MASAÜSTÜ CNC EKSEN KARTLARI İÇİN TEST DEVRESİ TASARIMI

Transkript

1 2. Ulusal Tasarım İmalat ve Analz Kongres Kasım Balıkesr MASAÜSTÜ CNC EKSEN KARTLARI İÇİN TEST DEVRESİ TASARIMI Ahmet KÖBELOĞLU*, Arf GÖK**, Kerm ÇETİNKAYA*** Kastamonu Ünverstes, Kastamonu Meslek Yüksekokulu,Elektrk Bölümü, Kastamonu Kastamonu Ünverstes, Kastamonu Meslek Yüksekokulu, Makne Bölümü, Kastamonu *** Karabük Ünverstes,Teknk Eğtm Fakültes, Makne Eğtm Bölümü Karabük ÖZET Bu çalışmada, 470x650x320mm ölçülerne sahp olan Masaüstü CNC Torna Tezgahı Prototb nn eksen kontrol kartları çn test devres tasarlanmıştır. Sstemdek eksen kontrol kartları le 4V/faz 1,6A/faz 2,5ohm/faz 1,8 deg/step özellklerne sahp step motorlar sürülmektedr. Üretlen test devres le eksen kontrol kartlarının sağlamlık kontroller yapılablmekte ve sorunlu kartların arızalı çıkışları tespt edleblmektedr. Tasarlanan test devres çıkışındak olası hata verler, Vsual Basc 6.0 programında gelştrlmş program arayüzünde şlenerek arıza çözüm önerler üretleblmektedr. Tasarlanan sstemn etknlğ, prototp tezgaha at step motor sürücü kartlarında kullanılarak doğrulanmıştır. Anahtar Sözcükler: CNC, Arıza, Test Devres ABSTRACT In ths study, a test crcut for the axs moton control cards of a Desktop CNC Lathe prototype (470x650x320mm) has been desgned. Step motors of 4V/phase, 1,6A/phase, 5 ohm/phase, 1,8 deg/step can be drven by axs moton control cards. The test crcut desgned permts the controls fro the durablty of the axs moton cards and enables the detecton of the faulty outputs of the faulty cards. Solutons for the correcton of the faults can be offered by processng the possble data for the faults n the software nterface desgned wth Vsual Basc 6.0. The effcency of the desgned system has been verfed by usng t on the step motor drver cards of the prototype lathe. Keywords: CNC, Fault, Test Crcut 105

