朱信洪，周小蕾，朱永豐，楊興（杭州西力電能表制造有限公司，浙江杭州310024）

生產(chǎn)車間SMT模塊加工完成之后，目前采用指針式表頭、LED指示燈結(jié)合簡易工裝的辦法進(jìn)行檢測，測試點(diǎn)一般設(shè)計較少，檢測的結(jié)果采用模塊加工流程單進(jìn)行記錄，檢測質(zhì)量主要依靠工人個人的素質(zhì)與能力，檢測效率較為低下，檢測質(zhì)量一般難以控制，并且品質(zhì)部后期對檢測記錄做統(tǒng)計分析的工作量很大。

根據(jù)SMT模塊檢測的工藝要求，技術(shù)部提出了自動檢測裝置設(shè)計的基本要求，再結(jié)合車間當(dāng)前人工檢測的過程，設(shè)計出一款實(shí)用的SMT模塊自動檢測裝置。

SMT模塊自動檢測裝置采用ADAM模塊作為AD信號采集、脈沖信號采集、開關(guān)量信號采集、開關(guān)量輸出控制，檢測類型豐富、測試點(diǎn)組合比較靈活，結(jié)合PC機(jī)自動檢測軟件，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)自動采集、檢測結(jié)果自動判斷、多工段實(shí)時共享檢測信息等，極大地提高電能表生產(chǎn)企業(yè)的SMT模塊檢測效率、增強(qiáng)檢測質(zhì)量控制以及對加工故障的統(tǒng)計分析，并且為模塊維修提供了較為清晰的故障原因便于維修。

1 SMT模塊自動檢測裝置基本要求

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求

采用下面針床固定上面汽缸頂壓方式，每次可同時測試4個SMT模塊，具體可參考圖1的工裝結(jié)構(gòu)。

1.2 硬件設(shè)計基本要求

（1）按鍵要求

前面板按鍵示意如圖2。

圖2 前面板按鍵示意圖

? 設(shè)置硬件手動開關(guān)，用于控制整個裝置上、下電；

? 氣動壓接設(shè)計雙壓接開關(guān)，防止因不小心碰到開關(guān)引起誤操作；

? 解除壓接設(shè)計單開關(guān)。

（2）電源要求

? 檢測裝置采用隔離電源，電壓可調(diào)（滿足220、100、57.7VAC輸出要求）；

? 交流電壓源0~2V，電壓信號可調(diào)，用來提供計量電路采樣輸入測試信號；

? 直流24V、12V、5V、3.3V電源，電壓精度控制±0.05V。

（3）信號量輸出

? SMT模塊自動上、下電控制信號，1拖4公用；

? 檢測結(jié)果狀態(tài)指示信號，不合格表位亮紅燈提示，1×4分開控制。

（4）信號量輸入

? 校表脈沖采集，1×4分開采樣；

? 時鐘脈沖采集，1×4分開采樣；

? 無功脈沖采集，1×4分開采樣；

? 報警繼電器輸出采集，1×4分開采樣

? 拉合閘繼電器輸出采集，1×4分開采樣。

（5）模擬量采集

? 485電源電壓（5VDC），1×4分開采樣；

? 時鐘電池電壓（3.6VDC），1×4分開采樣；

? 穩(wěn)壓管前工作電壓（7-30VDC），前端增加分壓電路，1×4分開采樣；

? 穩(wěn)壓管后工作電壓（7-30VDC），前端增加分壓電路，1×4分開采樣；

? MCU工作電壓（3-5VDC），1×4分開采樣；

? 時鐘電池電流（1-1000uA），前端增加電流放大電路，1×4分開采樣；

? 停抄電池電流（10-2000uA），前端增加電流放大電路，1×4分開采樣；

? SMT模塊接線端子N電流（交流電流10mA以下），1×4分開采樣。

（6）通訊測試

? 485 1通訊測試，1×4分開，響應(yīng)應(yīng)答模式；

? 485 2通訊測試，1拖4公用，響應(yīng)應(yīng)答模式；

? 紅外通訊測試，1拖4公用，響應(yīng)應(yīng)答模式。

2 自動化檢測裝置系統(tǒng)硬件設(shè)計及控制原理

2.1 硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)主要由ERP服務(wù)器、管理系統(tǒng)（PC機(jī)）、串口服務(wù)器、ADAM模塊、信號調(diào)理板、汽缸和針床等幾部分組成，將其中的串口服務(wù)器、ADAM模塊、信號調(diào)理板、汽缸和針床制作成一套檢測裝置。

