車用二極管自動檢測以及分選裝置的設計方案解析

車用二極管自動檢測與分選裝置主要針對于汽車整流二極管的自動測試和分檢系統(tǒng)的運用中，對任何類型二極管的二極管自動檢測和分檢的運用，只需調(diào)整模具和夾具就可實現(xiàn)，因此本項目成果具有普遍的應用意義。

我國汽車工業(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2450萬輛，穩(wěn)居世界第一。汽車產(chǎn)銷量的快速增長，帶動了汽車零部件、元器件的快速增長。作為汽車基礎元器件之一的雪崩二極管，其產(chǎn)銷量也同步大幅度增長。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)雪崩二極管制造企業(yè)以及使用雪崩二極管來制造汽車用發(fā)電機的企業(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)擁有整套進囗檢測設備以外，多數(shù)企業(yè)的檢測手段相當落后，基本上停留在使用單臺儀器手工檢測的狀態(tài)，工作效率低下，檢測誤差率高，嚴重制約了相關行業(yè)的發(fā)展。

公司近年來致力于雪崩二極管等半導體器件檢測儀器的研發(fā)，已研發(fā)完成汽車二極管瞬態(tài)特性測試儀等具有國內(nèi)領先水平的檢測儀器，掌握了該類器件檢測的核心技術(shù)。在單臺測試儀器的推廣過程中，也了解到行業(yè)內(nèi)對整套自動檢測裝備的強烈需求，在半導體測試核心技術(shù)的基礎上，結(jié)合機電一體化和自動化技術(shù)，研發(fā)并推廣應用半導體二極管成套檢測設備。

1. 檢測與分選裝置的特點

中國作為一個發(fā)展中國家，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會對汽車的需求也迅速增加，汽車產(chǎn)量不斷快速增長，從而對基礎元器件的需求量也越來越大，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，對產(chǎn)品的方抽檢發(fā)展為全檢，因此，領先的二極管制造企業(yè)，均配備有完整的自動檢測線，使得產(chǎn)品的檢測與分選達到準確、高效的目的。

車用二極管自動檢測與分選裝置的特點是：

（1）基于微處理器的設計，能夠提供對二極管電特性進行快速而準確的測試。

（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試。

（3）測量的參數(shù)包括：國家標準QC/T706-2004所規(guī)定的項目測試（VBRI，VBR2，VBR3，VBR4），反向擊穿區(qū)動態(tài)電阻（RdZ）的測試和反向能量瞬態(tài)特性測試（ΔVFR）。

（4）二極管的測試結(jié)果顯示在屏幕上，一目了然。

（5）該測試系統(tǒng)測試最高雪崩電壓為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試。

（6）測試系統(tǒng)可以單項測試，也可以一次性完成多項目測試流程。

（7）所有測試參數(shù)全部由軟件設置、調(diào)整和自校準。

我們所研制的測試儀由以下電路組成：

（1）恒流驅(qū)動控制電路，提供對被測二極管穩(wěn)定可靠的電流能量驅(qū)動控制電路。

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

（3）D/A、A/D轉(zhuǎn)換電路，用于給定恒流驅(qū)動電路的控制模擬量以及采樣被測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；上位機通信模塊；以及設備電源供電電路。

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

本裝置部分檢測指標以及人機界面的設計已超過臺灣產(chǎn)品的水平，在此基礎上，根據(jù)國內(nèi)二極管生產(chǎn)廠商的實際需求，設計配備相應的輔助功能，形成完整的自動檢測線，這樣，在檢測功能、檢測精度、自動化水平等各方面都達到或超過臺灣產(chǎn)品，從而極具市場競爭能力。

2. 裝置的主要內(nèi)容及實現(xiàn)

裝置研發(fā)的主要內(nèi)容

（1）軟件研發(fā)

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

（2）VF、AVf、IR測試電路設計

當開始VF、ΔVf測試時，首先由單片機發(fā)出測試信號，接通恒流源，通過軟件設定一個適當?shù)臏y試電流加載在被測二極管，被測二極管兩端會產(chǎn)生一定壓降，將此電壓取樣放大并與設定好的正向電壓相比較，得出結(jié)論VF、AVf是否合格。最后，單片機據(jù)此結(jié)果決定下一步測試內(nèi)容。

同理，當開始IR測試時，首先由單片機發(fā)出測試信號，接通高壓電路，通過軟件設定一個適當?shù)臏y試電壓反向加載在被測二極管，被測二極管兩端會產(chǎn)生一定反向電流，將此電流取樣放大并與設定好的正向電流相比較，得出結(jié)論IR是否合格。單片機依據(jù)此結(jié)果決定下一步測試內(nèi)容。

