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    摘要：結(jié)合SMT模塊人工檢測(cè)的工作過(guò)程和自動(dòng)檢測(cè)要求，本文介紹了檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)組成和控制原理，并詳細(xì)說(shuō)明了控制程序的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)框架，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)判斷、多工段實(shí)時(shí)共享檢測(cè)信息等，極大地提高電能表生產(chǎn)企業(yè)的SMT模塊檢測(cè)效率、增強(qiáng)檢測(cè)質(zhì)量控制以及對(duì)加工故障的統(tǒng)計(jì)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。

    關(guān)鍵詞：ADAM模塊；SMT模塊；串口服務(wù)器；自動(dòng)檢測(cè)裝置

    Abstract: Based on the manual test procedures of SMT modules and its automatic testing requirements,    this   paper introduces the design and control principles of an automatic SMT modules test system together with a detailed description of the design ideas and framework of control software. The system supports auto acquisition of test data, auto check of test results, real-time sharing of multi-section’s information and diagnostic report of failed modules.Therefore, it can greatly improve the test efficiency of SMT modules in electric energy meter production enterprises. The system also provides statistical fault analysis to enable an enterprise to improve its manufacturing process.

    Key words: ADAM(Advantech Data Acquirement Module); SMT (Surface Mounted Technology) modules; Serial server; Automatic test device

    生產(chǎn)車(chē)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(jiǎn)易工裝的辦法進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試點(diǎn)一般設(shè)計(jì)較少，檢測(cè)的結(jié)果采用模塊加工流程單進(jìn)行記錄，檢測(cè)質(zhì)量主要依靠工人個(gè)人的素質(zhì)與能力，檢測(cè)效率較為低下，檢測(cè)質(zhì)量一般難以控制，并且品質(zhì)部后期對(duì)檢測(cè)記錄做統(tǒng)計(jì)分析的工作量很大。

    根據(jù)SMT模塊檢測(cè)的工藝要求，技術(shù)部提出了自動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)的基本要求，再結(jié)合車(chē)間當(dāng)前人工檢測(cè)的過(guò)程，設(shè)計(jì)出一款實(shí)用的SMT模塊自動(dòng)檢測(cè)裝置。

    SMT模塊自動(dòng)檢測(cè)裝置采用ADAM模塊作為AD信號(hào)采集、脈沖信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集、開(kāi)關(guān)量輸出控制，檢測(cè)類(lèi)型豐富、測(cè)試點(diǎn)組合比較靈活，結(jié)合PC機(jī)自動(dòng)檢測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)判斷、多工段實(shí)時(shí)共享檢測(cè)信息等，極大地提高電能表生產(chǎn)企業(yè)的SMT模塊檢測(cè)效率、增強(qiáng)檢測(cè)質(zhì)量控制以及對(duì)加工故障的統(tǒng)計(jì)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(dòng)檢測(cè)裝置基本要求

    1.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)測(cè)試4個(gè)SMT模塊，具體可參考圖1的工裝結(jié)構(gòu)。

                   
                                     圖1 工裝結(jié)構(gòu)參考圖

    1.2　硬件設(shè)計(jì)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(dòng)開(kāi)關(guān)，用于控制整個(gè)裝置上、下電；

    •   氣動(dòng)壓接設(shè)計(jì)雙壓接開(kāi)關(guān)，防止因不小心碰到開(kāi)關(guān)引起誤操作；

    •  解除壓接設(shè)計(jì)單開(kāi)關(guān)。

    （2）電源要求

    •   檢測(cè)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(hào)可調(diào)，用來(lái)提供計(jì)量電路采樣輸入測(cè)試信號(hào)；

