四合一电气自动化测试方案用于智能音响测试

在智能音响的制造生产线，我们主要导入了电气自动化测试、无人供料车、多轴机械臂镭雕机、自动打包机和自动预警系统等自动化项目，用于代替劳动力，从而实现节约成本。其中以电气自动化测试最为复杂，需包含气压控制假手指做触摸测试、90、110、220、260VAC 各交流电压切换输入、数字与模拟各信号处理、音响SPL 声压测试、音频分析、机械手臂取放产品等模块。本文介绍智能音响的电气自动化测试原理和各模块功能，以及如何整合成一套完整的电气自动化测试系统。

1 智能音响测试的电气自动化测试原理和四个子模块功能

1.1 测试原理和测试架构

在导入电气自动化测试之前，是由操作员对产品搬运、接测试线、通过眼或耳主观去判断测试性能。如果让操作员测试会有两个大缺点：

因智能音响功能多，测试项目庞大，对操作员的数量需求非常大，成本高；

操作员会有疲劳度且存在主观判断性，易造成不良品没有被拦截，而导入电气自动化测试可有效克服这两大缺点^[1]。其通俗原理是：由气来代替人的手，通过西门子6ES72883AR PLC 气控主系统，做插拔连接线、触摸测试、取放产品等动作；由电来代替人的眼、嘴和大脑，通过LabView 开发的电控主系统，做指令输出输入、各弱电压切换测试、音频分析、SPL 声压测试等。系统构成方面，选用三菱RH-6FH5520-1D-S11 四轴机械手臂取放产品，自研制的气压控制电容触摸和触插拔连接线系统，Chroma 61603 仪器用于各弱电切换测试，Sound Check 13.0 声学系统用于SPL 声压测试，AudioPrecision APx586B 仪器用于音频分析，所有子系统均与电脑通讯，由LabView 做为基础环境，自编程的测试软件统一逻辑整合测试，对各子模块控制和采集数据。

1.2 四个主要子模块配置与功能

因智能音响功能较多，且音频测试要求极高，一套完整成熟的测试系统非常重要，此电气自动化测试系统经各验证手法完成验证，并已投入量产使用。控制系统共2 大系统构成：西门子PLC 气控主系统和LabView电控主系统，测试子模块共有4 个，其采用转圈轮盘式，4 个测试穴位对应4 个测试子模块，每个穴位测试项目不同，通过旋转盘，旋转让产品逐步进入4 个穴位做测试，如图1 所示。

图1 旋转让产品逐步进入4个穴位测试图

1.2.1 第1测试穴位

由三菱RH-6FH5520-1D-S11 四轴机械手臂，从流线上将待测产品夹取至转盘的第一测试穴位。因智能音响产品会销往世界各地，而每个国家的所使用的民用电压都有所不同，故此穴位用于测试90、110、220、260 VAC 各交流电压输入，以验证产品在各不同电压输入情况下仍可以完美工作。由Chroma 61603 可编程交流电源做为测试仪器，气动插拔模块连接各种测试线于产品底部。

1.2.2 第2测试穴位

此穴位主要用于测试智能音响产品的电容触摸功能和LED 亮度强度，气动假手指按系统软体设定的气压压力和速度进行各项触摸测试，Basler aca1600-20gm工业相机采集产品LED 亮度、灯色和强度送至系统软体分析判定。

1.2.3 第3测试穴位

Sound Check 13.0 SPL 声压测试系统，此系统由声卡、功放、Microphone、喇叭隔音罩、SPL 测试系统等构成，在产品旋转至第三个穴位时，气缸会控制喇叭隔音罩先将产品输出喇叭罩出，以防外界干扰，再进行SPL 声压测试。

1.2.4 第4测试穴位

使用Audio Precision APx586B 音频分析仪，支持RS232 和USB3.0 通讯，测试时会对产品输入1 个特定1 kHz 音频数字信号，再由产品输出回收回分析仪。可对产品高速测试Audio THD+N、SNR、Gain、Noise、Sweep 等音频项目，具体测试频率与限度如表1 所示。完成所有测试项目后，若是不良品，四轴机械手臂会将产品夹至不良品区域，良品则夹至流水线，流往下一站。