2 1. GİRİŞ Yarı letken teknolojsndek lerlemeler karmaşık devrelern yapımına olanak sağlamıştır. Çevredek kalıcı ve geçc durumlar (gerlm dalgalanmaları, manyetk gürültüler, yük değşmler, kısa devreler, aşırı yüklenmeler ) bu tür karmaşık devrelern olumsuz etklenmelerne sebep olablmektedr[1]. Elektronk sstemler yekpare br bçmde oluşturulableceğ gb, fonksyonel kartlardan oluşan çok katlı elektronk sstemler şeklnde de mal edleblr. Çok katlı elektronk sstemlerde olası arıza tespt ve tamr, yekpare sstemlere göre daha hızlı ve ekonomk olarak gerçekleştrlmektedr. Ntekm bütün br elektronk sstem yerne, sadece lgl devre katı değştrlecektr. Bu devrelern yedeklernn bulunması chazın tamr süresn kısaltmaktadır. Arıza olayı kartın üretm aşamasında da oluşablmektedr. Bu yüzden sstem tamamı montajlanmadan önce sstem elektronk kartlarının sağlamlığının blnmes gerekmektedr. Günümüzde elektronk kart devrelern test etmek çn Otomatk Test Sstemler de gelştrlmştr. Bu tür sstemler lgl sstem smüle ederek (tüm fonksyonlarını çalıştırıp deneyerek) arızalı kısmı ve malzemey belrleyeblmektedr[2]. Elektronk sstemler akıllı ve akıllı olmayan sstemler olarak k grupta nceleneblr. Akıllı sstemler her açılışlarında kendlern self-test (kend kendn test) edp br arıza (error) uyarısı vereblrler. Tasarımcı bu arıza blgs le lgl detayları genellkle modül veya elektronk ünte bazında belrtr. Akıllı sstemler genellkle mkro şlemcl veya blgsayar tabanlı sstemlerdr. Fakat bu sstemlern arızayı modül sevyesne ndrmes, arızalı modüldek arızalı malzemenn bulunmasını gündeme getrmektedr[3]. Elektronk test sstemler, arızalı sstem ve verlern dğer parçalara yayılmadan erken arama ve önlem alma fırsatı vermektedr. Düzeltc eylemlern alınmasının temel amaçları şunlardır: Ver bozulmaları olmadan hatalar mümkün olduğu kadar erken taranarak düzeltc önlemler başlatılablr ve hatalı kısım özdeş başka br brmle değştrleblr[1]. Sayısal çıkışlı elektronk devrelerde, devrenn çıkışları le sağlamlığı blnen başka br özdeş devrenn çıkışları br karşılaştırıcı devres le karşılaştırılır. Karşılaştırma şlem sonrasında k devrenn çıkış snyaller arasında br farklılık oluşursa hata durumu olduğu anlaşılır. Bu yöntem le yapılan test şlem düşük malyetl olup %100 etkl br sonuç meydana getrmektedr. Bu yöntemn doğruluğu MCNC 91 test devreler üzernde denenerek spatlanmıştır [1,4]. Bu çalışmada kullanılan Masaüstü CNC Torna Tezgahı Prototp; ş ml hız kontrol devres, arabrm kontrol devres, eksen kontrol devreler ve soğutma sıvısı açma/kapama devresnden oluşmaktadır. Sstem oluşturan bu devrelern her br ayrı kart üzernde mal edlmştr. Devreye grme sıklığı ve zamanı dkkate alınırsa sstemde en çok arıza yapma htmal olan devreler eksen kontrol devrelerdr. Olası arıza durumunda değştrlen kartın tamr edlmes de büyük tasarruf sağlayacaktır. Bu çalışmada arızalı eksen kartlarının tamr çn muayene yapan br uzman sstem tasarımı gelştrlmş ve Masaüstü CNC Torna Tezgahı Prototp kartları üzernde uygulama yapılmıştır. İkllk ağırlıklı sayısal çıkışlı olan step motor sürücü devrelernn kontrolü çn referans [1,4] de bahs geçen test devres kullanılablr. Bu çalışmada da Masaüstü CNC Torna 106

3 Tezgahına at eksen kontrol devreler sağlamlık test çn benzer br test devres tasarlandı ve doğruluğu uygulamalar le spatlandı. 2. EKSEN KONTROL DEVRELERI ARIZALARI VE TESPİTİ Kullanılan prototp takım tezgahında, eksenlerde tahrk elemanı olarak step motorlar terch edlmştr. Eksen kontrol devreler blgsayar paralel portundan gönderlen Step, Dr, Enable snyallernn denetm le bu step motorları süreblmektedr. Bu sstemde sürücü entegres olarak L297 kullanılmıştır. Güç katında se motorlar, IRLZ44N mosfetler üzernden beslenmektedr. Tezgahta enne hareket, boyuna hareket ve punta hareket çn toplam üç adet eksen kontrol devres kullanılmıştır. Şekl 1: Masaüstü CNC torna tezgahı prototp Eksen kartında arıza yapması muhtemel 2 adet entegre (IC1,IC2) ve 4 adet mosfet(t1,t2,t3,t4) bulunmaktadır. Olası br arıza halnde sorun entegrelerde se; devre görevn yapamamaktadır ve bu durum kolaylıkla teşhs edleblmektedr. Yalnız entegreler sağlam olup, mosfetlern herhang brnde sorun varsa sstem eksk adımlarla da olsa çalışmaya devam edeblmektedr. Bu durum sstem hassasyetn (eksen lerleme mktarını ve hızını) olumsuz etklemektedr. Devredek grş ve çıkış snyaller kllk ağırlıklıdır. Test edlecek devrenn 4 adet grş (kontrol snyal) ve 4 adet çıkışı bulunmaktadır. Her grş kombnasyonu çn X {0,1} 4 değerler alınablr. Devrenn hatasız çıkışı Y=f(x), sstemn hata yanıtı da E = Y 0,1 4 Y f ( x) şeklnde gösterleblr[1]. { { } } Orjnal Fonksyon Modülü : Test Edlecek Elektronk Kart. Özdeş Fonksyon Modülü : Test Edlecek Elektronk Kart le özdeş olan ve sağlamlığı blnen kart. Şekl 2: Test devres prensp şeması 107

