四合一電氣自動(dòng)化測試方案用于智能音響測試

在智能音響的制造生產(chǎn)線(xiàn)，我們主要導入了電氣自動(dòng)化測試、無(wú)人供料車(chē)、多軸機械臂鐳雕機、自動(dòng)打包機和自動(dòng)預警系統等自動(dòng)化項目，用于代替勞動(dòng)力，從而實(shí)現節約成本。其中以電氣自動(dòng)化測試最為復雜，需包含氣壓控制假手指做觸摸測試、90、110、220、260VAC 各交流電壓切換輸入、數字與模擬各信號處理、音響SPL 聲壓測試、音頻分析、機械手臂取放產(chǎn)品等模塊。本文介紹智能音響的電氣自動(dòng)化測試原理和各模塊功能，以及如何整合成一套完整的電氣自動(dòng)化測試系統。

1 智能音響測試的電氣自動(dòng)化測試原理和四個(gè)子模塊功能

1.1 測試原理和測試架構

在導入電氣自動(dòng)化測試之前，是由操作員對產(chǎn)品搬運、接測試線(xiàn)、通過(guò)眼或耳主觀(guān)去判斷測試性能。如果讓操作員測試會(huì )有兩個(gè)大缺點(diǎn)：

因智能音響功能多，測試項目龐大，對操作員的數量需求非常大，成本高；

操作員會(huì )有疲勞度且存在主觀(guān)判斷性，易造成不良品沒(méi)有被攔截，而導入電氣自動(dòng)化測試可有效克服這兩大缺點(diǎn)^[1]。其通俗原理是：由氣來(lái)代替人的手，通過(guò)西門(mén)子6ES72883AR PLC 氣控主系統，做插拔連接線(xiàn)、觸摸測試、取放產(chǎn)品等動(dòng)作；由電來(lái)代替人的眼、嘴和大腦，通過(guò)LabView 開(kāi)發(fā)的電控主系統，做指令輸出輸入、各弱電壓切換測試、音頻分析、SPL 聲壓測試等。系統構成方面，選用三菱RH-6FH5520-1D-S11 四軸機械手臂取放產(chǎn)品，自研制的氣壓控制電容觸摸和觸插拔連接線(xiàn)系統，Chroma 61603 儀器用于各弱電切換測試，Sound Check 13.0 聲學(xué)系統用于SPL 聲壓測試，AudioPrecision APx586B 儀器用于音頻分析，所有子系統均與電腦通訊，由LabView 做為基礎環(huán)境，自編程的測試軟件統一邏輯整合測試，對各子模塊控制和采集數據。

1.2 四個(gè)主要子模塊配置與功能

因智能音響功能較多，且音頻測試要求極高，一套完整成熟的測試系統非常重要，此電氣自動(dòng)化測試系統經(jīng)各驗證手法完成驗證，并已投入量產(chǎn)使用?？刂葡到y共2 大系統構成：西門(mén)子PLC 氣控主系統和LabView電控主系統，測試子模塊共有4 個(gè)，其采用轉圈輪盤(pán)式，4 個(gè)測試穴位對應4 個(gè)測試子模塊，每個(gè)穴位測試項目不同，通過(guò)旋轉盤(pán)，旋轉讓產(chǎn)品逐步進(jìn)入4 個(gè)穴位做測試，如圖1 所示。

圖1 旋轉讓產(chǎn)品逐步進(jìn)入4個(gè)穴位測試圖

1.2.1 第1測試穴位

由三菱RH-6FH5520-1D-S11 四軸機械手臂，從流線(xiàn)上將待測產(chǎn)品夾取至轉盤(pán)的第一測試穴位。因智能音響產(chǎn)品會(huì )銷(xiāo)往世界各地，而每個(gè)國家的所使用的民用電壓都有所不同，故此穴位用于測試90、110、220、260 VAC 各交流電壓輸入，以驗證產(chǎn)品在各不同電壓輸入情況下仍可以完美工作。由Chroma 61603 可編程交流電源做為測試儀器，氣動(dòng)插拔模塊連接各種測試線(xiàn)于產(chǎn)品底部。

1.2.2 第2測試穴位

此穴位主要用于測試智能音響產(chǎn)品的電容觸摸功能和LED 亮度強度，氣動(dòng)假手指按系統軟體設定的氣壓壓力和速度進(jìn)行各項觸摸測試，Basler aca1600-20gm工業(yè)相機采集產(chǎn)品LED 亮度、燈色和強度送至系統軟體分析判定。

1.2.3 第3測試穴位

Sound Check 13.0 SPL 聲壓測試系統，此系統由聲卡、功放、Microphone、喇叭隔音罩、SPL 測試系統等構成，在產(chǎn)品旋轉至第三個(gè)穴位時(shí)，氣缸會(huì )控制喇叭隔音罩先將產(chǎn)品輸出喇叭罩出，以防外界干擾，再進(jìn)行SPL 聲壓測試。

1.2.4 第4測試穴位

使用Audio Precision APx586B 音頻分析儀，支持RS232 和USB3.0 通訊，測試時(shí)會(huì )對產(chǎn)品輸入1 個(gè)特定1 kHz 音頻數字信號，再由產(chǎn)品輸出回收回分析儀?？蓪Ξa(chǎn)品高速測試Audio THD+N、SNR、Gain、Noise、Sweep 等音頻項目，具體測試頻率與限度如表1 所示。完成所有測試項目后，若是不良品，四軸機械手臂會(huì )將產(chǎn)品夾至不良品區域，良品則夾至流水線(xiàn)，流往下一站。

