油漆钣金件刮板测试平台控制系统的制作方法

本发明涉及一种油漆钣金件刮板测试平台控制系统。

背景技术

大面积油漆钣金件的修复工艺主要有线条、平面和弧面的校正，包括：填补缝隙、打磨外壳、喷涂油漆、烤干、打蜡抛光等步骤。其中平面度的校正是最为关键的步骤。

传统的油漆钣金件修复工艺简单、基本全部靠人工，凭经验操作。在钣金件的修复过程中，最大的问题是油漆钣金件的平整度校正，平整度不好会导致油漆的厚度一致性难以控制，使颜色不匀、轮廓发生变化，解决这个问题是保证油漆工艺质量的关键。

目前常用的油漆钣金件刮板检测方法主要有：手工调整型和简单夹具型两类。其中手工调整型，就是通过人工来观察油漆刮板的角度和平整度，感知它的受力情况，通过试刮操作来判断其效果，如果不行再通过手工调整油漆刮板的角度和平整度来满足油漆批灰和刮泥工艺的要求。这种方法简单粗糙，稳定性差，不易掌控。另一类是简单夹具型，它是通过制作简单夹具来保证整个油漆面与刮板之间的受力均衡，一般利用机械机构来完成。这种方法比较繁琐，每一次油漆前，均需要重新调整夹具，操作麻烦，工作效率低。

技术实现要素：

本发明的目的提供一种用于对大面积油漆钣金件刮板进行平整度测试的平台控制系统。

实现本发明目的的技术方案是油漆钣金件刮板测试平台控制系统，包括压力传感器和控制电路；所述压力传感器为薄膜感应器，共有7组电阻输出信号；所述控制电路包括单片机模块、7组比较放大电路模块、三通道数字隔离器模块、rs485收发模块、驱动调整电路模块和为前述电路模块供电的稳压电源模块；所述7组比较放大电路模块的输入端接7组电阻输出信号，输出端与单片机模块的输入端连接；所述rs485收发模块的输出端连接三通道数字隔离器模块的输入端，三通道数字隔离器模块的输出端连接单片机模块的输入端；所述单片机模块的输出端连接驱动调整电路模块的输入端；所述驱动调整电路模块的输出端连接油漆钣金件刮板电机。

所述单片机模块采用型号为stm8l151的单片机。

所述7组比较放大电路模块的每一组电路包括5级放大器，第一级放大器采用型号为tle2084的双路高速jfet输入运算放大器，第二级至第五级采用型号为tl084的结型场效应管输入运算放大器；所述7组比较放大电路模块将输入的7路电阻值分别转换成对应的电压信号送给单片机模块进行模数转换处理。

所述三通道数字隔离器的型号为adum1301arwz；所述rs485收发模块的型号为sn65lbc184d。

所述驱动调整电路模块包括驱动电路和两路继电器电路；所述驱动电路采用型号为uln2803的八路npn达林顿连接的晶体管阵系列；所述两路继电器电路一路作为正转，一路作为反转，外接油漆钣金件刮板电机。

所述稳压电源模块包括型号为rt9167的稳压电源，将外接5v直流转换成3.3v电压输出。

所述薄膜感应器由上至下依次为pet基材单面胶、上线路pet基材层、高阻碳膜层、异方性导电胶膜层、pet基材双面胶、绝缘保护膜层、高导电性银膜层、下线路pet基材层；所述高导电性银膜层上印刷有银线图案，银线图案分成相互平行的两个检测区域，每个检测区域分别在水平方向上有7个一致的图案作为受力检测区，一个检测区域的银线图案由细线构成，另一个检测区域的银线图案由粗线构成。

所述高导电性银膜层上的银线图案包括7个沿水平方向均匀排布的下行支线、7个沿水平方向均匀排布的上行支线、总引线和7根单引线；每个所述下行支线和每个所述上行支线相互握持，细线部分构成粗测检测区域，粗线部分构成精测检测区域。

每个所述下行支线包括两根平行的下行细线、两根平行的下行粗线以及将两根下行细线和两根下行粗线连接在一起的下行连接线；每个所述上行支线包括两根平行的上行细线、两根平行的上行粗线以及将两根上行细线和两根上行粗线连接在一起的上行连接线；所述总引线将7根下行支线的下行细线串联在一起；每根所述单引线连接一根上行支线的上行粗线。

