車用二極管自動(dòng)檢測(cè)與分選裝置的設(shè)計(jì)方案解析

車用二極管自動(dòng)檢測(cè)與分選裝置主要針對(duì)于汽車整流二極管的自動(dòng)測(cè)試和分檢系統(tǒng)的運(yùn)用中，對(duì)任何類型二極管的二極管自動(dòng)檢測(cè)和分檢的運(yùn)用，只需調(diào)整模具和夾具就可實(shí)現(xiàn)，因此本項(xiàng)目成果具有普遍的應(yīng)用意義。

我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，新車產(chǎn)量和保有量快速增加，2015年汽車產(chǎn)量為2450萬(wàn)輛，穩(wěn)居世界第一。汽車產(chǎn)銷量的快速增長(zhǎng)，帶動(dòng)了汽車零部件、元器件的快速增長(zhǎng)。作為汽車基礎(chǔ)元器件之一的雪崩二極管，其產(chǎn)銷量也同步大幅度增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)雪崩二極管制造企業(yè)以及使用雪崩二極管來(lái)制造汽車用發(fā)電機(jī)的企業(yè)約有 300余家，其中規(guī)模較大的有80余家。在這些企業(yè)中，除了幾家外資企業(yè)擁有整套進(jìn)囗檢測(cè)設(shè)備以外，多數(shù)企業(yè)的檢測(cè)手段相當(dāng)落后，基本上停留在使用單臺(tái)儀器手工檢測(cè)的狀態(tài)，工作效率低下，檢測(cè)誤差率高，嚴(yán)重制約了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

公司近年來(lái)致力于雪崩二極管等半導(dǎo)體器件檢測(cè)儀器的研發(fā)，已研發(fā)完成汽車二極管瞬態(tài)特性測(cè)試儀等具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的檢測(cè)儀器，掌握了該類器件檢測(cè)的核心技術(shù)。在單臺(tái)測(cè)試儀器的推廣過(guò)程中，也了解到行業(yè)內(nèi)對(duì)整套自動(dòng)檢測(cè)裝備的強(qiáng)烈需求，在半導(dǎo)體測(cè)試核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)，研發(fā)并推廣應(yīng)用半導(dǎo)體二極管成套檢測(cè)設(shè)備。

1. 檢測(cè)與分選裝置的特點(diǎn)

中國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會(huì)對(duì)汽車的需求也迅速增加，汽車產(chǎn)量不斷快速增長(zhǎng)，從而對(duì)基礎(chǔ)元器件的需求量也越來(lái)越大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，對(duì)產(chǎn)品的方抽檢發(fā)展為全檢，因此，領(lǐng)先的二極管制造企業(yè)，均配備有完整的自動(dòng)檢測(cè)線，使得產(chǎn)品的檢測(cè)與分選達(dá)到準(zhǔn)確、高效的目的。

車用二極管自動(dòng)檢測(cè)與分選裝置的特點(diǎn)是：

（1）基于微處理器的設(shè)計(jì)，能夠提供對(duì)二極管電特性進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的測(cè)試。

（2）適用于車用雪崩二極管，TVS二極管和普通整流二極管的測(cè)試。

（3）測(cè)量的參數(shù)包括：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)QC/T706-2004所規(guī)定的項(xiàng)目測(cè)試（VBRI，VBR2，VBR3，VBR4），反向擊穿區(qū)動(dòng)態(tài)電阻（RdZ）的測(cè)試和反向能量瞬態(tài)特性測(cè)試（ΔVFR）。

（4）二極管的測(cè)試結(jié)果顯示在屏幕上，一目了然。

（5）該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試最高雪崩電壓為80V，不僅適合14V、28V 的汽車電系，還適合48V汽車電系雪崩整流元件的測(cè)試。

（6）測(cè)試系統(tǒng)可以單項(xiàng)測(cè)試，也可以一次性完成多項(xiàng)目測(cè)試流程。

（7）所有測(cè)試參數(shù)全部由軟件設(shè)置、調(diào)整和自校準(zhǔn)。

我們所研制的測(cè)試儀由以下電路組成：

（1）恒流驅(qū)動(dòng)控制電路，提供對(duì)被測(cè)二極管穩(wěn)定可靠的電流能量驅(qū)動(dòng)控制電路。

（2）電容器及充電管理電路，恒流驅(qū)動(dòng)控制電路提供瞬間大電流的電源以及相應(yīng)的充電管理電路。

（3）D/A、A/D轉(zhuǎn)換電路，用于給定恒流驅(qū)動(dòng)電路的控制模擬量以及采樣被測(cè)二極管兩端的電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并傳給微處理器。

