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自动测试设备(ATE)中的技术融合与应用 2014/1/17

摘要:
全球制造业大量向中国迁移以及本土生产企业对测试测量的逐渐重视,促进自动测试设备的发展,灵活充分的融合各种技术帮助提高设备的性能.本文从技术融合的角度阐述了自动测试设备发展中的系统化、集成化、网络化与智能化。


Abstract:
As global manufacture migrating to China and local production enterprises paying more attention on test and measurement, ATE industry comes into a high-speed developing stage. Technology integration increases the performance of ATE effectively. This paper discusses the present and future ATE in part of systematized、integrating、networking and intelligentialize.


关键字:
自动测试设备、柔性测试、集成化、射频识别系统、测试程序集


Key words:
ATE(Automatic testing equipment)、Flexible testing、integrating、RFID、TPS

1、引言
测试测量本身是一个技术密集、横跨多个学科并且强调技术积累的行业,也是新产品研究、试验、生产、维修的基本条件和手段,同时是许多重大工程配套及建设不可缺少的重要组成部分。伴随着计算机技术的发展,ATE的应用逐渐广泛,与人工测试相比,自动测试省时、省力,能提高劳动生产率和产品质量。以电子产品为例,其测试内容日益复杂,测试工作量激增,特别是在生产线上,要求完成测试的时间越来越短,人工测试很难满足这些要求,ATE的优势体现的非常明显。国内的ATE起步较晚,随着近十几年来各方持续的加大努力,与国外发达国家之间的差距在不断缩小,到现在,相关技术的研发与应用方面已得到了长足的发展与进步,并且在某些行业中,新技术应用与设备覆盖率上已达到国际先进水平。本文结合实际应用,探讨国内ATE的现状与未来发展。


2ATE具有发展潜力,技术融合促进其性能提升
随着全球制造业大量向中国迁移,越来越多的跨国企业在本地寻找合作伙伴与供应商,实现配套设备本土化,同时,本土生产制造企业对测试测量越发看重并加大投入,进一步刺激了国内ATE的发展潜力。综合ATE的当前的发展情况,各种技术灵活充分的融合是亮点,并呈现出系统化、集成化、网络化、智能化的发展趋势。


2.1 系统化:柔性测试技术
现在学科与技术都讲究系统化,测试测量技术系统化正如“柔性测试”技术所述,它需要综合运用虚拟仪器、测试测量、机电一体化、网络通信及软件等多种技术;实现测试系统的精确性、可靠性、适应性、灵活性和拓展性,推动现代测试技术在实际应用中的快速发展。我们发现,要满足行业目前存在的各种特点,以及不断涌现出的新需求,我们确实需要一套理想的测试系统。例如汽车电子领域对于测试系统的高要求,一套理想的测试系统首先要具备可靠性的特点;而精确性也是对测试系统的一个基本要求,因为测试本身就是一个质量把关的环节。面对汽车电子产品的测试需求多变、环境复杂的情况,就需要测试系统要表现出更好的适应性、更强大的灵活性、以及应对汽车电子产品迅速发展升级换代需求的扩展性。无论是汽车电子还是通用电子产品测试设备,可以说具备了这五个特性,才能称得上是一套理想的测试系统。


2.2 核心测试功能的集成化
要实现整个系统的功能,首先,需要选择合适的功能部件并将它们集成在一起。例如要向被测单元提供输入信号,比如信号源或者激励源;测定被测单元的输出信号,需要测量仪表实现,它们可以是分立仪器或者紧凑性能更好的PXI总线设备;以及控制器、机架、路由 系统、人机接口,适配器,散热器,打印机,打标机等等。除了以上标准化的硬件集成,测试功能的集成化在ATE上体现的越来越明显:无论如何配置系统的硬件组成,都是为了更好的实现待测件的所有测试要求。测试功能的集成化体现在两个方面,一是适应同种类产品的平台化测试,包括功能相似但外观或接口不同的待测产品;二是工位集成,即将测试功能作为整台设备的一个功能子系统,同时集成了原本分离的前端工位和后端工位,例如终检测试前的产品装配、机械尺寸检测以及后端的打码、润滑等,不仅提高生产效率而且节省了物理空间。针对第一种集成模式,需要对被测件的工作原理了如指掌,夹具工装的设计也十分关键,如果设计的不合理,不仅容易导致测试精度下降,还可能出现误判的情况;第二种集成模式是测试自动化与过程自动化的结合,需要综合考虑工件的安放、流转、工位间的通信、流程控制、数据处理等,这些问题也引出接下来将要讨论的网络化与智能化。