总引线和7根所述单引线通过排线端口引出，引出后接入薄膜感应器接口，薄膜感应器接口与7组比较放大电路模块连接。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的积极的效果：(1)本发明将薄膜感应器作为油漆钣金件刮板测试平台的压力传感器组件使用，再配以高精度的控制电路，确保了经过该平台测试后的刮板用于大面积油漆钣金件的批灰和刮泥工艺流程，能极大地提高大面积油漆钣金件的平整度，并提高工作效率。

(2)本发明能对油漆钣金件刮板在工作过程中受力情况进行模拟测试，并分析其受力趋势，能根据受力情况的大小，来调整油漆刮板的角度，满足自动化油漆工艺的要求。它通过单片机来采集测试平台上两区域中对应的一组电阻值，其中一个区域对应输出电阻变化较大部分，用于粗略测试(校正状态)，另一个区域对应输出电阻变化较小部分，用于精细测试(实测状态)。每个区域在一条水平线上分布有7个受力点，当油漆刮板在垂直方向上施加力时，所对应受力点会输出与该点受力情况成比例的电阻值。因此可以将其转换成对应电压值，并对其进行放大与比较，由单片机控制执行机构来改变油漆刮板的角度，以满足自动化油漆工艺对刮板偏移角度的要求。

(3)本发明配以高性能控制电路，使它具有智能化的功能。由单片机所采集到的测试平台上薄膜感应器上对应受力点的电阻值，并将其转换成对应电压值，对其进行放大与比较，由单片机控制执行机构来改变油漆刮板的角度，以校正油漆刮板的偏移角度；还通过串口能进行显示或与上位计算机进行通信。

(4)本发明的高导电银膜，一方面受力时能与异方性导电胶膜接触起到导电作用，另一方面可以作为油漆刮板测试平台的屏蔽层，可以防止工作中受到各种电磁场的干扰。异方性导电胶层能起到垂直方向的导电作用，使上层的高阻碳膜与下层的高导电性银膜形成良好的连接，以保证薄膜感应器输出电阻值能随着外界施加压力的大小呈现线性变化趋势。pet基材单面胶层能起到支撑薄膜感应器作用。高阻碳膜起到导电作用。pet基材双面胶层起到上线路板和下线路板粘合的作用。绝缘保护膜在薄膜感应器上面，除了高导电性银膜区域的其他地方，起到隔层和绝缘的作用。

(5)采用本发明的薄膜感应器作为油漆钣金件刮板测试平台压力传感器，能有效地降低制造加工的成本，适于大批量生产，而且可应用于各类丝网印刷和工业机床压力测试等涉及压力控制的领域。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的压力传感器的截面示意图。

图2为本发明的下层线路图案。

图3为本发明的上层线图图案。

图4为本发明的电路控制框图。

图5为本发明的单片机模块电路图。

图6为本发明的放大电路图。

图7为本发明的三通道数字隔离器电路图。

图8为本发明的rs485收发模块电路图。

图9为本发明的驱动调整电路图。

图10为本发明的3.3v稳压电路图。

图11为本发明的±12v稳压电路图。

附图中标号为：

上线路pet基材层1、高阻碳膜层2、异方性导电胶膜层3、pet基材单面胶4、下线路pet基材层5、高导电性银膜层6、银线图案600、下行支线610、下行细线611下行粗线612、下行连接线613、上行支线620、上行细线621、上行粗线622、上行连接线623、总引线630、单引线640、排线端口650、绝缘保护膜层7、pet基材双面胶8、蓝色上保护膜9、蓝色下保护膜10。

具体实施方式

(实施例1)

本实施例的油漆钣金件刮板测试平台控制系统包括压力传感器和控制电路。

压力传感器为薄膜感应器，其截面示意图见图1，为了理解方便，图中未按照各层厚度比例。薄膜感应器由上至下依次为pet基材单面胶4、上线路pet基材层1、高阻碳膜层2、异方性导电胶膜层3、蓝色上保护膜9、pet基材双面胶8、蓝色下保护膜10、绝缘保护膜层7、高导电性银膜层6、下线路pet基材层5。上线路pet基材层1、高阻碳膜层2、异方性导电胶膜层3构成上线路层；绝缘保护膜层7、高导电性银膜层6、下线路pet基材层5构成下线路层；上线路层和下线路层上均设有直径为2mm的定位孔。pet基材单面胶4厚度为0.3mm；上线路pet基材层1厚度为0.1mm；高阻碳膜层2厚度为8-10um；异方性导电胶膜层3厚度为5-7um；pet基材双面胶8厚度为0.23mm；绝缘保护膜层7厚度为8-10um；高导电性银膜层6厚度为5-7um；下线路pet基材层5厚度为0.125mm。

