基于虛擬儀器技術(shù)的手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)試系統(tǒng)
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關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測(cè)試系統(tǒng)；伺服單元；伺服電機(jī)
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor
手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)試即將待測(cè)翻蓋手機(jī)重復(fù)開合預(yù)設(shè)的次數(shù)，然后觀察手機(jī)的各部分性能是否完好，這在翻蓋手機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中是相當(dāng)重要的一環(huán)。以往采用氣動(dòng)方式的系統(tǒng)運(yùn)行速度較慢（約為每2秒1次）且操作界面不夠友好。本文介紹的基于虛擬儀器技術(shù)的手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)試系統(tǒng)采用NI Motion 控制模塊控制伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行速度可達(dá)到原來(lái)的4倍多且同時(shí)可對(duì)4部手機(jī)進(jìn)行測(cè)試，而采用National Instruments公司的虛擬儀器（LabVIEW）進(jìn)行開發(fā)，使操作界面非常友好。
在測(cè)試過(guò)程中操作人員針對(duì)每批不同型號(hào)的手機(jī)在初次測(cè)試時(shí)可使用微調(diào)功能將各個(gè)參數(shù)調(diào)整至理想值，并且可將這些參數(shù)存成相應(yīng)的配置文件以備以后測(cè)試同樣型號(hào)手機(jī)時(shí)使用，這樣大大減少了每次測(cè)試時(shí)的重復(fù)操作，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。
1. 系統(tǒng)原理及概述
1.1 運(yùn)動(dòng)控制原理
運(yùn)動(dòng)控制的原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即由運(yùn)動(dòng)控制模塊發(fā)出控制信號(hào)，如脈沖信號(hào)和模擬電壓量等，這兩種控制信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于位置控制模式和速度控制模式，伺服電機(jī)在相應(yīng)的模式下接收到控制信號(hào)便能按照預(yù)定的方式運(yùn)動(dòng)。但是電機(jī)的運(yùn)動(dòng)存在誤差，特別在模擬的速度控制模式下，因此需要電機(jī)發(fā)出編碼信號(hào)反饋到運(yùn)動(dòng)控制模塊，使運(yùn)動(dòng)控制模塊能夠根據(jù)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況做出相應(yīng)的補(bǔ)償來(lái)消除累計(jì)誤差，這一點(diǎn)對(duì)于本系統(tǒng)這樣需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要。下圖為運(yùn)動(dòng)控制的簡(jiǎn)單原理示意圖：
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1.2 系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)利用NI Motion 控制模塊對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行速度控制，按照用戶設(shè)置的參數(shù)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的撥片、撥桿控制手機(jī)翻蓋的開合。整個(gè)系統(tǒng)框圖如圖2所示：
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整個(gè)系統(tǒng)由兩部分組成：運(yùn)動(dòng)控制部分和測(cè)試平臺(tái)部分。運(yùn)動(dòng)控制部分由NI PXI控制器和運(yùn)動(dòng)控制模塊NI PXI-7344發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制電壓信號(hào)V-REF，通過(guò)NI UMI 7764接至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。測(cè)試平臺(tái)部分包括兩套獨(dú)立的平臺(tái)，每套平臺(tái)有一組電機(jī)控制4臺(tái)待測(cè)手機(jī)翻蓋的開合（見圖3）。全部4臺(tái)電機(jī)的控制信號(hào)分別由NI PXI-7344的4軸提供。每臺(tái)電機(jī)上均有編碼信號(hào)反饋至運(yùn)動(dòng)控制模塊以形成閉環(huán)控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信號(hào)反饋至運(yùn)動(dòng)控制模塊用以確定系統(tǒng)的初始位置以及防止電機(jī)運(yùn)動(dòng)超出極限位置。
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2. 硬件連接
硬件配線包括伺服單元與伺服電機(jī)的連接、運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服單元的連接。其中伺服單元與伺服電機(jī)的連接有專用的電纜和相應(yīng)的端子定義，與伺服單元和伺服電機(jī)的的類型有關(guān)。下圖是運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服單元的連接以及限位信號(hào)的連接圖：
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圖4 運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服單元及限位信號(hào)連接示意圖 |
3. 軟件結(jié)構(gòu)和功能
整個(gè)軟件是在National Instruments公司的面向?qū)ο蟮膱D形化編程語(yǔ)言LabVIEW 7.1下開發(fā)完成的，從上到下分為三層：高層通訊層，中層運(yùn)動(dòng)控制層，以及底層的驅(qū)動(dòng)程序和開發(fā)環(huán)境支持。
底層開發(fā)環(huán)境和驅(qū)動(dòng)程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括LabVIEW 7.1圖形化編程環(huán)境和運(yùn)動(dòng)控制板卡的驅(qū)動(dòng)程序。中層的運(yùn)動(dòng)控制層是在LabVIEW環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置、速度以及對(duì)于本系統(tǒng)整體的運(yùn)動(dòng)流程。高層的通訊層是用于將用戶設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)傳遞到運(yùn)動(dòng)控制層，同時(shí)將用戶所需信息如當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度、剩余時(shí)間等反饋到用戶界面。
4. 基于虛擬儀器的操作界面
本系統(tǒng)使用Labview 7.1設(shè)計(jì)了友好的操作界面，如圖5所示：
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圖5 手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)試系統(tǒng)操作界面 |
測(cè)試程序操作步驟：
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表1 操作界面控件功能 |
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編號(hào) |
名稱 |
功能 |
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1 |
User Type |
指示當(dāng)前的用戶類型（ Operator 、 Engineer 、 Administrator ） |
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2 |
Cycle Counter |
預(yù)先可設(shè)置的翻蓋次數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行到達(dá)上限時(shí)該平臺(tái)停止運(yùn)行。 |
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3 |
Start Angle 1 End Angle 1 |
撥片的起始角度（如 180° ）和終止角度（如 100° ），通過(guò)微調(diào)（ Jog ）過(guò)程來(lái)確定。 |
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4 |
Start Angle 2 End Angle 2 |
撥桿的起始角度（如 0° ）和終止角度（如 130° ），通過(guò)微調(diào)（ Jog ）過(guò)程來(lái)確定。 |
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5 |
Velocity |
電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度。 |
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6 |
Acceleration |
電機(jī)啟動(dòng)與停止時(shí)的加（減）速度。 |
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7 |
Time 1-2 |
撥片開始往回動(dòng)作到撥桿開始動(dòng)作之間的時(shí)間間隔。 |
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8 |
Time 2-1 |
撥桿開始往回動(dòng)作到撥片開始動(dòng)作之間的時(shí)間間隔。減小上述 2 個(gè)參數(shù)可以有效加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。 |
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9 |
Current Cycle |
輸出指示當(dāng)前時(shí)刻的翻蓋次數(shù)。 |
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10 |
Cycle/s |
輸出指示當(dāng)前時(shí)刻每秒翻蓋的次數(shù)。 |
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11 |
Left Time (h) |
輸出指示到預(yù)設(shè)的翻蓋次數(shù)所剩余的時(shí)間。 |
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12 |
Load Setting |
按該控件從指定的文件載入上述的控制參數(shù)。并使撥桿、撥片到達(dá)載入的文件中所制定的位置。此時(shí)該平臺(tái)其它控件不可用。 |
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13 |