整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

根據(jù)自動檢測裝置硬件設(shè)計基本要求，主要部件選用如下：

（1）串口服務(wù)器

? 根據(jù)模塊測試數(shù)量為4時至少需要端口數(shù)量為7，并且支持RS485/RS232可設(shè)，選用杭州冠科信息技術(shù)有限公司生產(chǎn)的C9008H系列8口三合一串口服務(wù)器。

（2）模擬量采集模塊

? 根據(jù)模塊測試數(shù)量為4時需要AD通道數(shù)量為8×4=32路，選用4個臺灣研華遠(yuǎn)程I/O模塊ADAM4117。

（3）信號量輸入、輸出模塊

? 根據(jù)模塊測試數(shù)量為4時需要信號量輸入通道數(shù)量為20路、信號量輸出通道數(shù)量為5路，選用臺灣研華遠(yuǎn)程I/O模塊ADAM4150（7路輸入、8路輸出）和ADAM4053（16路輸入）各1個。

（4）信號調(diào)理板

信號調(diào)理板需滿足以下幾點(diǎn)：

? SMT模塊上、下電控制；

? 提供多種規(guī)格隔離輸出的交流測試電壓；

? 提供多種規(guī)格直流供電電壓；

? SMT模塊通過針床頂針接觸測試點(diǎn)檢測的原始信號需要進(jìn)行預(yù)處理才能接入到ADAM模塊，如電流檢測信號轉(zhuǎn)換成電壓信號、無源脈沖信號輸出轉(zhuǎn)換成有源輸出、拉合閘控制脈沖信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號輸出等；

? 各種引出線轉(zhuǎn)接。

基于上述原因信號調(diào)理板采取自制，硬件設(shè)計原理圖參見圖4。

2.2 控制原理

該檢測裝置通過汽缸從上往下頂壓SMT模塊使針床頂針接觸各測試點(diǎn)，檢測信號首先經(jīng)過調(diào)理板轉(zhuǎn)接或信號預(yù)處理，然后連接到ADAM模塊，其中ADAM4117模塊負(fù)責(zé)電壓采樣、ADAM4150和ADAM4053模塊負(fù)責(zé)脈沖量、高低電平信號的采集，檢測控制軟件通過串口服務(wù)器讀取ADAM模塊采樣結(jié)果，并根據(jù)加載的檢測方案配置的閾值參數(shù)進(jìn)行合格與否判斷，判斷的結(jié)果上傳到ERP數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，最后由ERP系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)共享。另外SMT模塊的上、下電由檢測控制軟件通過串口服務(wù)器控制ADAM4150模塊輸出高、低電平信號控制調(diào)理板上電源控制繼電器吸合、斷開實(shí)現(xiàn)。

3 自動檢測控制程序設(shè)計

3.1 編程環(huán)境、數(shù)據(jù)庫選用

考慮到ADAM模塊的驅(qū)動及樣例采用C#語言，上位機(jī)軟件編程環(huán)境選用 Microsoft Visual Studio 2008。

考慮到與ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，本地保存采用ACESS數(shù)據(jù)庫，遠(yuǎn)程直接在ERP的SQL Server 2008中開放空間保存。

3.2 SMT模塊自動化檢測工作過程

圖5 SMT模塊自動化檢測工作過程

SMT模塊自動化檢測工作過程主要包括檢測裝置上電、PC機(jī)軟件登錄、檢測方案加載、人工上表、條碼掃描、氣動壓接、啟動檢測、自動檢測流程、斷電檢測、檢測結(jié)果自動分析、不合格指示、氣動解壓、人工下表等。

