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基于虛擬儀器技術(shù)的手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)試系統(tǒng)
摘要：本文介紹一種手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)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(jī)以及基于虛擬儀器的用戶界面組成。該測(cè)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(hù)和擴(kuò)展，操作界面友好。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測(cè)試系統(tǒng)；伺服單元；伺服電機(jī)
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor
手機(jī)翻蓋耐久性測(cè)試即將待測(cè)翻蓋手機(jī)重復(fù)開合預(yù)設(shè)的次數(shù)，然后觀察手機(jī)的各部分性能是否完好，這在翻蓋手機(jī)的生產(chǎn)過程中是相當(dāng)重要的一環(huán)。以往采用氣動(dòng)方式的系統(tǒng)運(yùn)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(jī)翻蓋耐久性測(cè)試系統(tǒng)采用NI Motion 控制模塊控制伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行速度可達(dá)到原來的4倍多且同時(shí)可對(duì)4部手機(jī)進(jìn)行測(cè)試，而采用National Instruments公司的虛擬儀器（LabVIEW）進(jìn)行開發(fā)，使操作界面非常友好。
在測(cè)試過程中操作人員針對(duì)每批不同型號(hào)的手機(jī)在初次測(cè)試時(shí)可使用微調(diào)功能將各個(gè)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(cè)試同樣型號(hào)手機(jī)時(shí)使用，這樣大大減少了每次測(cè)試時(shí)的重復(fù)操作，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。
1. 系統(tǒng)原理及概述
1.1 運(yùn)動(dòng)控制原理
運(yùn)動(dòng)控制的原理簡單來說即由運(yùn)動(dòng)控制模塊發(fā)出控制信號(hào)，如脈沖信號(hào)和模擬電壓量等，這兩種控制信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于位置控制模式和速度控制模式，伺服電機(jī)在相應(yīng)的模式下接收到控制信號(hào)便能按照預(yù)定的方式運(yùn)動(dòng)。但是電機(jī)的運(yùn)動(dòng)存在誤差，特別在模擬的速度控制模式下，因此需要電機(jī)發(fā)出編碼信號(hào)反饋到運(yùn)動(dòng)控制模塊，使運(yùn)動(dòng)控制模塊能夠根據(jù)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況做出相應(yīng)的補(bǔ)償來消除累計(jì)誤差，這一點(diǎn)對(duì)于本系統(tǒng)這樣需要長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)來說尤為重要。下圖為運(yùn)動(dòng)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(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行速度控制，按照用戶設(shè)置的參數(shù)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的撥片、撥桿控制手機(jī)翻蓋的開合。整個(gè)系統(tǒng)框圖如圖2所示：
整個(gè)系統(tǒng)由兩部分組成：運(yùn)動(dòng)控制部分和測(cè)試平臺(tái)部分。運(yùn)動(dòng)控制部分由NI PXI控制器和運(yùn)動(dòng)控制模塊NI PXI-7344發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制電壓信號(hào)V-REF，通過NI UMI 7764接至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。測(cè)試平臺(tái)部分包括兩套獨(dú)立的平臺(tái)，每套平臺(tái)有一組電機(jī)控制4臺(tái)待測(cè)手機(jī)翻蓋的開合（見圖3）。全部4臺(tái)電機(jī)的控制信號(hào)分別由NI PXI-7344的4軸提供。每臺(tái)電機(jī)上均有編碼信號(hào)反饋至運(yùn)動(dòng)控制模塊以形成閉環(huán)控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信號(hào)反饋至運(yùn)動(dòng)控制模塊用以確定系統(tǒng)的初始位置以及防止電機(jī)運(yùn)動(dòng)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(jī)的連接、運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服單元的連接。其中伺服單元與伺服電機(jī)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(jī)的的類型有關(guān)。下圖是運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服單元的連接以及限位信號(hào)的連接圖：
3. 軟件結(jié)構(gòu)和功能
整個(gè)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(yùn)動(dòng)控制層，以及底層的驅(qū)動(dòng)程序和開發(fā)環(huán)境支持。
底層開發(fā)環(huán)境和驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制板卡的驅(qū)動(dòng)程序。中層的運(yùn)動(dòng)控制層是在LabVIEW環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置、速度以及對(duì)于本系統(tǒng)整體的運(yùn)動(dòng)流程。高層的通訊層是用于將用戶設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)傳遞到運(yùn)動(dòng)控制層，同時(shí)將用戶所需信息如當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度、剩余時(shí)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(jì)了友好的操作界面，如圖5所示：
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