4 Şekl 2 dek sstemde devreler özdeş olduğu çn aynı grş snyallerne aynı çıkış tepklern göstermektedrler. Eğer devrelerden br tanes farklı br çıkış verrse sstemde sorun var dye yorumlanıp hata çıkışı verlmeldr. Bu husus dkkate alınarak hata fonksyonu olasılıkları tablosu oluşturulmuştur(tablo 1). Tablo 1 dek verler karnough hartasına yerleştrlerek karşılaştırıcı (komparatör) devresnn lojk fades çıkarılablr. Tablo 1: Çıkışlara göre hata fonksyonu olasılıkları y 1 f 1 e 1 y 2 f 2 e 2 y 3 f 3 e 3 y 4 f 4 e Şekl 3: Test devresnde 1 çıkış çn tasarlanan karnough hartası Şekl 3 dek karnough hartasındak fade çözüldüğünde denklem.1 elde edlr. Bu fadey sağlayan sayısal elektronk devres karşılaştırıcı olarak kullanılablr. e = y. f + y. f (1) Burada; e : Hata çıkışı y : Orjnal fonksyon modülü çıkışı f : Özdeş fonksyon modülü çıkışı = 0,1,2,3,4 { } Denklem.1 dek fade Özel Veya (XOR) lojk kapısının açılımıdır. Denklem 1 XOR olarak yazılırsa Denklem 2 dek sayısal fade elde edlr. e = y f (2) 3. ARIZA TESBİTİ İÇİN UZMAN SİSTEM TEMELLİ KULLANICI ARAYÜZLÜ YAZILIM TASARIMI 3.1.Uzman Sstem Uzman Sstemler belrl br alanda sadece o alan le lgl blglerle donatılmış ve problemlere o alanda uzman br kşnn getrdğ şeklde çözümler getreblen blgsayar programlarıdır[5]. Uzman sstem programları genel olarak "Muhakeme Etme"; yan eldek verlere göre en uygun durumu belrleme esasına göre çalışırlar[6]. 108

