Устройство для контроля состояния электронных плат

 

Использование: для бесконтактного контроля состояния электронных плат и для термографии и тепловой диагностики в различных отраслях науки и техники. Сущность изобретения: устройство для контроля состояния электронных плат содержит радиационный пирометр со схемой индикации интегрального инфракрасного сигнала, термографический блок, два аналого-цифровых преобразователя, две платы интерфейса и компьютер, подключенные по специальной схеме. 1 ил.

Изобретение относится к средствам бесконтактного контроля состояний электронных плат и может применяться для термографии и тепловой диагностики в различных отраслях науки и техники.

Известен способ контроля состояний электронных плат, в соответствии с которым проводят телевизионное преобразование видимой области излучения поля обзора контролируемого изделия, алгоритмическую обработку полученных электрических сигналов телевизионного изображения, посредством нее выделяют информативные, т.е. подлежащие контролю, участки поля обзора путем сравнения с запомненными эталонными характеристиками, устанавливают выделенный информативный участок в поле зрения инфракрасного (ИК) радиационного пирометра посредством электромагнитного программного перемещения контролируемого изделия, его ИК-излучение преобразуют в электрический сигнал, сравнивают с соответствующим выделенному информативному участку эталонным уровнем, формируют сигнал разбраковки по результатам сравнения [1] Этот способ позволяет полностью автоматизировать разбраковку группы выбранных типов отдельных элементов электронных плат.

Однако сложная обработка видеосигналов и непроизводительное центрирование изделий перед ИК-сенсором не только требуют повышенной надежности и оперативности, но, главное, не универсальны, так как не позволяют контролировать различные электронные платы, в том числе и значительных размеров.

Известен способ контроля электронных плат, в соответствии с которым выбирают контролируемые участки, преобразуют ИК-излучение выбранного участка в электрические сигналы ИК-сенсора, акустически и оптически индицируют обрыв или короткое замыкание [2] Способ универсален в отношении контроля различных электронных плат и позволяет оперативно отыскивать простейшие повреждения.

Однако из-за отсутствия памяти, обработки и визуализации информативных сигналов он не имеет высокой производительности, не обеспечивается контроль сложных тепловых аномалий и их регистрация.

Известно устройство контроля электронных плат, содержащее ИК-сенсор в виде радиационного пирометра, выход которого подключен к схемам звуковой и светодиодной индикации интегрального ИК-сигнала [2] Это устройство может быть использовано при диагностике простейших повреждений типа обрыва, короткого замыкания для различных электронных плат.

Однако оно непригодно для контроля, диагностирования и поиска неисправностей более сложных повреждений из-за невозможности обработки, визуализации, а также регистрации сигналов информативных тепловых областей.

Целью изобретения является увеличение надежности и производительности.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля состояния электронных плат, содержащее радиационный пирометр со схемой индикации интегрального ИК-сигнала, введены термографический блок, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), первая и вторая платы интерфейса и компъютер, при этом вход первого АЦП подключен к выходу радиационного пирометра, а выход через первую плату интерфейса к первому входу компюътера, к второму входу которого через последовательно соединенные второй АЦП и вторую плату интерфейса подключен термографический блок.

Введение указанных операций, узлов и блоков и их взаимосвязей позволяет на базе известных решений существенно повысить надежность и производительность ИК-контроля для оперативной термографии и диагностирования состояний, поиска неисправностей электронных плат значительной размерности с различным числом и сложностью тепловых источников. Так, аналого-цифровое преобразование интегральных сигналов выбранной информативной локальной зоны контролируемой электронной платы, посредством платы параллельного интерфейса вводимое в компъютер, позволяет надежно хранить, программно преобразовывать и наглядно регистрировать не весь массив ИК-информации платы, а только сжатый тепловой ее образ, состоящий, например, только из сигналов от активных элементов (транзисторов, микросхем и др.). Это существенно повышает функциональную надежность контроля больших массивов пространственно распределенных множеств компонентов, а также значительно увеличивает производительность контроля. Исключается влияние неинформативных, мешающих тепловых зон и источников. Использование термографического преобразования в соответствующем блоке, подключенном через второй АЦП и плату параллельного интерфейса к компъютеру, позволяет существенно более надежно и производительно обнаруживать тепловые аномалии диагностируемых объектов и, используя термографический блок как своеобразную лупу, производить поиск и распознавание неисправностей с регистрацией максимального (пример несимметричные температурные поля отдельных микросхем) распределения сигналов информативных зон сжатого теплового образа контролируемой платы.

Не известны способы и устройства подобного назначения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого технического решения.

На чертеже показана блок-схема устройства для контроля состояния электронных плат.

Устройство содержит радиационный пирометр 1, первый АЦП 2, первую плату 3 интерфейса, термографический блок 4, второй АЦП 5, вторую плату 6 интерфейса и компъютер 7. Объектом контроля служит электронная плата 8 во включенном состоянии.

