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基于虛擬儀器技術的手機翻蓋耐久性測試系統
摘要：本文介紹一種手機翻蓋耐久性測試系統。該系統由National Instruments公司的PXI-8186控制器、PXI-7344、UMI-7764、YASKAWA公司的SGDL-04AS伺服單元和SGML-04AF12伺服電機以及基于虛擬儀器的用戶界面組成。該測試系統使用虛擬儀器使系統規模最小化，提高系統的穩定性且易于維護和擴展，操作界面友好。關鍵詞：虛擬儀器；測試系統；伺服單元；伺服電機
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor
手機翻蓋耐久性測試即將待測翻蓋手機重復開合預設的次數，然后觀察手機的各部分性能是否完好，這在翻蓋手機的生產過程中是相當重要的一環。以往采用氣動方式的系統運行速度較慢（約為每2秒1次）且操作界面不夠友好。本文介紹的基于虛擬儀器技術的手機翻蓋耐久性測試系統采用NI Motion 控制模塊控制伺服電機進行驅動，運行速度可達到原來的4倍多且同時可對4部手機進行測試，而采用National Instruments公司的虛擬儀器（LabVIEW）進行開發，使操作界面非常友好。
在測試過程中操作人員針對每批不同型號的手機在初次測試時可使用微調功能將各個參數調整至理想值，并且可將這些參數存成相應的配置文件以備以后測試同樣型號手機時使用，這樣大大減少了每次測試時的重復操作，提高了系統的自動化程度。
1. 系統原理及概述
1.1 運動控制原理
運動控制的原理簡單來說即由運動控制模塊發出控制信號，如脈沖信號和模擬電壓量等，這兩種控制信號分別對應于位置控制模式和速度控制模式，伺服電機在相應的模式下接收到控制信號便能按照預定的方式運動。但是電機的運動存在誤差，特別在模擬的速度控制模式下，因此需要電機發出編碼信號反饋到運動控制模塊，使運動控制模塊能夠根據實際的運動情況做出相應的補償來消除累計誤差，這一點對于本系統這樣需要長時間連續運行的系統來說尤為重要。下圖為運動控制的簡單原理示意圖：
1.2 系統概述
本系統利用NI Motion 控制模塊對伺服電機運動進行速度控制，按照用戶設置的參數驅動相應的撥片、撥桿控制手機翻蓋的開合。整個系統框圖如圖2所示：
整個系統由兩部分組成：運動控制部分和測試平臺部分。運動控制部分由NI PXI控制器和運動控制模塊NI PXI-7344發出運動控制電壓信號V-REF，通過NI UMI 7764接至伺服電機驅動器。測試平臺部分包括兩套獨立的平臺，每套平臺有一組電機控制4臺待測手機翻蓋的開合（見圖3）。全部4臺電機的控制信號分別由NI PXI-7344的4軸提供。每臺電機上均有編碼信號反饋至運動控制模塊以形成閉環控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信號反饋至運動控制模塊用以確定系統的初始位置以及防止電機運動超出極限位置。
2. 硬件連接
硬件配線包括伺服單元與伺服電機的連接、運動控制模塊與伺服單元的連接。其中伺服單元與伺服電機的連接有專用的電纜和相應的端子定義，與伺服單元和伺服電機的的類型有關。下圖是運動控制模塊與伺服單元的連接以及限位信號的連接圖：
3. 軟件結構和功能
整個軟件是在National Instruments公司的面向對象的圖形化編程語言LabVIEW 7.1下開發完成的，從上到下分為三層：高層通訊層，中層運動控制層，以及底層的驅動程序和開發環境支持。
底層開發環境和驅動程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括LabVIEW 7.1圖形化編程環境和運動控制板卡的驅動程序。中層的運動控制層是在LabVIEW環境下編程實現電機的運動控制，包括電機運動位置、速度以及對于本系統整體的運動流程。高層的通訊層是用于將用戶設置的各項參數傳遞到運動控制層，同時將用戶所需信息如當前運動速度、剩余時間等反饋到用戶界面。
4. 基于虛擬儀器的操作界面
本系統使用LabVIEW 7.1設計了友好的操作界面，如圖5所示：
測試程序操作步驟：
表1 操作界面控件功能
編號
名稱
功能
1
User Type
指示當前的用戶類型（ Operator 、 Engineer 、 Administrator ）