5 Bu çalışmada kullanılan uzman sstem Şekl 5 dek sstemn çıktısı olan 4 btlk hata blgsn (e 4 e 3 e 2 e 1 ) okuyarak Tablo 3 dek kurallara göre devrey test etmektedr. Test sonucunda devrenn arızalı olduğu kanısına varılırsa uzman sstem arızalı elemanı bulup, bu elemanla lgl çözüm öners üretmektedr. Arıza çözüm önerler ekran çıktısı olarak rapor edlmekte ve stenrse metn dosyası olarak kayıt edleblmektedr. Kullanıcı arayüzü ve rapor tasarımında dkkat edlmes gereken en öneml nokta, gerek arayüzlern gerekse raporun son derece anlaşılablr ve akıcı br dlde hazırlanmasıdır [7]. 3.2.Deney Düzeneğ Bu sstemde sağlamlık kontrolü çn, lteratür [1,4] de olduğu gb test edlecek devrenn çıkışları le sağlamlığı blnen başka br özdeş devrenn çıkışları br karşılaştırıcı devres le karşılaştırılmıştır. Karşılaştırılan devreler özdeş oldukları çn aynı grş snyallerne, aynı tepkler vermek zorundadırlar. Çıkış snyaller arasında br farklılık oluşursa, farklı olan çıkışı lglendren devre elemanında veya bağlantılarında br sorun olduğu kanısına varılır. Bu tür test sstemlernde devre malyet %100 ün üstüne çıkmaktadır. (a) (b) Şekl 4:Masaüstü CNC Eksen Kartının Model Görünüşü (a) ve Devre Şeması (b) Karşılaştırıcı devresnde CMOS 4070 entegres kullanılmıştır. CMOS 4070 entegres, 2 grşl 4 adet XOR mantık kapısından oluşmaktadır. 2 grşl XOR kapısının özellğ; grşnde bulunan k snyaln brbrnden farklı olması halnde çıkış snyal üretyor olmasıdır. Sstemde kullanılan XOR kapıları, karşılaştırılan devrelern çıkışları arasındak faklılık durumlarına göre hata snyaller üretmektedrler. Hata snyaller br bütün halnde dkkate alınırsa (e 4 e 3 e 2 e 1 ) 2 şeklnde 4 btlk hata vers elde edleblmektedr (Şekl 5). Bu hata verlernn gerlm sevyes 12 V düzeyndedr. Bu yüzden her br çıkışa 7805 regüle entegres bağlanarak gerlm sevyes 5 V a düşürülmüştür. Böylelkle hata blgs paralel port üzernden blgsayara alınablr. 109

6 Tablo 2: Hata durumlarının beraber meydana gelme olasılığı ve hata kodları (E) Şekl 5: Devre test düzeneğ e 4 e 3 e 2 e 1 E Arıza Tespt İçn Blgsayar Arayüzü Tasarımı Kontrol sstemlernde brçok elektronk kart bulunmaktadır. Bu kartların herhang br veya brkaçının görevn yerne getrememes halnde sstemde aksaklıklar meydana geleblmektedr. Bu nedenle üretlen elektronk kartların montajlanmadan önce sağlamlık testnden geçrlmes gerekmektedr. Bu çalışmada Vsual Basc 6.0 da tasarlanan arayüz le bu tür br şlem yapılablmektedr. 110

7 HATA KODU (E) Tablo 3: Devre test çn tasarlanan uzman sstem kural tablosu UYARI MESAJI ARIZA ÇÖZÜM ÖNERİLERİ O Devrede sorun yoktur. Devre düzgün çalışıyor 1 1. çıkışta sorun var çıkışta sorun var ve 2. çıkışlarda sorun var çıkışta sorun var ve 3. çıkışlarda sorun var. 6 2.ve 3. çıkışlarda sorun var. 7 1.,2. ve 3. çıkışlarda sorun var çıkışta sorun var ve 4. çıkışlarda sorun var ve 4. çıkışlarda sorun var , 2. ve 4. çıkışlarda sorun var ve 4. çıkışlarda sorun var , 3. ve 4. çıkışlarda sorun var , 3., 4. çıkışlarda sorun var 15 Devre hçbr çıkış vermyor. 1. çıkış bağlantısını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1 mosfetn değştrmey deneynz. 2. çıkış bağlantısını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T2 mosfetn değştrmey deneynz. 1. ve 2. çıkış bağlantısını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1 ve T2 mosfetlern değştrmey deneynz. 3. çıkış bağlantısını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T3 mosfetn değştrmey deneynz. 1. ve 3. çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1 ve T3 mosfetlern değştrmey deneynz. 2. ve 3.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T2 ve T3 mosfetlern değştrmey deneynz ve 3.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1, T2 ve T3 mosfetlern değştrmey deneynz. 4.çıkış bağlantısını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T4 mosfetn değştrmey deneynz. 1. ve 4.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1 ve T4 mosfetlern değştrmey deneynz. 2. ve 4.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T2 ve T4 mosfetlern değştrmey deneynz. 1., 2. ve 4.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1, T2 ve T4 mosfetlern değştrmey deneynz. 3. ve 4.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T3 ve T4 mosfetlern değştrmey deneynz. 1., 3. ve 4.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T1, T3 ve T4 mosfetlern değştrmey deneynz. 2.,3. ve 4.çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se T2, T3 ve T4 mosfetlern değştrmey deneynz. Çıkış bağlantılarını kontrol ednz. Bağlantılarda sorun yok se IC1 ve/veya IC2 entegrelern değştrmey deneynz. Devre test düzeneğ le blgsayar arasındak bağlantı paralel port üzernden sağlanmaktadır. Paralel port (grş) 25 pnden oluşmaktadır. Bu pnler üzernde data, status, control adında 3 adet port vardır [9]. Şekl 6 dak sstemde hata fonksyonu çıkışları blgsayar paralel portunun status pnlerne, grş snyaller de data pnlerne bağlanmıştır. Bu bağlantının ardından test programı çalıştırılarak kart kontrol edleblr. Programda test şlem 4 aşamadan oluşmaktadır. Her br aşamada k çıkış denetlenmektedr. 4. Aşamanın 111

