應(yīng)用領(lǐng)域：汽車(chē)電子測(cè)試

挑戰(zhàn):油泵功能測(cè)試需要對(duì)油泵支架的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試，要求測(cè)試系統(tǒng)具備良好的可靠性與時(shí)實(shí)性。測(cè)試的過(guò)程不僅包括多種儀器的控制還包括數(shù)據(jù)采集及運(yùn)動(dòng)控制的內(nèi)容。因此，需要建立一套可進(jìn)行多功能測(cè)試開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，并且系統(tǒng)必須具備良好的可靠性與時(shí)實(shí)性。

應(yīng)用方案：油泵支架功能測(cè)試臺(tái)主要用于油泵支架各項(xiàng)性能的測(cè)試，主要包括液位阻值(TSG電阻)、油泵啟動(dòng)電流、CO電阻、DRV電阻、油泵轉(zhuǎn)動(dòng)極性和系統(tǒng)條碼等一系列關(guān)鍵參數(shù)。其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響油泵支架系統(tǒng)的出廠(chǎng)指標(biāo)及質(zhì)量。這些參數(shù)的測(cè)試，不但需要測(cè)試系統(tǒng)具有高精度與高實(shí)時(shí)性，而且需要其設(shè)備具有高可靠性與現(xiàn)場(chǎng)抗干擾的能力。

COMPACTRIO測(cè)試系統(tǒng)是一種基于FPGA的底層開(kāi)放的高可靠性、高精度的測(cè)試系統(tǒng)，它是由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司針對(duì)工業(yè)場(chǎng)合復(fù)雜環(huán)境條件下測(cè)試要求而推出的。該系統(tǒng)特別適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)環(huán)境差，而測(cè)試可靠性與實(shí)時(shí)高的場(chǎng)合。其與傳統(tǒng)的PCI或PXI采集卡搭建的系統(tǒng)相比，具有高可靠性、高精度、高實(shí)時(shí)性、高性?xún)r(jià)比，使用不受場(chǎng)合與地點(diǎn)的限制等一系列優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)相比，則具有響應(yīng)速度快、采集及控制更為靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，基于FPGA的COMPACTRIO測(cè)試技術(shù)必將給工業(yè)測(cè)試場(chǎng)合帶來(lái)一種全新的測(cè)試?yán)碚?而對(duì)工業(yè)測(cè)試技術(shù)帶來(lái)重要而深遠(yuǎn)的影響。

使用的產(chǎn)品：

LabVIEW2009 SP1 RT FPGA

NI cRIO-9074

NI 9205

NI 9411

NI 9401

NI9476

NI 9425

NI 9870

正文：

1 概述*

XLM2線(xiàn)功能測(cè)試臺(tái)主要承擔(dān)對(duì)油泵支架總成各項(xiàng)性能的檢測(cè)。主要針對(duì)通用公司以及福特公司的12種配套車(chē)型的油泵支架系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。其主要測(cè)試參數(shù)包括：油體浮子液位阻值(TSG電阻)，油泵啟動(dòng)電流，CO接地電阻，DRV接地電阻，油泵轉(zhuǎn)動(dòng)極性以及產(chǎn)品條碼掃描等一系列關(guān)鍵參數(shù)。其測(cè)試結(jié)果直接關(guān)系到油泵支架系統(tǒng)的出廠(chǎng)指標(biāo)以及產(chǎn)品質(zhì)量，其功能測(cè)試臺(tái)處于整條生產(chǎn)線(xiàn)最終檢測(cè)環(huán)節(jié)而顯得異常重要。

針對(duì)以上測(cè)試要求，若采用傳統(tǒng)的基于PCI數(shù)據(jù)采集的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，受到上位機(jī)操作系統(tǒng)以及測(cè)試環(huán)境的影響較大。而基于PLC進(jìn)行開(kāi)發(fā)又會(huì)受到采集速度等條件的限制。所以本文采用美國(guó)國(guó)家儀器公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)NI公司)近年來(lái)最新推出的COMPACTRIO測(cè)試技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它是一種基于底層FPAG進(jìn)行編程的技術(shù)，包含一個(gè)實(shí)時(shí)控制器與可重新配置的FPGA芯片，底層硬件資源對(duì)用戶(hù)開(kāi)放，避免了受到軟件操作系統(tǒng)以及固有采集模式的限制，具備良好的靈活性與可靠性。

2 測(cè)試系統(tǒng)功能及硬件構(gòu)架

油泵支架功能測(cè)試臺(tái)如圖1所示。

圖1 油泵支架功能測(cè)試臺(tái)

測(cè)試臺(tái)的測(cè)試功能可以分為3個(gè)基本部分

1) 設(shè)備儀器控制

包括TSG電阻測(cè)試驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)控制、掃碼儀控制以及極性探測(cè)器的控制。

