電動執行器控制電路板柔性裝夾測試設備設計與分析

劉立三

（重慶川儀自動化股份有限公司執行器分公司，重慶 401121）

電動執行器作為工業自動化過程中的重要執行單元，主要由電機、控制電路板及減速機構三個部分組成，被廣泛的應用于液化石油、煤氣化工、水利水電、冶金等領域，以及遠程、智能、快速的驅動閥門、風門等設備，在現代自動化生產過程中起著十分重要的作用[1-4]。

在新兩化融合智能制造背景下，以提高產品質量為主要目標的智能化生產線的建設正在開展，對與之密切相關的工藝布局及優化等方面就提出了更高的要求[5-7]。特別是對于電動執行器這種用于工業基礎生產，保障國計民生的常規性產品，其生產企業優化生產線已經迫在眉睫。作為三大主要部件之一的控制電路板，其在新的生產要求下，對其診斷測試工藝過程的優化提出了更高的要求。

目前，電動執行器控制電路板的診斷測試還主要以人工離散生產的方式進行，存在勞動強度大、工藝鏈長、過程數據無法記錄、極易造成漏檢誤檢等缺點。這對于集約型生產工藝方面來講，嚴重地制約了生產效率，因此，這種控制電路板的診斷測試工藝模式與智能化生產線建設的目標相悖。根據M8000 系列電動執行機構主控電路板診斷測試要求及特點，本文全面分析了主控電路板的測試工藝及工藝鏈，基于最優化的方法對測試工藝鏈進行優化組合，針對優化測試工藝組合方案提出柔性裝夾及工藝。

1 控制電路板及技術參數

1.1 控制電路板

電動執行器M8000 主控電路板圖如圖1 所示，為直徑156mm 的圓形結構，PCB 板厚度為3mm，空間高度為45mm，通過四個螺柱定位的方式安裝在電動執行器的減速機客體內壁架上。

圖1 主控電路板圖

1.2 測試技術參數及要求

主控電路板測試按照檢驗要求，主控板的每個功能模塊都必須進行測試，既要測試模塊的功能，又要測試模塊的中間關鍵點，需要對特定的點位進行相應的測試，部分測試技術參數及要求如表1 所示。

表1 測點及技術要求

1.3 測試工藝

傳統主要以人工操作治具進行診斷測試，其工藝流程如圖2 所示。首先，將模擬控制信號源與未裝主控電路板的電動執行器連接，提供控制電流、電壓信號。其次，將待測主控電路板與電動執行器對應的接插線帶連接，確定無誤后開啟執行器電源。最后，以人工調節主控電路板上的功能按鈕來進行功能測試，通過觀測主控板顯示器的顯示、電機與減速機構的轉動情況來判斷控制功能。如果電機帶動減速是按照功能按鍵的測試來運行的，且主控顯示器所顯示的內容一直為功能按鈕控制指令，則判定主控電路板為合格，否則判定為不合格，隨后進入斷點測試工藝，判定為合格的主控電路板交到后續打膠工藝位。可以看到，測試工位存在如下問題：（1）測試工位1 電路板診斷測試主要依靠人工調節功能按鈕測試，勞動強度大；（2）無過程檢測數據；（3）工位設置多。

圖2 主控電路板測試工藝流程

2 測試設備總體設計方案

由控制電路板結構參數及測試工藝可知，在測試工位1 處可以通過自動化方式來替代人工按鈕測試，這樣可以最大限度的降低勞動強度，提高診斷測試效率和減小認為的誤判與誤操作，同時對于診斷測試還能做到過程數據的存儲與分析等。同理，測試工位2 可與工位1 合并用設備實現，這樣可以減少工位數量，降低生產成本。由上述分析可知，診斷測試設備在結構功能上需主要解決以下問題：（1）主控電路板的測點模板設計；（2）測點模板的運動機構設計；（3）主控電路板的安裝治具及輸送機構；（4）智能檢測系統設計。

3 柔性裝夾工藝設計

3.1 底座夾具

依據主控電路板的結構尺寸，通過在一個方形基板上刻蝕一個套模，利用主控電路板的邊緣無元器件的特點與套模緊密配合。利用其自身結構實現周向定位，同時由于主控電路板自重實現重力方向的定位。套模板設計為300mm×300mm×20mm 的正方形模板，可以依據不同的控制板型號進行制備，周圍設置四個快速裝夾更換控，便于進行不同型號控制板診斷測試時使用。

3.2 檢測工位

依據套模板結構尺寸，再考慮到診斷測試效率問題，以提高效率、優化診斷測試工藝、便于溯源的原則，設計了一個雙工位A、B 的檢測工位模式。雙工位工作模式通過天莫探針與地模配合的結構形式，雙工位工作模式主體結構圖如圖3 所示。

圖3 雙工位診斷結構

3.3 頂板測試夾具

如圖1 所示，待測電路板均是由電子元器件焊接在PCB 板上的，具有待測點高低不等、大小不等、厚度不均等特點，需要天模板測試治具必須具有一定的柔性。因此，在設計天模板時，需要解決測點的正對應與探針的柔性問題。我們采用套刻蝕工藝保證天模板與待測主控電路板PCB 板對應，再將對應的測點彈簧針焊接，以達到天模板的柔性。同時，采用精密移動導軌及四立柱滑動副保障天模板與待測電路板的垂向公差。天模板及柔性探針組合主體結構圖如圖4 示。

圖4 天模板及柔性探針

3.4 智能控制系統設計

按照主控電路板的診斷測試優化工藝鏈要求，設計了診斷測試設備的控制系統，系統主要由上位機、顯示器、PLC、傳感器及電機等[8]組成。

（1）依靠控制系統，實現待測電路板的制動測試，減小勞動強度和提高生產效率。同時，實現檢測過程數據可視化與存儲。

（2）采用PLC 和觸摸屏技術，實現系統的小型化及可擴展性強。

（3）設計開發數據庫有助于對生產數據的管理，可進一步向數據推動生產，進一步實現數據決策的智能化制造過程。

（4）通過智能控制系統，為進一步將其融入智能化生產線建設提供了基礎，可以令工藝布局、工藝設崗及工藝溯源得到極大的提升。

4 結束語

針對傳統手工測試主控電路板工序復雜且易發生人為誤判導致的誤檢與漏檢問題，通過優化工藝參數與工藝鏈，設計了一套電動執行器電路板柔性檢測設備。此診斷測試柔性夾具換裝單元實現了診斷測試的自動化、可視化與數據化，告別了傳統手動拆卸更換操作，避免人為誤操作引起的誤判，并且降低了勞動強度，提高了自動化程度和工作效率。通過多目標優化了主控電路板的診斷測試工藝鏈，縮短了工藝鏈周期，在現有技術上升級了設備，將流程固化到控制程序，同時為同類型執行器電路板測試及融入智能化生產線提供了一個新的方案。