    •  直流24V、12V、5V、3.3V電源，電壓精度控制±0.05V。

    （3）信號(hào)量輸出

    • SMT模塊自動(dòng)上、下電控制信號(hào)，1拖4公用；

    •   檢測(cè)結(jié)果狀態(tài)指示信號(hào)，不合格表位亮紅燈提示，1×4分開(kāi)控制。

    （4）信號(hào)量輸入

    •  校表脈沖采集，1×4分開(kāi)采樣；

    •  時(shí)鐘脈沖采集，1×4分開(kāi)采樣；

    •  無(wú)功脈沖采集，1×4分開(kāi)采樣；

    •  報(bào)警繼電器輸出采集，1×4分開(kāi)采樣

    •  拉合閘繼電器輸出采集，1×4分開(kāi)采樣。

    （5）模擬量采集

    • 485電源電壓（5VDC），1×4分開(kāi)采樣；

    •  時(shí)鐘電池電壓（3.6VDC），1×4分開(kāi)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(kāi)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(kāi)采樣；

    •   MCU工作電壓（3-5VDC），1×4分開(kāi)采樣；

    •   時(shí)鐘電池電流（1-1000uA），前端增加電流放大電路，1×4分開(kāi)采樣；

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

    •   SMT模塊接線端子N電流（交流電流10mA以下），1×4分開(kāi)采樣。

    （6）通訊測(cè)試

    •  485 1通訊測(cè)試，1×4分開(kāi)，響應(yīng)應(yīng)答模式；

    •  485 2通訊測(cè)試，1拖4公用，響應(yīng)應(yīng)答模式；

    •  紅外通訊測(cè)試，1拖4公用，響應(yīng)應(yīng)答模式。

    2　自動(dòng)化檢測(cè)裝置系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及控制原理

    2.1　硬件設(shè)計(jì)

    整個(gè)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(hào)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(hào)調(diào)理板、汽缸和針床制作成一套檢測(cè)裝置。

    整個(gè)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(dòng)檢測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì)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(cè)試數(shù)量為4時(shí)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(cè)試數(shù)量為4時(shí)需要AD通道數(shù)量為8×4=32路，選用4個(gè)臺(tái)灣研華遠(yuǎn)程I/O模塊ADAM4117。

    （3）信號(hào)量輸入、輸出模塊

    •   根據(jù)模塊測(cè)試數(shù)量為4時(shí)需要信號(hào)量輸入通道數(shù)量為20路、信號(hào)量輸出通道數(shù)量為5路，選用臺(tái)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(gè)。

    （4）信號(hào)調(diào)理板

    信號(hào)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(cè)試電壓；

    •  提供多種規(guī)格直流供電電壓；

    •   SMT模塊通過(guò)針床頂針接觸測(cè)試點(diǎn)檢測(cè)的原始信號(hào)需要進(jìn)行預(yù)處理才能接入到ADAM模塊，如電流檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)、無(wú)源脈沖信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換成有源輸出、拉合閘控制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平信號(hào)輸出等；

    •  各種引出線轉(zhuǎn)接。

    基于上述原因信號(hào)調(diào)理板采取自制，硬件設(shè)計(jì)原理圖參見(jiàn)圖4。

              
                               圖4 調(diào)理板硬件設(shè)計(jì)原理圖

    2.2　控制原理

    該檢測(cè)裝置通過(guò)汽缸從上往下頂壓SMT模塊使針床頂針接觸各測(cè)試點(diǎn)，檢測(cè)信號(hào)首先經(jīng)過(guò)調(diào)理板轉(zhuǎn)接或信號(hào)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(hào)的采集，檢測(cè)控制軟件通過(guò)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(cè)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(kù)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(cè)控制軟件通過(guò)串口服務(wù)器控制ADAM4150模塊輸出高、低電平信號(hào)控制調(diào)理板上電源控制繼電器吸合、斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)。 

    3　自動(dòng)檢測(cè)控制程序設(shè)計(jì)

    3.1　編程環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)選用

    考慮到ADAM模塊的驅(qū)動(dòng)及樣例采用C#語(yǔ)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(kù)，遠(yuǎn)程直接在ERP的SQL Server 2008中開(kāi)放空間保存。

