基于ATE平台的多组合集成自动测试和诊断系统研究

文珊珊，林名润，闫大鹏，白彦伟，刘秀芳

（上海航天设备制造总厂有限公司，上海 200245）

随着我国数控机床技术的迅猛发展，其维护和修理工作也日益繁重。为了提高数控机床中期检查和维修的效率，快速、准确地对数控机床发生的故障进行定位，本文提出了一种基于ATE平台的多组合（控制台组合、执行组合、配电箱组合）集成自动测试和诊断系统设计。针对ATE平台提供的硬件资源不能满足多组合集成测试对硬件资源的需求这一问题，提出了硬件资源外部复用和内部复用，并通过软件的方式对ATE平台硬件资源进行扩展。

1 ATE平台简介

ATE（Automatic Test Equipment）自动检测设备，是为各种设备提供通用测试资源的测试平台。接口有：硬件测试接口，以ICA（接口连接组件）的硬件形式呈现，包括交直流供电、指令信号、A/D、D/A、电压电阻测量、波形采集、高速数字I/O、计时计数、任意波输出、继电器控制信号、射频信号测试分析等；软件测试接口，以VITE（虚拟仪器测试环境）编程语言的形式呈现，包括程序人机交互方式、硬件资源的使用方式、数据的存储方式等。

2 多组合集成自动测试和诊断系统设计

2.1 测试需求

多组合集成自动测试和诊断系统主要包括下述功能：对数控机床上的控制台组合、执行组合、配电箱组合分时进行全自动化电气检测，并且根据测试结果对故障部位进行初步的判别，记录测试过程中的测试结果。

2.2 系统架构

系统由被测产品、测试专用电缆、专用适配器、ATE自动测试平台及TPS程序集组成，总体架构如图1所示。系统中被测产品分别为控制台组合、执行组合、配电箱组合，每个组合对应一套专用测试电缆，用于被测产品与专用适配器的电气连接。专用适配器负责整合ATE平台上的硬件资源，将ATE自动测试平台的硬件资源引出至专用适配器。

图1 系统总体架构图

在硬件电路搭建的基础上，通过软件平台的TPS程序对电路中的硬件仪器资源进行控制，形成各组合完整的测试流程，进而实现各组合测试的自动化。

2.3 硬件设计

2.3.1 硬件资源

ATE通用测试平台提供较为丰富的硬件资源，但仍然无法直接满足3个组合的测试硬件需求，如表1所示。系统主要通过硬件资源内部复用和外部复用2种方式对ATE平台的硬件资源进行扩展。

表1 ATE平台提供硬件资源

2.3.2 内部复用

将ATE通用测试平台的Slot13和Slot14采样通道模块各用一块信号转接板扩展成64通道，即将一路采样通道转两路采样通道，两路采样通道分时使用。如图2所示，J1为信号的输入端，接Slot13资源，J2和J3为资源引出端，分别接控制台组合和配电箱组合。同理，Slot25电源模块也可扩展为4通道。

图2 信号转接板

为防止配电箱和控制台组合测试受J2或J3上的短接线影响，采样通道内部复用需要满足一定的条件。将插座上的接线划分为两种集合，即S_D（短接线集合）和S_P（单根线集合），插座上的所有接线可被S_D集合和S_P集合完整表示。设J2上的接线模型表示为S1_D1，S1_D2，…，S1_Dn，S1_P；J3的接线模型表示为S2_D1，S2_D2，…，S2_Dn，S2_P；则需满足：①若任意S1_Dx∩S2_Dy结果不为空，取两个集合中较大的集合（假设为S1_Dx），则需满足（S1_Dx-S2_Dy）∩S2_P为空集，且（S1_Dx-S2_Dy）∩任意S2_Di为空集；②若任意S1_Dx∩S2_Dy结果为空，将两者的S_D集合分别合并得S1_D和S2_D，则需满足S1_P∩S2_D为空集，且S2_P∩S1_D为空。

资源内部通道复用除了需要满足以上所述的接线模型外，还需要注意各短接线接口的电气特性。在控制台组合与配电箱组合都连接到测试适配箱进行测试的情况下，J2插头上接线的电气特性与J3插头上接线的电气特性需相同，以确保在测试过程中不会对产品造成损坏。

2.3.3 外部复用

本测试系统中执行组合的测试接线与控制台组合、配电箱组合有较大不同，我们选择执行组合使用切换的方式复用采样通道。

电路中切换方式通常有两种：一种是使用模拟芯片进行切换控制，另一种是使用继电器进行切换控制。根据实际情况，采样通道需要64路切换，每路有两个状态，选择16个四刀双掷的继电器，初始状态时继电器开关将Slot13的引脚与J1的引脚导通，此时，控制台组合和配电箱组合可以使用Slot13的32个采样通道；当继电器闭合时，继电器开关将Slot13的引脚与执行组合引出的测试接口导通，此时，执行组合可以使用Slot13的32个采样通道。由于资源的外部复用对复用接线进行了完全的隔离，不需要考虑复用接线的电气特性和接线模型，具有更高的利用率。

2.4 软件设计

系统中各组合对应一套TPS程序，通过调用硬件的底层驱动操作ATE平台上的硬件资源，完成组合各测试点的自动测试和诊断功能。组合对应的TPS程序的基本流程如图3所示。

图3 软件流程图

表2 自动测试平台测试结果抽样分析

3 系统性能分析

3.1 可靠性分析

在经过数百次实验后，对多组合集成自动测试及诊断系统测量的部分电阻值和电压值进行采样和统计，结果如表2所示。电阻和电压的自动测量阻值稳定，误差均不超过1%.

除了电路和结构，系统在控制流程软件方面，也做了相应的保障工作，包括：测试前对所有资源进行仪器复位，防止未复位的仪器给产品不恰当的激励资源；每个组合对应一个测试识别电阻，以确保运行的测试控制程序与被测组合的对应关系。

3.2 高效性分析

由于系统将大部分手工测试转换为自动测试，极大地提高了测试的效率，同时，降低了人工测试可能引入的误操作概率。实验结果表明，执行组合测试可在15 min以内完成（手动测试需要30 min），配电箱组合测试可在5 min内完成（手动测试需要10 min），控制台组合可在10 min内完成（手动测试需要25 min）。3个组合测试的总体时间可严格控制在40 min以内，相对于手动测试具有绝对的高效性和测试结果正确性。

4 结束语

本文设计了一种基于ATE平台的多组合集成自动测试和诊断系统，充分利用ATE平台提供的硬件资源，结合TPS软件控制仪器的方式，将外部测试电路与内部测试资源有序整合，并建立故障诊断数据库，实现了控制台组合、执行组合以及配电箱组合集成的自动测试和故障诊断。自动测试和诊断系统极大地提高了数控机床中期检查和维修的效率，进一步提升了数控机床系统的自动化程度，为数控机床系统的错误诊断及检测提供了有力的技术支持。

参考文献：

［1］康正亮，胥凯晖，杨传起.浅析美国空军ATE和TPS管理［J］.价值工程，2014（31）：138-139.

［2］段红义.ATE软件系统研究与设计［J］.计算机测量与控制，2015（2）：660-663.

［3］上海聚星仪器有限公司.浅谈面向对象的ATE设计［J］.国外电子测量技术，2016（10）：1-4.

［4］杨奔，何玉珠，刘永华.ATE阵列开关的并行搜索算法［J］.电子测量技术，2012（1）：65-67.