一種超聲波雷達(dá)自動檢測方法及實(shí)現(xiàn)*

楊立成 ，李云逸 ，張雨龍

（中國船舶集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 201100）

隨著汽車行業(yè)發(fā)展以及人民生活水平提高，汽車需求量不斷增加，隨之而來的是，汽車電子行業(yè)快速發(fā)展，需求量也逐年攀升。傳統(tǒng)手工生產(chǎn)模式逐漸無法滿足社會要求，由此必然帶來行業(yè)的自動化發(fā)展轉(zhuǎn)型。通過自動化提高產(chǎn)品產(chǎn)量，壓縮生產(chǎn)成本，提高過程管控能力，成為很多企業(yè)的選擇。隨著生產(chǎn)速度及產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，一種能快速對產(chǎn)品進(jìn)行檢測的生產(chǎn)下線的自動化檢測設(shè)備就顯得尤為重要。針對以上情況，結(jié)合實(shí)際需求，研究小組設(shè)計(jì)了一種超聲波雷達(dá)生產(chǎn)下線的自動化檢測設(shè)備[1-4]。

1 設(shè)備設(shè)計(jì)方案

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)

系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)如圖1設(shè)備側(cè)視圖、圖2設(shè)備結(jié)構(gòu)圖所示，設(shè)備主要組成部分有機(jī)械手、掃碼槍、流入流道、流出流道、夾取工裝、兩個測試箱、機(jī)柜。在正面機(jī)殼上有PLC控制觸摸屏、上位機(jī)控制觸摸屏、測試機(jī)控制觸摸屏、啟動暫停急停按鈕、氣壓顯示屏及氣壓控制旋鈕[5-6]。

圖1 設(shè)備側(cè)視圖

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

流入流出流道使用傳送帶運(yùn)輸，并配備有專用載具運(yùn)輸超聲波雷達(dá)。傳送帶寬度與載具一致，長度與機(jī)臺一致，并使用防靜電皮帶以消除靜電對測試的影響；載具使用PVC材料根據(jù)雷達(dá)形狀進(jìn)行機(jī)加工制作，底部使用金屬片防止靜電，并且載具具有唯一編號用以識別。

測試箱與外部通過鈑金件隔開，外部具有針對雷達(dá)定制的測試工裝，測試工裝通過鈑金上開口與測試箱內(nèi)部固定工裝正對。固定工裝上裝有聲波發(fā)射器和聲波接收器。測試箱內(nèi)側(cè)貼有吸音棉，外殼鈑金件中間夾有吸音棉，通過吸音棉達(dá)成測試箱內(nèi)的聲波暗室，隔絕外部影響，提高測試準(zhǔn)確度。另外，測試箱內(nèi)配有溫濕度感應(yīng)探頭隨時監(jiān)測測試環(huán)境，保證測試環(huán)境符合要求。根據(jù)實(shí)際要求測試工裝可適配不同型號超聲波雷達(dá)，以匹配生產(chǎn)需要[7-10]。

1.2 電氣設(shè)計(jì)

電氣結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，本設(shè)備使用三菱PLC作為設(shè)備主要控制器，配有工控機(jī)用于數(shù)據(jù)記錄、與中控機(jī)服務(wù)器通信，每個測試箱配有一臺測試機(jī)、一臺開關(guān)電源、一臺萬用表，另外使用UPS保證設(shè)備數(shù)據(jù)安全，電氣設(shè)備都放在如圖1所示的機(jī)柜中。

圖3 電氣結(jié)構(gòu)圖

測試機(jī)配有發(fā)射器驅(qū)動板卡、雷達(dá)驅(qū)動板卡、麥克風(fēng)板卡。在測試工裝上配有雷達(dá)接口，分別與雷達(dá)驅(qū)動板卡和開關(guān)電源相連，雷達(dá)驅(qū)動板卡負(fù)責(zé)與雷達(dá)通信進(jìn)行測試控制及數(shù)據(jù)寫入，開關(guān)電源負(fù)責(zé)為雷達(dá)供電，萬用表可檢測雷達(dá)靜態(tài)電流。另外，測試工裝上還有一顆麥克風(fēng)與麥克風(fēng)板卡相連，作為雷達(dá)接收聲壓標(biāo)準(zhǔn)。測試箱內(nèi)固定工裝上裝有聲波發(fā)射器和一顆麥克風(fēng)，聲波發(fā)射器與發(fā)射器驅(qū)動板卡相連用于雷達(dá)接收測試，麥克風(fēng)與麥克風(fēng)板卡相連用于雷達(dá)發(fā)射測試。

1.3 測試流程

設(shè)備整體控制以PLC為主，可通過觸摸屏在手動模式下控制設(shè)備各部分單獨(dú)運(yùn)行或在自動模式下按規(guī)定流程運(yùn)行。測試部分主要由測試機(jī)控制，PLC控制機(jī)械手按流程放入測試工裝后，測試機(jī)按流程進(jìn)行測試，測試結(jié)束后將結(jié)果返回給PLC。上位機(jī)用于與掃碼槍通信，獲取雷達(dá)編號用以匹配數(shù)據(jù)，同時負(fù)責(zé)將檢測數(shù)據(jù)上傳中控機(jī)以記錄數(shù)據(jù)。

