基于ATE平臺的多組合集成自動測試和診斷系統研究

文珊珊，林名潤，閆大鵬，白彥偉，劉秀芳

（上海航天設備制造總廠有限公司，上海 200245）

隨著我國數控機床技術的迅猛發展，其維護和修理工作也日益繁重。為了提高數控機床中期檢查和維修的效率，快速、準確地對數控機床發生的故障進行定位，本文提出了一種基于ATE平臺的多組合（控制臺組合、執行組合、配電箱組合）集成自動測試和診斷系統設計。針對ATE平臺提供的硬件資源不能滿足多組合集成測試對硬件資源的需求這一問題，提出了硬件資源外部復用和內部復用，并通過軟件的方式對ATE平臺硬件資源進行擴展。

1 ATE平臺簡介

ATE（Automatic Test Equipment）自動檢測設備，是為各種設備提供通用測試資源的測試平臺。接口有：硬件測試接口，以ICA（接口連接組件）的硬件形式呈現，包括交直流供電、指令信號、A/D、D/A、電壓電阻測量、波形采集、高速數字I/O、計時計數、任意波輸出、繼電器控制信號、射頻信號測試分析等；軟件測試接口，以VITE（虛擬儀器測試環境）編程語言的形式呈現，包括程序人機交互方式、硬件資源的使用方式、數據的存儲方式等。

2 多組合集成自動測試和診斷系統設計

2.1 測試需求

多組合集成自動測試和診斷系統主要包括下述功能：對數控機床上的控制臺組合、執行組合、配電箱組合分時進行全自動化電氣檢測，并且根據測試結果對故障部位進行初步的判別，記錄測試過程中的測試結果。

2.2 系統架構

系統由被測產品、測試專用電纜、專用適配器、ATE自動測試平臺及TPS程序集組成，總體架構如圖1所示。系統中被測產品分別為控制臺組合、執行組合、配電箱組合，每個組合對應一套專用測試電纜，用于被測產品與專用適配器的電氣連接。專用適配器負責整合ATE平臺上的硬件資源，將ATE自動測試平臺的硬件資源引出至專用適配器。

圖1 系統總體架構圖

在硬件電路搭建的基礎上，通過軟件平臺的TPS程序對電路中的硬件儀器資源進行控制，形成各組合完整的測試流程，進而實現各組合測試的自動化。

2.3 硬件設計

2.3.1 硬件資源

ATE通用測試平臺提供較為豐富的硬件資源，但仍然無法直接滿足3個組合的測試硬件需求，如表1所示。系統主要通過硬件資源內部復用和外部復用2種方式對ATE平臺的硬件資源進行擴展。

表1 ATE平臺提供硬件資源

2.3.2 內部復用

將ATE通用測試平臺的Slot13和Slot14采樣通道模塊各用一塊信號轉接板擴展成64通道，即將一路采樣通道轉兩路采樣通道，兩路采樣通道分時使用。如圖2所示，J1為信號的輸入端，接Slot13資源，J2和J3為資源引出端，分別接控制臺組合和配電箱組合。同理，Slot25電源模塊也可擴展為4通道。

圖2 信號轉接板

為防止配電箱和控制臺組合測試受J2或J3上的短接線影響，采樣通道內部復用需要滿足一定的條件。將插座上的接線劃分為兩種集合，即S_D（短接線集合）和S_P（單根線集合），插座上的所有接線可被S_D集合和S_P集合完整表示。設J2上的接線模型表示為S1_D1，S1_D2，…，S1_Dn，S1_P；J3的接線模型表示為S2_D1，S2_D2，…，S2_Dn，S2_P；則需滿足：①若任意S1_Dx∩S2_Dy結果不為空，取兩個集合中較大的集合（假設為S1_Dx），則需滿足（S1_Dx-S2_Dy）∩S2_P為空集，且（S1_Dx-S2_Dy）∩任意S2_Di為空集；②若任意S1_Dx∩S2_Dy結果為空，將兩者的S_D集合分別合并得S1_D和S2_D，則需滿足S1_P∩S2_D為空集，且S2_P∩S1_D為空。

資源內部通道復用除了需要滿足以上所述的接線模型外，還需要注意各短接線接口的電氣特性。在控制臺組合與配電箱組合都連接到測試適配箱進行測試的情況下，J2插頭上接線的電氣特性與J3插頭上接線的電氣特性需相同，以確保在測試過程中不會對產品造成損壞。

2.3.3 外部復用

本測試系統中執行組合的測試接線與控制臺組合、配電箱組合有較大不同，我們選擇執行組合使用切換的方式復用采樣通道。

電路中切換方式通常有兩種：一種是使用模擬芯片進行切換控制，另一種是使用繼電器進行切換控制。根據實際情況，采樣通道需要64路切換，每路有兩個狀態，選擇16個四刀雙擲的繼電器，初始狀態時繼電器開關將Slot13的引腳與J1的引腳導通，此時，控制臺組合和配電箱組合可以使用Slot13的32個采樣通道；當繼電器閉合時，繼電器開關將Slot13的引腳與執行組合引出的測試接口導通，此時，執行組合可以使用Slot13的32個采樣通道。由于資源的外部復用對復用接線進行了完全的隔離，不需要考慮復用接線的電氣特性和接線模型，具有更高的利用率。

2.4 軟件設計

系統中各組合對應一套TPS程序，通過調用硬件的底層驅動操作ATE平臺上的硬件資源，完成組合各測試點的自動測試和診斷功能。組合對應的TPS程序的基本流程如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

表2 自動測試平臺測試結果抽樣分析

3 系統性能分析

3.1 可靠性分析

在經過數百次實驗后，對多組合集成自動測試及診斷系統測量的部分電阻值和電壓值進行采樣和統計，結果如表2所示。電阻和電壓的自動測量阻值穩定，誤差均不超過1%.

除了電路和結構，系統在控制流程軟件方面，也做了相應的保障工作，包括：測試前對所有資源進行儀器復位，防止未復位的儀器給產品不恰當的激勵資源；每個組合對應一個測試識別電阻，以確保運行的測試控制程序與被測組合的對應關系。

3.2 高效性分析

由于系統將大部分手工測試轉換為自動測試，極大地提高了測試的效率，同時，降低了人工測試可能引入的誤操作概率。實驗結果表明，執行組合測試可在15 min以內完成（手動測試需要30 min），配電箱組合測試可在5 min內完成（手動測試需要10 min），控制臺組合可在10 min內完成（手動測試需要25 min）。3個組合測試的總體時間可嚴格控制在40 min以內，相對于手動測試具有絕對的高效性和測試結果正確性。

4 結束語

本文設計了一種基于ATE平臺的多組合集成自動測試和診斷系統，充分利用ATE平臺提供的硬件資源，結合TPS軟件控制儀器的方式，將外部測試電路與內部測試資源有序整合，并建立故障診斷數據庫，實現了控制臺組合、執行組合以及配電箱組合集成的自動測試和故障診斷。自動測試和診斷系統極大地提高了數控機床中期檢查和維修的效率，進一步提升了數控機床系統的自動化程度，為數控機床系統的錯誤診斷及檢測提供了有力的技術支持。

參考文獻：

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