高阻碳膜层2选用固含量45～55％、3.6kω/sq@8～12um、密度1.33kg/l、粘度3800～6200mpa.s的高阻碳浆100～200g进行丝网印刷；异方性导电胶膜层3选用z轴方向导电的异方性导电胶100～200g，其固含量密度1.18kg/l、粘度3200～5500mpa.s。高导电性银膜层6选用固含量59％、密度1.84kg/l、粘度4600～7400mpa.s的银浆100～200g进行丝网印刷；绝缘保护膜层7选用表面电阻率>2×10^9ohms/sq@25um、击穿电压>1500v(ac)@25um，粘度17500mpa.s@20℃的绝缘油墨进行丝印操作。

见图2，高导电性银膜层6上印刷有银线图案，银线图案分成相互平行的两个检测区域，每个检测区域分别在水平方向上有7个一致的图案作为受力检测区，位于图1中上部的检测区域的银线图案由细线构成，下部的检测区域的银线图案由粗线构成。高导电性银膜层6上的银线图案600包括7个沿水平方向均匀排布的下行支线610、7个沿水平方向均匀排布的上行支线620、总引线630和7根单引线640；每个下行支线610和每个上行支线620相互握持，细线部分构成粗测检测区域，粗线部分构成精测检测区域。具体来讲，每个下行支线610包括两根平行的下行细线611、两根平行的下行粗线612以及将两根下行细线611和两根下行粗线612连接在一起的下行连接线613；每个上行支线620包括两根平行的上行细线621、两根平行的上行粗线622以及将两根上行细线621和两根上行粗线622连接在一起的上行连接线623；两根上行细线621与两根下行细线611交错排列；两根上行粗线622与两根下行粗线612交错排列。总引线630将7根下行支线610的下行细线611串联在一起；每根单引线64连接一根上行支线620的上行粗线622。总引线630和7根单引线640通过排线端口650引出，然后接入控制电路，来输出电阻值的大小。图2中白色部分为绝缘保护膜层7。

如图3所示，上线路层的高阻碳膜层2和异方性导电胶膜层3上印刷的图案相同，图案分成相互平行的两个长方形，分别对应银线图案600的粗测检测区域和精测检测区域。

整个压力传感器的尺寸为290mm×90mm，长度方向上，银线图案位于中心，两边各留5mm。

如图4所示，控制电路包括单片机模块、7组比较放大电路模块、三通道数字隔离器模块、rs485收发模块、驱动调整电路模块和为前述电路模块供电的稳压电源模块；7组比较放大电路模块的输入端接7组电阻输出信号，输出端与单片机模块的输入端连接；rs485收发模块的输出端连接三通道数字隔离器模块的输入端，三通道数字隔离器模块的输出端连接单片机模块的输入端；单片机模块的输出端连接驱动调整电路模块的输入端；驱动调整电路模块的输出端连接油漆钣金件刮板电机。

单片机模块电路如图5所示，单片机ic1(stm8l151)是测试平台的控制核心。它采集薄膜感应器送来的经过放大后的7路电压值，在单片机中进行模数转换并比较。当7路电压值在设定范围内，表明此时油漆钣金件刮板受力均衡，可以进行丝印操作；当7路电压值超出设定范围，则输出控制信号驱动执行机构，改变油漆钣金件刮板的角度，使油漆钣金件刮板受力均衡，同时通过外接的计算机/显示器显示，同时通过外接蜂鸣器发出报警提示声响。报警器电路接单片机ic1的48脚，它由三极管n1(型号为2n5551)和蜂鸣器bell(型号为thdz-5v)组成。单片机ic1的18脚外接编程led灯，19脚外接工作状态led灯，3、4脚之间接时钟电路，2脚接复位电路。单片机ic1的6、5、46、43、42、41、36脚分别接7组放大比较电路的输出端。单片机ic1的44、45和47脚连接到三通道数字隔离器ic5的3、5和4脚。

油漆钣金件刮板测试平台薄膜感应器通过薄膜感应器接口j1连接到7组比较放大电路，图6显示了一组比较放大电路的电路图。每一组电路包括5级放大器，通过接口接入的电阻值与放大器的输入端形成回路，可将输入的电阻变化量转换成电压形式，经过五级放大器的放大。其中tle2082是双路高速jfet输入运算放大器，tl084是结型场效应管输入运算放大器，其作用是将输入的7路电阻值分别转换成对应的电压信号送给单片机ic1进行模数转换处理。

