Силовая электроника №4'2011

Работа для робота

Семенов Павел


Специалисты ЗАО «Протон-Электротекс» (г. Орел) разработали и внедрили в эксплуатацию автоматизированный комплекс для испытания силовых полупроводниковых модулей — АКИМ. В статье приводится описание и состав данного комплекса, описан процесс измерений, рассмотрены достоинства и недостатки.

Специалисты ЗАО «Протон-Электротекс» (г. Орел) разработали и внедрили в эксплуатацию автоматизированный комплекс для испытания силовых полупроводниковых модулей — АКИМ. Комплекс представляет собой сложный РТК (рис. 1) и предназначен для измерения следующих параметров:

  • высоковольтного пробоя изоляции;
  • блокирующего напряжения;
  • характеристик затвора;
  • Utm при комнатной температуре и при максимальной температуре перехода (Tjmax).
 Автоматизированный комплекс измерения модулей

Рис. 1. Автоматизированный комплекс измерения модулей

Возможно измерение всего модельного ряда производимых приборов (модулей) — как с различной внутренней коммутацией, так и в различных корпусах.

АКИМ

Производительность до 1000 приборов в день. Измерения:

  • пробой изоляции до 10 кВ постоянного тока и до 12 кВ переменного тока;
  • характеристики приборов до 65 класса.

Испытания приборов проводятся при температурах до +200 °С.

Состав комплекса

Измерения проводятся на двух идентичных установках: для «холодных» и «горячих» измерений. Соответственно, в комплексе имеются два электромеханических зажимных устройства, позволяющих полностью регулировать процесс закрепления прибора, что обеспечивает безударное зажатие (рис. 2). «Горячее» зажимное устройство отличается от «холодного» наличием нагревательных элементов для поддержания температуры Tjmax.

 Робот-манипулятор

Рис. 2. Робот-манипулятор

В целях увеличения быстродействия всего комплекса разработан буферный нагревательный шкаф, который имеет два уровня, на пять приборов каждый. Общая мощность шкафа составляет 5 кВт.

Также в комплексе имеется установка для измерения высоковольтного пробоя, зажимное устройство которой обладает такими же возможностями, как и предыдущие (плавное регулирование движения столика и развиваемого усилия). Все зажимы и шкаф предварительного нагрева оснащены термоизоляционными заслонками в целях термостабилизации там, где это необходимо.

В комплексе действует система считывания маркировки, которая может распознавать как одномерный штрих-код, так и двумерный. С ее помощью комплекс связывает результаты измерения с конкретным прибором. Одним из требований при разработке данного РТК было автоматическое нанесение этикеток на приборы, так как они являются штампом АКИМ. Для реализации данной задачи используется принтер-аппликатор: этикетка печатается непосредственно перед нанесением и может содержать либо знак QC (контроль качества, рис. 3), либо специальный код брака, если прибор не прошел испытания по заданным нормам. Ориентируясь на полученные данные, оператору и специалистам проще выявить причину брака.

 Маркировка прибора

Рис. 3. Маркировка прибора, успешно прошедшего испытания

Перемещение приборов между подсистемами комплекса осуществляется роботом-манипулятором, который является эксклюзивной разработкой специалистов ЗАО «Протон-Электротекс» для задач РТК. Робот представляет собой трехстепенный линейный манипулятор с рабочей зоной 3600×1000×400 мм и грузоподъемностью 7,5 кг. Степени манипулятора приводятся в движение бесколлекторными двигателями постоянного тока, захватное устройство является электромеханическим.

Все устройства комплекса связаны по различным интерфейсам с главной стойкой управления. Для загрузки модулей в комплекс (и последующей выгрузки промаркированных приборов) используются специальные накопители, их можно описать как многоуровневые паллеты. Если приборы выходят из комплекса после «горячих» измерений, стойка охлаждения обдувает выходной накопитель потоком воздуха.

Процесс измерений

После старта комплекса манипулятор проходит все подсистемы и с помощью лазерного дальномера определяет присутствие приборов в них. Также он последовательно просматривает от уровня к уровню входной и выходной накопители и определяет, на каких позициях сейчас присутствуют приборы во входном накопителе и какие позиции свободны в выходном. Затем манипулятор переносит прибор из входного накопителя к системе считывания маркировки (рис. 4), после чего прибор перемещается в зажимное устройство для измерения пробоя изоляции.

 Перемещение прибора между подсистемами комплекса

Рис. 4. Перемещение прибора между подсистемами комплекса

Следующим постом является «холодное» зажимное устройство, где измерительная установка определит блокирующее напряжение, характеристики затвора, а также Utm при комнатной температуре. После этого прибор перемещается в шкаф предварительного нагрева, где за 10 мин. достигает требуемой температуры. Благодаря тому что данная установка работает по принципу «первый зашел — первый вышел», сохраняется такт системы и тем самым увеличивается производительность комплекса. Уже разогретые приборы переносятся в «горячее» зажимное устройство, где в течение 20 с температура стабилизируется, а затем проводятся измерения. Заключительным этапом в измерительном процессе является система маркировки, где на борт прибора наносится этикетка с данными (рис. 5). И, наконец, прибор перемещается в выходной накопитель, где охлаждается до комнатной температуры стойкой охлаждения. Видеоверсия работы комплекса АКИМ доступна на сайте http://www.proton-electrotex.com в разделе «Новости» от 27 мая 2011 г.