2
Cycle Counter
預先可設置的翻蓋次數，系統運行到達上限時該平臺停止運行。
3
Start Angle 1
End Angle 1
撥片的起始角度（如 180° ）和終止角度（如 100° ），通過微調（ Jog ）過程來確定。
4
Start Angle 2
End Angle 2
撥桿的起始角度（如 0° ）和終止角度（如 130° ），通過微調（ Jog ）過程來確定。
5
Velocity
電機運動過程中的最大速度。
6
Acceleration
電機啟動與停止時的加（減）速度。
7
Time 1-2
撥片開始往回動作到撥桿開始動作之間的時間間隔。
8
Time 2-1
撥桿開始往回動作到撥片開始動作之間的時間間隔。減小上述 2 個參數可以有效加快系統的運行速度。
9
Current Cycle
輸出指示當前時刻的翻蓋次數。
10
Cycle/s
輸出指示當前時刻每秒翻蓋的次數。
11
Left Time (h)
輸出指示到預設的翻蓋次數所剩余的時間。
12
Load Setting
按該控件從指定的文件載入上述的控制參數。并使撥桿、撥片到達載入的文件中所制定的位置。此時該平臺其它控件不可用。
13
Save Setting
按該控件將上述控制參數存入指定的文件。此時該平臺其它控件不可用。（ Operator 用戶不可用）
14
Initialize
系統初始化。（ Operator 用戶不可用）
使撥片、撥桿到達預定的初始位置并停止。此時該平臺其它控件不可用。
15
Jog
微調操作。（ Operator 用戶不可用）
按該控件彈出微調面板，用戶可以將撥片、撥桿微調至理想位置。
此時該平臺其它控件不可用。
16
Test/Continue
開始（繼續）測試。有以下兩種情況：
⑴ 前一操作為 Pause 時按該控件表示繼續測試，參數 #8 在原來基礎上繼續增加。
⑵ 前一操作為 Stop 或到達預設上限停止時按該控件表示開始新測試，參數 #8 從 0 開始增加。
此時該平臺僅有 Pause 和 Stop 可用。
17
Pause
暫停測試。
此時系統停止運行，參數 #8 保持不變。暫停后該平臺除 Pause 和 Stop 其它控件均可用。
18
Stop
停止測試。
此時系統停止運行，參數 #8 為 0 。停止后該平臺除 Pause 和 Stop 其它控件均可用。
19
Setting File
Path
設置讀取或寫入控制參數文件的默認路徑。
20
Change User
按該控件改變用戶身份，登錄成功后相應權限會發生變化。
21
Config
配置 NI PXI-7344 Board ID 及各軸與電機間對應關系。除非硬件連接發生改動請不要隨意使用該控件并修改面板設置，否則可能導致系統無法正常運行。（僅有 Administrator 用戶可用）
22
Exit
退出系統。
1） 運行程序，系統自動以Operator登錄。
2） 系統開始對運動控制模塊進行初始化，完成后彈出對話框詢問是否需要載入控制參數，若選No則系統自動載入上次退出程序時的設置并使撥桿、撥片到達相應位置。若選Yes系統繼續彈出對話框詢問需要載入哪套平臺的控制參數。選定后系統載入相應配置文件并使撥桿、撥片到達相應位置。
3） 若所測手機型號已有相應配置文件存在，跳至5）步。若該型號為初次測試，則以Engineer登錄。按Initialize控件使該平臺初始化。
4） 按Jog控件進入微調模式。將夾具微調至理想的起始位置和終止位置并記下對應角度值。按OK控件回到主面板并將控制參數#2、#3改為微調得到的結果。按Save Setting將當前設置存成新型號的配置文件。
5） 按Test/Continue控件開始測試。
6） 此時有3種不同情況：
① 等待翻蓋次數到達控制參數#1所設上限后該平臺停止運行。
② 按Stop控件停止操作，控制參數#8復0。
③ 按Pause控件暫停操作，控制參數#8保持當前值，可以調整控制參數后繼續測試。
7） 按Exit控件退出測試系統。
4. 結束語
本測試系統實現了對手機翻蓋的耐久性測試，相對于傳統的測試系統測試速度大大提高，并提供完善靈活的用戶管理和系統設置功能。通過實際生產測試表明該測試系統工作狀態穩定，提高了整個生產過程的效率。
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