設(shè)備運(yùn)行流程如圖4所示：

圖4 設(shè)備運(yùn)行流程圖

1）開機(jī)前進(jìn)行產(chǎn)品選型，選型后設(shè)備回歸原點(diǎn)并設(shè)置為自動運(yùn)行模式；

2）雷達(dá)在載具中從流道進(jìn)入夾取工裝，由機(jī)械手夾取雷達(dá)；

3）機(jī)械手夾取雷達(dá)至掃碼槍前，對產(chǎn)品進(jìn)行掃碼，由上位機(jī)對二維碼進(jìn)行記錄；

4）掃碼結(jié)束后機(jī)械手將雷達(dá)放入測試工裝，測試工裝通過設(shè)置產(chǎn)品型號進(jìn)行固定并推入測試位；

5）測試過程中下一組雷達(dá)進(jìn)入固定工裝從步驟2開始；

6）測試機(jī)按測試流程進(jìn)行測試，測試結(jié)束后將結(jié)果返回給PLC；

7）PLC將測試結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將數(shù)據(jù)與二維碼匹配后上傳至服務(wù)器；

8）PLC根據(jù)測試結(jié)果控制機(jī)械手夾取雷達(dá)，并把下一組雷達(dá)放入測試工裝，如果測試OK則將雷達(dá)放回夾取工裝，從流道進(jìn)入下一工站，如果測試NG則將雷達(dá)放入NG盤。

測試流程如圖5所示：

圖5 測試流程圖

1）雷達(dá)到測試位時測試工裝對雷達(dá)進(jìn)行連接，電源為雷達(dá)供電，測試機(jī)與雷達(dá)通信；

2）測試機(jī)讀取萬用表電流值，判斷雷達(dá)靜態(tài)電流是否在范圍內(nèi)并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，OK則繼續(xù)后續(xù)測試，NG則記錄錯誤后結(jié)束測試；

3）測試機(jī)讀取雷達(dá)內(nèi)軟件硬件版本并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，OK則繼續(xù)后續(xù)測試，NG則記錄錯誤后結(jié)束測試；

4）測試機(jī)在雷達(dá)內(nèi)寫入測試參數(shù)進(jìn)行測試初始化；

5）測試機(jī)讀取雷達(dá)內(nèi)溫度傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄；

6）設(shè)置雷達(dá)在發(fā)射模式，啟用固定工裝的麥克風(fēng)，對雷達(dá)發(fā)射聲波聲壓進(jìn)行測試，通過調(diào)整雷達(dá)電流至聲壓符合范圍則測試OK，調(diào)整雷達(dá)頻率測量雷達(dá)頻率響應(yīng)，記錄此時電流與最大輸出對應(yīng)頻率；若電流達(dá)到最大值時聲壓仍不滿足則判定NG，記錄錯誤后結(jié)束測試；

7）通過雷達(dá)板卡讀取發(fā)射測試余震數(shù)據(jù)，判斷余震時間是否在范圍內(nèi)，OK則繼續(xù)后續(xù)測試，NG則記錄錯誤后結(jié)束測試；

8）配置雷達(dá)在接收模式，啟動聲波發(fā)射器，通過測試工裝麥克風(fēng)校驗(yàn)聲波發(fā)射器聲壓，調(diào)整聲波發(fā)射器聲壓至指定區(qū)間，完成后讀取雷達(dá)接收強(qiáng)度，調(diào)整雷達(dá)增益至雷達(dá)接收強(qiáng)度符合范圍則測試OK，記錄此時增益，若增益達(dá)到最大值時接收強(qiáng)度仍不滿足則判定NG，記錄錯誤后結(jié)束測試；

9）測試機(jī)在雷達(dá)內(nèi)寫入電流增益等參數(shù)及其他出廠設(shè)置；

10）測試結(jié)束，測試機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC。

2 結(jié)論

研究小組設(shè)計(jì)了一種超聲波雷達(dá)生產(chǎn)下線的自動化檢測設(shè)備，該裝置產(chǎn)品進(jìn)入后通過皮帶線進(jìn)入機(jī)器人抓取工位，機(jī)器人一次抓取兩個雷達(dá)送至掃碼工位進(jìn)行掃碼，然后放入測試工位進(jìn)行測試，測試內(nèi)容包括：靜態(tài)電流測試、雷達(dá)軟硬件版本檢測、發(fā)射測試、余震測試、接收測試，測試完成后將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，機(jī)器人將產(chǎn)品取出放回流道，等待后面產(chǎn)品。本方法在全自動進(jìn)行雷達(dá)測試的基礎(chǔ)上大幅度提高產(chǎn)品測試效率，測試內(nèi)容全面，可充分檢測雷達(dá)是否存在問題，若雷達(dá)未達(dá)標(biāo)則放入NG盒中保證流出產(chǎn)品品質(zhì)可靠，同時對每個產(chǎn)品進(jìn)行掃碼標(biāo)記并增加數(shù)據(jù)上傳功能，可對產(chǎn)品進(jìn)行追溯，也可對生產(chǎn)情況進(jìn)行更好的評估。

經(jīng)過一年的穩(wěn)定運(yùn)行驗(yàn)證，該設(shè)備測試時間約為30 s，實(shí)際使用時采取3臺并聯(lián)使用，實(shí)際節(jié)拍小于5.5 s，滿足客戶生產(chǎn)需求及前端生產(chǎn)節(jié)拍，實(shí)際應(yīng)用表明該設(shè)備能很好地保證生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。