表1 音頻測試頻率與限度表

2 智能音響測試的電氣自動(dòng)化測試系統邏輯

2.1 測試邏輯順序

西門(mén)子PLC 氣控主系統和LabView 電控主系統兩大系統相互配合工作。首先當產(chǎn)線(xiàn)從流水線(xiàn)流至此站時(shí)，由光感Sensor 感應并通到機械手臂夾取產(chǎn)品，由PLC氣控主系統，控制氣動(dòng)插上所有測試連接線(xiàn)，通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)，由HTTP 指令從產(chǎn)品內部Flash 里讀取產(chǎn)品條碼與版本信息，用于測試后按條碼保存測試日志。MES 系統判定此條碼站別，若正確則放入第1 測試穴位，若不正確則放入不良品區域。由LabView 電控主系統控制旋轉盤(pán)轉動(dòng)，若某一個(gè)穴位測試FAIL，將會(huì )啟動(dòng)黃色警報燈，不良品已沒(méi)必要測剩下的穴位，由機械手臂夾至不良品區域^[3]。若不良品區域已無(wú)空閑位置，將會(huì )啟動(dòng)紅色警報燈提醒產(chǎn)品維修人員將不良品取走，維修人員針對保存的測試日志細節去展開(kāi)不良品分析。完成4 個(gè)穴位所有測試項目后，機械手臂夾取良品放于流水線(xiàn)，并同時(shí)在MES 系統后臺將此序號標記至下一站管控。

2.2 測試邏輯保護

機器畢竟是死物，我們需制定規則用于保護人員和產(chǎn)品，此氣動(dòng)自動(dòng)化測試系統主要有兩方面保護機制：

1）測試邏輯保護；

2）警示與防護欄保護。其中警示與防護欄保護，主要是安裝防護欄、粘貼勿靠近標識、燈光警報或聲音警報等^[3]。警示與防護欄保護在各自動(dòng)化系統中大同小異，不做細致探討，以下主要探討測試邏輯保護這個(gè)方面的細節，使用LabView 做為電控終端軟件，根據保護對象可分為兩個(gè)方面。

2.2.1 對人員的保護

萬(wàn)物以人為首，需堅持安全第一、預防為主的原則，制定邏輯保護機制，防止人員被機械手臂、旋轉盤(pán)、電壓等造成傷害。主要防護措施有：

1) 安裝傳感器光柵在機械手臂運動(dòng)范圍邊緣，用于偵測人員或其他障礙物進(jìn)行危險區域時(shí)，機械手臂立即停止運行；

2) 安裝影像監控系統在旋轉盤(pán)上方，當出現不明影像，旋轉盤(pán)立即停止旋轉；

3) 配電柜開(kāi)門(mén)處安裝常閉開(kāi)關(guān)，當門(mén)被維修人員維修時(shí)或其他無(wú)關(guān)人員誤打開(kāi)后，自動(dòng)關(guān)閉總電輸入防止觸電^[4]。

2.2.2 對產(chǎn)品的保護

防止一些突發(fā)故障損傷產(chǎn)品，或是機械手臂運動(dòng)過(guò)程中撞到流水線(xiàn)上的產(chǎn)品。主要防護措施有：

1）光學(xué)影像全程監控流水線(xiàn)流入和流出的產(chǎn)品，當測試完成的產(chǎn)品由機械臂放置至流水線(xiàn)時(shí)，會(huì )等待1.5 m 后重新偵測放置位有無(wú)產(chǎn)品，確認無(wú)產(chǎn)品后再放置，防止機械臂撞擊產(chǎn)品；

2）夾手設計吸盤(pán)，防止產(chǎn)品放置至流水線(xiàn)時(shí)重力摔落，需夾取產(chǎn)品底部，3 kPa 吸力，加強吸取穩定性；

3）流水線(xiàn)體采用一體式，有效降低產(chǎn)品與流水線(xiàn)的落差，采用垂直向下氣缸，可以使產(chǎn)品與流水線(xiàn)落差為2 mm，降低落差^[5]。

3 結束語(yǔ)

隨著(zhù)電氣自動(dòng)化逐步成長(cháng)，電氣自動(dòng)化將成為電氣工程的支柱，為工業(yè)發(fā)展打下堅石基礎，同時(shí)也是國家強大的標志。目前中國處于高速發(fā)展狀態(tài)，智能領(lǐng)域和自動(dòng)化技術(shù)也在不斷的升級，電氣自動(dòng)化的高層次變的更加容易實(shí)現。生活水平提高與社會(huì )高速發(fā)展離不開(kāi)電氣自動(dòng)化，電氣自動(dòng)化也與其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)相鋪相成。做為電氣自動(dòng)化從業(yè)人員，還需多向前輩學(xué)習知識與經(jīng)驗去擴充自己，需做到“活到老，學(xué)到老”的精神。需時(shí)刻準備著(zhù)去抓住新的機遇，也要面對許多未知領(lǐng)域的挑戰，當經(jīng)歷重重難關(guān)，才能成為社會(huì )主義建設中的中流砥柱。

參考文獻：

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）