8 sonunda denetleme sonuçları blgsayar tarafından yorumlanarak hata mesajı ve çözüm öners üretlmektedr. Tablo 3 de belrtldğ üzere test sonucunda hata kodu (E)=0 blgs okunursa kartın sağlam olduğu, Hata kodu (E) 0 se kartın arızalı olduğu kanısına varılır. Kartta arızalı br durum söz konusu se arayüzdek ARIZA ÇÖZÜM ÖNERİLERİ kısmında sunulan yönergeye göre hareket edlerek kart tamr edleblr. Şekl 6: Devre test düzeneğnn blgsayar paralel port bağlantısı PRISM programlama dl kullanılarak test edc sstem oluşturulması üzerne lteratürde çalışmalara rastlanmıştır [8]. Bu sstem sensörlerden aldığı blgy gerçek zamanlı olarak şleyerek, hata kaydı yapıp, raporlayablmektedr. Elektronk chazlarda arıza arama-bulma elektronğn en zor branşlarından brdr. Bazen o kadar sıkıntılı arızalarla karşılaşılır k, sstem yenden tasarlamak daha kolay gözükür [2]. Arızalı olduğu blnen eksen kartları, test programında test edlrse arızalı bölgenn tespt çok kısa br sürede gerçekleştrleblr. Şekl 7: CNC eksen kartı test programının örnek ekran çıktısı 4. TEST İŞLEMLERİNDE UYGULAMA Eksen kontrol devres 4 aşamalı peryotlarla step motor sargılarına palsler göndermektedr. Her br aşamada k adet mosfet sürülmektedr. Bu devrede mosfetlern devreye grme sıralarını ve zamanlarını L297 step motor sürücü entegres, 7409 (2 grşl ) VE kapı 112

