电动执行器控制电路板柔性装夹测试设备设计与分析

刘立三

（重庆川仪自动化股份有限公司执行器分公司，重庆 401121）

电动执行器作为工业自动化过程中的重要执行单元，主要由电机、控制电路板及减速机构三个部分组成，被广泛的应用于液化石油、煤气化工、水利水电、冶金等领域，以及远程、智能、快速的驱动阀门、风门等设备，在现代自动化生产过程中起着十分重要的作用[1-4]。

在新两化融合智能制造背景下，以提高产品质量为主要目标的智能化生产线的建设正在开展，对与之密切相关的工艺布局及优化等方面就提出了更高的要求[5-7]。特别是对于电动执行器这种用于工业基础生产，保障国计民生的常规性产品，其生产企业优化生产线已经迫在眉睫。作为三大主要部件之一的控制电路板，其在新的生产要求下，对其诊断测试工艺过程的优化提出了更高的要求。

目前，电动执行器控制电路板的诊断测试还主要以人工离散生产的方式进行，存在劳动强度大、工艺链长、过程数据无法记录、极易造成漏检误检等缺点。这对于集约型生产工艺方面来讲，严重地制约了生产效率，因此，这种控制电路板的诊断测试工艺模式与智能化生产线建设的目标相悖。根据M8000 系列电动执行机构主控电路板诊断测试要求及特点，本文全面分析了主控电路板的测试工艺及工艺链，基于最优化的方法对测试工艺链进行优化组合，针对优化测试工艺组合方案提出柔性装夹及工艺。

1 控制电路板及技术参数

1.1 控制电路板

电动执行器M8000 主控电路板图如图1 所示，为直径156mm 的圆形结构，PCB 板厚度为3mm，空间高度为45mm，通过四个螺柱定位的方式安装在电动执行器的减速机客体内壁架上。

图1 主控电路板图

1.2 测试技术参数及要求

主控电路板测试按照检验要求，主控板的每个功能模块都必须进行测试，既要测试模块的功能，又要测试模块的中间关键点，需要对特定的点位进行相应的测试，部分测试技术参数及要求如表1 所示。

表1 测点及技术要求

1.3 测试工艺

传统主要以人工操作治具进行诊断测试，其工艺流程如图2 所示。首先，将模拟控制信号源与未装主控电路板的电动执行器连接，提供控制电流、电压信号。其次，将待测主控电路板与电动执行器对应的接插线带连接，确定无误后开启执行器电源。最后，以人工调节主控电路板上的功能按钮来进行功能测试，通过观测主控板显示器的显示、电机与减速机构的转动情况来判断控制功能。如果电机带动减速是按照功能按键的测试来运行的，且主控显示器所显示的内容一直为功能按钮控制指令，则判定主控电路板为合格，否则判定为不合格，随后进入断点测试工艺，判定为合格的主控电路板交到后续打胶工艺位。可以看到，测试工位存在如下问题：（1）测试工位1 电路板诊断测试主要依靠人工调节功能按钮测试，劳动强度大；（2）无过程检测数据；（3）工位设置多。

图2 主控电路板测试工艺流程

2 测试设备总体设计方案

由控制电路板结构参数及测试工艺可知，在测试工位1 处可以通过自动化方式来替代人工按钮测试，这样可以最大限度的降低劳动强度，提高诊断测试效率和减小认为的误判与误操作，同时对于诊断测试还能做到过程数据的存储与分析等。同理，测试工位2 可与工位1 合并用设备实现，这样可以减少工位数量，降低生产成本。由上述分析可知，诊断测试设备在结构功能上需主要解决以下问题：（1）主控电路板的测点模板设计；（2）测点模板的运动机构设计；（3）主控电路板的安装治具及输送机构；（4）智能检测系统设计。

3 柔性装夹工艺设计

3.1 底座夹具

依据主控电路板的结构尺寸，通过在一个方形基板上刻蚀一个套模，利用主控电路板的边缘无元器件的特点与套模紧密配合。利用其自身结构实现周向定位，同时由于主控电路板自重实现重力方向的定位。套模板设计为300mm×300mm×20mm 的正方形模板，可以依据不同的控制板型号进行制备，周围设置四个快速装夹更换控，便于进行不同型号控制板诊断测试时使用。

3.2 检测工位

依据套模板结构尺寸，再考虑到诊断测试效率问题，以提高效率、优化诊断测试工艺、便于溯源的原则，设计了一个双工位A、B 的检测工位模式。双工位工作模式通过天莫探针与地模配合的结构形式，双工位工作模式主体结构图如图3 所示。

图3 双工位诊断结构

3.3 顶板测试夹具

如图1 所示，待测电路板均是由电子元器件焊接在PCB 板上的，具有待测点高低不等、大小不等、厚度不均等特点，需要天模板测试治具必须具有一定的柔性。因此，在设计天模板时，需要解决测点的正对应与探针的柔性问题。我们采用套刻蚀工艺保证天模板与待测主控电路板PCB 板对应，再将对应的测点弹簧针焊接，以达到天模板的柔性。同时，采用精密移动导轨及四立柱滑动副保障天模板与待测电路板的垂向公差。天模板及柔性探针组合主体结构图如图4 示。

图4 天模板及柔性探针

3.4 智能控制系统设计

按照主控电路板的诊断测试优化工艺链要求，设计了诊断测试设备的控制系统，系统主要由上位机、显示器、PLC、传感器及电机等[8]组成。

（1）依靠控制系统，实现待测电路板的制动测试，减小劳动强度和提高生产效率。同时，实现检测过程数据可视化与存储。

（2）采用PLC 和触摸屏技术，实现系统的小型化及可扩展性强。

（3）设计开发数据库有助于对生产数据的管理，可进一步向数据推动生产，进一步实现数据决策的智能化制造过程。

（4）通过智能控制系统，为进一步将其融入智能化生产线建设提供了基础，可以令工艺布局、工艺设岗及工艺溯源得到极大的提升。

4 结束语

针对传统手工测试主控电路板工序复杂且易发生人为误判导致的误检与漏检问题，通过优化工艺参数与工艺链，设计了一套电动执行器电路板柔性检测设备。此诊断测试柔性夹具换装单元实现了诊断测试的自动化、可视化与数据化，告别了传统手动拆卸更换操作，避免人为误操作引起的误判，并且降低了劳动强度，提高了自动化程度和工作效率。通过多目标优化了主控电路板的诊断测试工艺链，缩短了工艺链周期，在现有技术上升级了设备，将流程固化到控制程序，同时为同类型执行器电路板测试及融入智能化生产线提供了一个新的方案。