Устройство сортировки радиоэлементов

В традиционных измерительных системах для обеспечения достаточной точности измерения электрических величин используется разбиение измерительного диапазона на фиксированные поддиапазоны. Однако проблема снижения точности измерений в начальной части каждого поддиапазона остается. Для оценки разброса параметров нет необходимости измерять абсолютную величину, так как её номинальное значение известно. Достаточно лишь оценить относительный разброс величины в диапазоне заданного допуска. При этом ширина диапазона выбирается каждый раз под конкретную величину (рис. 1). При реализации такого метода диапазон может быть вычислен по заданному номиналу и допустимому разбросу в процентах. Автоматизированное измерительное устройство для контроля и сортировки комплектующих изделий устройств электронной техники должно сортировать радиоэлементы по заданным градациям процента разброса и отбраковывать их при выходе номинала из допустимого диапазона. Применение в таком устройстве микроконтроллеров позволяет сочетать логику управления, измерения и вычисления. Базовые контролируемые элементы – это резисторы, конденсаторы и малогабаритные дроссели. Методы оценки величины разброса параметров основаны на изменении уровня тока и напряжения с течением времени в переходном процессе в RC - и RL -цепях.

При замыкании в момент времени t=0 RC -цепи на источник постоянного напряжения E изменение напряжения на конденсаторе описывается формулой

U c ( t ) = E (1 - exp( -t/RC) )

Если для каждого номинала ёмкости при постоянном значении R выбрать временной интервал t, при котором напряжение заряда U c будет равно заданному значению, то при отклонении ёмкости от номинала ( С ¹ ) от заданного значения отклонится и напряжение на ёмкости в момент времени t. Н езависимо от номинальной величины ёмкости С величина отклонения напряжения на ёмкости в момент времени t от заданного значения зависит только от отношения реального значения ёмкости к номинальному значению, т.е. С'/C . Схема измерительной цепи в режиме ёмкости приведена на рис. 2.

Рис. 1. Привязка диапазона измерений к интервалу разбросов

Временной интервал измерения задается программно установкой таймера, управляющее напряжение через оптрон U1 открывает транзисторный ключ VT1 на время, необходимое для заряда конденсатора Cx при номинальном значении ёмкости до 0,9Uизм. Делителем напряжения на резисторах R1 и R2 также устанавливается уровень 0,9Uизм. На дифференциальный вход АЦП подается напряжение разбаланса, равное разнице напряжений на ёмкости Cx и делителе, пропорциональное отклонению ёмкости от номинала.

Рис. 2. Схема измерительной цепи в режиме ёмкости

Временной интервал измерения задается программно установкой таймера, управляющее напряжение через оптрон U1 открывает транзисторный ключ VT1 на время, необходимое для заряда конденсатора C x при номинальном значении ёмкости до 0,9 U изм . Делителем напряжения на резисторах R 1 и R 2 также устанавливается уровень 0,9 U изм . На дифференциальный вход АЦП подается напряжение разбаланса, равное разнице напряжений на ёмкости C x и делителе, пропорциональное отклонению ёмкости от номинала.

Для линеаризации функции Δ U (Δ C ) использовался табличный линеаризатор. В результате была получена линейная функция преобразования и составлена таблица поправок к данной линейной функции с шагом, соответствующим младшему значащему разряду АЦП. При максимальном разбросе измеряемых параметров ±50% от номинала и использовании 10-разрядного АЦП достигается точность измерения 1% от номинального значения во всем диапазоне измерений. Аналогичный подход используется и при измерении величин сопротивления и индуктивности.

Установка представляет собой автоматическое устройство с роторной подачей и вертикальной системой сортировки (рис. 3). Ротор 2 разделён на 8 сегментов, в каждый сегмент установлен кондуктор для позиционирования испытуемого радиоэлемента. Вращение ротора дискретное с углом поворота 45⁰ за одну операцию.

