0223END手机功能自动检测系统产品概念说明书V02.docx
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0223END手机功能自动检测系统产品概念说明书V02
手机功能自动检测系统
产品概念说明书
文件编号：
0001-C17
版本号：
V0.2
拟制人：
日期：
审核人：
日期：
批准人：
日期：
湖北众友科技实业股份有限公司
湖北众友科技实业股份有限公司
文件修订记录
NO
版次变更
修订日期
修订页次
修订内容摘要
登录者
1
V0.1
2012-02-07
全文
初稿拟定
陈军、
郭启军
2
V0.2
2012-02-21
第2、12页
补充上设备电气系统的说明
郭启军
1目的
通过回顾最初的系统架构假设、标准假设、CBB/重用目标，完成产品架构的定义；通过回顾产品包需求报告，开发设计需求、定义CBB设计元素；
2适用范围
手机自动功检系统PDT（ProductDevelopmentTeam，产品开发团队）所有成员。
3定义
无。
4产品备选概念概述
本设备概念为采用一台集中控制计算机控制以流水线方式布局的多个全功能检验站点，各检验站点的硬件设备相互独立，通过控制计算机协调各功能检验站点对上位机资源的需求并控制各检验站点设备按流程运行。
本设备概念中，功能检验站点的数目为四站，控制计算机和PLC为一台。
图1-1单主控机多站点方案
5系统架构与标准假设
5.1系统架构假设
图5-1系统架构
手机功能自动检测系统由结构平台、手机对象操作系统、手机传输系统、图像检测系统、音频振动检测系统、主控系统硬件、上位机软件和电气系统八个部分组成。
5.1.1结构平台
结构平台由机械手、治具、图像识别系统搭载、音频检测设备搭载、暗盒、传输装置、电控柜七个模块组成，如下图所示结构平台根据实际生产线设计，检测站跨于生产线上与产线结合，七个模块中机械手、图像识别系统搭载、音频检测设备搭载在暗盒内组成一个检测站，传输装置、电控柜在检测站外部，治具在传输装置内传送流动，循环利用。
图5-2结构平台架构示意图
图5-3结构正视图
图5-4结构背视图
图5-5检测站内部图
各模块分别介绍如下：
机械手：
该模块主要职责是操作手机，包括手机硬按键、软按键的触动或软按键滑动，另外还需要用来遮挡手机距离感应器件，做距离感应测试，机械手有缓冲设计，可以保护被操作手机不受损；
治具：
该模块用于固定手机及其它附件，保证手机定位准确，同时要露出手机正面、侧面按键区域、背面摄像头和扬声器方便功能检测；
图像识别系统搭载：
该模块用于搭载图像识别检测系统，包括拍摄相机、上下色板、光源等的安装固定；
音频检测设备搭载：
该模块用于搭载音频检测设备，包括收声腔设计固定，上下仿真耳、喇叭的安装固定；
暗盒：
该模块提供了机械手、图像识别系统搭载、音频检测设备搭载的安装支撑，并保证一定的遮光、隔音效果，同时暗盒内部自配光源，并且亮度可调，暗盒有联锁防护设计，保护操作人员安全；
传输装置：
该模块传送治具自动进出检测站，保证治具的循环利用；
电控柜：
该模块内可搭载各种元器件，完成本设备的供电、信号的收集和控制，同时电控柜为传输装置甚至整个检测装置提供支撑，电控柜安装脚轮，方便移动。
5.1.2手机对象操作系统
手机对象操作系统由用于操作手机正面的机械手和操作手机侧面按键的执行器组成：
图5-6由PC机和多台多轴控制器组成的主从结构运动控制系统
（1）机械手子系统：
机械手子系统采用三轴龙门式结构，用多轴控制器对三轴的运动进行协调，多轴控制器不接收测量装置对传动机械的测量结果，为半闭环伺服系统。
备选方案选择的多轴控制器是基于网络的通用型独立式运动控制器，可以用多个控制器和PC机通过网络组成各检验站点机械手的运动控制系统。
构建网络需要先给不同的多轴控制器分配识别地址，然后根据识别地址链接多轴控制器。
上位计算机内部的运动规划软件完成任务规划后，根据网络通讯协议向各个多轴控制器发送信息指令，多轴控制器解释指令后，向电机驱动器发送控制脉冲，控制脉冲被放大后驱动电机运动。
机械手子系统所需达到的性能指标：
点击的位置误差不超过1mm；
屏幕滑触操作误差不超过0.5mm；
机械手点击后归原位时间≤1.5s（3次）；
正面按键点击时间≤10s（19次）；
（2）侧面按键操作子系统
侧面按键操作子系统的执行器安装在功检位总成中，由上位机通过DI/DO卡的DO通道控制。
侧面按键操作子系统需要达到的性能指标：
侧面按键操作准确度100%；
侧面按键点击时间≤10s（22次）
5.1.3手机传输系统
手机传输系统分为位于检测站点内部的传输装置和检测站点外部的传输装置及对应的控制器件组成。
