針對四類TR組件的自動測試系統結構設計

連漫漫，李大寨，王 巍

(北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100080)

0 引言

TR組件在相控陣雷達系統主要完成無線的接收與發射任務，其作用十分重要，它的主要功能有放大、濾波、移相等[1]。TR組件的性能測試、穩定性測試在其應用之前是不可或缺的一環，傳統的檢測方法需要人工將TR組件與測試設備連接進行檢測，檢測效率低。直角坐標機器人是工業自動化中應用比較廣泛的設備，其結構簡單、實用方便。為了提高檢測效率，針對四類TR組件自動檢測任務提出了一種自動檢測方案，并設計了一套自動檢測系統。該系統的四自由度直角坐標機器人[2]有著較高的重復定位精度，可以完成準確的抓取與放置工作；自動對插裝置可以將不同的接口轉換組件準確地插入對應的四類TR被測組件中，完成對插任務。

1 自動測試系統主要結構設計

1.1 測試對象

TR組件自動化測試系統需要對四類TR組件進行自動測試，四類組件的外形如圖1～圖4所示。四類TR組件的兩個側面都有需要對插的接口，其中一面為多芯接口端，例如圖1(a)，另一面為射頻接口端，例如圖1(b)。對插時，四類TR組件射頻端的smp接頭或者ssmp接頭的徑向允許對插誤差為0.25 mm，軸向角度允許偏差為±2°，多芯端的多芯插頭徑向允許偏差為0.16 mm，軸向角度允許偏差為±1°。

圖1 TR01組件 圖2 TR02組件

圖3 TR03組件 圖4 TR04組件

1.2 TR組件固定裝置設計

為了實現機器人末端抓手抓取的通用性以及對插測試時被測TR組件固定的通用性，需要針對四類TR組件設計一款固定裝置，該固定裝置兩側各有兩個錐形孔用于機械抓手的抓取，還各擁有V形面用于對插時候的位置固定。設計的四類固定裝置外形尺寸均相同，四類TR組件的固定裝置見圖5。

圖5 四類TR組件固定裝置

1.3 接口轉換組件設計

為了實現測試接口的統一，需要設計TR組件接口轉換組件，接口轉換組件完成對插任務并將不同的TR組件接口轉換為統一規格的接口。四類TR組件需要八種接口轉換組件，圖6為TR01射頻端接口轉換組件，其底部有對稱的V形面設計，用于接口轉換組件的自動對中，兩側各有兩個錐孔用于機械抓手的抓取；限位平面用于限制接口轉換組件在卡緊松脫裝置上的位置；底部有一個接口轉換組件壓緊件，與接口轉換組件通過螺栓連接；后部為統一規格的接口，與射頻端對插的接口轉換組件將不同的射頻接口轉換為8個相同的射頻接口，與多芯端對插的接口轉換組件將不同規格的多芯接口轉換為統一規格的多芯接口。

1.4 卡緊松脫裝置設計

卡緊松脫裝置如圖7所示。卡緊松脫裝置上對稱布置的V形面與接口轉換組件的V形面配合使得接口轉換組件自動對中，氣缸與壓緊件的組合設計用于壓緊、移動接口轉換組件；限位面限制接口轉換組件松開時的位置；測試設備接口以法蘭的形式安裝在卡緊松脫裝置上并與接口轉換組件的通用接頭對插。

圖7 卡緊松脫裝置

接口轉換組件被機械抓手放置在卡緊松脫裝置上的狀態見圖8(a)和圖8(b)，隨后氣缸收縮，壓緊件的斜面1與接口轉換組件的斜面2接觸，接口轉換組件相對卡緊松脫裝置向后運動與測試設備接口對插并被卡緊，見圖8(c)。當需要更換接口轉換組件時氣缸伸出，接口轉換組件向前運動與測試設備接口分離，其位置被卡緊松脫裝置的限位面限制，卡緊前的位置與松脫后的位置相差0.3 mm以內，在抓取誤差允許范圍內。