9 entegres le beraber belrlemektedr. Bu elemanların herhang brnn görevn yerne getrememes halnde sstemn tamamı olumsuz br şeklde etklenmektedr. Tablo 4 de sağlam ve arızalı eksen kontrol kartlarının, sağlamlığı blnen eksen kontrol kartı le karşılaştırılması sonucu elde edlen çıktı fadeler verlmştr. Test No Tablo 4: Yapılan test şlemlernde elde edlen arıza tesptler Test Edlecek Gerçek Kart Görüntüsü Programda Algılanan Arızalı Elamanlar Hata Kodu (Tablo.3) Açıklama 1 0 Bu şlemde sağlam br eksen kontrol kartı test edlmştr. Test sonrasında programdan gönderlen mesajda kartın sağlam olduğu blgs alınmıştır Bu şlemde Step motor sürücü entegres (L297) montajlanmamış br eksen kontrol kartının sağlamlığı test edlmştr. Test sonrasında programdan gönderlen mesajda devreden hçbr çıkış alınamadığı ve sorunun entegrelerde olduğu blgs alınmıştır. Program arızalı olduğunu düşündüğü k entegrey ekran çıktısı üzernde şaretlemştr. Bu şlemde br adet mosfet açık devre olan eksen kontrol kartı test edlmştr. Test sonrasında programdan gönderlen mesajda T1 mosfetnde veya bağlantılarında br sorun olduğu blgs alınmıştır. Program T1 mosfetn ekran çıktısı üzernde şaretlemştr 4. SONUÇ VE ÖNERİLER Blgsayar destekl test sstemler, sağlamlık test ve arıza bulma konularında zamandan tasarruf sağlamaktadır. Blgsayar destekl test sstemler uzman sstem oldukları çn, alan blgs zayıf olan kullanıcılar ble test şlemn gerçekleştreblmektedrler. Uzman sstemler programını yazan uzman kşnn koyduğu kural dzne göre mukayese yapablmektedr. Devre kartlarının bu tür test sstemler le test edldkten sonra montajlanması sstem bütününün doğruluğunu artıracaktır. Yne arızalı olduğu blnen devre kartları bu tür sstemler le test edlerek arızalı bölgeye en kısa zamanda ulaşılablr ve tamrat gerçekleştrleblr. 113

10 Bu çalışmada 4 btlk sayısal çıkışa sahp olan br devrenn blgsayar destekl sağlamlık test gerçekleştrlmştr. Bu test şlemnde devrenn durumu uzman sstem kural tablosundak kurallara göre denetlenerek, uygun uyarı mesajları ve çözüm önerler üretleblmektedr. Bu sstem, kural tablosunda yapılacak değşklkler le sayısal çıkışlı başka tür devrelere de kolayca adapte edleblr. Test şlemnde en fazla sürey devre bağlantısı almaktadır. Bu sürenn kısaltılablmes çn devrelerde kolay takılıp çıkarılablr soketler kullanılablr. 5. KAYNAKÇA [1] DJORDJEVIC, G. L., STOJCEV, M. K., STANKOVIC, T. R., Approach to partally self-checkng combnatonal crcuts desgn, Mcroelectroncs Journal, 35, , (2004). [2] ŞİŞER, Ö.,Elektronk Test Bakım Onarım Arıza Bulma-Gderme-1 (Erşm Tarh ) [3] ŞİŞER, Ö., Profesyonel Elektronk Arıza Bulma, (2001) (Erşm Tarh ) [4] KARTIK MOHANRAM, K., TOUBA N. A., Cost-effectve approach for reducng soft error falure rate n logc crcuts, n Proceedngs of IEEE Internatonal Test Conference 2003, (2003). [5] ÜNSAL, V., BAYIR, R., İçten Yanmalı Motorlarda Gerçek Zamanlı Olarak Arıza Teşhs, 5. Uluslararası İler Teknolojler Sempozyumu (IATS 09), Karabük (2009). [6] ÖZKAN, M. T., GÜLESİN, M., Uzman Sstem Yaklaşımı le Cıvata ve Dşl Çark Seçm, Turksh Journal of Engneerng and Envronmental Scences, 25, , TUBİTAK (2001). [7] ÖZ, E., BAYKOÇ, Ö. F., Tedarkç Seçm Problemne Karar Teors Destekl Uzman Sstem Yaklaşımı, Gaz Ünv. Müh. Mm. Fak. Der., Clt 19, No 3, (2004). [8] PARKER, D., NORMAN, G., KWIATKOWSKA, M., Controller dependablty analyss by probablstc model checkng, Control Engneerng Practce,15, , (2007). [9] EGE, Y., GÖKTEPE, M., ÇITAK, H., ERSOY, T., Mekank Sstemlern Hareket Kontrolünde Paralel Portun Kullanımı, Tasarım İmalat Analz Kongres (TİMAK 06), Balıkesr (2006). 114