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案例頻道 摘要：結合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計組成和控制原理，并詳細說明了控制程序的設計思路和設計框架，實現了檢測數據自動采集、檢測結果自動判斷、多工段實時共享檢測信息等，極大地提高電能表生產企業的SMT模塊檢測效率、增強檢測質量控制以及對加工故障的統計分析，并且為模塊維修提供了較為清晰的故障原因便于維修。
關鍵詞：ADAM模塊；SMT模塊；串口服務器；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指示燈結合簡易工裝的辦法進行檢測，測試點一般設計較少，檢測的結果采用模塊加工流程單進行記錄，檢測質量主要依靠工人個人的素質與能力，檢測效率較為低下，檢測質量一般難以控制，并且品質部后期對檢測記錄做統計分析的工作量很大。
根據SMT模塊檢測的工藝要求，技術部提出了自動檢測裝置設計的基本要求，再結合車間當前人工檢測的過程，設計出一款實用的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、開關量信號采集、開關量輸出控制，檢測類型豐富、測試點組合比較靈活，結合PC機自動檢測軟件，實現檢測數據自動采集、檢測結果自動判斷、多工段實時共享檢測信息等，極大地提高電能表生產企業的SMT模塊檢測效率、增強檢測質量控制以及對加工故障的統計分析，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 結構設計基本要求
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的工裝結構。
圖1 工裝結構參考圖
1.2 硬件設計基本要求
（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
• 設置硬件手動開關，用于控制整個裝置上、下電；
• 氣動壓接設計雙壓接開關，防止因不小心碰到開關引起誤操作；
• 解除壓接設計單開關。
（2）電源要求
• 檢測裝置采用隔離電源，電壓可調（滿足220、100、57.7VAC輸出要求）；
• 交流電壓源0~2V，電壓信號可調，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；
• 檢測結果狀態指示信號，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；
• 穩壓管前工作電壓（7-30VDC），前端增加分壓電路，1×4分開采樣；
• 穩壓管后工作電壓（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，響應應答模式；
• 485 2通訊測試，1拖4公用，響應應答模式；
• 紅外通訊測試，1拖4公用，響應應答模式。
2 自動化檢測裝置系統硬件設計及控制原理
2.1 硬件設計
整個系統主要由ERP服務器、管理系統（PC機）、串口服務器、ADAM模塊、信號調理板、汽缸和針床等幾部分組成，將其中的串口服務器、ADAM模塊、信號調理板、汽缸和針床制作成一套檢測裝置。
整個系統的網絡拓撲圖如圖3所示。
圖3 系統網絡拓撲圖
根據自動檢測裝置硬件設計基本要求，主要部件選用如下：
（1）串口服務器
• 根據模塊測試數量為4時至少需要端口數量為7，并且支持RS485/RS232可設，選用杭州冠科信息技術有限公司生產的C9008H系列8口三合一串口服務器。
（2）模擬量采集模塊
• 根據模塊測試數量為4時需要AD通道數量為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
• 根據模塊測試數量為4時需要信號量輸入通道數量為20路、信號量輸出通道數量為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）信號調理板
信號調理板需滿足以下幾點：
• SMT模塊上、下電控制；
• 提供多種規格隔離輸出的交流測試電壓；
• 提供多種規格直流供電電壓；
• 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處理才能接入到ADAM模塊，如電流檢測信號轉換成電壓信號、無源脈沖信號輸出轉換成有源輸出、拉合閘控制脈沖信號轉換成高低電平信號輸出等；
• 各種引出線轉接。
基于上述原因信號調理板采取自制，硬件設計原理圖參見圖4。
圖4 調理板硬件設計原理圖
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，檢測信號首先經過調理板轉接或信號預處理，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器讀取ADAM模塊采樣結果，并根據加載的檢測方案配置的閾值參數進行合格與否判斷，判斷的結果上傳到ERP數據庫服務器，最后由ERP系統提供數據共享。另外SMT模塊的上、下電由檢測控制軟件通過串口服務器控制ADAM4150模塊輸出高、低電平信號控制調理板上電源控制繼電器吸合、斷開實現。
3 自動檢測控制程序設計
3.1 編程環境、數據庫選用
考慮到ADAM模塊的驅動及樣例采用C#語言，上位機軟件編程環境選用 Microsoft Visual Studio 2008。
考慮到與ERP系統的數據接口，本地保存采用ACESS數據庫，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計的基本工作流程，參見圖5。
3.3 軟件設計思路及設計框架
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，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先配置的檢測方案，參數配置包含如下內容：
• 工序名
檢測方案系統參數，檢測方案編制時可配置，主要用于檢測記錄數據保存的大類區分，工序名稱如SMT功能檢測。
• 整機物料編碼
檢測方案系統參數，檢測方案編制時可配置，主要用于檢測記錄數據保存的大類區分。
• 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
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
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。
根據上述參數要求，檢測方案數據庫設計為三張表，表之間關聯字段為方案編號，由數據庫自動生成，具體如下：
• 檢測方案表TXL_Scheme
• 檢測方案具體內容表TXL_SchList
表1 具體檢測類型對應參數
表2 具體檢測類型對應參數
表3 具體檢測類型對應參數
• 人工檢測項目表TXL_SchList
3.3.3 接口初始化
根據檢測方案，自動配置串口服務器擴展的虛擬串口，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輸入窗口表位一致，保證測試數據保存信息的正確。如果是廠內返修模塊，需勾上廠內返修選擇項。
軟件設計思路：首先根據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，判斷是否為廠內返修；廠內返修，進入下一步流程；不是廠內返修，根據條碼、工序名讀取ERP數據庫進行驗證；存在對應的合格記錄，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，壓接后微動開關觸發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定（時間可設，缺省100ms），自動啟動自動化檢測流程。
設計思路：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方案設置。
主要預設檢測過程有：
• 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（測試合格的數值顯示藍色，不合格的顯示紅色）；
• 通過RS485通道1根據掃描獲得的條碼進行被測模塊地址設置；
• 通過RS485通道1進行被測模塊初始化，根據方案設置可選；
• 通過RS485通道1進行通訊要求項目測試，根據方案設置可選；
• 通過RS485通道2進行通訊要求項目測試，根據方案設置可選；
• 通過紅外通道進行通訊要求項目測試，根據方案設置可選。
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，然后將測試結果在人工檢測欄目上勾選出對應的不合格項目，系統自動記錄并作為模塊判定不合格的依據。
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，系統自動輸出測試結果并將測試結果上傳給ERP系統，如ERP系統連接斷開則將測試結果保存在本地數據庫中，同時清空4個表位的測試記錄。如在5秒（根據方案可設）內操作人員不點擊停止檢測按鈕，系統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
重復人工上表、條碼掃描開始的步驟，檢測下一組被測模塊。
4 結束語
采用基于ADAM模塊設計的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，生產線單條產能將近提高50%，獲得了比較好的經濟效益。通過ERP系統實現多工段實時共享檢測信息，增強了檢測質量的管控以及對加工故障的統計分析，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，大學本科，主要從事PC機軟件、嵌入式軟件以及智能儀表的開發與設計。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號