圖8 卡緊松脫裝置卡緊接口轉換組件狀態

1.5 TR組件固定裝置限位結構

TR組件固定裝置限位結構中的V形塊與氣缸連接，氣缸帶動V形塊將TR組件固定裝置推向限位結構的另一側V形面，此時TR組件固定裝置被限制住，如圖9所示。

圖9 TR組件固定裝置限位結構

2 自動對插工作臺

自動對插工作臺如圖10所示。對插工作臺上面有未檢測TR組件區域、接口轉換組件區域、已檢測TR組件區域、電動缸、力傳感器、卡緊松脫裝置、直線導軌、TR固定裝置限位結構等，緊固氣缸推緊位于TR組件區域并且盛有TR組件固定裝置的托盤，直角坐標機器人與工作臺連接并且識別，從而完成抓取任務。

圖10 自動對插工作臺

3 直角坐標機器人設計

直角坐標機器人結構如圖11所示。本次設計的直角坐標機器人有四個自由度，末端抓手可以沿著X、Y、Z三個方向移動以及繞Z軸轉動，該機器人的自由度可以滿足TR組件固定裝置以及接口轉換組件的抓取、移動、旋轉、放置工作。目前成熟的直線運動單元產品有很多，常見的直線運動單元的傳動方案為絲杠螺母傳動或者齒輪齒條傳動[3]。

1-X軸伺服電機；2-X軸減速器；3-X軸直線模組；4-Y軸伺服電機；5-Y軸減速器；6-Y軸直線模組；7-視覺識別相機；8-X軸導軌；9-Z軸伺服電機；10-Z軸減速器；11-Z軸直線模組；12-抓手旋轉電機；13-抓手旋轉減速器；14-抓手；15-自動對插工作臺

為了簡化直角坐標機器人的設計并且增加直角坐標機器人的可靠性，選擇現在已有的成熟直線運動單元進行設計。直角坐標的X軸向采用導軌與直線運動模組組合式設計，其中，導軌用于導向，模組用于驅動。X軸的模組選用thomson直線運動單元，其擁有多種驅動導向方式，由于滾珠導向具有高精度、高剛度的特點，為了實現末端機械抓手的準確定位，X軸選用滾珠絲杠驅動、滾珠導向的直線模組，直線模組由伺服電機經過減速器驅動，此驅動方案可以實現X軸較高的重復定位精度。

Y軸和Z軸的運動方案類似，均采用由伺服電機經過減速器驅動直線模組的運動方式，在Z軸直線模組的末端安裝有機械抓手以及視覺識別相機，伺服電機經過減速器驅動抓手的旋轉運動，視覺識別相機用于自動識別需要抓取的物品。

4 自動測試過程

直角坐標機器人依靠相機自動識別TR組件固定裝置，識別后抓取TR組件固定裝置并放在TR組件固定裝置限位結構上，隨后TR組件固定裝置被限位。機械抓手抓取對應的接口轉換組件并放置在卡緊松脫裝置上，卡緊松脫裝置卡緊接口轉換組件，隨后電動缸推動卡緊松脫裝置運動完成與TR組件的對插，之后對TR組件進行測試；測試結束后電動缸縮回，卡緊松脫裝置與TR組件分離，卡緊松脫裝置釋放接口轉換組件，機械抓手抓取TR組件固定裝置以及接口轉換組件放到對應位置上并進行下一個TR組件的測試。測試期間力傳感器實時測量對插力的大小以便及時停止。

TR組件自動測試系統設備實物見圖12。

圖12 TR組件自動測試系統設備實物

5 結語

本文根據TR組件自動化測試的要求設計了TR組件自動測試系統。該系統由四自由度直角坐標機器人以及自動對插工作臺構成，直角坐標機器人的末端視覺識別系統完成TR組件的識別任務，末端的抓手完成TR組件和接口轉換組件的抓取任務。該直角坐標機器人的重復定位精度較高、穩定可靠；自動對插裝置能夠完成對插測試任務并且擁有對插的力反饋功能，從而降低了組件損壞風險。這套TR組件自動化測試系統可以提高TR組件的測試效率，降低操作人員的勞動強度。