車用二極管自動檢測與分選裝置的設計與應用

金天+++鄒新富+++倪錦喜+++張志軍+++鄭東曉

摘 要：由于國內汽車產量的急速增加，用于整流橋的車用二極管產品質量判斷與匹配也就顯得極其重要，國內重大的車用二極管廠家與整車廠家迫切需要車用二極管的自動檢測與分選裝置，來代替傳統的手工檢測帶來的精度與效率問題。文章介紹實現車用二極管自動檢測與分選裝置的機電一體化設備，可以使你的工作實現的輕松與高效率。

關鍵詞：車用二極管；檢測；分選；瞬態特性ΔVf

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，只需調整模具和夾具就可實現，因此本項目成果具有普遍的應用意義。

我國汽車工業發展迅速，新車產量和保有量快速增加，2015年汽車產量為2450萬輛，穩居世界第一。汽車產銷量的快速增長，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，其產銷量也同步大幅度增長。據統計，國內雪崩二極管制造企業以及使用雪崩二極管來制造汽車用發電機的企業約有300余家，其中規模較大的有80余家。在這些企業中，除了法雷奧等幾家外資企業擁有整套進口檢測設備以外，多數企業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，工作效率低下，檢測誤差率高，嚴重制約了相關行業的發展。

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，已研發完成汽車二極管瞬態特性測試儀等具有國內領先水平的檢測儀器，掌握了該類器件檢測的核心技術。在單臺測試儀器的推廣過程中，也了解到行業內對整套自動檢測裝備的強烈需求，在半導體測試核心技術的基礎上，結合機電一體化和自動化技術，研發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

中國作為一個發展中國家，隨著社會經濟的發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，對產品質量的要求也越來越高，對產品的方抽檢發展為全檢，因此，領先的二極管制造企業，均配備有完整的自動檢測線，使得產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）測量的參數包括：國家標準QC/T706-2004所規定的項目測試（VBR1，VBR2，VBR3，VBR4），反向擊穿區動態電阻（RdZ）的測試和反向能量瞬態特性測試（ΔVFR）。

（4）二極管的測試結果顯示在屏幕上，一目了然。

（5）該測試系統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）所有測試參數全部由軟件設置、調整和自校準。

我們所研制的測試儀由以下電路組成：

（1）恒流驅動控制電路，提供對被測二極管穩定可靠的電流能量驅動控制電路。

（2）電容器及充電管理電路，恒流驅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轉換電路，用于給定恒流驅動電路的控制模擬量以及采樣被測二極管兩端的電壓轉化成數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、測試能量損耗低的二極管電特性測試系統。

本裝置部分檢測指標以及人機界面的設計已超過臺灣產品的水平，在此基礎上，根據國內二極管生產廠商的實際需求，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品，從而極具市場競爭能力。

2 裝置的主要內容及實現

裝置研發的主要內容

（1）軟件研發

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

（2）VF、ΔVf、IR測試電路設計

當開始VF、ΔVf測試時，首先由單片機發出測試信號，接通恒流源，通過軟件設定一個適當的測試電流加載在被測二極管，被測二極管兩端會產生一定壓降，將此電壓取樣放大并與設定好的正向電壓相比較，得出結論VF、ΔVf是否合格。最后，單片機據此結果決定下一步測試內容。

同理，當開始IR測試時，首先由單片機發出測試信號，接通高壓電路，通過軟件設定一個適當的測試電壓反向加載在被測二極管，被測二極管兩端會產生一定反向電流，將此電流取樣放大并與設定好的正向電流相比較，得出結論IR是否合格。單片機依據此結果決定下一步測試內容。

（3）分檢機設計（機電一體化流程設計）

分檢機結構示意圖如圖2。

a.送料振動器

調節振動器的幅度可以控制送料的快慢，將一定數量的二極管放到已啟動的振動器料盤里，調節振動幅度的大小。二極管會自動排列，并向導料管入口處移動，進入導料通道。

b.導料管

導料管的形狀和結構是根據待測產品的封裝形狀，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。導料管頂部裝有光電傳感器，用于檢測導料管內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

該機構包括：驅動電機和測試夾具、測試爪機構、測試區傳感器等相關裝置組成。驅動電機工作時通過齒輪將被測二極管推動固定裝置內，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，依據判斷結果進行測試允許控制，啟動測試操作。

d.分選機構

由伺服電機帶動的分檢機構來回轉動，被測二極管在分檢機構上方通過PLC測得的數據進行分類判斷，在相應的落料盒停留，通過氣缸的推動，實現被測二極管的歸檔，經落料導管進入相應的分選落料盒，自動完成分選動作。

系統控制由單片機和PLC聯合控制完成；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密切配合來實現的。

3 裝置的關鍵技術

本裝置的關鍵技術是：傳感器的選取、系統應用軟件設計和機電一體化設計技術的應用的研發。

關鍵技術描述：

二極管靜態特性的有正向壓降VF、反向漏電流IR及正向瞬態特性ΔVf的三種測試項目的測試，結果經計算機與設定好的數值進行比較判斷，從而得出是否合格以及根據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據判斷，被測產品到位后，機械夾具先夾緊，送測試信號至二極管測試儀開始測試，單片機將測試結果送至計算機，計算機通過預先設定數值進行比較判斷，并將結果送回單片機進行處理，得出結果，即以下三種結果之一：極性反、不正常和正常。如果為前二種結果，測試儀對此進行歸檔處理。如果為正常則繼續第二項測試內容。

第二步進行正向壓降VF和正向瞬態特性ΔVf的測試，按預先審定的測試條件和測試標準進行測試，并將測試結果送回上位機，得出合格與不合格的結論，若不合格則歸檔處理，若合格則繼續。

第三步對反向極性判斷及反向電流IR進行測試，同樣將測試結果與預先設定好的數據進行比較判斷，得出測試結論，最終完成測試結果。

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、能量損耗低的二極管電特性測試系統。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、記錄統計工作大幅度提高效率，下降成本。b.具有很高精確度，達到±0.3mV提高了5-10倍。測試動態過程中極其微小的變化都能夠如實地反映在動態曲線上，為設計師、工藝師提供了可靠數據。c.測試系統的所有測試參數全部由軟件實行閉環控制，準確率很高。d.可以與工控機（如PLC）計算機（PC）聯機通訊，接受控制、傳送數據等等。形成多測試系統的管理網絡，以適應大規模生產流程、測試和篩選等需求。e.測試系統的測試參數Itest、Im和t、t2均可重新設置，以完全適應國際接軌的需求。

（2）實現了自動測試、分檢一體機的裝置，且能實現高速分檢（針對汽車整流二極管）（3600-4500只/小時）和可靠性達到99.99%以上。

4 裝置的主要技術指標

5 結束語

由于國內汽車生產和消費正處于高速增長期，汽車產量持續大幅增長，汽車行業的競爭日趨激烈，因此，對構成汽車的零部件和元器件的質量要求也越來越高。而在國內，尚無專業研發和生產二極管檢測成套設備的企業，可以說是市場的一個空白點，因此，本項目產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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