SMT模塊自動化檢測工作流程即為控制程序設(shè)計的基本工作流程，參見圖5。

3.3 軟件設(shè)計思路及設(shè)計框架

3.3.1 軟件登錄

圖6 軟件登錄界面

具備帳號、密碼輸入窗口；有注冊帳號管理連接、忘記密碼提醒連接；點(diǎn)擊登陸按鈕登陸系統(tǒng)，點(diǎn)擊退出按鈕退出登錄。

3.3.2 檢測方案加載

檢測操作界面如圖7所示，點(diǎn)擊打開按鈕加載預(yù)先配置的檢測方案，參數(shù)配置包含如下內(nèi)容：

? 工序名

檢測方案系統(tǒng)參數(shù)，檢測方案編制時可配置，主要用于檢測記錄數(shù)據(jù)保存的大類區(qū)分，工序名稱如SMT功能檢測。

? 整機(jī)物料編碼

檢測方案系統(tǒng)參數(shù)，檢測方案編制時可配置，主要用于檢測記錄數(shù)據(jù)保存的大類區(qū)分。

? 條碼段

檢測方案編制時可配置，主要控制條碼輸入范圍，如該檢測方案對應(yīng)訂單條碼段為123456789101至123456789901，那么此號碼段以外的條形碼將無法應(yīng)用此方案進(jìn)行檢測。

圖7 檢測操作界面示意圖

? 485電源電壓

檢測方案編制時可配置判斷閥值，并且該項目是否測試可選。

? 時鐘電池電壓

檢測方案編制時可配置判斷閥值，該項目是否測試可選。

? 穩(wěn)壓管前電壓

檢測方案編制時可配置判斷閥值，該項目是否測試可選。

? 穩(wěn)壓管后電壓

檢測方案編制時可配置判斷閥值，該項目是否測試可選。

? MCU工作電壓

檢測方案編制時可配置判斷閥值，該項目是否測試可選。

? 485通道1

檢測方案編制時可配置檢測命令（含初始化命令幀），命令可以是一條或多條，并能配置返回幀判斷內(nèi)容，該項目是否測試可選。

? 485通道2

檢測方案編制時可配置檢測命令，命令可以是一條或多條，并能配置返回幀判斷內(nèi)容，該項目是否測試可選。

? 紅外通道

檢測方案編制時可配置檢測命令，命令可以是一條或多條，并能配置返回幀判斷內(nèi)容，該項目是否測試可選。

? 校表脈沖

檢測方案編制時可配置采樣時間、采樣脈沖個數(shù)范圍，該項目是否測試可選。

? 無功脈沖

檢測方案編制時可配置采樣時間、采樣脈沖個數(shù)范圍，該項目是否測試可選。

? 時鐘脈沖

檢測方案編制時可配置采樣時間、采樣脈沖個數(shù)范圍，該項目是否測試可選。

? 時鐘電池電流

檢測方案編制時可配置采集電流的延時時間、電流判斷閥值，該項目是否測試可選。

? 停抄電池電流

檢測方案編制時可配置采集電流的延時時間、電流判斷閥值，該項目是否測試可選。

? 模塊工作電流

檢測方案編制時可配置采集電流的延時時間、電流判斷閥值，該項目是否測試可選。

? 報警繼電器輸出狀態(tài)

檢測方案編制時可配置該項目是否測試可選。

? 拉合閘輸出狀態(tài)

檢測方案編制時可配置該項目是否測試可選。

? 人工檢測項目

檢測方案編制時可配置人工檢測項目，人工檢測項目有：液晶、背光、LED燈、上下左右四個翻頁按鍵、編程鍵、開蓋開端鈕按鍵等。不合格描述有：缺劃、液晶黑點(diǎn)、液晶偏、背光不亮、背光有贓物、背光腳斷、蜂鳴器不響等。

根據(jù)上述參數(shù)要求，檢測方案數(shù)據(jù)庫設(shè)計為三張表，表之間關(guān)聯(lián)字段為方案編號，由數(shù)據(jù)庫自動生成，具體如下：

表1 具體檢測類型對應(yīng)參數(shù)

表2 具體檢測類型對應(yīng)參數(shù)

表3 具體檢測類型對應(yīng)參數(shù)

? 人工檢測項目表TXL_SchList

TABLE [TXL_ErrList] (

[ErrID] [int] IDENTITY (1, 1), --不合格項目編號，自動編號

[SchID] [int], --檢測方案編號

[ErrName] [nvarchar] (40) --不合格項目名稱

)

3.3.3 接口初始化

根據(jù)檢測方案，自動配置串口服務(wù)器擴(kuò)展的虛擬串口，并對ADAM模塊初始化。

3.3.4 條碼掃描

人工上表后用電子掃描槍手動掃描模塊條碼，條碼輸入注意必須將模塊放入表位與界面對應(yīng)輸入窗口表位一致，保證測試數(shù)據(jù)保存信息的正確。如果是廠內(nèi)返修模塊，需勾上廠內(nèi)返修選擇項。

