ASPEX夾雜物自動(dòng)分析儀的故障診斷與維修

劉志軍，楊 崢，王 旭

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山 243000)

ASPEX夾雜物自動(dòng)分析儀是一種鋼鐵材料中夾雜物快速分析儀器，主要應(yīng)用于鋼潔凈度的提高和夾雜物形態(tài)及分布控制等方面的研究，在車輪鋼、汽車板、電工鋼和軸承鋼等工藝技術(shù)改進(jìn)和性能改善等方面得到廣泛的應(yīng)用，是鋼鐵材料研究、新產(chǎn)品開發(fā)和工藝技術(shù)改進(jìn)等必不可少的精密大型檢驗(yàn)儀器。

1 ASPEX夾雜物自動(dòng)分析儀的工作原理及結(jié)構(gòu)組成

ASPEX夾雜物自動(dòng)分析儀將掃描電鏡與能譜分析儀通過一體化設(shè)計(jì)，結(jié)合專有的MQA金屬質(zhì)量分析軟件，實(shí)現(xiàn)試樣表面夾雜物的自動(dòng)掃描、識(shí)別和微區(qū)成分分析，并根據(jù)已設(shè)定的特征規(guī)則集合，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾雜物的類型、尺寸、成分分類等統(tǒng)計(jì)分析，最后自動(dòng)生成檢測(cè)分析報(bào)告。

ASPEX夾雜物自動(dòng)分析儀主要由掃描電鏡、能譜儀、服務(wù)器、控制計(jì)算機(jī)及MQA金屬質(zhì)量分析軟件組成。掃描電鏡主要用于樣品表面的掃描及觀測(cè)。首先以大步長(zhǎng)快速掃描選定的樣品表面區(qū)域，當(dāng)掃描到夾雜物時(shí)，背散射探測(cè)器的灰度信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，一旦低于預(yù)先設(shè)定的閾值，則表明該處有雜質(zhì)；然后，控制系統(tǒng)自動(dòng)切換成小步長(zhǎng)慢速掃描，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)弦線算法(RCA)，測(cè)量雜質(zhì)的微粒尺寸和形狀，并自動(dòng)存貯尺寸、形狀和位置信息；然后，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)能譜儀EDS進(jìn)行微粒的化學(xué)成分分析，MQA金屬質(zhì)量分析軟件根據(jù)已設(shè)定的特征規(guī)則集和軟件參數(shù)確定雜質(zhì)的元素成分及其類型。當(dāng)一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)物分析完成后，系統(tǒng)繼續(xù)自動(dòng)搜索下一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)物，直到完成設(shè)定區(qū)域的檢測(cè)為止。最后，ASPEX把設(shè)定區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到的夾雜物微粒的位置、大小、取向、像素、成分元素等信息自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，根據(jù)用戶自己定制的報(bào)告格式，自動(dòng)生成分析報(bào)告。

2 ASPEX夾雜物自動(dòng)分析儀故障的診斷與維修

2.1 馬達(dá)臺(tái)不動(dòng)作故障

馬達(dá)臺(tái)不動(dòng)作的故障現(xiàn)象是，在開機(jī)后，應(yīng)用軟件界面下的馬達(dá)臺(tái)功能區(qū)是空白，馬達(dá)臺(tái)也不能自動(dòng)初始化。

馬達(dá)臺(tái)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)及控制軟件、馬達(dá)臺(tái)控制盒和樣品室內(nèi)的馬達(dá)臺(tái)電機(jī)組成。MQA金屬質(zhì)量分析軟件可以通過計(jì)算機(jī)和馬達(dá)臺(tái)控制盒自動(dòng)控制樣品臺(tái)X、Y和Z三個(gè)軸的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)臺(tái)在X、Y和Z方向的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)樣品表面選定區(qū)域的夾雜物的自動(dòng)掃描分析。操作人員也可以通過馬達(dá)臺(tái)控制盒手動(dòng)控制馬達(dá)臺(tái)X 、Y和Z方向的電機(jī)，調(diào)整樣品高度和位置等。正常情況下，開機(jī)時(shí)，馬達(dá)臺(tái)能自動(dòng)進(jìn)行初始化，使X、Y和Z回到零位。