（4）輔助電路輸入輸出模塊；上位機(jī)通信模塊；以及設(shè)備電源供電電路。

本項(xiàng)目提供一種測(cè)試速度快、測(cè)試準(zhǔn)確度高、可自由設(shè)置測(cè)試參數(shù)、測(cè)試能量損耗低的二極管電特性測(cè)試系統(tǒng)。

本裝置部分檢測(cè)指標(biāo)以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)已超過(guò)臺(tái)灣產(chǎn)品的水平，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)內(nèi)二極管生產(chǎn)廠商的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)配備相應(yīng)的輔助功能，形成完整的自動(dòng)檢測(cè)線，這樣，在檢測(cè)功能、檢測(cè)精度、自動(dòng)化水平等各方面都達(dá)到或超過(guò)臺(tái)灣產(chǎn)品，從而極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

2. 裝置的主要內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)

裝置研發(fā)的主要內(nèi)容

（1）軟件研發(fā)

本測(cè)試儀軟件由若干子程序組成，分別為：極性測(cè)試、VF測(cè)試、 AVf測(cè)試、IR測(cè)試、報(bào)警處理、參數(shù)設(shè)定和分檔管理等子程序。程序測(cè)試流程框圖如圖1。

（2）VF、AVf、IR測(cè)試電路設(shè)計(jì)

當(dāng)開始VF、ΔVf測(cè)試時(shí)，首先由單片機(jī)發(fā)出測(cè)試信號(hào)，接通恒流源，通過(guò)軟件設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試電流加載在被測(cè)二極管，被測(cè)二極管兩端會(huì)產(chǎn)生一定壓降，將此電壓取樣放大并與設(shè)定好的正向電壓相比較，得出結(jié)論VF、AVf是否合格。最后，單片機(jī)據(jù)此結(jié)果決定下一步測(cè)試內(nèi)容。

同理，當(dāng)開始IR測(cè)試時(shí)，首先由單片機(jī)發(fā)出測(cè)試信號(hào)，接通高壓電路，通過(guò)軟件設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試電壓反向加載在被測(cè)二極管，被測(cè)二極管兩端會(huì)產(chǎn)生一定反向電流，將此電流取樣放大并與設(shè)定好的正向電流相比較，得出結(jié)論IR是否合格。單片機(jī)依據(jù)此結(jié)果決定下一步測(cè)試內(nèi)容。

（3）分檢機(jī)設(shè)計(jì)（機(jī)電一體化流程設(shè)計(jì)）

分檢機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

a．送料振動(dòng)器

調(diào)節(jié)振動(dòng)器的幅度可以控制送料的快慢，將一定數(shù)量的二極管放到已啟動(dòng)的振動(dòng)器料盤里，調(diào)節(jié)振動(dòng)幅度的大小。二極管會(huì)自動(dòng)排列，并向?qū)Я瞎苋肟谔幰苿?dòng)，進(jìn)入導(dǎo)料通道。

b. 導(dǎo)料管

導(dǎo)料管的形狀和結(jié)構(gòu)是根據(jù)待測(cè)產(chǎn)品的封裝形狀，通過(guò)振動(dòng)盤的慣性推力，自然往下排列，依次存儲(chǔ)在導(dǎo)料槽的通道內(nèi)。導(dǎo)料管頂部裝有光電傳感器，用于檢測(cè)導(dǎo)料管內(nèi)待測(cè)二極管的儲(chǔ)存量，判斷缺料情況，控制振動(dòng)盤的啟停，從而達(dá)到自動(dòng)送料的目的。

c. 測(cè)試機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動(dòng)電機(jī)和測(cè)試夾具、測(cè)試爪機(jī)構(gòu)、．測(cè)試區(qū)傳感器等相關(guān)裝置組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)通過(guò)齒輪將被測(cè)二極管推動(dòng)固定裝置內(nèi)，由測(cè)試爪對(duì)二極管進(jìn)行定位，通過(guò)測(cè)試氣缸對(duì)二極管正負(fù)極進(jìn)行夾緊測(cè)試。再通過(guò)物料有無(wú)傳感器先對(duì)物料有無(wú)進(jìn)行判斷，依據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行測(cè)試允許控制，啟動(dòng)測(cè)試操作。

d. 分選機(jī)構(gòu)

由伺服電機(jī)帶動(dòng)的分檢機(jī)構(gòu)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)二極管在分檢機(jī)構(gòu)上方通過(guò)PLC測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類判斷，在相應(yīng)的落料拿停留，通過(guò)氣缸的推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)二極管的歸檔，經(jīng)落料導(dǎo)管進(jìn)入相應(yīng)的分選落料盒，自動(dòng)完成分選動(dòng)作。

系統(tǒng)控制由單片機(jī)和PLC聯(lián)合控制完成；走件裝置能夠高效、準(zhǔn)確地完成二極管元件的入料測(cè)試和落料工作過(guò)程，主要是通過(guò)用電氣裝置來(lái)控制走件裝置機(jī)械部分的運(yùn)動(dòng)并與光電檢測(cè)蜜切配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3. 裝置的關(guān)鍵技術(shù)