其中TSG電阻測(cè)試要求控制測(cè)試電機(jī)處在恒速條件下，整個(gè)過(guò)程分為三個(gè)階段，如圖2所示。

圖2 TSG阻值測(cè)試過(guò)程

2) 模擬信號(hào)采集

包括對(duì)TSG電阻、CO電阻以及DRV值的測(cè)量。

3) I/O控制

包括對(duì)負(fù)壓吸緊氣缸、CO探針氣缸、DRV上推氣缸，DRV探針氣缸以及多個(gè)繼電器進(jìn)行信號(hào)輸出控制，同時(shí)對(duì)工件識(shí)別光電開(kāi)關(guān)、高度上下限接近開(kāi)關(guān)，零位接近開(kāi)關(guān)、安全繼電器以及雙手控制器進(jìn)行輸入信號(hào)捕捉。

測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)架：

由于本系統(tǒng)功能測(cè)試類(lèi)型較多，單一的數(shù)據(jù)采集設(shè)備或I/O控制設(shè)備都難以滿(mǎn)足要求。經(jīng)過(guò)多次比較與選型，本測(cè)試系統(tǒng)采用NI公司最新推出的COMPACTRIO測(cè)試技術(shù)，基于低層FPGA編程的NI cRIO-9074進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)架。該系統(tǒng)構(gòu)架結(jié)構(gòu)如表1所示。

其系統(tǒng)硬件如圖3所示：

圖3 cRIO-9074測(cè)試系統(tǒng)

其中各模塊功能以及采集量分析如表2所示：

系統(tǒng)接線(xiàn)實(shí)物電氣圖如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)接線(xiàn)實(shí)物圖

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件組成

系統(tǒng)的軟件界面如圖5所示。

圖5測(cè)試系統(tǒng)軟件測(cè)試界面

其操作功能如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)測(cè)試功能

3.1 自動(dòng)測(cè)試功能。系統(tǒng)具備自動(dòng)測(cè)試功能，其詳細(xì)測(cè)試工藝如4所述。

3.2 手動(dòng)測(cè)試功能。如圖7所示。系統(tǒng)具備對(duì)測(cè)試運(yùn)動(dòng)控制部件進(jìn)行手動(dòng)控制功能，可進(jìn)行所有運(yùn)動(dòng)控制的手動(dòng)調(diào)整，方便系統(tǒng)調(diào)試。

圖7 手動(dòng)功能測(cè)試界面

3.3 校驗(yàn)功能。由于本測(cè)試系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行于生產(chǎn)線(xiàn)，測(cè)試的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性非常重要。本測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)了光電開(kāi)關(guān)校驗(yàn)，高度校驗(yàn)，TSG阻值校驗(yàn)，DRV阻值校驗(yàn)，CO阻值校驗(yàn)，啟動(dòng)電流校驗(yàn)，極性校驗(yàn)。通過(guò)相應(yīng)操作界面定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，可保證系統(tǒng)長(zhǎng)期測(cè)試的可靠性。

3.4 測(cè)試工件參數(shù)選型。本系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置各種生產(chǎn)線(xiàn)測(cè)試工件類(lèi)型，通過(guò)測(cè)試工件選型，測(cè)試參數(shù)將自動(dòng)加載入測(cè)試界面。

3.5 測(cè)試數(shù)據(jù)記錄。在工件測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)將自動(dòng)記錄并保存。

4 系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試工藝過(guò)程

系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試工藝過(guò)程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試工藝

1) 工件識(shí)別。當(dāng)工件被正常裝入測(cè)試夾具后，系統(tǒng)將對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并判斷是否合格，如果工件識(shí)別正確，則進(jìn)行下一個(gè)工序測(cè)試。如果沒(méi)有工件放入，或工件放置位置錯(cuò)誤，則系統(tǒng)自動(dòng)提示工件識(shí)別錯(cuò)誤報(bào)警并停止測(cè)試。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

2) 掃描條碼識(shí)別。當(dāng)工件被識(shí)別后，掃描條碼器自動(dòng)打開(kāi)對(duì)測(cè)試工件進(jìn)行條碼掃描。如果掃描編碼與預(yù)設(shè)掃描客戶(hù)編碼一致，系統(tǒng)自動(dòng)判斷掃描條碼合格，關(guān)閉掃描條碼器，并進(jìn)行下一道工序測(cè)試。如果掃描編碼與預(yù)設(shè)掃描客戶(hù)編碼不一致，則系統(tǒng)自動(dòng)提示掃描條碼錯(cuò)誤報(bào)警并停止測(cè)試。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

3) TSG電阻值測(cè)試。當(dāng)工件條碼掃描合格后，系統(tǒng)將根據(jù)型號(hào)選擇，確定是否進(jìn)行TSG電阻測(cè)試。如果TSG電阻測(cè)試被選中，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行TSG電阻測(cè)試。否則，系統(tǒng)將跳過(guò)本道測(cè)試工序，進(jìn)行下一道工序的測(cè)試。