    3.2　SMT模塊自動(dòng)化檢測(cè)工作過(guò)程

                 
                             圖5 SMT模塊自動(dòng)化檢測(cè)工作過(guò)程

    SMT模塊自動(dòng)化檢測(cè)工作過(guò)程主要包括檢測(cè)裝置上電、PC機(jī)軟件登錄、檢測(cè)方案加載、人工上表、條碼掃描、氣動(dòng)壓接、啟動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)流程、斷電檢測(cè)、檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)分析、不合格指示、氣動(dòng)解壓、人工下表等。

    SMT模塊自動(dòng)化檢測(cè)工作流程即為控制程序設(shè)計(jì)的基本工作流程，參見(jiàn)圖5。

    3.3　軟件設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)框架

    3.3.1　軟件登錄

                   
                                 圖6 軟件登錄界面

    具備帳號(hào)、密碼輸入窗口；有注冊(cè)帳號(hào)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(cè)方案加載

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

    •  工序名

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

    •  整機(jī)物料編碼

    檢測(cè)方案系統(tǒng)參數(shù)，檢測(cè)方案編制時(shí)可配置，主要用于檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)保存的大類(lèi)區(qū)分。

    •  條碼段

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

                     
                                   圖7 檢測(cè)操作界面示意圖

    • 485電源電壓

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置判斷閥值，并且該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  時(shí)鐘電池電壓

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  穩(wěn)壓管前電壓

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  穩(wěn)壓管后電壓

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    • MCU工作電壓

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    • 485通道1

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置檢測(cè)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(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    • 485通道2

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置檢測(cè)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(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  紅外通道

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置檢測(cè)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(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  校表脈沖

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置采樣時(shí)間、采樣脈沖個(gè)數(shù)范圍，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  無(wú)功脈沖

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置采樣時(shí)間、采樣脈沖個(gè)數(shù)范圍，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  時(shí)鐘脈沖

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置采樣時(shí)間、采樣脈沖個(gè)數(shù)范圍，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  時(shí)鐘電池電流

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置采集電流的延時(shí)時(shí)間、電流判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  停抄電池電流

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置采集電流的延時(shí)時(shí)間、電流判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  模塊工作電流

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置采集電流的延時(shí)時(shí)間、電流判斷閥值，該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  報(bào)警繼電器輸出狀態(tài)

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  拉合閘輸出狀態(tài)

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置該項(xiàng)目是否測(cè)試可選。

    •  人工檢測(cè)項(xiàng)目

    檢測(cè)方案編制時(shí)可配置人工檢測(cè)項(xiàng)目，人工檢測(cè)項(xiàng)目有：液晶、背光、LED燈、上下左右四個(gè)翻頁(yè)按鍵、編程鍵、開(kāi)蓋開(kāi)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(cè)方案數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為三張表，表之間關(guān)聯(lián)字段為方案編號(hào)，由數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成，具體如下：

    •  檢測(cè)方案表TXL_Scheme

           

    •  檢測(cè)方案具體內(nèi)容表TXL_SchList

                      表1 具體檢測(cè)類(lèi)型對(duì)應(yīng)參數(shù)
             
 
                               表2 具體檢測(cè)類(lèi)型對(duì)應(yīng)參數(shù)
                
 
                              表3 具體檢測(cè)類(lèi)型對(duì)應(yīng)參數(shù)
                  

    •  人工檢測(cè)項(xiàng)目表TXL_SchList

          

    3.3.3　接口初始化

    根據(jù)檢測(cè)方案，自動(dòng)配置串口服務(wù)器擴(kuò)展的虛擬串口，并對(duì)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(dòng)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(duì)應(yīng)輸入窗口表位一致，保證測(cè)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(xiàng)。

    軟件設(shè)計(jì)思路：首先根據(jù)掃描的條碼判斷條碼的有效性（12位長(zhǎng)度），長(zhǎng)度不對(duì)，提示條碼錯(cuò)誤退出；長(zhǎng)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(kù)進(jìn)行驗(yàn)證；存在對(duì)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(dòng)壓接