針對(duì)該故障，首先，檢查樣品室內(nèi)馬達(dá)臺(tái)電機(jī)控制電纜及端子是否正常，檢查發(fā)現(xiàn)端子連接牢靠，電纜也沒有破損斷裂現(xiàn)象；其次，檢查馬達(dá)臺(tái)控制盒，在檢查內(nèi)部電路及外部連接未有異常的情況下，手動(dòng)操作X、Y和Z操作桿，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)臺(tái)能夠做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，由此說明，馬達(dá)臺(tái)電機(jī)、馬達(dá)臺(tái)控制盒和外部連接電纜等正常。最后，懷疑是MQA金屬質(zhì)量分析軟件與計(jì)算機(jī)的問題。檢查從計(jì)算機(jī)COM口到馬達(dá)臺(tái)控制盒的連線正常后，用鏡像軟件重新恢復(fù)了分析軟件，故障現(xiàn)象依舊，說明故障可能出在計(jì)算機(jī)硬件上。更換計(jì)算機(jī)主板后，故障排除。至此，該故障是因?yàn)橛?jì)算機(jī)主板上的串口故障，導(dǎo)致馬達(dá)臺(tái)控制信號(hào)不能輸出到馬達(dá)臺(tái)控制盒，馬達(dá)臺(tái)電機(jī)無驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，所以馬達(dá)臺(tái)不動(dòng)作。

2.2 真空泵自動(dòng)停止故障

故障現(xiàn)象是在分過程中，真空泵自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)出現(xiàn)interlock not ready，應(yīng)用軟件界面中的POWER燈變灰，燈絲電流降為0，樣品室真空度逐漸下降，直到樣品室上的真空操控桿彈起。再把操控桿壓下，真空泵也不再啟動(dòng)。關(guān)閉軟件及儀器的所有電源后再冷啟動(dòng)，結(jié)果真空泵又能啟動(dòng)了。然而，過了一天后，故障再次出現(xiàn)，而且重復(fù)上面的步驟，真空泵也不再啟動(dòng)了。

正常情況下，在放入樣品后，按下樣品室上的真空操控桿，電源控制模塊給真空泵供電，泵開始對(duì)樣品室抽真空，到達(dá)要求真空度后，應(yīng)用軟件界面上的POWER等變綠，這時(shí)候才能給電鏡加高壓，燈絲電流上升，開始分析工作。

從故障現(xiàn)象知道，真空泵不能正常工作，為此，首先，檢查真空泵是否正常，直接給真空泵供電，真空泵能持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，說明真空泵是正常的；其次，檢查控制信號(hào)是否正常，在把操控桿壓下時(shí)，測(cè)量輸出端有220VAC，不壓下時(shí)，則沒有220VAC，這說明控制信號(hào)正常；最后，懷疑是控制電源模塊有問題，在操控桿壓下時(shí)，空載下能測(cè)量到220VAC電壓，但是一旦連接真空泵或其它負(fù)載時(shí)，電壓立刻降為0，這說明控制電源模塊沒有帶負(fù)載能力，更換一新的控制電源模塊后，故障排除。

2.3 系統(tǒng)初始化無法通過故障

故障現(xiàn)象是，系統(tǒng)在啟動(dòng)到“initializing SEM Hardware...”時(shí)，顯示“DAQmx Error”故障，系統(tǒng)無法通過自檢。

