文珊珊，林名潤，閆大鵬，白彥偉，劉秀芳

（上海航天設(shè)備制造總廠有限公司，上海 200245）

隨著我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)的迅猛發(fā)展，其維護(hù)和修理工作也日益繁重。為了提高數(shù)控機(jī)床中期檢查和維修的效率，快速、準(zhǔn)確地對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的故障進(jìn)行定位，本文提出了一種基于ATE平臺的多組合（控制臺組合、執(zhí)行組合、配電箱組合）集成自動測試和診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。針對ATE平臺提供的硬件資源不能滿足多組合集成測試對硬件資源的需求這一問題，提出了硬件資源外部復(fù)用和內(nèi)部復(fù)用，并通過軟件的方式對ATE平臺硬件資源進(jìn)行擴(kuò)展。

1 ATE平臺簡介

ATE（Automatic Test Equipment）自動檢測設(shè)備，是為各種設(shè)備提供通用測試資源的測試平臺。接口有：硬件測試接口，以ICA（接口連接組件）的硬件形式呈現(xiàn)，包括交直流供電、指令信號、A/D、D/A、電壓電阻測量、波形采集、高速數(shù)字I/O、計(jì)時計(jì)數(shù)、任意波輸出、繼電器控制信號、射頻信號測試分析等；軟件測試接口，以VITE（虛擬儀器測試環(huán)境）編程語言的形式呈現(xiàn)，包括程序人機(jī)交互方式、硬件資源的使用方式、數(shù)據(jù)的存儲方式等。

2 多組合集成自動測試和診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 測試需求

多組合集成自動測試和診斷系統(tǒng)主要包括下述功能：對數(shù)控機(jī)床上的控制臺組合、執(zhí)行組合、配電箱組合分時進(jìn)行全自動化電氣檢測，并且根據(jù)測試結(jié)果對故障部位進(jìn)行初步的判別，記錄測試過程中的測試結(jié)果。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由被測產(chǎn)品、測試專用電纜、專用適配器、ATE自動測試平臺及TPS程序集組成，總體架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)中被測產(chǎn)品分別為控制臺組合、執(zhí)行組合、配電箱組合，每個組合對應(yīng)一套專用測試電纜，用于被測產(chǎn)品與專用適配器的電氣連接。專用適配器負(fù)責(zé)整合ATE平臺上的硬件資源，將ATE自動測試平臺的硬件資源引出至專用適配器。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

在硬件電路搭建的基礎(chǔ)上，通過軟件平臺的TPS程序?qū)﹄娐分械挠布x器資源進(jìn)行控制，形成各組合完整的測試流程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各組合測試的自動化。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

2.3.1 硬件資源

ATE通用測試平臺提供較為豐富的硬件資源，但仍然無法直接滿足3個組合的測試硬件需求，如表1所示。系統(tǒng)主要通過硬件資源內(nèi)部復(fù)用和外部復(fù)用2種方式對ATE平臺的硬件資源進(jìn)行擴(kuò)展。

表1 ATE平臺提供硬件資源

2.3.2 內(nèi)部復(fù)用

將ATE通用測試平臺的Slot13和Slot14采樣通道模塊各用一塊信號轉(zhuǎn)接板擴(kuò)展成64通道，即將一路采樣通道轉(zhuǎn)兩路采樣通道，兩路采樣通道分時使用。如圖2所示，J1為信號的輸入端，接Slot13資源，J2和J3為資源引出端，分別接控制臺組合和配電箱組合。同理，Slot25電源模塊也可擴(kuò)展為4通道。

圖2 信號轉(zhuǎn)接板

為防止配電箱和控制臺組合測試受J2或J3上的短接線影響，采樣通道內(nèi)部復(fù)用需要滿足一定的條件。將插座上的接線劃分為兩種集合，即S_D（短接線集合）和S_P（單根線集合），插座上的所有接線可被S_D集合和S_P集合完整表示。設(shè)J2上的接線模型表示為S1_D1，S1_D2，…，S1_Dn，S1_P；J3的接線模型表示為S2_D1，S2_D2，…，S2_Dn，S2_P；則需滿足：①若任意S1_Dx∩S2_Dy結(jié)果不為空，取兩個集合中較大的集合（假設(shè)為S1_Dx），則需滿足（S1_Dx-S2_Dy）∩S2_P為空集，且（S1_Dx-S2_Dy）∩任意S2_Di為空集；②若任意S1_Dx∩S2_Dy結(jié)果為空，將兩者的S_D集合分別合并得S1_D和S2_D，則需滿足S1_P∩S2_D為空集，且S2_P∩S1_D為空。