軟件設(shè)計思路：首先根據(jù)掃描的條碼判斷條碼的有效性（12位長度），長度不對，提示條碼錯誤退出；長度正確，判斷是否為廠內(nèi)返修；廠內(nèi)返修，進(jìn)入下一步流程；不是廠內(nèi)返修，根據(jù)條碼、工序名讀取ERP數(shù)據(jù)庫進(jìn)行驗證；存在對應(yīng)的合格記錄，不允許進(jìn)入下一步流程并提示條碼已檢；不存在合格記錄，進(jìn)入下一步流程。

3.3.5 氣動壓接

模塊壓接，采用氣動操作，壓接后微動開關(guān)觸發(fā)軟件啟動電源控制端，被測模塊上電。

3.3.6 啟動檢測

等待被測模塊電源穩(wěn)定（時間可設(shè)，缺省100ms），自動啟動自動化檢測流程。

設(shè)計思路：自動化檢測流程按照檢測次序依次進(jìn)行，是否對某項目進(jìn)行測試根據(jù)方案設(shè)置。

主要預(yù)設(shè)檢測過程有：

? ADAM模塊啟動AD采樣，測試值實(shí)時在界面上顯示（測試合格的數(shù)值顯示藍(lán)色，不合格的顯示紅色）；

? ADAM模塊啟動I/O采樣，測試值實(shí)時在界面上顯示（測試合格的數(shù)值顯示藍(lán)色，不合格的顯示紅色）；

? 通過RS485通道1根據(jù)掃描獲得的條碼進(jìn)行被測模塊地址設(shè)置；

? 通過RS485通道1進(jìn)行被測模塊初始化，根據(jù)方案設(shè)置可選；

? 通過RS485通道1進(jìn)行通訊要求項目測試，根據(jù)方案設(shè)置可選；

? 通過RS485通道2進(jìn)行通訊要求項目測試，根據(jù)方案設(shè)置可選；

? 通過紅外通道進(jìn)行通訊要求項目測試，根據(jù)方案設(shè)置可選。

3.3.7 人工檢測

某些項目無法通過本裝置自動化檢測，比如指示燈顏色錯、液晶臟、按鍵不靈等，需通過人工操作目測，然后將測試結(jié)果在人工檢測欄目上勾選出對應(yīng)的不合格項目，系統(tǒng)自動記錄并作為模塊判定不合格的依據(jù)。

3.3.8 斷電檢測

當(dāng)自動化檢測流程項目檢測完成后，斷電按鈕會閃爍，如果人工檢測項目已經(jīng)測試完成，那么可點(diǎn)擊斷電按鈕進(jìn)入停抄電池工作電流檢測。

3.3.9 停止檢測

在測試結(jié)果欄顯示出合格或不合格，停止檢測按鈕會閃爍，可點(diǎn)擊停止檢測按鈕，系統(tǒng)自動輸出測試結(jié)果并將測試結(jié)果上傳給ERP系統(tǒng)，如ERP系統(tǒng)連接斷開則將測試結(jié)果保存在本地數(shù)據(jù)庫中，同時清空4個表位的測試記錄。如在5秒（根據(jù)方案可設(shè)）內(nèi)操作人員不點(diǎn)擊停止檢測按鈕，系統(tǒng)自動點(diǎn)擊停止檢測按鈕。

3.3.10 氣動解壓

解除模塊壓接，氣動操作，軟件處于等待階段。

3.3.11 人工下表

結(jié)束一組模塊測試，手動拆卸已測模塊，軟件處于等待階段。

3.3.12 檢測下一組模塊

重復(fù)人工上表、條碼掃描開始的步驟，檢測下一組被測模塊。

4 結(jié)束語

采用基于ADAM模塊設(shè)計的SMT模塊自動檢測裝置，極大的提高了SMT模塊檢測的自動化水平，檢測性能可以很好的滿足生產(chǎn)工藝要求，可靠性令人滿意。同時也極大的減輕了以往手動檢測時操作工的負(fù)擔(dān)，提高了檢測效率，生產(chǎn)線單條產(chǎn)能將近提高50%，獲得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益。通過ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多工段實(shí)時共享檢測信息，增強(qiáng)了檢測質(zhì)量的管控以及對加工故障的統(tǒng)計分析，為模塊維修提供了較為清晰的故障原因方便維修。