通常情況下，按下主機(jī)柜上的電源開關(guān)后，控制柜內(nèi)各部件及控制計(jì)算機(jī)都自動(dòng)啟動(dòng)，控制軟件自動(dòng)檢測(cè)各硬件狀態(tài)。假如一切正常，系統(tǒng)進(jìn)入人機(jī)操作界面，處于待機(jī)工作狀態(tài)；假如發(fā)現(xiàn)有硬件錯(cuò)誤，則初始化失敗，同時(shí)給出故障提示。針對(duì)該故障，首先，根據(jù)故障現(xiàn)象及提示，說明有NI硬件故障，通過AUTOMEASUREMENT軟件，檢查發(fā)現(xiàn)D/A卡PCI-6740和A/D卡PCI-6229兩塊集成電路板都處于打叉出錯(cuò)狀態(tài)，說明這兩塊板可能存在問題。其次，采用替換法診斷出故障原因。從維修經(jīng)驗(yàn)可知，兩塊集成電路板同時(shí)壞的幾率比較低，所以，要排除公共部分出現(xiàn)問題的可能性。于是，第一步，用備用鏡像硬盤替換現(xiàn)有硬盤，排除因系統(tǒng)軟件問題導(dǎo)致這兩塊板工作異常的可能；第二步，用新的計(jì)算機(jī)電源替換現(xiàn)有電源，排除電源工作不穩(wěn)定致使它們工作異常的可能；第三步，用一個(gè)聲卡分別插到D/A卡和A/D卡所在的槽內(nèi)，結(jié)果聲卡工作都正常，排除了計(jì)算機(jī)插槽的問題；第四步，通過采用聲卡分別與D/A卡和A/D卡插入計(jì)算機(jī)插槽內(nèi)試驗(yàn)，診斷出D/A卡PCI-6740損壞。從以上診斷過程可知，由于D/A卡PCI-6740損壞，使計(jì)算機(jī)的PCI總線工作異常，導(dǎo)致A/D卡PCI-6229也不能正常工作，最后，更換新的D/A卡PCI-6740后，ASPEX夾雜物分析儀恢復(fù)正常工作。

2.4 無法聚焦故障

故障現(xiàn)象是更換樣品后，在掃描樣品表面時(shí)，無法聚焦。

通常情況下，放入樣品后，要用掃描電鏡對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描聚焦，直到圖像清晰后，才能選定掃描分析區(qū)域，啟動(dòng)自動(dòng)分析功能。該儀器是通過自動(dòng)控制馬達(dá)臺(tái)Z軸的上升或下降，實(shí)現(xiàn)聚焦功能的。在出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)Z軸聚焦距離為19，希望使樣品上升，縮短聚焦距離，可是無論怎樣調(diào)整，聚焦距離也不縮短。然而，往相反方向調(diào)整，聚焦距離卻能增長(zhǎng)。這說明，控制信號(hào)和馬達(dá)臺(tái)Z軸電機(jī)工作是正常的，也不存在Z軸被卡死的問題。最后，檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)前樣品比之前的樣品矮了些，更換一個(gè)高的載物臺(tái)后，故障排除。該故障是因?yàn)闃悠纷儼珜?dǎo)致Z軸行程不足以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦功能所致。

2.5 圖像顯示器上有拖尾現(xiàn)象故障

故障現(xiàn)象是左側(cè)顯示器上的文字與圖像有時(shí)有拖尾現(xiàn)象。

針對(duì)該故障，首先診斷顯示器是否正常。把人機(jī)界面操控顯示器與該顯示器相互更換后，則原來有拖尾現(xiàn)象的顯示器正常顯示，原來正常的顯示器上的圖像也有拖尾現(xiàn)象了，這說明兩臺(tái)顯示器是正常的。然后，截屏拷貝圖片，發(fā)現(xiàn)拷貝下來的圖片上也沒有拖尾現(xiàn)象，這說明計(jì)算機(jī)給出的圖像信息是正常的，問題還是存在于顯示系統(tǒng)中。最后，把計(jì)算機(jī)顯卡上的人機(jī)界面操控顯示器與圖像顯示器的信號(hào)電纜交換試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題是圖像顯示器的信號(hào)電纜異常，更換一新的電纜后，故障排除。

3 結(jié)語

在熟悉掌握ASPEX夾雜物分析儀的工作原理及結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，參考文中介紹的馬達(dá)臺(tái)不動(dòng)作、真空泵不工作、無法初始化、無法聚焦和圖像顯示器上有拖尾現(xiàn)象等故障的診斷與維修方法，有助于ASPEX夾雜物分析儀故障的快速診斷與排除。