2.3 网络通信在ATE中的应用
如今的ATE中,越来越广泛的应用到现场总线、以太网、无线通信、物联网等多种网络通信技术。随着测试设备的自动化程度越来越高,工位越来越多,需要可靠的、易于使用的工具与应用软件,实现与各种仪器、控制器、智能传感器等设备之间的交互。例如,一套ATE中采用PLC进行流程控制,PLC与上位机之间通过RS232进行物理层通信连接,通过自定义通信指令或OPC服务器完成数据通信,设备采用LabVIEW作为测试编程软件,我们可以利用LabVIEW中的Datasoket工具,通过OPC与PLC进行数据交换,这种方式简单好用,并且主流PLC厂商几乎都提供OPC服务器。PLC作为下位机接到上位指令后,控制各机构执行相应的动作,例如,阀岛控制、打码机动态打码控制、执行器控制及外部各种传感器数据读取,通常采用profilbus现场总线方式与PLC通讯控制与采集。
另外,无线网络的应用不断增多,工业无线技术为实现内部设备之间以及内部与外部设备之间的无线巡回检测提供了必要条件。RFID就是一种简单的无线系统,由多个电子标签和解读器组成,常用于控制、检测和跟踪物体。在多工位ATE中,可以利用RFID系统定位工件,跟踪工件在各工位间的流转,并统一记录,方便后期进行信息管理与数据溯源。在工件上安放电子标签,它具有唯一的电子编码,可以附着在物体上标识目标对象;各个工位上配置RFID解决器。标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号同时发送出存储在芯片中的产品信息,完成相关信息的传递与记录。
第三点关于网络化的发展趋势是要求设备有能力进行远程诊断。不仅设备上的数据可以通过网络进行远程监控,甚至测试序列执行也可以通过远程进行控制,远程修改测试参数,远程测试数据的管理等,便于专家对系统进行会诊。


2.4 智能化是ATE发展的终级目标
ATE最重要的功能就是逐步取代人工测试,智能化是其发展的高级阶段,从机械手代替人手、机器视觉代替人眼,以及机器人完成更复杂的装配动作,在一些多年来一直保持传统的人工测试领域,例如手机MMI测试,智能化部件的成熟应用也促使制造商可以追求更低的成本和更高的效率与产品质量。
另外,测试领域近年来经常提及TPS这个概念,这个概念要求交付给客户的ATE,是三位一体的产品,第一是产品本身,第二是测试夹具,第三是测试序列,它要求测试系统能够自动识别测试对象、测试夹具,紧接着自动加载测试序列集软件,自动的运行这个测试序列,知道后边的测试结果,报表生成。这时的ATE更像是一个测试专家而不是一台机器,它对操作人员的要求极低,最大程度的减少了人工的干预。


3 测试设备供应商的思考
如文中所说,当前是ATE高速发展的时代,测试设备供应商们为满足行业用户测试需要,纷纷在研发上加大力度,但是应该看到,只考虑到当下的测试需要显然是远远不够的,如何在竞争中脱颖而出,抢占市场先机,供应商们需要充分考虑未来新技术的应用情况。测试本就应走在待测产品研发的前端,行业用户需要的ATE是一个整体产品,做到这一点,不仅有利于供应商在竞争中寻找更多利润点,更有助于其长期立于不败之地。