    模塊壓接，采用氣動(dòng)操作，壓接后微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸發(fā)軟件啟動(dòng)電源控制端，被測(cè)模塊上電。

    3.3.6　啟動(dòng)檢測(cè)

    等待被測(cè)模塊電源穩(wěn)定（時(shí)間可設(shè)，缺省100ms），自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)化檢測(cè)流程。

    設(shè)計(jì)思路：自動(dòng)化檢測(cè)流程按照檢測(cè)次序依次進(jìn)行，是否對(duì)某項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試根據(jù)方案設(shè)置。

    主要預(yù)設(shè)檢測(cè)過(guò)程有：

    • ADAM模塊啟動(dòng)AD采樣，測(cè)試值實(shí)時(shí)在界面上顯示（測(cè)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(dòng)I/O采樣，測(cè)試值實(shí)時(shí)在界面上顯示（測(cè)試合格的數(shù)值顯示藍(lán)色，不合格的顯示紅色）；

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

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

    •  通過(guò)RS485通道1進(jìn)行通訊要求項(xiàng)目測(cè)試，根據(jù)方案設(shè)置可選；

    •  通過(guò)RS485通道2進(jìn)行通訊要求項(xiàng)目測(cè)試，根據(jù)方案設(shè)置可選；

    •  通過(guò)紅外通道進(jìn)行通訊要求項(xiàng)目測(cè)試，根據(jù)方案設(shè)置可選。

    3.3.7　人工檢測(cè)

    某些項(xiàng)目無(wú)法通過(guò)本裝置自動(dòng)化檢測(cè)，比如指示燈顏色錯(cuò)、液晶臟、按鍵不靈等，需通過(guò)人工操作目測(cè)，然后將測(cè)試結(jié)果在人工檢測(cè)欄目上勾選出對(duì)應(yīng)的不合格項(xiàng)目，系統(tǒng)自動(dòng)記錄并作為模塊判定不合格的依據(jù)。

    3.3.8　斷電檢測(cè)

    當(dāng)自動(dòng)化檢測(cè)流程項(xiàng)目檢測(cè)完成后，斷電按鈕會(huì)閃爍，如果人工檢測(cè)項(xiàng)目已經(jīng)測(cè)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(cè)。

    3.3.9　停止檢測(cè)

    在測(cè)試結(jié)果欄顯示出合格或不合格，停止檢測(cè)按鈕會(huì)閃爍，可點(diǎn)擊停止檢測(cè)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)輸出測(cè)試結(jié)果并將測(cè)試結(jié)果上傳給ERP系統(tǒng)，如ERP系統(tǒng)連接斷開(kāi)則將測(cè)試結(jié)果保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)清空4個(gè)表位的測(cè)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(cè)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)擊停止檢測(cè)按鈕。

    3.3.10　氣動(dòng)解壓

    解除模塊壓接，氣動(dòng)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(cè)試，手動(dòng)拆卸已測(cè)模塊，軟件處于等待階段。

    3.3.12　檢測(cè)下一組模塊

    重復(fù)人工上表、條碼掃描開(kāi)始的步驟，檢測(cè)下一組被測(cè)模塊。

    4　結(jié)束語(yǔ)

    采用基于ADAM模塊設(shè)計(jì)的SMT模塊自動(dòng)檢測(cè)裝置，極大的提高了SMT模塊檢測(cè)的自動(dòng)化水平，檢測(cè)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(shí)也極大的減輕了以往手動(dòng)檢測(cè)時(shí)操作工的負(fù)擔(dān)，提高了檢測(cè)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(guò)ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多工段實(shí)時(shí)共享檢測(cè)信息，增強(qiáng)了檢測(cè)質(zhì)量的管控以及對(duì)加工故障的統(tǒng)計(jì)分析，為模塊維修提供了較為清晰的故障原因方便維修。

    作者簡(jiǎn)介

    朱信洪（1973-），男,   浙江義烏人，工程師，大學(xué)本科，主要從事PC機(jī)軟件、嵌入式軟件以及智能儀表的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。