内部传输装置位于功检位总成中，负责完成检验站点内部的手机传输工作。
上位机通过DI/DO卡的DO通道下发控制信号，通过继电控制器隔离、转换后，驱动内部传输装置；通过DI/DO卡的DI通道把传感器的信号反馈给上位计算机。
图5-7手机传输系统
外部传输控制系统由可编程序控制器PLC、位置传感器和外部传输机构组成，外部传输机构又分前外部传输机构和后外部传输机构。
外部传输控制系统完成两个功能：
把待测手机从人工作业处传输到各个检测站点，从各个站点收集完成测试的手机并传输回人工作业处。
（1）把待测手机从人工作业处传输到各个检测站点：
此功能分两个过程：
①、前外部传输机构把待测手机排队并送入站的过程：
当各个检测站点内部在对手机进行检测时，PLC先根据外部传输机构上的传感器反馈确定哪个站点进口处缺少待测手机，然后调用相应的控制程序控制传输机构的电机和气缸动作，把空置的待测手机外置补满。
当某个检测站点内部完成了对手机的测试，则上位机会通过数字量信号采集卡的DO通道发送一个完成测试的信号，此信号通过继电控制器作用到内部传输机构上以把完成测试的手机传递到出口位置，此信号同时会传递到PLC使外部传输机构知悉某个检测站点内部完成了测试，当出口位置的传感器被触发后，前外部传输机构会把待测手机送入检测站点。
②、后外部传输机构收集出站已测手机并回流的过程：
当某个检测站点的出口位置有已测的手机时，如此时后外部传输机构上对应于此站点的出口位置无回流的已测试手机时（即此处传感器无信号时），PLC会控制出口的升降装置把已测手机放置到后传输机构的水平传输带上。
如此时后外部传输机构上对应于此站点的出口位置有回流的已测试手机时（即此处传感器有信号时），PLC会在此传感器信号消失后控制出口的升降装置把已测手机放置到后传输机构的水平传输带上。
手机传输系统性能指标：
进、出站时间≤3s（2次）
5.1.4图像检测系统
图5-8图像检测系统
图像检测系统主要分为图像采集硬件装置和图像处理软件系统两大部分。
（1）图像采集硬件装置主要用于手机图像或视频的获取和传输：
主要包括工业相机和工业镜头，是图像采集的主体，主要是通过图像采集卡或PCI自带接口将图像数据等信息传输给工控机，供图像处理系统使用。
光源：
辅助工业相机进行采集。
在图像采集前，先按照需求对光源进行选择，主要是通过开关信号采集卡来对光源进行通断的控制。
（2）图像处理软件系统是图像数据处理的平台，主要分为人机界面和图像算法模块：
图像算法模块：
图像自检系统设计成相互独立的各功能模块，每个功能模块完成一项或者多项功能。
在整个自检过程中，集成程序按照测试流程，通过操作外部硬件配置测试环境和调用数据采集、图像处理等算法模块进行分析处理，并将测试结果反馈至集成程序。
图像算法模块主要完成的功能检测项有手机背光检测、屏幕质量检测、手机拍照检测、屏幕色差检测、视频播放检测、手机录像功能检测、手机版本信息检测、手机屏幕校准结果检测、蓝牙、WIFI功能检测、按键检测、指南针检测、距离感应器检测、光感应器检测、陀螺仪检测等。
对图像系统提出的性能要求主要如下：
序号
性能要求
1
图像采集设备最大能获取300cd/㎡的亮度
2
将采集到的手机最大亮度分为32个灰度等级（人眼可以分辨32个灰度等级）
3
能识别直径≥0.1mm的坏点、杂质和气泡
4
能识别直径≥0.05mm的坏点、杂质和气泡
5
能识别出长度≥2mm,线宽≥0.05的坏线
6
可分辨出彩色色差精度为4（根据CIEDE2000色差公式计算）
7
设备能处理2帧/秒的视频流
8
设备能处理50帧/秒的视频流
9
能识别出1*1mm方格内的数字和英文字母
10
能匹配出1*1mm方格内的手机状态指示标识
11
获取10*10mm色块中心坐标的精度小于1mm
12
线条弯曲变形识别精度为0.3mm
13
相机曝光时间＜10ms
14
图像处理、判断时间≤1.6s（16次）
5.1.5音频振动检测系统
图5-9音频检测系统
音频测试子系统总体架构参照标准音频测试系统进行设计，考虑产线的实际需求、成本限制、可获得性等因素，采用测量麦克风+话筒放大器+自制耦合腔体代替专业仿真耳，使用普通喇叭代替仿真嘴，使用支持多通道并行采集、高稳定、高精度的NIDAQ卡做为数据采集装置，设计开关盒对DAQ的通道进行复用，以此构建音频测试硬件系统。
音频子系统实现测试电信号向声信号的转换，以及测试声信号向电信号的转换，通过采集装置拾取声信号，设计定制的软件分析信号的指标。
性能指标：
序号
性能要求
1
设备发声器件输出声音音通量：
上限大于70dB（该值需要通过发声装置与收声装置的距离换算为发声设备的输出功率）
2
