四合一電氣自動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，我們主要導(dǎo)入了電氣自動化測試、無人供料車、多軸機械臂鐳雕機、自動打包機和自動預(yù)警系統(tǒng)等自動化項目，用于代替勞動力，從而實現(xiàn)節(jié)約成本。其中以電氣自動化測試最為復(fù)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(shù)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化測試系統(tǒng)。

1 智能音響測試的電氣自動化測試原理和四個子模塊功能

1.1 測試原理和測試架構(gòu)

在導(dǎo)入電氣自動化測試之前，是由操作員對產(chǎn)品搬運、接測試線、通過眼或耳主觀去判斷測試性能。如果讓操作員測試會有兩個大缺點：

因智能音響功能多，測試項目龐大，對操作員的數(shù)量需求非常大，成本高；

操作員會有疲勞度且存在主觀判斷性，易造成不良品沒有被攔截，而導(dǎo)入電氣自動化測試可有效克服這兩大缺點^[1]。其通俗原理是：由氣來代替人的手，通過西門子6ES72883AR PLC 氣控主系統(tǒng)，做插拔連接線、觸摸測試、取放產(chǎn)品等動作；由電來代替人的眼、嘴和大腦，通過LabView 開發(fā)的電控主系統(tǒng)，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(tǒng)構(gòu)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系統(tǒng)，Chroma 61603 儀器用于各弱電切換測試，Sound Check 13.0 聲學(xué)系統(tǒng)用于SPL 聲壓測試，AudioPrecision APx586B 儀器用于音頻分析，所有子系統(tǒng)均與電腦通訊，由LabView 做為基礎(chǔ)環(huán)境，自編程的測試軟件統(tǒng)一邏輯整合測試，對各子模塊控制和采集數(shù)據(jù)。

1.2 四個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(tǒng)非常重要，此電氣自動化測試系統(tǒng)經(jīng)各驗證手法完成驗證，并已投入量產(chǎn)使用。控制系統(tǒng)共2 大系統(tǒng)構(gòu)成：西門子PLC 氣控主系統(tǒng)和LabView電控主系統(tǒng)，測試子模塊共有4 個，其采用轉(zhuǎn)圈輪盤式，4 個測試穴位對應(yīng)4 個測試子模塊，每個穴位測試項目不同，通過旋轉(zhuǎn)盤，旋轉(zhuǎn)讓產(chǎn)品逐步進入4 個穴位做測試，如圖1 所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)讓產(chǎn)品逐步進入4個穴位測試圖

1.2.1 第1測試穴位

由三菱RH-6FH5520-1D-S11 四軸機械手臂，從流線上將待測產(chǎn)品夾取至轉(zhuǎn)盤的第一測試穴位。因智能音響產(chǎn)品會銷往世界各地，而每個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，氣動插拔模塊連接各種測試線于產(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，氣動假手指按系統(tǒng)軟體設(shè)定的氣壓壓力和速度進行各項觸摸測試，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(tǒng)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(tǒng)，此系統(tǒng)由聲卡、功放、Microphone、喇叭隔音罩、SPL 測試系統(tǒng)等構(gòu)成，在產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)至第三個穴位時，氣缸會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，測試時會對產(chǎn)品輸入1 個特定1 kHz 音頻數(shù)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，四軸機械手臂會將產(chǎn)品夾至不良品區(qū)域，良品則夾至流水線，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化測試系統(tǒng)邏輯

2.1 測試邏輯順序

西門子PLC 氣控主系統(tǒng)和LabView 電控主系統(tǒng)兩大系統(tǒng)相互配合工作。首先當(dāng)產(chǎn)線從流水線流至此站時，由光感Sensor 感應(yīng)并通到機械手臂夾取產(chǎn)品，由PLC氣控主系統(tǒng)，控制氣動插上所有測試連接線，通過網(wǎng)線，由HTTP 指令從產(chǎn)品內(nèi)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(tǒng)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(qū)域。由LabView 電控主系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，若某一個穴位測試FAIL，將會啟動黃色警報燈，不良品已沒必要測剩下的穴位，由機械手臂夾至不良品區(qū)域^[3]。若不良品區(qū)域已無空閑位置，將會啟動紅色警報燈提醒產(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(xì)節(jié)去展開不良品分析。完成4 個穴位所有測試項目后，機械手臂夾取良品放于流水線，并同時在MES 系統(tǒng)后臺將此序號標(biāo)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(guī)則用于保護人員和產(chǎn)品，此氣動自動化測試系統(tǒng)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(biāo)識、燈光警報或聲音警報等^[3]。警示與防護欄保護在各自動化系統(tǒng)中大同小異，不做細(xì)致探討，以下主要探討測試邏輯保護這個方面的細(xì)節(jié)，使用LabView 做為電控終端軟件，根據(jù)保護對象可分為兩個方面。

2.2.1 對人員的保護

萬物以人為首，需堅持安全第一、預(yù)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(zhuǎn)盤、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范圍邊緣，用于偵測人員或其他障礙物進行危險區(qū)域時，機械手臂立即停止運行；

2) 安裝影像監(jiān)控系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)盤上方，當(dāng)出現(xiàn)不明影像，旋轉(zhuǎn)盤立即停止旋轉(zhuǎn)；

3) 配電柜開門處安裝常閉開關(guān)，當(dāng)門被維修人員維修時或其他無關(guān)人員誤打開后，自動關(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，或是機械手臂運動過程中撞到流水線上的產(chǎn)品。主要防護措施有：

1）光學(xué)影像全程監(jiān)控流水線流入和流出的產(chǎn)品，當(dāng)測試完成的產(chǎn)品由機械臂放置至流水線時，會等待1.5 m 后重新偵測放置位有無產(chǎn)品，確認(rèn)無產(chǎn)品后再放置，防止機械臂撞擊產(chǎn)品；

2）夾手設(shè)計吸盤，防止產(chǎn)品放置至流水線時重力摔落，需夾取產(chǎn)品底部，3 kPa 吸力，加強吸取穩(wěn)定性；

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

3 結(jié)束語

隨著電氣自動化逐步成長，電氣自動化將成為電氣工程的支柱，為工業(yè)發(fā)展打下堅石基礎(chǔ)，同時也是國家強大的標(biāo)志。目前中國處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，智能領(lǐng)域和自動化技術(shù)也在不斷的升級，電氣自動化的高層次變的更加容易實現(xiàn)。生活水平提高與社會高速發(fā)展離不開電氣自動化，電氣自動化也與其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)相鋪相成。做為電氣自動化從業(yè)人員，還需多向前輩學(xué)習(xí)知識與經(jīng)驗去擴充自己，需做到“活到老，學(xué)到老”的精神。需時刻準(zhǔn)備著去抓住新的機遇，也要面對許多未知領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，當(dāng)經(jīng)歷重重難關(guān)，才能成為社會主義建設(shè)中的中流砥柱。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）