在進(jìn)行TSG電阻測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)將控制電機(jī)測(cè)試絲桿帶動(dòng)被測(cè)工件的浮子進(jìn)行TSG電阻測(cè)試，并將整個(gè)測(cè)試過(guò)程以高度為橫坐標(biāo)，以測(cè)試阻值為縱坐標(biāo)的測(cè)試特性曲線(xiàn)記錄下來(lái)，同預(yù)先設(shè)置好的檢驗(yàn)范圍進(jìn)行對(duì)比。如圖9所示。

圖9 TSG測(cè)試曲線(xiàn)與檢驗(yàn)范圍窗

如果測(cè)試點(diǎn)測(cè)試結(jié)果均在檢驗(yàn)范圍內(nèi)，則判定TSG電阻測(cè)試合格，進(jìn)行下一道工序測(cè)試。如果其中一個(gè)或多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)超過(guò)檢驗(yàn)范圍，則系統(tǒng)自動(dòng)提示TSG電阻測(cè)試錯(cuò)誤報(bào)警并停止測(cè)試。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

4) 啟動(dòng)電流測(cè)試。當(dāng)工件TSG電阻測(cè)試合格后(如果系統(tǒng)選擇進(jìn)行TSG電阻測(cè)試)，系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟測(cè)試電源，進(jìn)行工件啟動(dòng)電流測(cè)試，并求取啟動(dòng)電流的最大值與預(yù)先設(shè)置的允許最大啟動(dòng)電流進(jìn)行對(duì)比。如果測(cè)試結(jié)果小于預(yù)設(shè)值，則判定啟動(dòng)電流測(cè)試合格，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行下一工序測(cè)試，否則系統(tǒng)自動(dòng)提示啟動(dòng)電流錯(cuò)誤報(bào)警。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

5) 極性測(cè)試。當(dāng)啟動(dòng)電流測(cè)試合格后系統(tǒng)將打開(kāi)極性傳感器，在工件加電工作條件下進(jìn)行極性測(cè)試。如果工件工作正常，則極性測(cè)試合格，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行下一工序測(cè)試，否則系統(tǒng)自動(dòng)提示極性錯(cuò)誤報(bào)警。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

6) DRV電阻測(cè)試。當(dāng)極性測(cè)試合格后，系統(tǒng)將根據(jù)型號(hào)選擇，確定是否進(jìn)行DRV電阻測(cè)試。如果DRV電阻測(cè)試被選中，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行DRV電阻測(cè)試。否則，系統(tǒng)將跳過(guò)本道測(cè)試工序，進(jìn)行下一道工序的測(cè)試。

在進(jìn)行DRV電阻測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)將控制DRV上推氣缸前進(jìn)至DRV電阻待測(cè)位置，并推動(dòng)DRV測(cè)試氣針接觸到DRV電阻測(cè)試位置。 然后自動(dòng)測(cè)試工件DRV電阻，并同預(yù)先設(shè)置好的檢測(cè)范圍進(jìn)行對(duì)比，如果測(cè)試結(jié)果在預(yù)設(shè)的檢測(cè)范圍以?xún)?nèi)，則判定DRV電阻測(cè)試合格，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行下一工序測(cè)試，否則系統(tǒng)自動(dòng)提示DRV電阻測(cè)試錯(cuò)誤報(bào)警。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

7) CO電阻測(cè)試。CO電阻的測(cè)試工藝與DRV電阻的測(cè)試工藝基本相似。即當(dāng)DRV電阻測(cè)試合格后，系統(tǒng)將根據(jù)型號(hào)選擇，確定是否進(jìn)行CO電阻測(cè)試。如果CO電阻測(cè)試被選中，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行CO電阻測(cè)試，否則系統(tǒng)將結(jié)束測(cè)試。并提示操作人員工件所有測(cè)試參數(shù)合格，請(qǐng)取走工件，并開(kāi)始下一工件的參數(shù)測(cè)試。

在進(jìn)行CO電阻測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)將CO測(cè)試氣針接觸到CO電阻測(cè)試位置后，自動(dòng)測(cè)試工件CO電阻。在測(cè)試完成后，自動(dòng)同預(yù)先設(shè)置好的檢測(cè)范圍進(jìn)行對(duì)比。如果測(cè)試結(jié)果在預(yù)設(shè)的檢測(cè)范圍以?xún)?nèi)，則CO電阻測(cè)試合格，并結(jié)束整個(gè)測(cè)試。否則系統(tǒng)自動(dòng)提示CO電阻測(cè)試錯(cuò)誤報(bào)警。需手動(dòng)復(fù)位，并重新開(kāi)始測(cè)試。

5 總結(jié)

本油泵支架測(cè)試臺(tái)是聯(lián)合汽車(chē)電子有限公司西安廠(chǎng)針對(duì)油泵支架專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用NI公司COMPACTRIO測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，目前已經(jīng)投入生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)功能。