单片机模块通过三通道数字隔离器和rs485收发模块连接到计算机/显示器，用于显示工作情况。三通道数字隔离器电路见图7，rs485收发模块的电路图见图8，三通道数字隔离器ic5的型号为adum1301arwz，一边的的3、4、5脚连接到单片机ic1的对应脚，另一边的12、13、14脚连接到rs485收发模块ic14(型号为sn65lbc184d)的1、2、4脚，ic14的6、7脚经过限流电阻与rs485接口j2相连，j2接口外接计算机/显示器，可以接受外接计算机的控制，也可以显示本油漆钣金件刮板测试平台的测试数据和工作状态。接在总线上的tv3、tv4(型号为smcj5a)是二极管，它对抑制瞬态高电压脉冲干扰信号有很大的作用。c_12、cd3是滤波电容，r_16是led的限流电阻，led3是5v电源的工作指示灯，d3是整流管。

驱动调整电路如图9所示，包括ic6:uln2003、rly1、rly2，其中驱动电路的ic6型号为uln2803，是八路npn达林顿连接的晶体管阵系列，用以驱动后面的继电器电路。rly1、rly2是两路继电器控制电路，一路作为正转，一路作为反转，外接调整油漆钣金件刮板角度的电机。图中out_led19、out_led20是继电器工作指示灯，r74和r75是它的限流电阻。

为了控制电路有效工作，配置了5v、3.3v、+12v和-12v电源，稳压电源ic4，型号为rt9167，将外接5v直流转换成3.3v电压输出。另一组是通过j3送入的+12v和-12v两组电压供给运算放大器使用。cd1、c_13、c_14、c_15是滤波电容。r_7和led4是电源指示灯电路，r_15是启动电阻。c_16、cd2是滤波电容。r_9和led6是电源指示灯电路，d1、d2是整流二极管。

本发明的测试平台控制系统的压力传感器的生产工艺为：

步骤1、对准备制备上线路pet基材层1、下线路pet基材层5的材料进行卷料电晕处理；其目的是增强材料表面张力，以便印刷物有很好的附着力，电晕处理的参数：电流：6.5a，速度：2.0m/s。经过电晕处理后的材料要用达因笔测试材料表面张力，其达因值≥46达因/厘米。

步骤2、电晕处理过的材料随着时间增加，其表面张力会下降，此材料需要在72小时内印刷完成，印刷前测其达因值≥42达因/厘米。

步骤3、卷料裁张后，单张平铺在网车上，将网车架推进热烘箱内缩水。材料在热烘箱内130℃烘烤25分钟，使材料尺寸稳定。烘烤结束从烘箱内推出网车架，等材料温度降至室温25℃后收起待印刷。

步骤4、在上线路pet基材层1上印刷高阻碳浆形成高阻碳膜层2：

1)刮刀选用邵氏硬度为70度r0.2～0.3mm圆角的刮胶，并安装在丝网印刷机刮刀架上与网版形成75度角，刮刀各点压在印刷机台上的压力范围在28～30n，刮刀长度需超出印刷图案25～35mm，行程超出图案30～100mm，网版与放置材料的机台间距在5.0±1.0mm；

2)选用固含量45～55％、3.6kω/sq@8～12um、密度1.33kg/l、粘度3800～6200mpa.s的高阻碳浆100～200g，置于网版左侧，将上线路pet基材层1放置在丝印机台指定位置，开启吸风装置将上线路pet基材层1稳定地吸住，调整回墨刀压在网板上的压力(10～15n)、左右边位置超出印刷图案20～50mm、行程超出图案30～100mm，且油墨可以均匀平铺在网版图案区域，回墨的速度设置为3档；

3)按上述参数调整机器后，至高阻碳浆通过丝网上镂空图案，完整、清晰地转移到上线路pet基材层1上；

4)关闭吸风从机台上取下印刷后的材料，放置热烘道传送带上，进行预烘干处理；

5)将材料单张平铺在网车上，将网车推进热烘箱烘烤150℃30分钟，使高阻碳浆完全固化，在pet基材层1上留下一层8～10um的高阻碳层；

6)烘烤结束从烘箱内推出网车，等材料温度降至室温25℃后收起待用。

步骤5、在高阻碳膜层2上印刷异方性导电胶形成异方性导电胶膜层3：

1)刮刀选用邵氏硬度为80度r0.2～0.3mm圆角的刮胶，并安装在丝网印刷机刮刀架上与网版形成75度角，刮刀各点压在印刷机台上的压力范围在30～34n，刮刀长度需超出印刷图案25～35mm，行程超出图案30～100mm，网版与放置材料的机台间距在5.0±1.0mm；

