應(yīng)用領(lǐng)域：汽車電子測試

挑戰(zhàn):油泵功能測試需要對油泵支架的各項性能進(jìn)行測試，要求測試系統(tǒng)具備良好的可靠性與時實性。測試的過程不僅包括多種儀器的控制還包括數(shù)據(jù)采集及運(yùn)動控制的內(nèi)容。因此，需要建立一套可進(jìn)行多功能測試開發(fā)的系統(tǒng)，并且系統(tǒng)必須具備良好的可靠性與時實性。

應(yīng)用方案：油泵支架功能測試臺主要用于油泵支架各項性能的測試，主要包括液位阻值(TSG電阻)、油泵啟動電流、CO電阻、DRV電阻、油泵轉(zhuǎn)動極性和系統(tǒng)條碼等一系列關(guān)鍵參數(shù)。其測試結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響油泵支架系統(tǒng)的出廠指標(biāo)及質(zhì)量。這些參數(shù)的測試，不但需要測試系統(tǒng)具有高精度與高實時性，而且需要其設(shè)備具有高可靠性與現(xiàn)場抗干擾的能力。

COMPACTRIO測試系統(tǒng)是一種基于FPGA的底層開放的高可靠性、高精度的測試系統(tǒng)，它是由美國國家儀器(NI)公司針對工業(yè)場合復(fù)雜環(huán)境條件下測試要求而推出的。該系統(tǒng)特別適用于工業(yè)現(xiàn)場相對環(huán)境差，而測試可靠性與實時高的場合。其與傳統(tǒng)的PCI或PXI采集卡搭建的系統(tǒng)相比，具有高可靠性、高精度、高實時性、高性價比，使用不受場合與地點的限制等一系列優(yōu)勢。與傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)相比，則具有響應(yīng)速度快、采集及控制更為靈活等一系列優(yōu)點?？梢灶A(yù)見，基于FPGA的COMPACTRIO測試技術(shù)必將給工業(yè)測試場合帶來一種全新的測試?yán)碚?而對工業(yè)測試技術(shù)帶來重要而深遠(yuǎn)的影響。

使用的產(chǎn)品：

LabVIEW2009 SP1 RT FPGA

NI cRIO-9074

NI 9205

NI 9411

NI 9401

NI9476

NI 9425

NI 9870

正文：

1 概述*

XLM2線功能測試臺主要承擔(dān)對油泵支架總成各項性能的檢測。主要針對通用公司以及福特公司的12種配套車型的油泵支架系統(tǒng)進(jìn)行測試。其主要測試參數(shù)包括：油體浮子液位阻值(TSG電阻)，油泵啟動電流，CO接地電阻，DRV接地電阻，油泵轉(zhuǎn)動極性以及產(chǎn)品條碼掃描等一系列關(guān)鍵參數(shù)。其測試結(jié)果直接關(guān)系到油泵支架系統(tǒng)的出廠指標(biāo)以及產(chǎn)品質(zhì)量，其功能測試臺處于整條生產(chǎn)線最終檢測環(huán)節(jié)而顯得異常重要。

針對以上測試要求，若采用傳統(tǒng)的基于PCI數(shù)據(jù)采集的測試系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，受到上位機(jī)操作系統(tǒng)以及測試環(huán)境的影響較大。而基于PLC進(jìn)行開發(fā)又會受到采集速度等條件的限制。所以本文采用美國國家儀器公司(以下簡稱NI公司)近年來最新推出的COMPACTRIO測試技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，它是一種基于底層FPAG進(jìn)行編程的技術(shù)，包含一個實時控制器與可重新配置的FPGA芯片，底層硬件資源對用戶開放，避免了受到軟件操作系統(tǒng)以及固有采集模式的限制，具備良好的靈活性與可靠性。

2 測試系統(tǒng)功能及硬件構(gòu)架

油泵支架功能測試臺如圖1所示。

圖1 油泵支架功能測試臺

測試臺的測試功能可以分為3個基本部分

1) 設(shè)備儀器控制

包括TSG電阻測試驅(qū)動伺服電機(jī)控制、掃碼儀控制以及極性探測器的控制。

其中TSG電阻測試要求控制測試電機(jī)處在恒速條件下，整個過程分為三個階段，如圖2所示。

圖2 TSG阻值測試過程

2) 模擬信號采集

包括對TSG電阻、CO電阻以及DRV值的測量。

3) I/O控制

包括對負(fù)壓吸緊氣缸、CO探針氣缸、DRV上推氣缸，DRV探針氣缸以及多個繼電器進(jìn)行信號輸出控制，同時對工件識別光電開關(guān)、高度上下限接近開關(guān)，零位接近開關(guān)、安全繼電器以及雙手控制器進(jìn)行輸入信號捕捉。

測試系統(tǒng)的構(gòu)架：

由于本系統(tǒng)功能測試類型較多，單一的數(shù)據(jù)采集設(shè)備或I/O控制設(shè)備都難以滿足要求。經(jīng)過多次比較與選型，本測試系統(tǒng)采用NI公司最新推出的COMPACTRIO測試技術(shù)，基于低層FPGA編程的NI cRIO-9074進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)架。該系統(tǒng)構(gòu)架結(jié)構(gòu)如表1所示。

其系統(tǒng)硬件如圖3所示：

圖3 cRIO-9074測試系統(tǒng)

其中各模塊功能以及采集量分析如表2所示：

系統(tǒng)接線實物電氣圖如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)接線實物圖

3 測試系統(tǒng)軟件組成

系統(tǒng)的軟件界面如圖5所示。

圖5測試系統(tǒng)軟件測試界面

其操作功能如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)測試功能

3.1 自動測試功能。系統(tǒng)具備自動測試功能，其詳細(xì)測試工藝如4所述。

3.2 手動測試功能。如圖7所示。系統(tǒng)具備對測試運(yùn)動控制部件進(jìn)行手動控制功能，可進(jìn)行所有運(yùn)動控制的手動調(diào)整，方便系統(tǒng)調(diào)試。

圖7 手動功能測試界面

3.3 校驗功能。由于本測試系統(tǒng)長期運(yùn)行于生產(chǎn)線，測試的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性非常重要。本測試系統(tǒng)軟件設(shè)計了光電開關(guān)校驗，高度校驗，TSG阻值校驗，DRV阻值校驗，CO阻值校驗，啟動電流校驗，極性校驗。通過相應(yīng)操作界面定期對系統(tǒng)進(jìn)行校驗，可保證系統(tǒng)長期測試的可靠性。

3.4 測試工件參數(shù)選型。本系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置各種生產(chǎn)線測試工件類型，通過測試工件選型，測試參數(shù)將自動加載入測試界面。

3.5 測試數(shù)據(jù)記錄。在工件測試結(jié)束后，測試過程中的數(shù)據(jù)將自動記錄并保存。

4 系統(tǒng)自動測試工藝過程

系統(tǒng)自動測試工藝過程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)自動測試工藝

1) 工件識別。當(dāng)工件被正常裝入測試夾具后，系統(tǒng)將對工件進(jìn)行自動識別并判斷是否合格，如果工件識別正確，則進(jìn)行下一個工序測試。如果沒有工件放入，或工件放置位置錯誤，則系統(tǒng)自動提示工件識別錯誤報警并停止測試。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

2) 掃描條碼識別。當(dāng)工件被識別后，掃描條碼器自動打開對測試工件進(jìn)行條碼掃描。如果掃描編碼與預(yù)設(shè)掃描客戶編碼一致，系統(tǒng)自動判斷掃描條碼合格，關(guān)閉掃描條碼器，并進(jìn)行下一道工序測試。如果掃描編碼與預(yù)設(shè)掃描客戶編碼不一致，則系統(tǒng)自動提示掃描條碼錯誤報警并停止測試。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

3) TSG電阻值測試。當(dāng)工件條碼掃描合格后，系統(tǒng)將根據(jù)型號選擇，確定是否進(jìn)行TSG電阻測試。如果TSG電阻測試被選中，系統(tǒng)將自動進(jìn)行TSG電阻測試。否則，系統(tǒng)將跳過本道測試工序，進(jìn)行下一道工序的測試。

在進(jìn)行TSG電阻測試過程中，系統(tǒng)將控制電機(jī)測試絲桿帶動被測工件的浮子進(jìn)行TSG電阻測試，并將整個測試過程以高度為橫坐標(biāo)，以測試阻值為縱坐標(biāo)的測試特性曲線記錄下來，同預(yù)先設(shè)置好的檢驗范圍進(jìn)行對比。如圖9所示。

圖9 TSG測試曲線與檢驗范圍窗

如果測試點測試結(jié)果均在檢驗范圍內(nèi)，則判定TSG電阻測試合格，進(jìn)行下一道工序測試。如果其中一個或多個測試數(shù)據(jù)超過檢驗范圍，則系統(tǒng)自動提示TSG電阻測試錯誤報警并停止測試。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

4) 啟動電流測試。當(dāng)工件TSG電阻測試合格后(如果系統(tǒng)選擇進(jìn)行TSG電阻測試)，系統(tǒng)將自動開啟測試電源，進(jìn)行工件啟動電流測試，并求取啟動電流的最大值與預(yù)先設(shè)置的允許最大啟動電流進(jìn)行對比。如果測試結(jié)果小于預(yù)設(shè)值，則判定啟動電流測試合格，系統(tǒng)自動進(jìn)行下一工序測試，否則系統(tǒng)自動提示啟動電流錯誤報警。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

5) 極性測試。當(dāng)啟動電流測試合格后系統(tǒng)將打開極性傳感器，在工件加電工作條件下進(jìn)行極性測試。如果工件工作正常，則極性測試合格，系統(tǒng)自動進(jìn)行下一工序測試，否則系統(tǒng)自動提示極性錯誤報警。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

6) DRV電阻測試。當(dāng)極性測試合格后，系統(tǒng)將根據(jù)型號選擇，確定是否進(jìn)行DRV電阻測試。如果DRV電阻測試被選中，系統(tǒng)將自動進(jìn)行DRV電阻測試。否則，系統(tǒng)將跳過本道測試工序，進(jìn)行下一道工序的測試。

在進(jìn)行DRV電阻測試過程中，系統(tǒng)將控制DRV上推氣缸前進(jìn)至DRV電阻待測位置，并推動DRV測試氣針接觸到DRV電阻測試位置。 然后自動測試工件DRV電阻，并同預(yù)先設(shè)置好的檢測范圍進(jìn)行對比，如果測試結(jié)果在預(yù)設(shè)的檢測范圍以內(nèi)，則判定DRV電阻測試合格，系統(tǒng)自動進(jìn)行下一工序測試，否則系統(tǒng)自動提示DRV電阻測試錯誤報警。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

7) CO電阻測試。CO電阻的測試工藝與DRV電阻的測試工藝基本相似。即當(dāng)DRV電阻測試合格后，系統(tǒng)將根據(jù)型號選擇，確定是否進(jìn)行CO電阻測試。如果CO電阻測試被選中，系統(tǒng)將自動進(jìn)行CO電阻測試，否則系統(tǒng)將結(jié)束測試。并提示操作人員工件所有測試參數(shù)合格，請取走工件，并開始下一工件的參數(shù)測試。

在進(jìn)行CO電阻測試過程中，系統(tǒng)將CO測試氣針接觸到CO電阻測試位置后，自動測試工件CO電阻。在測試完成后，自動同預(yù)先設(shè)置好的檢測范圍進(jìn)行對比。如果測試結(jié)果在預(yù)設(shè)的檢測范圍以內(nèi)，則CO電阻測試合格，并結(jié)束整個測試。否則系統(tǒng)自動提示CO電阻測試錯誤報警。需手動復(fù)位，并重新開始測試。

5 總結(jié)

本油泵支架測試臺是聯(lián)合汽車電子有限公司西安廠針對油泵支架專門開發(fā)的參數(shù)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用NI公司COMPACTRIO測試系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，目前已經(jīng)投入生產(chǎn)線運(yùn)行，測試結(jié)果穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計功能。