資源內(nèi)部通道復(fù)用除了需要滿足以上所述的接線模型外，還需要注意各短接線接口的電氣特性。在控制臺組合與配電箱組合都連接到測試適配箱進(jìn)行測試的情況下，J2插頭上接線的電氣特性與J3插頭上接線的電氣特性需相同，以確保在測試過程中不會對產(chǎn)品造成損壞。

2.3.3 外部復(fù)用

本測試系統(tǒng)中執(zhí)行組合的測試接線與控制臺組合、配電箱組合有較大不同，我們選擇執(zhí)行組合使用切換的方式復(fù)用采樣通道。

電路中切換方式通常有兩種：一種是使用模擬芯片進(jìn)行切換控制，另一種是使用繼電器進(jìn)行切換控制。根據(jù)實(shí)際情況，采樣通道需要64路切換，每路有兩個狀態(tài)，選擇16個四刀雙擲的繼電器，初始狀態(tài)時繼電器開關(guān)將Slot13的引腳與J1的引腳導(dǎo)通，此時，控制臺組合和配電箱組合可以使用Slot13的32個采樣通道；當(dāng)繼電器閉合時，繼電器開關(guān)將Slot13的引腳與執(zhí)行組合引出的測試接口導(dǎo)通，此時，執(zhí)行組合可以使用Slot13的32個采樣通道。由于資源的外部復(fù)用對復(fù)用接線進(jìn)行了完全的隔離，不需要考慮復(fù)用接線的電氣特性和接線模型，具有更高的利用率。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中各組合對應(yīng)一套TPS程序，通過調(diào)用硬件的底層驅(qū)動操作ATE平臺上的硬件資源，完成組合各測試點(diǎn)的自動測試和診斷功能。組合對應(yīng)的TPS程序的基本流程如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

表2 自動測試平臺測試結(jié)果抽樣分析

3 系統(tǒng)性能分析

3.1 可靠性分析

在經(jīng)過數(shù)百次實(shí)驗(yàn)后，對多組合集成自動測試及診斷系統(tǒng)測量的部分電阻值和電壓值進(jìn)行采樣和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。電阻和電壓的自動測量阻值穩(wěn)定，誤差均不超過1%.

除了電路和結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)在控制流程軟件方面，也做了相應(yīng)的保障工作，包括：測試前對所有資源進(jìn)行儀器復(fù)位，防止未復(fù)位的儀器給產(chǎn)品不恰當(dāng)?shù)募钯Y源；每個組合對應(yīng)一個測試識別電阻，以確保運(yùn)行的測試控制程序與被測組合的對應(yīng)關(guān)系。

3.2 高效性分析

由于系統(tǒng)將大部分手工測試轉(zhuǎn)換為自動測試，極大地提高了測試的效率，同時，降低了人工測試可能引入的誤操作概率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，執(zhí)行組合測試可在15 min以內(nèi)完成（手動測試需要30 min），配電箱組合測試可在5 min內(nèi)完成（手動測試需要10 min），控制臺組合可在10 min內(nèi)完成（手動測試需要25 min）。3個組合測試的總體時間可嚴(yán)格控制在40 min以內(nèi)，相對于手動測試具有絕對的高效性和測試結(jié)果正確性。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種基于ATE平臺的多組合集成自動測試和診斷系統(tǒng)，充分利用ATE平臺提供的硬件資源，結(jié)合TPS軟件控制儀器的方式，將外部測試電路與內(nèi)部測試資源有序整合，并建立故障診斷數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了控制臺組合、執(zhí)行組合以及配電箱組合集成的自動測試和故障診斷。自動測試和診斷系統(tǒng)極大地提高了數(shù)控機(jī)床中期檢查和維修的效率，進(jìn)一步提升了數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的自動化程度，為數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的錯誤診斷及檢測提供了有力的技術(shù)支持。

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