 Промаркированный прибор

Рис. 5. Промаркированный прибор

Программное обеспечение

При реализации программного обеспечения комплекса был использован принцип событийного управления: каждому действию манипулятора присваивается свой весовой коэффициент, и в том случае, когда два устройства одновременно сообщат о готовности, манипулятор обслужит в первую очередь то устройство, которое имеет больший весовой коэффициент. Благодаря настройке этих коэффициентов удалось избежать простоев оборудования и увеличить производительность всего комплекса. В целом программное обеспечение реализовано по модульному принципу, когда каждому устройству соответствует свой программный модуль. Взаимодействие со всеми модулями обеспечивает ядро системы, где и реализована вся логика, описанная выше. Каждый модуль и ядро имеют множество различных настроек.

Комплекс взаимосвязан и с ERP-системой предприятия, откуда получает таблицы режимов измерения и передает результаты.

Зачем нужен оператор

АКИМ обслуживает один оператор, задачей которого является своевременная замена входных и выходных накопителей. Измерительный процесс ведется полностью в автоматическом режиме; «человеческий фактор» исключен. Комплекс обладает множеством защит и блокировок. Например, двери, через которые можно попасть в рабочую зону манипулятора, автоматически блокируются электромагнитными замками. В случае открытой двери комплекс немедленно перейдет в состояние «стоп», прекратятся все измерительные процессы, обесточатся все измерительные установки и т. п. Это сделано для защиты человека от подвижных частей комплекса и высоких напряжений.

Пульт оператора имеет два широкоформатных дисплея (рис. 6). На одном мониторе схематически отображается текущее состояние комплекса, а также на него выводятся два изображения с внутренних камер. На другом дисплее располагается окно, в котором можно ввести параметры измерения и задать нормы, но обычно режимы измерения задаются автоматически, когда оператор с помощью ручного линейного сканера штрих-кодов считывает номер сопроводительного листа, в котором содержится вся информация о текущей партии.

 Визуальный контроль

Рис. 6. Визуальный контроль

Для перенастройки комплекса на другой тип корпусов модулей требуется около 20 мин., так как необходимо заменить оснастку всех зажимных устройств и манипулятора. Тем не менее оснастка разработана специально для быстрой замены и имеет идентификационные метки, с помощью которых комплекс понимает, какая оснастка установлена на нем сейчас и подходит ли она для загруженных модулей. Комплекс практически не нуждается в обслуживании, кроме периодического смазывания подвижных частей, испытывающих трение.

Перспективы

Автоматический комплекс измерения модулей (АКИМ), начавший функционировать в начале этого года, является лишь первой разработкой специалистов компании в этом направлении. Руководством ЗАО «Протон-Электротекс» официально принято решение о выделении средств на проведение масштабных работ по разработке и реализации различных измерительных комплексов. Работы по созданию следующей установки — комплекса измерения статических параметров силовых полупроводниковых приборов — уже начались. Данное устройство будет состоять из следующих модулей:

  • блок измерения Utm;
  • классификатор;
  • блок измерения характеристик затвора;
  • коммутационный блок;
  • интерфейсный блок.

Заказчик сможет собрать измерительную установку в соответствии со своими потребностями, выбрав только необходимые модули. Например, блок измерения Utm будет собираться из базовых ячеек по 1 кА, и если не нужно измерять приборы на токах больше 2 кА, у потребителя есть возможность оптимизировать затраты, взяв только две ячейки.

Коммутационный блок позволит настроить процесс измерения в нужной последовательности или для необходимых приборов (в таблеточном и модульном исполнении, либо же полупроводниковых элементов). В интерфейсном блоке запланирована возможность визуального контроля: на монитор будут выводиться отснятые характеристики и графики. Также данный блок позволит легко настраивать оборудование: он содержит удобные средства управления в ручном режиме, а также полный набор всевозможных интерфейсов для подключения комплекса к компьютеру или включения его в состав автоматизированных систем. Основные преимущества комплекса:

  • возможность индивидуальной комплектации (за счет модульного принципа построения);
  • быстрота и надежность (за счет использования современных компонентов европейских производителей);
  • повышенная функциональность (за счет возможностей использования комплекса как для ручного измерения, так и для построения автоматизированных систем измерений);
  • экономичность.

Исполнение первого образца ожидается в феврале-марте 2012 г.

В перспективе на 2012–2013 гг. запланирована разработка следующего измерительного оборудования:

  • блок измерения QRR;
  • блок измерения dV/dt;
  • зажимные устройства на различные усилия, обладающие системой поддержания необходимой температуры;
  • блок измерения времени жизни носителей заряда.

В более долгосрочной перспективе предстоит создание развернутой линейки измерительного оборудования под все основные нужды, в том числе и для измерения IGBT.


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2011_04_108.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо