基于LRU测试方法的机头电缆自动化测试技术研究及应用.pdf
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1、2023.24 科学技术创新基于 LRU 测试方法的机头电缆自动化测试技术研究及应用李方圆*,邓伯孟,杨刚,杨启兵,李伦,韩瑞,刘云(中航成飞民用飞机有限责任公司,四川 成都)大型飞机的生产研制是体现国家综合实力、先进制造技术能力的重要标志,对于提高国防建设能力、国民经济发展水平等具有重要意义1。“十三五”以来,具有中国特色的“主制造商-供应商”的飞机制造模式得以广泛应用,主供模式下飞机模块化程度越来越高。特别是涵盖飞机电缆等各系统的模块化部件,充分利用各主机厂现有技术、资源,最大程度缩短飞机结构、系统等零部件研制周期,整体压缩研制成本,同时降低项目研制风险,是对主供模式的积极验证2,同时线缆
2、装配质量也是衡量飞机性能和可靠性的重要指标3。目前机头电缆测试主要采用手工检测方式,以万用表、兆欧表、蜂鸣器或指示灯为主要检测工具,利用手工完成每根导线的测试,通过电阻显示数值或蜂鸣器声音来判断导线是否存在断路故障以及每条连接线的绝缘情况。受机头空间限制及相互噪音影响,机上最多只能 3组人同时进行检测4,整个检测过程要求检测人员注意力集中,操作细心,所处的周围环境要达到一定的安静程度,否则会影响检测人员对检测结果的判断。电缆自动化测试系统作为一种先进高效的测试技术,能够对飞机和航空航天、电信设施其他商业和军事应用、公共交通运输车辆等的线束组件执行导通、绝缘电阻、耐压测试(介电击穿)、电容、电阻
3、和电压的测试。机头电缆要保证飞控系统、航电系统、电气系统、氧气系统等各系统的正常运行,机头电缆的制造质量对飞机飞行安全极为重要。电缆测试是关乎电缆制造质量高低的一个关键环节,在航空制造业受到广泛重视。1现有测试技术基于转接电缆的线缆自动化测试技术,是目前国内航空制造企业对飞机线缆检测所采用的技术手段。测试系统主要由总控单元、执行单元、总线网络、功率电缆、转接电缆等组成5。该技术可提供导通、元器件、绝缘/耐压和继电器功能测试能力,可以快速的对线束及组件(UUT)的电气性能进行测试,实时显示并保存测试结果数据,并生成测试报告。国内市场主流的电缆测试仪测试原理都是基于最基本的电气理论定律,即欧姆定律
4、。欧姆定律定义了最基本电气单位之间的关系-电压(V)、电流(I)和电阻(R)。(1)如图 1 所示,当测试仪测量 UUT 电阻时,测试仪摘要院 随着国内大型飞机等装备需求数量持续攀升,涵盖电缆等飞机各系统的机头模块化程度越来越高,最大程度缩短飞机系统总装等零部件的制造周期,飞机电缆导通及绝缘性能检测是机头模块化装配过程中的一项重要工作,目前手工检测方式的生产能力与装备需求能力不相匹配,制约了大型飞机的高质量、准时化、批量化生产。针对机头电缆自动化测试开展技术研究,对机头电缆测试方法进行了改进分析,提出了基于 LRU测试方法的电缆自动化测试技术及具体实施方案,为后续机头高质量、高效率模块化装配提
5、出了解决思路及措施,并为建设更高水平的轻量化、集成化、智能化电缆测试能力做出探索。关键词:测试技术;转接电缆;自动化;LRU 测试;信息技术中图分类号院V242文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤24-0067-05通讯作者院李方圆(1992-),男,本科,工程师,主要研究方向:大飞机部件模块化装配及系统集成化装配。67-科学技术创新 2023.24主控单元产生一个恒定电压源或一个恒定电流源,通过测量通道的开关矩阵和转接工装加载到 UUT 上,再由相应的测量单元测量通过流经 UUT 的电流或两端的电压降,根据欧姆定律计算 UUT 的电阻,并将其与测试程序中定义的电阻阈值进行比
6、较,以确定测量结果是否通过。图 1测试仪原理如图 2 所示,目前标准配置的测试仪可以有多达三个激励源和三个测量单元以满足不同的测试需求。图 2测试仪硬件模块结构测试仪采用模块化结构设计,方便测试系统的后期升级和维护,主机通过 RJ45 接口与上位机网络连接,上位机软件 ELINKS 以 TCP/IP 协议由控制计算机控制,TCP/IP 协议的以太网是一种高速广域、开放型、通用化的高性能信息联接方式6。电缆测试仪由 220 VAC 供电,经由滤波模块及AC-DC 电源转换后,主机内部形成 DC 供电网络,提供 48 V 和 12 VDC 电源,为各个模块供电。测量总线由一对激励线和一对测量线组成
7、。如图 3 所示。直流/交流高压和恒流恒压主要用于生成所需的测试电压/电流,测量单元包含一个电压测量单元,和两个分别用于交流和直流的电流测量单元。测试仪采用模块的总线结构,通过增加激励和测试单元以满足客户的更多测试要求,比如 LCR 测量单元,交流电压测量单元。综上,基于转接电缆的线缆自动化测试方法其主要以转接电缆作为媒介,一端通过转接端口与飞机上的电缆相接,另一端与布置在飞机周围的分布式测试箱相接7,机上电缆的点数与转接电缆一一对应。对于中小型飞机测量点数较少,采用该方法工作量和工作效率相对能够接受8,而机头作为各大系统的控制中枢,某机型机头电缆共 192 根,电缆末端插头共 553个,电缆
8、导通关系 7 126 条(14 252 测试点),占整机电缆导通工作的 35%;电缆测试数量大,关系复杂,且电缆敷设的空间狭小,开敞性差。如果仍采用上述基于转接电缆的检测方法,将会出现以下问题9:(1)分布式测试模块必须与转接电缆一一对接,模块和转接电缆过于笨重,不能进入狭窄区域操作,搬运操作不方便。(2)转接电缆过多,对操作人员的操作负担更大,工人在检测前对转接电缆的查找、检测完后对转接电缆的收放等,都需要耗费很多时间,且极易出现操作失误,比如连接器插入对接时错插与漏插等,影响工作效率。(3)转接电缆长短不一,转接电缆的缠绞、踩踏等问题难以解决,存储难度较大,使用时对转接电缆的查找、收放等花
9、费的时间较多10。因此为了提高测试仪的工作效率,适应各种复杂的测试环境,基于 LRU 测试方法的机头电缆自动化测试技术被提出,该方法具备精小化、便携化的特点,下面进行详细阐述。2基于 LRU 测试方法的测试系统设计2.1技术方案LRU 系列测试模块与转接电缆的工作性质与原理是一样的,都是电缆自动化测试的重要组成部分。LRU 测试模块工作原理:由主控系统输出测试电压/68-2023.24 科学技术创新电流,通过各分布式总线传播到各 LRU 测试模块,主控板卡再通过先祖卡槽将各信号分配到各继电器板卡,再到各被测线缆对应的继电器。然后测试电压/电流通过被测产品后从另一端 LRU 测试模块返回主控系统
10、。最后将所有的 LRU 测试模块由串联方式连接在一起。如图 4 所示。图 4LRU 测试技术架构如图 5 所示,LRU 系列测试模块由四个部分组成,一是测试模块,二是主控板卡,三是与主机相连的分布式总线(电连接器),四是金属外壳。LRU 系列测试模块中采用的是 7501 主控板卡,主控模块为 LRU 系列测试模块的控制中心,接收上位机的控制指令并分发到相应的继电器板卡,收集相关测试数据后将测量结果上传到上位 机。主 控 模 块 采 用STM32H750VBT6 核心控制单元,ARM R Cortex R-M7内核,高 400 MHz 主频,提供 2 路 CAN 和多路内部总线控制。实现高速的数
11、据打包和转发功能。图 5LRU 测试模块内部组成结构LRU 系列继电器板卡需要非标定制,内置板卡功能与标准测试模块一致,因此测试原理一致。但其内部板卡有两个,都为 2232 继电器板卡。继电器板卡数量根据被测设备来确定,LRU 测试模块中可容纳 12 块 2232 继电器板卡,每个 2232 继电器板卡 32 个点位,每个终端测试通道最大可支持400 个。继电器模块主要承担 WP/IP 和 WS/IS 两对激励/测量线在激励/测量单元通过 IO 控制单元、总线和继电器模块到达被测产品两端。测试仪提供三种继电器板卡以满足不同的测试需求。2232 板卡采用单刀单掷为 3 000 VDC 的继电器,
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