車用二極管自動檢測與分選裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

金天+++鄒新富+++倪錦喜+++張志軍+++鄭東曉

摘 要：由于國內(nèi)汽車產(chǎn)量的急速增加，用于整流橋的車用二極管產(chǎn)品質(zhì)量判斷與匹配也就顯得極其重要，國內(nèi)重大的車用二極管廠家與整車廠家迫切需要車用二極管的自動檢測與分選裝置，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工檢測帶來的精度與效率問題。文章介紹實(shí)現(xiàn)車用二極管自動檢測與分選裝置的機(jī)電一體化設(shè)備，可以使你的工作實(shí)現(xiàn)的輕松與高效率。

關(guān)鍵詞：車用二極管；檢測；分選；瞬態(tài)特性ΔVf

車用二極管自動檢測與分選裝置主要針對于汽車整流二極管的自動測試和分檢系統(tǒng)的運(yùn)用中，對任何類型二極管的二極管自動檢測和分檢的運(yùn)用，只需調(diào)整模具和夾具就可實(shí)現(xiàn)，因此本項(xiàng)目成果具有普遍的應(yīng)用意義。

我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，新車產(chǎn)量和保有量快速增加，2015年汽車產(chǎn)量為2450萬輛，穩(wěn)居世界第一。汽車產(chǎn)銷量的快速增長，帶動了汽車零部件、元器件的快速增長。作為汽車基礎(chǔ)元器件之一的雪崩二極管，其產(chǎn)銷量也同步大幅度增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)雪崩二極管制造企業(yè)以及使用雪崩二極管來制造汽車用發(fā)電機(jī)的企業(yè)約有300余家，其中規(guī)模較大的有80余家。在這些企業(yè)中，除了法雷奧等幾家外資企業(yè)擁有整套進(jìn)口檢測設(shè)備以外，多數(shù)企業(yè)的檢測手段相當(dāng)落后，基本上停留在使用單臺儀器手工檢測的狀態(tài)，工作效率低下，檢測誤差率高，嚴(yán)重制約了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

公司近年來致力于雪崩二極管等半導(dǎo)體器件檢測儀器的研發(fā)，已研發(fā)完成汽車二極管瞬態(tài)特性測試儀等具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的檢測儀器，掌握了該類器件檢測的核心技術(shù)。在單臺測試儀器的推廣過程中，也了解到行業(yè)內(nèi)對整套自動檢測裝備的強(qiáng)烈需求，在半導(dǎo)體測試核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)電一體化和自動化技術(shù)，研發(fā)并推廣應(yīng)用半導(dǎo)體二極管成套檢測設(shè)備。

1 檢測與分選裝置的特點(diǎn)

中國作為一個發(fā)展中國家，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會對汽車的需求也迅速增加，汽車產(chǎn)量不斷快速增長，從而對基礎(chǔ)元器件的需求量也越來越大，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，對產(chǎn)品的方抽檢發(fā)展為全檢，因此，領(lǐng)先的二極管制造企業(yè)，均配備有完整的自動檢測線，使得產(chǎn)品的檢測與分選達(dá)到準(zhǔn)確、高效的目的。

車用二極管自動檢測與分選裝置的特點(diǎn)是：

（1）基于微處理器的設(shè)計(jì)，能夠提供對二極管電特性進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的測試。

（2）適用于車用雪崩二極管，TVS二極管和普通整流二極管的測試。

（3）測量的參數(shù)包括：國家標(biāo)準(zhǔn)QC/T706-2004所規(guī)定的項(xiàng)目測試（VBR1，VBR2，VBR3，VBR4），反向擊穿區(qū)動態(tài)電阻（RdZ）的測試和反向能量瞬態(tài)特性測試（ΔVFR）。

（4）二極管的測試結(jié)果顯示在屏幕上，一目了然。

（5）該測試系統(tǒng)測試最高雪崩電壓為80V，不僅適合14V、28V的汽車電系，還適合48V汽車電系雪崩整流元件的測試。

（6）測試系統(tǒng)可以單項(xiàng)測試，也可以一次性完成多項(xiàng)目測試流程。

（7）所有測試參數(shù)全部由軟件設(shè)置、調(diào)整和自校準(zhǔn)。

我們所研制的測試儀由以下電路組成：

（1）恒流驅(qū)動控制電路，提供對被測二極管穩(wěn)定可靠的電流能量驅(qū)動控制電路。

（2）電容器及充電管理電路，恒流驅(qū)動控制電路提供瞬間大電流的電源以及相應(yīng)的充電管理電路。

（3）D/A、A/D轉(zhuǎn)換電路，用于給定恒流驅(qū)動電路的控制模擬量以及采樣被測二極管兩端的電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并傳給微處理器。

