一種超聲波雷達自動檢測方法及實現*

楊立成 ，李云逸 ，張雨龍

（中國船舶集團公司第七一一研究所，上海 201100）

隨著汽車行業發展以及人民生活水平提高，汽車需求量不斷增加，隨之而來的是，汽車電子行業快速發展，需求量也逐年攀升。傳統手工生產模式逐漸無法滿足社會要求，由此必然帶來行業的自動化發展轉型。通過自動化提高產品產量，壓縮生產成本，提高過程管控能力，成為很多企業的選擇。隨著生產速度及產品質量要求的提高，一種能快速對產品進行檢測的生產下線的自動化檢測設備就顯得尤為重要。針對以上情況，結合實際需求，研究小組設計了一種超聲波雷達生產下線的自動化檢測設備[1-4]。

1 設備設計方案

1.1 機械設計

系統機械設計如圖1設備側視圖、圖2設備結構圖所示，設備主要組成部分有機械手、掃碼槍、流入流道、流出流道、夾取工裝、兩個測試箱、機柜。在正面機殼上有PLC控制觸摸屏、上位機控制觸摸屏、測試機控制觸摸屏、啟動暫停急停按鈕、氣壓顯示屏及氣壓控制旋鈕[5-6]。

圖1 設備側視圖

圖2 設備結構圖

流入流出流道使用傳送帶運輸，并配備有專用載具運輸超聲波雷達。傳送帶寬度與載具一致，長度與機臺一致，并使用防靜電皮帶以消除靜電對測試的影響；載具使用PVC材料根據雷達形狀進行機加工制作，底部使用金屬片防止靜電，并且載具具有唯一編號用以識別。

測試箱與外部通過鈑金件隔開，外部具有針對雷達定制的測試工裝，測試工裝通過鈑金上開口與測試箱內部固定工裝正對。固定工裝上裝有聲波發射器和聲波接收器。測試箱內側貼有吸音棉，外殼鈑金件中間夾有吸音棉，通過吸音棉達成測試箱內的聲波暗室，隔絕外部影響，提高測試準確度。另外，測試箱內配有溫濕度感應探頭隨時監測測試環境，保證測試環境符合要求。根據實際要求測試工裝可適配不同型號超聲波雷達，以匹配生產需要[7-10]。

1.2 電氣設計

電氣結構圖如圖3所示，本設備使用三菱PLC作為設備主要控制器，配有工控機用于數據記錄、與中控機服務器通信，每個測試箱配有一臺測試機、一臺開關電源、一臺萬用表，另外使用UPS保證設備數據安全，電氣設備都放在如圖1所示的機柜中。

圖3 電氣結構圖

測試機配有發射器驅動板卡、雷達驅動板卡、麥克風板卡。在測試工裝上配有雷達接口，分別與雷達驅動板卡和開關電源相連，雷達驅動板卡負責與雷達通信進行測試控制及數據寫入，開關電源負責為雷達供電，萬用表可檢測雷達靜態電流。另外，測試工裝上還有一顆麥克風與麥克風板卡相連，作為雷達接收聲壓標準。測試箱內固定工裝上裝有聲波發射器和一顆麥克風，聲波發射器與發射器驅動板卡相連用于雷達接收測試，麥克風與麥克風板卡相連用于雷達發射測試。

1.3 測試流程

設備整體控制以PLC為主，可通過觸摸屏在手動模式下控制設備各部分單獨運行或在自動模式下按規定流程運行。測試部分主要由測試機控制，PLC控制機械手按流程放入測試工裝后，測試機按流程進行測試，測試結束后將結果返回給PLC。上位機用于與掃碼槍通信，獲取雷達編號用以匹配數據，同時負責將檢測數據上傳中控機以記錄數據。

設備運行流程如圖4所示：

圖4 設備運行流程圖

1）開機前進行產品選型，選型后設備回歸原點并設置為自動運行模式；

2）雷達在載具中從流道進入夾取工裝，由機械手夾取雷達；

3）機械手夾取雷達至掃碼槍前，對產品進行掃碼，由上位機對二維碼進行記錄；

4）掃碼結束后機械手將雷達放入測試工裝，測試工裝通過設置產品型號進行固定并推入測試位；

5）測試過程中下一組雷達進入固定工裝從步驟2開始；

6）測試機按測試流程進行測試，測試結束后將結果返回給PLC；

7）PLC將測試結果發送給上位機，上位機將數據與二維碼匹配后上傳至服務器；

8）PLC根據測試結果控制機械手夾取雷達，并把下一組雷達放入測試工裝，如果測試OK則將雷達放回夾取工裝，從流道進入下一工站，如果測試NG則將雷達放入NG盤。

測試流程如圖5所示：

圖5 測試流程圖

1）雷達到測試位時測試工裝對雷達進行連接，電源為雷達供電，測試機與雷達通信；

2）測試機讀取萬用表電流值，判斷雷達靜態電流是否在范圍內并進行數據記錄，OK則繼續后續測試，NG則記錄錯誤后結束測試；

3）測試機讀取雷達內軟件硬件版本并與標準進行比對，OK則繼續后續測試，NG則記錄錯誤后結束測試；

4）測試機在雷達內寫入測試參數進行測試初始化；

5）測試機讀取雷達內溫度傳感器數據并進行記錄；

6）設置雷達在發射模式，啟用固定工裝的麥克風，對雷達發射聲波聲壓進行測試，通過調整雷達電流至聲壓符合范圍則測試OK，調整雷達頻率測量雷達頻率響應，記錄此時電流與最大輸出對應頻率；若電流達到最大值時聲壓仍不滿足則判定NG，記錄錯誤后結束測試；

7）通過雷達板卡讀取發射測試余震數據，判斷余震時間是否在范圍內，OK則繼續后續測試，NG則記錄錯誤后結束測試；

8）配置雷達在接收模式，啟動聲波發射器，通過測試工裝麥克風校驗聲波發射器聲壓，調整聲波發射器聲壓至指定區間，完成后讀取雷達接收強度，調整雷達增益至雷達接收強度符合范圍則測試OK，記錄此時增益，若增益達到最大值時接收強度仍不滿足則判定NG，記錄錯誤后結束測試；

9）測試機在雷達內寫入電流增益等參數及其他出廠設置；

10）測試結束，測試機將數據發送給PLC。

2 結論

研究小組設計了一種超聲波雷達生產下線的自動化檢測設備，該裝置產品進入后通過皮帶線進入機器人抓取工位，機器人一次抓取兩個雷達送至掃碼工位進行掃碼，然后放入測試工位進行測試，測試內容包括：靜態電流測試、雷達軟硬件版本檢測、發射測試、余震測試、接收測試，測試完成后將數據上傳至服務器，機器人將產品取出放回流道，等待后面產品。本方法在全自動進行雷達測試的基礎上大幅度提高產品測試效率，測試內容全面，可充分檢測雷達是否存在問題，若雷達未達標則放入NG盒中保證流出產品品質可靠，同時對每個產品進行掃碼標記并增加數據上傳功能，可對產品進行追溯，也可對生產情況進行更好的評估。

經過一年的穩定運行驗證，該設備測試時間約為30 s，實際使用時采取3臺并聯使用，實際節拍小于5.5 s，滿足客戶生產需求及前端生產節拍，實際應用表明該設備能很好地保證生產的質量和效率。