應按鍵的反作用力。由于通常有效測試行程只有1~2mm,且受限于經濟型ADC的采樣速度,為保證有足夠的采集點,測試速度通常限速為約1mm/s。由于測試時實際行程零點會隨不同產品機械公差而變化,所以通常需要提前一段距離開始測試,再根據測得的力和零點閾值比較,來判定零點,所以每個按鍵都會有一段慢速且無效的距離。當按鍵較多時,這段無效距離就會大幅度影響測試時間,所以選取合適的零點定位方法,可以大幅度減少測試時間。另外,測試頭在按鍵間移動時,需要保持一定高度作為保護,尤其是對于有表面起伏以及突出旋鈕的中控臺,需要更好地規劃測試路徑、權衡保護高度,以便減少測試時間。以上3種按鍵測試技術方案對比,如表1所示。
          3    旋鈕測試方案介紹與對比
                  對于測量“扭矩-角度”曲線,需要使用旋轉電機經扭矩傳感器帶動旋鈕,并要求同步采集來自扭矩傳感器的扭矩和電機旋轉編碼器的角度信息。3種常見的旋鈕測試方案對比,如表2所示。除了旋轉方向的傳動外,通常還需要考慮對夾緊和釋放旋鈕的夾持裝置的控制,以及夾持裝置在垂直方向的伸縮控制。常見方法有垂直氣缸控制伸縮,使用三指氣爪來夾放旋鈕。使用氣動設備的好處是成本較低,控制邏輯簡單,但通常運動過程比較剛性,不容易根據產品差異,自適應地對夾持位置和異常狀態做出響應,通常需要配合其他傳感器使用。
                  作為改進,有采用電機來控制垂直方向伸縮的方法,尤其是使用兼有直線和旋轉2個維度運動能力的特殊電機(如某些型號的音圈電機),可以大幅度精簡系統設計。由于這類電機多內建光柵尺、編碼器等傳感器,并自有伺服控制邏輯,可以直接獲得位置、角度、伺服電流等信息,故可通過編程對一些特殊情況(如運動受阻、未放測試件等)作出響應,并可實現自適應地調節夾持位置。對于精度要求不高的場合,還可以用經過標定旋轉方向的伺服電流來表征扭矩的大小,這樣又可進一步省去扭矩傳感器和配套的連接機構。
                  此外,使用普通剛性定位的三指氣爪時,需要精確調整好和旋鈕的同軸度,否則容易出現一個方向的夾指壓得過緊,導致電機轉不動或測得結果有較大失真,甚至損毀產品。尤其在設計多旋鈕并行測試的方案時,旋鈕間變化的裝配誤差,會使多個測試爪難以保證都處于最佳的同軸位置,所以要求夾持裝置作自適應設計,否則很容易導致并行測試時運行不良。
          4  聚星并行測試方案的優勢
                  使用并行測試方案,可以復用大部分機械結構,減少硬件成本;同時可以大幅縮短測試時間,以減少后期人力成本,所以對廠商有著巨大的吸引力。不過并行測試也需要考慮更多的協同工作邏輯,并保證多測試位定位的準確性。
                 聚星提供了兩穴雙按鍵和兩穴四旋鈕并行測試方案,已成功為多家中控臺廠商提供了成套的按鍵、旋鈕手感測試解決方案。
                 聚星儀器兩穴雙按鍵并行測試方案,實測曲線,曲線逐鍵實時更新,可獨立設置測試不通過的處理邏輯,所有待測參數可實時根據曲線計算得出,并自動生成測試報告。聚星儀器使用音圈電機驅動的、帶自適應設計的特殊機械爪,不僅可以適應多個旋鈕的機械制造公差,還可以自動均衡機械爪三指上的夾持力,以實現多旋鈕并行測試,大幅提高測試效率。
                  在對某廠商產品的測試中,流水線使用以上2個系統,可在平均60s內完成對一個產品的按鍵和旋鈕測試,每個產品包含15個按鍵和2個旋鈕,充分體現了并行測試的效率優勢。


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