2)选用z轴方向导电的异方性导电胶100～200g，其固含量密度1.18kg/l、粘度3200～5500mpa.s，置于网版左侧，将待印刷的材料放置在丝印机台指定位置，开启吸风装置将材料稳定的吸住，调整回墨刀压在网板上的压力(10～15n)、左右边位置超出印刷图案20～50mm、行程超出图案30～100mm，且油墨可以均匀平铺在网版图案区域，回墨的速度设置为3档；

3)按上述参数调整机器后，至异方性导电胶能通过丝网上镂空图案，完整、清晰地转移到高阻碳膜层2上；

4)关闭吸风从机台上取下印刷后的材料，放置热烘道传送带上，进行预烘干处理；

5)将材料单张平铺在网车上，将网车推进热烘箱烘烤130℃25分钟，使异方性导电胶完全固化，在材料上留下一层6～8um的异方性导电胶层；

6)烘烤结束从烘箱内推出网车，等材料温度降至室温25℃后收起待用，用万用表分别测试覆盖与不覆盖住碳浆的区域，确认是否仅z轴方向导电。

由此得到上线路层。

步骤6、下线路pet基材层5上印刷高导电性银膜层6：

1)刮刀选用邵氏硬度为70度r0.2～0.3mm圆角的刮胶，并安装在丝网印刷机刮刀架上与网版形成70度角，网版与放置材料的机台间距高为4.0mm；

2)选用固含量59％、密度1.84kg/l、粘度4600～7400mpa.s的银浆100～200g在网版左侧，将下线路pet基材层5放置在丝印机台指定位置，开启吸风装置将材料稳定的吸住，调整回墨刀的压力和行程至银浆可以均匀平铺在网版图案区域，回墨的速度设置为3档；

3)调整回墨刀的压力和行程至银浆能通过丝网上镂空图案，完整、清晰地转移到下线路pet基材层5上；

4)关闭吸风装置，从机台上取下印刷后的材料，放置在热烘道传送带上，进行预烘干处理；

5)将材料单张平铺在网车上，将网车推进热烘箱烘烤140℃30分钟，使银浆完全固化，在材料上留下一层5～7um的银线；图2中黑色线条部分。

6)烘烤结束从烘箱内推出网车，等材料温度降至室温25℃后收起待用。

步骤7、在高导电性银膜层6表面印刷绝缘保护膜层7：

按步骤6中规定的工艺步骤设定印刷参数，选用表面电阻率>2×10^9ohms/sq@25um、击穿电压>1500v(ac)@25um，粘度17500mpa.s@20℃的绝缘油墨进行丝印操作，印刷后过uv光机固化油墨，固化后绝缘层厚度达到8～10um。图2中未覆盖黑色线条的部分。

由此得到下线路层。

步骤8、上、下线路层的印刷面覆蓝色保护膜，防止印刷层的划伤及破坏。

步骤9、将上、下线路层在cnc打孔机上打出2mm的定位孔。

步骤10、上线路层的非印刷面贴0.3mm厚的pet基材单面胶4，以增加上线路层的平整度及抗弯曲性。

步骤11、下线路层印刷的一面贴0.23mm厚的pet基材双面胶8，以便将上、下线路层粘接在一起；

步骤12、上线路层以定位孔定位，在25吨的冲床上将工艺孔冲出。

步骤13、上、下线路层以定位孔对位，通过0.23mm的pet基材双面胶8粘接在一起。

步骤14、以下线路上定位孔定位，在25吨的冲床上将薄膜感应器外形冲出。

步骤15、在外部装配1.5mm间距的连接器塑壳。

步骤16、测试产品性能：通过连接器将薄膜感应器连接至测试仪来采集对应点的电阻值。具体测试是将产品安放在线对面平行度为0.02mm的夹具测试台上。在上下两部分对应感应区域内线性增大测试压力，观察其输出电阻值是否是呈线性输出特征。

本次测试在有效面积280mm±0.3mm×3mm±0.2mm内施加压力，所得数据如下：

以上所得数据反映随着施加压力的变化，所得电阻在呈线性变化区域内变化的趋势，因此可以用于油漆钣金件刮板测试平台准确测量压力的变化。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。