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    摘要：結(jié)合SMT模塊人工檢測的工作過程和自動檢測要求，本文介紹了檢測裝置的設(shè)計組成和控制原理，并詳細說明了控制程序的設(shè)計思路和設(shè)計框架，實現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)自動采集、檢測結(jié)果自動判斷、多工段實時共享檢測信息等，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。

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

    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行檢測，測試點一般設(shè)計較少，檢測的結(jié)果采用模塊加工流程單進行記錄，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)合車間當前人工檢測的過程，設(shè)計出一款實用的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、測試點組合比較靈活，結(jié)合PC機自動檢測軟件，實現(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)。

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

    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）、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)拓撲圖如圖3所示。

             
                                圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

    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：

    •  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檢測的原始信號需要進行預(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。

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

    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，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模塊負責電壓采樣、ADAM4150和ADAM4053模塊負責脈沖量、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；點擊登陸按鈕登陸系統(tǒng)，點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、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：

    •  檢測方案表TXL_Scheme

           

    •  檢測方案具體內(nèi)容表TXL_SchList

                      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

          

    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)庫進行驗證；存在對應(yīng)的合格記錄，不允許進入下一步流程并提示條碼已檢；不存在合格記錄，進入下一步流程。

    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行，是否對某項目進行測試根據(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，測試值實時在界面上顯示（測試合格的數(shù)值顯示藍色，不合格的顯示紅色）；

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

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

    •  通過RS485通道1進行被測模塊初始化，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，那么可點擊斷電按鈕進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)操作人員不點擊停止檢測按鈕，系統(tǒng)自動點擊停止檢測按鈕。

    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擔，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)濟效益。通過ERP系統(tǒng)實現(xiàn)多工段實時共享檢測信息，增強了檢測質(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。

    作者簡介

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