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基于虛擬儀器技術(shù)的手機(jī)翻蓋耐久性測試系統(tǒng)
摘要：本文介紹一種手機(jī)翻蓋耐久性測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(jī)以及基于虛擬儀器的用戶界面組成。該測試系統(tǒng)使用虛擬儀器使系統(tǒng)規(guī)模最小化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性且易于維護(hù)和擴(kuò)展，操作界面友好。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測試系統(tǒng)；伺服單元；伺服電機(jī)
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor
手機(jī)翻蓋耐久性測試即將待測翻蓋手機(jī)重復(fù)開合預(yù)設(shè)的次數(shù)，然后觀察手機(jī)的各部分性能是否完好，這在翻蓋手機(jī)的生產(chǎn)過程中是相當(dāng)重要的一環(huán)。以往采用氣動方式的系統(tǒng)運(yùn)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(shù)的手機(jī)翻蓋耐久性測試系統(tǒng)采用NI Motion 控制模塊控制伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，運(yùn)行速度可達(dá)到原來的4倍多且同時可對4部手機(jī)進(jìn)行測試，而采用National Instruments公司的虛擬儀器（LabVIEW）進(jìn)行開發(fā)，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(jī)在初次測試時可使用微調(diào)功能將各個參數(shù)調(diào)整至理想值，并且可將這些參數(shù)存成相應(yīng)的配置文件以備以后測試同樣型號手機(jī)時使用，這樣大大減少了每次測試時的重復(fù)操作，提高了系統(tǒng)的自動化程度。
1. 系統(tǒng)原理及概述
1.1 運(yùn)動控制原理
運(yùn)動控制的原理簡單來說即由運(yùn)動控制模塊發(fā)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(yīng)于位置控制模式和速度控制模式，伺服電機(jī)在相應(yīng)的模式下接收到控制信號便能按照預(yù)定的方式運(yùn)動。但是電機(jī)的運(yùn)動存在誤差，特別在模擬的速度控制模式下，因此需要電機(jī)發(fā)出編碼信號反饋到運(yùn)動控制模塊，使運(yùn)動控制模塊能夠根據(jù)實際的運(yùn)動情況做出相應(yīng)的補(bǔ)償來消除累計誤差，這一點對于本系統(tǒng)這樣需要長時間連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)來說尤為重要。下圖為運(yùn)動控制的簡單原理示意圖：
1.2 系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)利用NI Motion 控制模塊對伺服電機(jī)運(yùn)動進(jìn)行速度控制，按照用戶設(shè)置的參數(shù)驅(qū)動相應(yīng)的撥片、撥桿控制手機(jī)翻蓋的開合。整個系統(tǒng)框圖如圖2所示：
整個系統(tǒng)由兩部分組成：運(yùn)動控制部分和測試平臺部分。運(yùn)動控制部分由NI PXI控制器和運(yùn)動控制模塊NI PXI-7344發(fā)出運(yùn)動控制電壓信號V-REF，通過NI UMI 7764接至伺服電機(jī)驅(qū)動器。測試平臺部分包括兩套獨(dú)立的平臺，每套平臺有一組電機(jī)控制4臺待測手機(jī)翻蓋的開合（見圖3）。全部4臺電機(jī)的控制信號分別由NI PXI-7344的4軸提供。每臺電機(jī)上均有編碼信號反饋至運(yùn)動控制模塊以形成閉環(huán)控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信號反饋至運(yùn)動控制模塊用以確定系統(tǒng)的初始位置以及防止電機(jī)運(yùn)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(jī)的連接、運(yùn)動控制模塊與伺服單元的連接。其中伺服單元與伺服電機(jī)的連接有專用的電纜和相應(yīng)的端子定義，與伺服單元和伺服電機(jī)的的類型有關(guān)。下圖是運(yùn)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(jié)構(gòu)和功能
整個軟件是在National Instruments公司的面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言LabVIEW 7.1下開發(fā)完成的，從上到下分為三層：高層通訊層，中層運(yùn)動控制層，以及底層的驅(qū)動程序和開發(fā)環(huán)境支持。
底層開發(fā)環(huán)境和驅(qū)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(huán)境和運(yùn)動控制板卡的驅(qū)動程序。中層的運(yùn)動控制層是在LabVIEW環(huán)境下編程實現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動控制，包括電機(jī)運(yùn)動位置、速度以及對于本系統(tǒng)整體的運(yùn)動流程。高層的通訊層是用于將用戶設(shè)置的各項參數(shù)傳遞到運(yùn)動控制層，同時將用戶所需信息如當(dāng)前運(yùn)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(tǒng)使用LabVIEW 7.1設(shè)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(dāng)前的用戶類型（ Operator 、 Engineer 、 Administrator ）