（4）輔助電路輸入輸出模塊；上位機(jī)通信模塊；以及設(shè)備電源供電電路。

本項(xiàng)目提供一種測試速度快、測試準(zhǔn)確度高、可自由設(shè)置測試參數(shù)、測試能量損耗低的二極管電特性測試系統(tǒng)。

本裝置部分檢測指標(biāo)以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)已超過臺灣產(chǎn)品的水平，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)二極管生產(chǎn)廠商的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)配備相應(yīng)的輔助功能，形成完整的自動檢測線，這樣，在檢測功能、檢測精度、自動化水平等各方面都達(dá)到或超過臺灣產(chǎn)品，從而極具市場競爭能力。

2 裝置的主要內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)

裝置研發(fā)的主要內(nèi)容

（1）軟件研發(fā)

本測試儀軟件由若干子程序組成，分別為：極性測試、VF測試、ΔVf測試、IR測試、報警處理、參數(shù)設(shè)定和分檔管理等子程序。程序測試流程框圖如圖1。

（2）VF、ΔVf、IR測試電路設(shè)計(jì)

當(dāng)開始VF、ΔVf測試時，首先由單片機(jī)發(fā)出測試信號，接通恒流源，通過軟件設(shè)定一個適當(dāng)?shù)臏y試電流加載在被測二極管，被測二極管兩端會產(chǎn)生一定壓降，將此電壓取樣放大并與設(shè)定好的正向電壓相比較，得出結(jié)論VF、ΔVf是否合格。最后，單片機(jī)據(jù)此結(jié)果決定下一步測試內(nèi)容。

同理，當(dāng)開始IR測試時，首先由單片機(jī)發(fā)出測試信號，接通高壓電路，通過軟件設(shè)定一個適當(dāng)?shù)臏y試電壓反向加載在被測二極管，被測二極管兩端會產(chǎn)生一定反向電流，將此電流取樣放大并與設(shè)定好的正向電流相比較，得出結(jié)論IR是否合格。單片機(jī)依據(jù)此結(jié)果決定下一步測試內(nèi)容。

（3）分檢機(jī)設(shè)計(jì)（機(jī)電一體化流程設(shè)計(jì)）

分檢機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

a.送料振動器

調(diào)節(jié)振動器的幅度可以控制送料的快慢，將一定數(shù)量的二極管放到已啟動的振動器料盤里，調(diào)節(jié)振動幅度的大小。二極管會自動排列，并向?qū)Я瞎苋肟谔幰苿樱M(jìn)入導(dǎo)料通道。

b.導(dǎo)料管

導(dǎo)料管的形狀和結(jié)構(gòu)是根據(jù)待測產(chǎn)品的封裝形狀，通過振動盤的慣性推力，自然往下排列，依次存儲在導(dǎo)料槽的通道內(nèi)。導(dǎo)料管頂部裝有光電傳感器，用于檢測導(dǎo)料管內(nèi)待測二極管的儲存量，判斷缺料情況，控制振動盤的啟停，從而達(dá)到自動送料的目的。

c.測試機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動電機(jī)和測試夾具、測試爪機(jī)構(gòu)、測試區(qū)傳感器等相關(guān)裝置組成。驅(qū)動電機(jī)工作時通過齒輪將被測二極管推動固定裝置內(nèi)，由測試爪對二極管進(jìn)行定位，通過測試氣缸對二極管正負(fù)極進(jìn)行夾緊測試。再通過物料有無傳感器先對物料有無進(jìn)行判斷，依據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行測試允許控制，啟動測試操作。

d.分選機(jī)構(gòu)