设备输出测试信号频率范围：
20Hz-20KHz
3
设备音频输出失真度：
小于0.1%@1KHz，1Vrms
4
音频采集设备动态范围：
不低于60dB
5
设备的采样频率：
大于40KHz
6
设备声电转换覆盖频率：
20Hz－8KHz
7
声电转换装置覆盖声音通量范围：
大于70dB
8
能检测出手机马达震动的转速范围：
6000转/分-20000转/分
9
采集设备输入通路：
不少于6个且支持差分输入
10
采集设备输出通路：
不少于2个
11
系统效率：
13S（6项）
5.1.6主控系统硬件
序号
项目
规格参数
1
主控机类型
PC机
2
操作系统
WindowsXPSP2
3
CPU
4核，主频2G以上（i5以上）
4
内存
4GDDR3
5
总线插槽
三个PCI—E插槽，一个PCI插槽
6
总线传输速率
大于300M/S
7
硬盘
500G
8
声卡
集成
9
串口
RS232C
10
网口
双网口RJ-45
11
电源
500W
12
显示器
13
键盘、鼠标
5.1.7上位机软件
图5-10上位机软件系统架构
整个系统软件分为四部分：
界面层、测试控制层、算法分析层以及数据存储系统，以下对四部分进行介绍：
用户界面：
该部分提供友好的人机交互界面，实现用户登录管理，测试过程的实时显示以及故障提示等功能；
流程录制：
用户可以使用流程录制工具记录测试流程、整幅图像或指定区域模板及模板区域坐标，可记录声音信息作为音频模板文件，可以对各测试项进行参数配置，系统将上述测试流程、模板及参数存入文件系统；
数据存储系统：
数据库系统和文件系统，文件系统存储测试流程、各测试步骤的参数配置、音频模板地址、图片模板地址以及特性区域坐标信息；数据库系统可以完成对测试信息（手机各测试项通过与否、测试项耗时、故障项名称已经故障发生时间）的存储、查询和显示。
主控程序：
解析测试流程文件，并控制测试过程按照测试流程执行，并且对各测试线程进行管理，调用运动控制系统实现对机械执行件的控制，调用图像软件系统实现图像数据采集以及算法分析，并获取图像测试结果，调用音频软件系统实现音频数据采集以及音频算法分析，并获取音频测试结果
上位机软件所需满足的性能指标：
界面操作响应时间
测试信息显示延时<500ms；
查询响应时间<3S。
数据库容量：
可记录手机故障统计信息>50000条。
5.1.8电气系统
图5-11设备电气系统架构
（1）设备的电气系统由三个部分组成，分别为检测站点电气部分，外部设备电气部分和车间电源接口部分。
检测站点电气部分承担子检测站点的配电任务，在子检测站点发生漏电或短路事故时，通过子站断路器把子检测站点设备从整体设备的电气系统中切除、隔离。
外部设备电气部分承担控制计算机、外传输设备等子检测站点上一级系统的配电任务，在发生漏电或短路事故时，通过外部断路器把设备从整体设备的电气系统中切除、隔离。
车间电源接口部分负责把车间380VAC电源转换为设备内需要的220VAC电源并提供设备的整体供电控制功能。
（2）各电气部分的外部防护采取如下措施：
①、外壳的开启或拆卸必须满足如下条件之一：
（1）使用钥匙或工具；
（2）采用联锁装置，以使开启或拆卸遮栏、外壳及其部件时自动切断内部带电部分的供电，而且只有在遮栏、外壳及其部件恢复原位时才能自动或手动恢复供电；
（3）内部插入网罩。
在带电部位与遮栏、外壳之间插入中间隔离网罩，使得开启和拆卸遮栏、外壳及其部件时不会触及到带电部分。
这些网罩可以是固定的，也可以在开启或拆卸操作时自动滑入其位。
②、电气操作区域（只有专业人员才能进入，且需打开或移去遮栏才能进入）和封闭的电气操作区域（只有专业人员且需使用工具、钥匙等才能进入或实现了连锁的区域）需要配设危险警告标志。
5.2产品遵循如下标准
1、《GB23313-2009工业机械电气设备电磁兼容发射限值》；
2、《GB17625.1-2003电磁兼容限值谐波电流发射限值》（设备每相输人电流≤16A）；
3、《GB/T9813-2000GB/T9813电脑噪音的国家标准》。
6CBB重用
6.1CBB获取
本公司无适用本项目的CBB。
6.2CBB重用目标
关键技术类别
关键技术名称
是否可能成为CBB
图像软件
相机标定
可能
手机屏幕定位
屏幕亮度检测
屏幕瑕疵
画面清晰度检测
画面直线弯曲度检测
画面彩色色差检测
画面灰度条检测
流畅度检测
模板匹配
OCR
十字或圆形中心点坐标提取
直线坐标提取
上位机软件
用户登陆管理
数据库技术
视频录制及控制
EXCEL数据导出及文件读写
数据上传至服务器
音频硬件
A/D与D/A模块
可能
电声转换模块
声电转换模块
通道选择模块
音频软件
AO控制