2
Cycle Counter
預(yù)先可設(shè)置的翻蓋次數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行到達(dá)上限時該平臺停止運(yùn)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(diào)（ 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(diào)（ Jog ）過程來確定。
5
Velocity
電機(jī)運(yùn)動過程中的最大速度。
6
Acceleration
電機(jī)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(shù)可以有效加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
9
Current Cycle
輸出指示當(dāng)前時刻的翻蓋次數(shù)。
10
Cycle/s
輸出指示當(dāng)前時刻每秒翻蓋的次數(shù)。
11
Left Time (h)
輸出指示到預(yù)設(shè)的翻蓋次數(shù)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(shù)。并使撥桿、撥片到達(dá)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(shù)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(tǒng)初始化。（ Operator 用戶不可用）
使撥片、撥桿到達(dá)預(yù)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(diào)操作。（ Operator 用戶不可用）
按該控件彈出微調(diào)面板，用戶可以將撥片、撥桿微調(diào)至理想位置。
此時該平臺其它控件不可用。
16
Test/Continue
開始（繼續(xù)）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(xù)測試，參數(shù) #8 在原來基礎(chǔ)上繼續(xù)增加。
⑵ 前一操作為 Stop 或到達(dá)預(yù)設(shè)上限停止時按該控件表示開始新測試，參數(shù) #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(tǒng)停止運(yùn)行，參數(shù) #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(tǒng)停止運(yùn)行，參數(shù) #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(shè)置讀取或?qū)懭肟刂茀?shù)文件的默認(rèn)路徑。
20
Change User
按該控件改變用戶身份，登錄成功后相應(yīng)權(quán)限會發(fā)生變化。
21
Config
配置 NI PXI-7344 Board ID 及各軸與電機(jī)間對應(yīng)關(guān)系。除非硬件連接發(fā)生改動請不要隨意使用該控件并修改面板設(shè)置，否則可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。（僅有 Administrator 用戶可用）
22
Exit
退出系統(tǒng)。
1） 運(yùn)行程序，系統(tǒng)自動以O(shè)perator登錄。
2） 系統(tǒng)開始對運(yùn)動控制模塊進(jìn)行初始化，完成后彈出對話框詢問是否需要載入控制參數(shù)，若選No則系統(tǒng)自動載入上次退出程序時的設(shè)置并使撥桿、撥片到達(dá)相應(yīng)位置。若選Yes系統(tǒng)繼續(xù)彈出對話框詢問需要載入哪套平臺的控制參數(shù)。選定后系統(tǒng)載入相應(yīng)配置文件并使撥桿、撥片到達(dá)相應(yīng)位置。
3） 若所測手機(jī)型號已有相應(yīng)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(jìn)入微調(diào)模式。將夾具微調(diào)至理想的起始位置和終止位置并記下對應(yīng)角度值。按OK控件回到主面板并將控制參數(shù)#2、#3改為微調(diào)得到的結(jié)果。按Save Setting將當(dāng)前設(shè)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(shù)到達(dá)控制參數(shù)#1所設(shè)上限后該平臺停止運(yùn)行。
② 按Stop控件停止操作，控制參數(shù)#8復(fù)0。
③ 按Pause控件暫停操作，控制參數(shù)#8保持當(dāng)前值，可以調(diào)整控制參數(shù)后繼續(xù)測試。
7） 按Exit控件退出測試系統(tǒng)。
4. 結(jié)束語
本測試系統(tǒng)實現(xiàn)了對手機(jī)翻蓋的耐久性測試，相對于傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)測試速度大大提高，并提供完善靈活的用戶管理和系統(tǒng)設(shè)置功能。通過實際生產(chǎn)測試表明該測試系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，提高了整個生產(chǎn)過程的效率。
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