一種超聲波雷達(dá)自動(dòng)檢測(cè)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(huì)要求，由此必然帶來行業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展轉(zhuǎn)型。通過自動(dòng)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)的生產(chǎn)下線的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備就顯得尤為重要。針對(duì)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(dòng)化檢測(cè)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(gè)測(cè)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(cè)試機(jī)控制觸摸屏、啟動(dòng)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(tái)一致，并使用防靜電皮帶以消除靜電對(duì)測(cè)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(hào)用以識(shí)別。

測(cè)試箱與外部通過鈑金件隔開，外部具有針對(duì)雷達(dá)定制的測(cè)試工裝，測(cè)試工裝通過鈑金上開口與測(cè)試箱內(nèi)部固定工裝正對(duì)。固定工裝上裝有聲波發(fā)射器和聲波接收器。測(cè)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(cè)試箱內(nèi)的聲波暗室，隔絕外部影響，提高測(cè)試準(zhǔn)確度。另外，測(cè)試箱內(nèi)配有溫濕度感應(yīng)探頭隨時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試環(huán)境，保證測(cè)試環(huán)境符合要求。根據(jù)實(shí)際要求測(cè)試工裝可適配不同型號(hào)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(gè)測(cè)試箱配有一臺(tái)測(cè)試機(jī)、一臺(tái)開關(guān)電源、一臺(tái)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(cè)試機(jī)配有發(fā)射器驅(qū)動(dòng)板卡、雷達(dá)驅(qū)動(dòng)板卡、麥克風(fēng)板卡。在測(cè)試工裝上配有雷達(dá)接口，分別與雷達(dá)驅(qū)動(dòng)板卡和開關(guān)電源相連，雷達(dá)驅(qū)動(dòng)板卡負(fù)責(zé)與雷達(dá)通信進(jìn)行測(cè)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(cè)雷達(dá)靜態(tài)電流。另外，測(cè)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(cè)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(dòng)板卡相連用于雷達(dá)接收測(cè)試，麥克風(fēng)與麥克風(fēng)板卡相連用于雷達(dá)發(fā)射測(cè)試。

1.3 測(cè)試流程

設(shè)備整體控制以PLC為主，可通過觸摸屏在手動(dòng)模式下控制設(shè)備各部分單獨(dú)運(yùn)行或在自動(dòng)模式下按規(guī)定流程運(yùn)行。測(cè)試部分主要由測(cè)試機(jī)控制，PLC控制機(jī)械手按流程放入測(cè)試工裝后，測(cè)試機(jī)按流程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)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(hào)用以匹配數(shù)據(jù)，同時(shí)負(fù)責(zé)將檢測(cè)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(dòng)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃碼，由上位機(jī)對(duì)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(cè)試工裝，測(cè)試工裝通過設(shè)置產(chǎn)品型號(hào)進(jìn)行固定并推入測(cè)試位；

5）測(cè)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(cè)試機(jī)按測(cè)試流程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后將結(jié)果返回給PLC；

7）PLC將測(cè)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(cè)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(cè)試工裝，如果測(cè)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(cè)試NG則將雷達(dá)放入NG盤。

測(cè)試流程如圖5所示：

圖5 測(cè)試流程圖

1）雷達(dá)到測(cè)試位時(shí)測(cè)試工裝對(duì)雷達(dá)進(jìn)行連接，電源為雷達(dá)供電，測(cè)試機(jī)與雷達(dá)通信；

2）測(cè)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(cè)試，NG則記錄錯(cuò)誤后結(jié)束測(cè)試；

3）測(cè)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(duì)，OK則繼續(xù)后續(xù)測(cè)試，NG則記錄錯(cuò)誤后結(jié)束測(cè)試；

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

5）測(cè)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(duì)雷達(dá)發(fā)射聲波聲壓進(jìn)行測(cè)試，通過調(diào)整雷達(dá)電流至聲壓符合范圍則測(cè)試OK，調(diào)整雷達(dá)頻率測(cè)量雷達(dá)頻率響應(yīng)，記錄此時(shí)電流與最大輸出對(duì)應(yīng)頻率；若電流達(dá)到最大值時(shí)聲壓仍不滿足則判定NG，記錄錯(cuò)誤后結(jié)束測(cè)試；

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

8）配置雷達(dá)在接收模式，啟動(dòng)聲波發(fā)射器，通過測(cè)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(cè)試OK，記錄此時(shí)增益，若增益達(dá)到最大值時(shí)接收強(qiáng)度仍不滿足則判定NG，記錄錯(cuò)誤后結(jié)束測(cè)試；

9）測(cè)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(cè)試結(jié)束，測(cè)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(dòng)化檢測(cè)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(gè)雷達(dá)送至掃碼工位進(jìn)行掃碼，然后放入測(cè)試工位進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括：靜態(tài)電流測(cè)試、雷達(dá)軟硬件版本檢測(cè)、發(fā)射測(cè)試、余震測(cè)試、接收測(cè)試，測(cè)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(dòng)進(jìn)行雷達(dá)測(cè)試的基礎(chǔ)上大幅度提高產(chǎn)品測(cè)試效率，測(cè)試內(nèi)容全面，可充分檢測(cè)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(shí)對(duì)每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行掃碼標(biāo)記并增加數(shù)據(jù)上傳功能，可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行追溯，也可對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行更好的評(píng)估。

經(jīng)過一年的穩(wěn)定運(yùn)行驗(yàn)證，該設(shè)備測(cè)試時(shí)間約為30 s，實(shí)際使用時(shí)采取3臺(tái)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。