AI控制
信号处理
信号分析
通道控制
结构
手机的准确定位
可能
手机的水平旋转
手机的倾转
耳机的拔插
暗盒的隔音设计
控制软件
点位运动控制技术
可能
直线插补运动控制技术
轨迹规划技术
机械手标定技术
设备安全
漏电保护技术
可能
电源滤波技术
防雷保护技术
7产品版本
7.1平台产品规划
图3-1产品线规划
图3-2V1.0平台产品
注释：
V1.0是为适应客户的低精度需求开发的平台。
R001是针对已调研客户的共同需求所开发的产品。
R002是在R001的基础上针对个别客户的特殊需求开发的定制产品。
图3-3V2.0平台产品
注释：
产品平台V2.0主要是通过替换产品平台V1.0的“功检位总成”和“图像设备”来满足客户的高精度和特殊需求（对手机进行三轴倾转操作）。
7.2平台产品介绍
7.2.1平台产品V1.0R001版所含功能特性：
产品包需求
操作方式
备注
图像检测功能需求
1.手机背光检测
1、根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入工程模式的背光检测状态；
2、判断手机背光是否按照PD变化；
方式1：
手机背光强度会按照PD变化，屏幕背景为白色；
方式2：
手机背光点亮（屏幕背景为白色）、一段时间（此时间见PD）后熄灭（屏幕全黑）。
2.屏幕质量检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入坏点检测画面
方式1：
屏幕依次显示黑色、白色、红色、绿色和蓝色（间隔时间见PD），检测以上五种画面是否有坏点、划痕、气泡或者杂质，只检测直径≥0.1mm的坏点。
3.手机拍照检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入拍照检测画面
方式1：
用手机后置摄像头取景拍摄彩色方格图板，如拍摄的图片中直线没有肉眼可见的弯曲、彩色块无肉眼可分辨的偏色则手机拍照功能正常；
方式2：
用手机前置摄像头取景拍摄彩色方格图板，如拍摄的图片中直线没有肉眼可见的弯曲、彩色块无肉眼可分辨的偏色则手机拍照功能正常。
4.蓝牙功能检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入蓝牙功能检测画面，手机进入蓝牙设备搜索画面，搜索外部蓝牙设备，根据手机是否能搜索到外部蓝牙设备来检测手机蓝牙连接功能是否正常。
5.WIFI功能检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入WIFI功能检测画面，手机进入WIFI连接画面，检测手机连接WIFI的功能是否正常。
6.手写笔画检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入手写笔画检测画面
方式一：
手机进入笔画检测界面，沿屏幕显示线条轨迹对手机屏幕进行滑触操作，线条消失后对再次出现的线条重复滑触操作，判断笔画输入功能是否正常。
方式二：
手机进入笔画检测界面，屏幕出现两条平行线，触摸笔在两平行线之间画线，判断笔画检测功能是否正常。
7.按键检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入按键检测画面
手机进入按键检测界面，依次点击手机所有功能键，屏幕对应图案发生变化。
8.指南针测试
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入指南针测试画面，手机进入指南针检测界面，如方位值不为零，则指南针功能正常。
9.距离感应测试
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入距离感应测试画面，方式二：
手机进入通话界面，用遮挡物靠近、离开手机距离感应器件（手机正面特定位置），通过观察手机屏幕亮度变化判断距离感应功能是否正常。
（手机姿态无要求）
10.光感应测试
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入光感应测试画面
手机进入光感测试模式，改变环境光照强弱，如手机屏幕亮暗相应发生变化（光照强，屏幕显示暗，光照暗，屏幕显示亮），则手机光感功能正常
11.屏幕色差检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入屏幕色差检测画面，手机进入灰度条及彩色条纹显示状态，如灰度条的灰度单调递减、彩色条无肉眼可见偏色则屏幕色差符合要求。