由伺服電機(jī)帶動的分檢機(jī)構(gòu)來回轉(zhuǎn)動，被測二極管在分檢機(jī)構(gòu)上方通過PLC測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類判斷，在相應(yīng)的落料盒停留，通過氣缸的推動，實(shí)現(xiàn)被測二極管的歸檔，經(jīng)落料導(dǎo)管進(jìn)入相應(yīng)的分選落料盒，自動完成分選動作。

系統(tǒng)控制由單片機(jī)和PLC聯(lián)合控制完成；走件裝置能夠高效、準(zhǔn)確地完成二極管元件的入料、測試和落料工作過程，主要是通過用電氣裝置來控制走件裝置機(jī)械部分的運(yùn)動并與光電檢測密切配合來實(shí)現(xiàn)的。

3 裝置的關(guān)鍵技術(shù)

本裝置的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感器的選取、系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用的研發(fā)。

關(guān)鍵技術(shù)描述：

二極管靜態(tài)特性的有正向壓降VF、反向漏電流IR及正向瞬態(tài)特性ΔVf的三種測試項(xiàng)目的測試，結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)與設(shè)定好的數(shù)值進(jìn)行比較判斷，從而得出是否合格以及根據(jù)壓降或電流進(jìn)行分檔管理。其測試分選原理如下：

第一步先進(jìn)行正向極性及數(shù)據(jù)判斷，被測產(chǎn)品到位后，機(jī)械夾具先夾緊，送測試信號至二極管測試儀開始測試，單片機(jī)將測試結(jié)果送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過預(yù)先設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較判斷，并將結(jié)果送回單片機(jī)進(jìn)行處理，得出結(jié)果，即以下三種結(jié)果之一：極性反、不正常和正常。如果為前二種結(jié)果，測試儀對此進(jìn)行歸檔處理。如果為正常則繼續(xù)第二項(xiàng)測試內(nèi)容。

第二步進(jìn)行正向壓降VF和正向瞬態(tài)特性ΔVf的測試，按預(yù)先審定的測試條件和測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果送回上位機(jī)，得出合格與不合格的結(jié)論，若不合格則歸檔處理，若合格則繼續(xù)。

第三步對反向極性判斷及反向電流IR進(jìn)行測試，同樣將測試結(jié)果與預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，得出測試結(jié)論，最終完成測試結(jié)果。

裝置特點(diǎn)：

（1）本項(xiàng)目提供一種測試速度快、測試準(zhǔn)確度高、可自由設(shè)置測試參數(shù)、能量損耗低的二極管電特性測試系統(tǒng)。其特征是：a.具測試速度快，不到1秒完成ΔVF、VFm、IR的測試、篩選、記錄統(tǒng)計(jì)工作大幅度提高效率，下降成本。b.具有很高精確度，達(dá)到±0.3mV提高了5-10倍。測試動態(tài)過程中極其微小的變化都能夠如實(shí)地反映在動態(tài)曲線上，為設(shè)計(jì)師、工藝師提供了可靠數(shù)據(jù)。c.測試系統(tǒng)的所有測試參數(shù)全部由軟件實(shí)行閉環(huán)控制，準(zhǔn)確率很高。d.可以與工控機(jī)（如PLC）計(jì)算機(jī)（PC）聯(lián)機(jī)通訊，接受控制、傳送數(shù)據(jù)等等。形成多測試系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)流程、測試和篩選等需求。e.測試系統(tǒng)的測試參數(shù)Itest、Im和t、t2均可重新設(shè)置，以完全適應(yīng)國際接軌的需求。

（2）實(shí)現(xiàn)了自動測試、分檢一體機(jī)的裝置，且能實(shí)現(xiàn)高速分檢（針對汽車整流二極管）（3600-4500只/小時）和可靠性達(dá)到99.99%以上。

4 裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)束語

由于國內(nèi)汽車生產(chǎn)和消費(fèi)正處于高速增長期，汽車產(chǎn)量持續(xù)大幅增長，汽車行業(yè)的競爭日趨激烈，因此，對構(gòu)成汽車的零部件和元器件的質(zhì)量要求也越來越高。而在國內(nèi)，尚無專業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)二極管檢測成套設(shè)備的企業(yè)，可以說是市場的一個空白點(diǎn)，因此，本項(xiàng)目產(chǎn)品市場前景非常廣闊。該項(xiàng)目的實(shí)施將為汽車二極管的檢測與分選提供一個選擇。

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