本裝置的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感器的選取、系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用的研發(fā)。

關(guān)鍵技術(shù)描述：

二極管靜態(tài)特性的有正向壓降VF、反向漏電流IR及正向瞬態(tài)特性ΔVf的三種測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試，結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)與設(shè)定好的數(shù)值進(jìn)行比較判斷，從而得出是否合格以及根據(jù)壓降或電流進(jìn)行分檔管理。其測(cè)試分選原理如下：

第一步先進(jìn)行正向極性及數(shù)據(jù)判斷，被測(cè)產(chǎn)品到位后，機(jī)械夾具先夾緊，送測(cè)試信號(hào)至二極管測(cè)試儀開始測(cè)試，單片機(jī)將測(cè)試結(jié)果送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)預(yù)先設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較判斷，并將結(jié)果送回單片機(jī)進(jìn)行處理，得出結(jié)果，即以下三種結(jié)果之一：極性反、不正常和正常。如果為前二種結(jié)果，測(cè)試儀對(duì)此進(jìn)行歸檔處理。如果為正常則繼續(xù)第二項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容。

第二步進(jìn)行正向壓降VF和正向瞬態(tài)特性ΔVf的測(cè)試，按預(yù)先審定的測(cè)試條件和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果送回上位機(jī)，得出合格與不合格的結(jié)論，若不合格則歸檔處理，若合格則繼續(xù)。

第三步對(duì)反向極性判斷及反向電流IR進(jìn)行測(cè)試，同樣將測(cè)試結(jié)果與預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，得出測(cè)試結(jié)論，最終完成測(cè)試結(jié)果。

裝置特點(diǎn)：

（1）本項(xiàng)目提供一種測(cè)試速度快、測(cè)試準(zhǔn)確度高、可自由設(shè)置測(cè)試參數(shù)、能量損耗低的二極管電特性測(cè)試系統(tǒng)。其特征是：a. 具測(cè)試速度快，不到1秒完成ΔVF、VFm、IR的測(cè)試、篩選、記錄統(tǒng)計(jì)工作大幅度提高效率，下降成本。b. 具有很高精確度，達(dá)到±0.3mV提高了 5~10倍。測(cè)試動(dòng)態(tài)過(guò)程中極其微小的變化都能夠如實(shí)地反映在動(dòng)態(tài)曲線上，為設(shè)計(jì)師、工藝師提供了可靠數(shù)據(jù)。c. 測(cè)試系統(tǒng)的所有測(cè)試參數(shù)全部由軟件實(shí)行閉環(huán)控制，準(zhǔn)確率很高。d．可以與工控機(jī)（如PLC）計(jì)算機(jī)（PC）聯(lián)機(jī)通訊，接受控制、傳送數(shù)據(jù)等等。形成多測(cè)試系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)流程、測(cè)試和篩選等需求。e. 測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試參數(shù)Itest、Im和t、t2均可重新設(shè)置，以完全適應(yīng)國(guó)際接軌的需求。

（2）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)試、分檢一體機(jī)的裝置，且能實(shí)現(xiàn)高速分檢（針對(duì)汽車整流二極管）（3600-4500只/小時(shí)）和可靠性達(dá)到99.99%以上。

4. 裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)功耗低：≤0.4KW

系統(tǒng)測(cè)試參數(shù)：

測(cè)試電流Itest：5~130A 解析度：1A

測(cè)試電流加熱時(shí)間：10~1509mS 解析度：1mS

采樣電流Im：0~150mA 解析度：1mA

后沿采樣時(shí)間：50~10000uS 解析度：10uS

分檔數(shù)：3檔~24檔

測(cè)試精度：

1m誤差：100mA ±0.5%

Itest誤差：10~130A ±0.5%

ΔVF誤差：±0.3mV

VFm誤差：±0.001V

分檢機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)：（針對(duì)汽車整流二極管）

分檢速度：3600~4500只/小時(shí)；

分檢“誤碼“率0.001%；

5. 結(jié)束語(yǔ)

由于國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)和消費(fèi)正處于高速增長(zhǎng)期，汽車產(chǎn)量持續(xù)大幅增長(zhǎng)，汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，因此，對(duì)構(gòu)成汽車的零部件和元器件的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。而在國(guó)內(nèi)，尚無(wú)專業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)二極管檢測(cè)成套設(shè)備的企業(yè)，可以說(shuō)是市場(chǎng)的一個(gè)空白點(diǎn)，因此，本項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)前景非常廣闊。該項(xiàng)目的實(shí)施將為汽車二極管的檢測(cè)與分選提供一個(gè)選擇。