12.视频播放检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入视频播放检测画面，播放一段内存卡上的视频，
方式一：
如果视频可以播放，并且画面不出现扭曲，则视频播放功能正常
13.手机录像功能检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，手机进入视频录制状态，缓慢移动手机录制一段现场静态目标物的视频，然后播放录制的视频，判断录像功能是否正常。
14.版本信息检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入版本信息检测画面，检测手机屏幕上的软件版本、硬件版本信息、SN号等信息是否正确
15.手机屏幕校准检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入手机屏幕校准检测画面，手机进入屏幕校准检测画面，点击校准符号中心，检测屏幕校准功能是否正常
音频检测功能需求
1.手机本体话筒收声、听筒发声功能检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入本体话筒收声、听筒发声功能检测状态
对着手机的麦克说话，手机进行录音，一段时间之后手机听筒能还原刚才的录音，则认为手机本体话筒收声、听筒发声功能正常。
2.手机扬声器发声功能检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入扬声器发声功能检测状态，
播放手机指定位置存放的MP3文件，判断手机扬声器功能是否正常。
3.手机麦克风收声、耳机发声功能检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入麦克风收声、耳机发声的功能检测状态，将耳机插入手机的耳机插孔，对着耳机的麦克风说话，一段时间之后手机耳机能还原刚才的录音，则认为手机麦克风收声、耳机发声的功能正常。
4.手机振动噪音、异响检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入振动噪音、异响检测状态，判断震动时手机是否发出杂音。
设备软件功能需求
1.用户登录管理功能
用户登录系统需要账号密码，登陆可以增加账号，修改密码，删除账号。
2.测试历史信息管理
测试信息统计数据（包括各测试项目平均耗时、各测试项目通过率、不同种类手机的测试数目、不同种类手机的通过率）的查询、本地导出
3.测试故障信息管理
测试故障信息（包括故障项名称、故障时间）的本地查询和本地导出
自动测试功能需求
1.手机能自动进出测试站点
测试站点内无手机或手机测试完毕后，设备能自动传输外部手机进入测试站点。
测试站点手机测试完毕后，设备能自动将手机送出测试站点。
2.自动执行测试流程
设备按照预先编制的测试流程自动执行测试操作，并实时显示测试信息（当前测试项名称、测试项耗时、测试项测试结果），并存储以上测试信息。
3.故障手机分类
当设备对手机进行某项测试后，如此项测试故障则把故障手机从设备中传出，并提示产线工人此手机故障项名称，并存储此故障信息。
其它功能需求
1.振动检测
根据SOP的操作步骤，依次操作手机的功能键，使手机进入振动检测状态；
方式一：
手机马达开始振动，如马达振动频率和强度正常，则手机振动功能正常；
方式二：
手机马达开始振动，如马达振动频率和强度随时间渐变增强，则手机振动功能正常。
2.点击触头可更换
通过更换点击触头可完成对电容屏和电阻屏手机屏幕的点击及滑触操作，并且可以点击物理按键
3.线程管理
控制系统视频采集线程与其它线程分时进行，并且音频测试项目在主进程中完成
4.音频采集通道复用
设备模拟输入通道和模拟输出通道数量需求不能简单相加，必须考虑不影响整体效率的通道复用方案，衍生通道复用模块及控制设计。
复用后，单站对模拟输入的需求为4个，模拟输出的需求为1个
非功能性需求
性能
国标要求
电磁兼容
《GB23313-2009工业机械电气设备电磁兼容发射限值》的规定
《GB17625.1-2003电磁兼容限值谐波电流发射限值》（设备每相输人电流≤16A）
设备噪音
符合《GB/T9813-2000GB/T9813电脑噪音的国家标准》的规定（距产品1米处小于55分贝）
产能
对于不同手机，执行相同的测试任务，设备的平均工作效率是单人平均工作效率的12.8倍,对于海信T80手机，设备在有两人辅助的条件下可达到使用十个人进行功能检验的效能，240台/小时
误检率
每个功能检测项目误检率不超过0.1%。
控制
点击的位置误差不超过1mm
侧面按键操作准确度100%
屏幕滑触操作误差
升级会员 