（3）分檢機設計（機電一體化流程設計）

分檢機結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

a．送料振動器

調(diào)節(jié)振動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的振動器料盤里，調(diào)節(jié)振動幅度的大小。二極管會自動排列，并向?qū)Я瞎苋肟谔幰苿樱M入導料通道。

b. 導料管

導料管的形狀和結(jié)構(gòu)是根據(jù)待測產(chǎn)品的封裝形狀，通過振動盤的慣性推力，自然往下排列，依次存儲在導料槽的通道內(nèi)。導料管頂部裝有光電傳感器，用于檢測導料管內(nèi)待測二極管的儲存量，判斷缺料情況，控制振動盤的啟停，從而達到自動送料的目的。

c. 測試機構(gòu)

該機構(gòu)包括：驅(qū)動電機和測試夾具、測試爪機構(gòu)、．測試區(qū)傳感器等相關裝置組成。驅(qū)動電機工作時通過齒輪將被測二極管推動固定裝置內(nèi)，由測試爪對二極管進行定位，通過測試氣缸對二極管正負極進行夾緊測試。再通過物料有無傳感器先對物料有無進行判斷，依據(jù)判斷結(jié)果進行測試允許控制，啟動測試操作。

d. 分選機構(gòu)

由伺服電機帶動的分檢機構(gòu)來回轉(zhuǎn)動，被測二極管在分檢機構(gòu)上方通過PLC測得的數(shù)據(jù)進行分類判斷，在相應的落料拿停留，通過氣缸的推動，實現(xiàn)被測二極管的歸檔，經(jīng)落料導管進入相應的分選落料盒，自動完成分選動作。

系統(tǒng)控制由單片機和PLC聯(lián)合控制完成；走件裝置能夠高效、準確地完成二極管元件的入料測試和落料工作過程，主要是通過用電氣裝置來控制走件裝置機械部分的運動并與光電檢測蜜切配合來實現(xiàn)的。

3. 裝置的關鍵技術(shù)

本裝置的關鍵技術(shù)是：傳感器的選取、系統(tǒng)應用軟件設計和機電一體化設計技術(shù)的應用的研發(fā)。

關鍵技術(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的三種測試項目的測試，結(jié)果經(jīng)計算機與設定好的數(shù)值進行比較判斷，從而得出是否合格以及根據(jù)壓降或電流進行分檔管理。其測試分選原理如下：

第一步先進行正向極性及數(shù)據(jù)判斷，被測產(chǎn)品到位后，機械夾具先夾緊，送測試信號至二極管測試儀開始測試，單片機將測試結(jié)果送至計算機，計算機通過預先設定數(shù)值進行比較判斷，并將結(jié)果送回單片機進行處理，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，測試儀對此進行歸檔處理。如果為正常則繼續(xù)第二項測試內(nèi)容。

第二步進行正向壓降VF和正向瞬態(tài)特性ΔVf的測試，按預先審定的測試條件和測試標準進行測試，并將測試結(jié)果送回上位機，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)。

第三步對反向極性判斷及反向電流IR進行測試，同樣將測試結(jié)果與預先設定好的數(shù)據(jù)進行比較判斷，得出測試結(jié)論，最終完成測試結(jié)果。

裝置特點：

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

（2）實現(xiàn)了自動測試、分檢一體機的裝置，且能實現(xiàn)高速分檢（針對汽車整流二極管）（3600-4500只/小時）和可靠性達到以上。

4. 裝置的主要技術(shù)指標

系統(tǒng)功耗低：≤

系統(tǒng)測試參數(shù)：

測試電流Itest：5~130A 解析度：1A

測試電流加熱時間：10~1509mS 解析度：1mS

采樣電流Im：0~150mA 解析度：1mA

后沿采樣時間：50~10000uS 解析度：10uS

分檔數(shù)：3檔~24檔

測試精度：

1m誤差：100mA ±

Itest誤差：10~130A ±

ΔVF誤差：±

VFm誤差：±

分檢機主要技術(shù)指標：（針對汽車整流二極管）

分檢速度：3600~4500只/小時；

分檢“誤碼“率；

5. 結(jié)束語

由于國內(nèi)汽車生產(chǎn)和消費正處于高速增長期，汽車產(chǎn)量持續(xù)大幅增長，汽車行業(yè)的競爭日趨激烈，因此，對構(gòu)成汽車的零部件和元器件的質(zhì)量要求也越來越高。而在國內(nèi)，尚無專業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)二極管檢測成套設備的企業(yè)，可以說是市場的一個空白點，因此，本項目產(chǎn)品市場前景非常廣闊。該項目的實施將為汽車二極管的檢測與分選提供一個選擇。

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