Save Setting |
按該控件將上述控制參數(shù)存入指定的文件。此時(shí)該平臺(tái)其它控件不可用。（ Operator 用戶不可用） |
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14 |
Initialize |
系統(tǒng)初始化。（ Operator 用戶不可用） 使撥片、撥桿到達(dá)預(yù)定的初始位置并停止。此時(shí)該平臺(tái)其它控件不可用。 |
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15 |
Jog |
微調(diào)操作。（ Operator 用戶不可用） 按該控件彈出微調(diào)面板，用戶可以將撥片、撥桿微調(diào)至理想位置。 此時(shí)該平臺(tái)其它控件不可用。 |
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16 |
Test/Continue |
開始（繼續(xù)）測(cè)試。有以下兩種情況： ⑴ 前一操作為 Pause 時(shí)按該控件表示繼續(xù)測(cè)試，參數(shù) #8 在原來(lái)基礎(chǔ)上繼續(xù)增加。 ⑵ 前一操作為 Stop 或到達(dá)預(yù)設(shè)上限停止時(shí)按該控件表示開始新測(cè)試，參數(shù) #8 從 0 開始增加。 此時(shí)該平臺(tái)僅有 Pause 和 Stop 可用。 |
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17 |
Pause |
暫停測(cè)試。 此時(shí)系統(tǒng)停止運(yùn)行，參數(shù) #8 保持不變。暫停后該平臺(tái)除 Pause 和 Stop 其它控件均可用。 |
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18 |
Stop |
停止測(cè)試。 此時(shí)系統(tǒng)停止運(yùn)行，參數(shù) #8 為 0 。停止后該平臺(tái)除 Pause 和 Stop 其它控件均可用。 |
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19 |
Setting File Path |
設(shè)置讀取或?qū)懭肟刂茀?shù)文件的默認(rèn)路徑。 |
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20 |
Change User |
按該控件改變用戶身份，登錄成功后相應(yīng)權(quán)限會(huì)發(fā)生變化。 |
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21 |
Config |
配置 NI PXI-7344 Board ID 及各軸與電機(jī)間對(duì)應(yīng)關(guān)系。除非硬件連接發(fā)生改動(dòng)請(qǐng)不要隨意使用該控件并修改面板設(shè)置，否則可能導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。（僅有 Administrator 用戶可用） |
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22 |
Exit |
退出系統(tǒng)。 |
1） 運(yùn)行程序，系統(tǒng)自動(dòng)以O(shè)perator登錄。
2） 系統(tǒng)開始對(duì)運(yùn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行初始化，完成后彈出對(duì)話框詢問(wèn)是否需要載入控制參數(shù)，若選No則系統(tǒng)自動(dòng)載入上次退出程序時(shí)的設(shè)置并使撥桿、撥片到達(dá)相應(yīng)位置。若選Yes系統(tǒng)繼續(xù)彈出對(duì)話框詢問(wèn)需要載入哪套平臺(tái)的控制參數(shù)。選定后系統(tǒng)載入相應(yīng)配置文件并使撥桿、撥片到達(dá)相應(yīng)位置。
3） 若所測(cè)手機(jī)型號(hào)已有相應(yīng)配置文件存在，跳至5）步。若該型號(hào)為初次測(cè)試，則以Engineer登錄。按Initialize控件使該平臺(tái)初始化。
4） 按Jog控件進(jìn)入微調(diào)模式。將夾具微調(diào)至理想的起始位置和終止位置并記下對(duì)應(yīng)角度值。按OK控件回到主面板并將控制參數(shù)#2、#3改為微調(diào)得到的結(jié)果。按Save Setting將當(dāng)前設(shè)置存成新型號(hào)的配置文件。
5） 按Test/Continue控件開始測(cè)試。
6） 此時(shí)有3種不同情況：
① 等待翻蓋次數(shù)到達(dá)控制參數(shù)#1所設(shè)上限后該平臺(tái)停止運(yùn)行。
② 按Stop控件停止操作，控制參數(shù)#8復(fù)0。
③ 按Pause控件暫停操作，控制參數(shù)#8保持當(dāng)前值，可以調(diào)整控制參數(shù)后繼續(xù)測(cè)試。
7） 按Exit控件退出測(cè)試系統(tǒng)。
4. 結(jié)束語(yǔ)
本測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)手機(jī)翻蓋的耐久性測(cè)試，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試速度大大提高，并提供完善靈活的用戶管理和系統(tǒng)設(shè)置功能。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試表明該測(cè)試系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，提高了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率。
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