Рис. 3. Установка для сортировки радиоэлементов

Устройство сортировки 4 вертикальное на восемь рабочих позиций ( 5- 12 ). Для выполнения операций с радиоэлементами ротор имеет три положения:

• 1.    Захват элемента из входного бункера-накопителя (сектор a).

• 2.    Измерение (сектор b).

• 3.    Выброс элемента в зону сортировки (сектор c ).

В положении a захватывается очередной элемент из входного бункера-накопителя 1 . Ротор, поворачиваясь на одну позицию, перемещает элемент в зону измерения b. Одновременно захватывается следующий элемент из бункера. Контакт выводов элемента с устройством измерения 3 обеспечивается приводом измерительной системы. В положении b измеряются параметры элемента. По результатам измерения, в зависимости от величины отклонения от заданного номинала, системой управления выдается команда сортировочному устройству 4 . В сортировочном устройстве открывается отверстие над выходным бункером-накопителем. Ротор, перемещаясь в следующую позицию, выбрасывает элемент в сортировочное устройство. Двигаясь по наклонному желобу, через предварительно открытое отверстие элемент попадает в соответствующий выходной бункер-накопитель 5-12 . В случае если разброс параметров выходит за границы диапазона сортировки, отверстия бункеров сортировочного механизма остаются закрытыми, элемент с недопустимым разбросом выгружается в бункер отсева 13 . Процесс повторяется до опустошения бункера или принудительной остановки.

Остановка работы системы происходит автоматически в случае отказа ротора, сортировочного устройства, источников питания. В этом случае выдается аварийное световое и звуковое оповещение. Управление работой осуществляется с консоли, расположенной на передней панели устройства. Отображение параметров установки, режимов работы происходит посредством матричного жидкокристаллического индикатора. Данные о работе сохраняются в энергонезависимой памяти устройства управления.

Основой устройства является AVR-микроконтроллер ATmega64 производства фирмы Atmel. Выбор данного контроллера обусловлен наличием широких функциональных возможностей и высокой производительностью за счет использования RISC архитектуры [1, 2]. В качестве цифровой измерительной системы использован интегрированный 10-разрядный АЦП. Для визуального отображения информации применен алфавитно-цифровой дисплей WH1604с встроенным микроконтроллером. Для обеспечения передачи данных по протоколу UART использован преобразователь уровней RS232/TTL марки DS275 [3].

Документирование работы устройства происходит посредством внешнего последовательного SDC накопителя, включенного по протоколу SPI. Для управления исполнительными устройствами в качестве буферного элемента использован драйвер ULN2003. Внешний вид модуля управления представлен на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид модуля управления

Разработанная схема устройства моделировалась в среде «PROTEUS». При моделировании использовались дополнительные модули для эмуляции про-цессов коммутации, зависящих от перемещения исполнительных механизмов. Программное обеспечение (ПО) микроконт-роллера написано на языке высокого уровня С и откомпилировано в бинарный код в среде CodeVisionAVR. ПО содержит функции: инициализации, тестирования напряжений, тестирования исполнительных устройств, сканера клавиатуры, вывода на дисплей, протокола SPI, протокола UART, при-вода перемещения, сортировки, измерительного устройства, анализа результатов и принятия решения, обработки аварийных ситуаций.

Выводы: разработанное устройство контроля параметров и сортировки радиоэлементов может найти широкое применение в производстве электронного оборудования, обеспечивая высокопроизводительный входной контроль в сборочном производстве. Устройство является базовым модулем, расширяя который путем изготовления дополнительных измерительных блоков и модификации ПО можно выполнять контроль статических параметров нелинейных элементов, в том числе полупроводниковых приборов. Наличие возможности внешнего подключения к устройству дает возможность интеграции в распределенные системы и автоматизированные системы управления технологическими процессами. При низкой стоимости изготовления и внедрения устройство может применяться не только в условиях массового производства, но и в малом бизнесе.