表1 音频测试频率与限度表

2 智能音响测试的电气自动化测试系统逻辑

2.1 测试逻辑顺序

西门子PLC 气控主系统和LabView 电控主系统两大系统相互配合工作。首先当产线从流水线流至此站时，由光感Sensor 感应并通到机械手臂夹取产品，由PLC气控主系统，控制气动插上所有测试连接线，通过网线，由HTTP 指令从产品内部Flash 里读取产品条码与版本信息，用于测试后按条码保存测试日志。MES 系统判定此条码站别，若正确则放入第1 测试穴位，若不正确则放入不良品区域。由LabView 电控主系统控制旋转盘转动，若某一个穴位测试FAIL，将会启动黄色警报灯，不良品已没必要测剩下的穴位，由机械手臂夹至不良品区域^[3]。若不良品区域已无空闲位置，将会启动红色警报灯提醒产品维修人员将不良品取走，维修人员针对保存的测试日志细节去展开不良品分析。完成4 个穴位所有测试项目后，机械手臂夹取良品放于流水线，并同时在MES 系统后台将此序号标记至下一站管控。

2.2 测试逻辑保护

机器毕竟是死物，我们需制定规则用于保护人员和产品，此气动自动化测试系统主要有两方面保护机制：

1）测试逻辑保护；

2）警示与防护栏保护。其中警示与防护栏保护，主要是安装防护栏、粘贴勿靠近标识、灯光警报或声音警报等^[3]。警示与防护栏保护在各自动化系统中大同小异，不做细致探讨，以下主要探讨测试逻辑保护这个方面的细节，使用LabView 做为电控终端软件，根据保护对象可分为两个方面。

2.2.1 对人员的保护

万物以人为首，需坚持安全第一、预防为主的原则，制定逻辑保护机制，防止人员被机械手臂、旋转盘、电压等造成伤害。主要防护措施有：

1) 安装传感器光栅在机械手臂运动范围边缘，用于侦测人员或其他障碍物进行危险区域时，机械手臂立即停止运行；

2) 安装影像监控系统在旋转盘上方，当出现不明影像，旋转盘立即停止旋转；

3) 配电柜开门处安装常闭开关，当门被维修人员维修时或其他无关人员误打开后，自动关闭总电输入防止触电^[4]。

2.2.2 对产品的保护

防止一些突发故障损伤产品，或是机械手臂运动过程中撞到流水线上的产品。主要防护措施有：

1）光学影像全程监控流水线流入和流出的产品，当测试完成的产品由机械臂放置至流水线时，会等待1.5 m 后重新侦测放置位有无产品，确认无产品后再放置，防止机械臂撞击产品；

2）夹手设计吸盘，防止产品放置至流水线时重力摔落，需夹取产品底部，3 kPa 吸力，加强吸取稳定性；

3）流水线体采用一体式，有效降低产品与流水线的落差，采用垂直向下气缸，可以使产品与流水线落差为2 mm，降低落差^[5]。

3 结束语

随着电气自动化逐步成长，电气自动化将成为电气工程的支柱，为工业发展打下坚石基础，同时也是国家强大的标志。目前中国处于高速发展状态，智能领域和自动化技术也在不断的升级，电气自动化的高层次变的更加容易实现。生活水平提高与社会高速发展离不开电气自动化，电气自动化也与其它相关产业相铺相成。做为电气自动化从业人员，还需多向前辈学习知识与经验去扩充自己，需做到“活到老，学到老”的精神。需时刻准备着去抓住新的机遇，也要面对许多未知领域的挑战，当经历重重难关，才能成为社会主义建设中的中流砥柱。

参考文献：

[1] 张春辉,陈君,李邦源.基于人工智能的配电网络调试技术[J].电气自动化,2022(3): 82-84.

[2] 张尚明.浅析人工智能技术在电气自动化控制中的应用[J].科技风,2020(2):18.

[3] 吴宝融.电气自动化控制设备可靠性相关问题分析[J].山东工业技术,2019(10):203.

[4] 党红云,刘敏.基于双高背景下电气自动化技术专业实践教学改革与研究[J].科技风, 2022(12):94-96.

[5] 徐菊香.高职电气自动化技术专业职业化教学研究[J].中国现代教育装备,2021(23): 181-183.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年5月期）