基于虛擬儀器技術(shù)的手機翻蓋耐久性測試系統(tǒng)

摘要：本文介紹一種手機翻蓋耐久性測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由National Instruments公司的PXI-8186控制器、PXI-7344、UMI-7764、YASKAWA公司的SGDL-04AS伺服單元和SGML-04AF12伺服電機以及基于虛擬儀器的用戶界面組成。該測試系統(tǒng)使用虛擬儀器使系統(tǒng)規(guī)模最小化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性且易于維護和擴展，操作界面友好。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測試系統(tǒng)；伺服單元；伺服電機
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor

手機翻蓋耐久性測試即將待測翻蓋手機重復(fù)開合預(yù)設(shè)的次數(shù)，然后觀察手機的各部分性能是否完好，這在翻蓋手機的生產(chǎn)過程中是相當重要的一環(huán)。以往采用氣動方式的系統(tǒng)運行速度較慢（約為每2秒1次）且操作界面不夠友好。本文介紹的基于虛擬儀器技術(shù)的手機翻蓋耐久性測試系統(tǒng)采用NI Motion 控制模塊控制伺服電機進行驅(qū)動，運行速度可達到原來的4倍多且同時可對4部手機進行測試，而采用National Instruments公司的虛擬儀器（LabVIEW）進行開發(fā)，使操作界面非常友好。

在測試過程中操作人員針對每批不同型號的手機在初次測試時可使用微調(diào)功能將各個參數(shù)調(diào)整至理想值，并且可將這些參數(shù)存成相應(yīng)的配置文件以備以后測試同樣型號手機時使用，這樣大大減少了每次測試時的重復(fù)操作，提高了系統(tǒng)的自動化程度。

1. 系統(tǒng)原理及概述
1.1 運動控制原理

運動控制的原理簡單來說即由運動控制模塊發(fā)出控制信號，如脈沖信號和模擬電壓量等，這兩種控制信號分別對應(yīng)于位置控制模式和速度控制模式，伺服電機在相應(yīng)的模式下接收到控制信號便能按照預(yù)定的方式運動。但是電機的運動存在誤差，特別在模擬的速度控制模式下，因此需要電機發(fā)出編碼信號反饋到運動控制模塊，使運動控制模塊能夠根據(jù)實際的運動情況做出相應(yīng)的補償來消除累計誤差，這一點對于本系統(tǒng)這樣需要長時間連續(xù)運行的系統(tǒng)來說尤為重要。下圖為運動控制的簡單原理示意圖：

1.2 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)利用NI Motion 控制模塊對伺服電機運動進行速度控制，按照用戶設(shè)置的參數(shù)驅(qū)動相應(yīng)的撥片、撥桿控制手機翻蓋的開合。整個系統(tǒng)框圖如圖2所示：

整個系統(tǒng)由兩部分組成：運動控制部分和測試平臺部分。運動控制部分由NI PXI控制器和運動控制模塊NI PXI-7344發(fā)出運動控制電壓信號V-REF，通過NI UMI 7764接至伺服電機驅(qū)動器。測試平臺部分包括兩套獨立的平臺，每套平臺有一組電機控制4臺待測手機翻蓋的開合（見圖3）。全部4臺電機的控制信號分別由NI PXI-7344的4軸提供。每臺電機上均有編碼信號反饋至運動控制模塊以形成閉環(huán)控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信號反饋至運動控制模塊用以確定系統(tǒng)的初始位置以及防止電機運動超出極限位置。

2. 硬件連接

硬件配線包括伺服單元與伺服電機的連接、運動控制模塊與伺服單元的連接。其中伺服單元與伺服電機的連接有專用的電纜和相應(yīng)的端子定義，與伺服單元和伺服電機的的類型有關(guān)。下圖是運動控制模塊與伺服單元的連接以及限位信號的連接圖：

3. 軟件結(jié)構(gòu)和功能

整個軟件是在National Instruments公司的面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言LabVIEW 7.1下開發(fā)完成的，從上到下分為三層：高層通訊層，中層運動控制層，以及底層的驅(qū)動程序和開發(fā)環(huán)境支持。
底層開發(fā)環(huán)境和驅(qū)動程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括LabVIEW 7.1圖形化編程環(huán)境和運動控制板卡的驅(qū)動程序。中層的運動控制層是在LabVIEW環(huán)境下編程實現(xiàn)電機的運動控制，包括電機運動位置、速度以及對于本系統(tǒng)整體的運動流程。高層的通訊層是用于將用戶設(shè)置的各項參數(shù)傳遞到運動控制層，同時將用戶所需信息如當前運動速度、剩余時間等反饋到用戶界面。

4. 基于虛擬儀器的操作界面

本系統(tǒng)使用LabVIEW 7.1設(shè)計了友好的操作界面，如圖5所示：

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