Радиационный пирометр 1 стандартный прибор с ИК-фокусирующим объективом. Первый 2 и второй 5 АЦП представляют собой стандартные электронные узлы, которые могут быть взаимнозаменяемыми. Первая 3 и вторая 6 платы интерфейса представляют собой схемы параллельного адаптера и также могут быть взаимнозаменяемы. В качестве термографического блока 4 с фокусирующим объективом может быть использована тепловизионная матрица электрически сканируемых ИК-датчиков.

Индикация состояния электронных плат путем формирования сжатого теплового образа совокупности сигналов контролируемых участков заключается в следующем.

Совокупность информативных зон контролируемых участков электронной платы определяют визуально. Такой совокупностью могут быть активные элементы: микросхемы, транзисторы и т.д.

Над контролируемой платой 8 во включенном состоянии перед выбранной информативной зоной фокусируют радиационный пирометр (ИК-сенсор), преобразующий ИК-излучение в интегральный электрический сигнал со всей площади контролируемого участка. Аналоговый сигнал интегральной оценки в первом АЦП 2 преобразуется в цифровой код и через первую плату 3 интерфейса поступает на первый вход компъютера 7, где программно обрабатывается. При этом может использоваться как обработка, повышающая точность измерений, например медианная фильтрация, так и следующие специальные операции: сравнение с кодами номинальных значений ИК-сигналов эталонной платы или эталонного уровня контролируемого участка (электронного компонента) платы. Эталонные значения сигналов включенной эталонной платы вводятся описанным образом через радиационный пирометр 1, первый АЦП 2 и первую плату 3 интерфейса в компъютер 7. Эталонные значения температур различных электронных компонентов вводятся обычно с пульта или дискеты в компъютер 7. Для максимального информационного сжатия теплового образа программно осуществляют вычитание эталонного и контролируемого значений. Таким образом осуществляют вторичное информационное сжатие для последующей визуализации знака и степени несоответствия эталонам.

При визуализации и при необходимости для регистрации сигналы программно кодируют или текстурно, или по яркости, или по цвету и проставляют их численные значения запомненных цифровых кодов. Причем в зависимости от вида дисплея компъютера может быть отдано предпочтение текстуре, яркости или цвету. Для фоторегистрации предпочтительны яркость и цвет, для регистрации на обычном принтере текстура. Для удобства идентификации текстурного, яркостного, цветового кодов на изображении визуализируется соответствующая шкала градаций с численными диапазонами значений каждой градации. Кроме того, визуализируются, если необходимо, конкретные цифровые значения на фоне принятого кода участка.

При неизвестном эталонном распределении вводимой, преобразуемой и визуализируемой совокупности сигналов сжатого теплового образа такое оптическое кодирование помогает оперативно определять нормальное или аномальное состояние электронной платы даже неизвестной структуры. Таким образом, на платах различной размерности могут быть оперативно зафиксированы не только обрыв или короткое замыкание по недогреву или перегреву, но и промежуточные состояния аномальных режимов. При этом информационное сжатие теплового образа повышает как производительность, так и надежность контроля. Устраняется мешающее излучение от неинформативных участков, которые фиксируют термограммы тепловизоров, требующие сложной диагностической обработки и допускающие субъективное восприятие таких информационных массивов большой размерности.

Для удобства диагностирования на экран компъютера может выводиться отображение электронной платы как в виде ее кодированного изображения с нумерацией элементов, так и в простейшем случае путем прикрепления фотографии этой платы для сравнения с тепловым сжатым образом.

В аномальных зонах, например, при контроле микросхем, имеющих в нормальном состоянии симметричное распределение температур, для уточненного диагностирования и поиска неисправностей их изображение фокусируется термографическим блоком 4. С его выхода преобразованные в электрические ИК-сигналы коды температур информативной зоны проходят последовательно соединенные второй АЦП 5 и вторую плату 6 интерфейса.

Параллельный цифровой код воспринимается вторым входом компъютера 7. Визуализация несимметричного распределения температур микросхемы аномальной зоны уточняет и в ряде случаев подтверждает необходимость ее замены. Подобным образом могут быть диагностированы аномалии различных активных или пассивных в тепловом отношении электронных компонентов. Особое значение при термографии имеет рассмотренный режим вычитания эталонного и текущего тепловых распределений для изображений контролируемых информационных зон.

Таким образом, приведенный пример устройства для контроля состояния электронных плат в сравнении с прототипом позволяет существенно повысить производительность, надежность и универсальность контроля электронных плат различных типов и разномерности за счет эффективной методики и средств автоматизированной обработки, определяющих отображение сжатых тепловых образов плат. При этом эффективность ИК термоэлектронной диагностики определяется как интегральным пирометрическим контролем, так и тепловизионным контролем выбранных участков любой размерности, а также неограниченными возможностями их автоматизированной диагностической обработки.

Проведенные макетные исследования и испытания изготовленного макетного образца в лабораторных и в производственных условиях Волжского автомобильного завода показали работоспособность и эффективность предложенного устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПЛАТ, содержащее радиационный пирометр со схемой индикации интегрального инфракрасного сигнала, отличающееся тем, что в него дополнительно введены термографический блок, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первая и вторая платы интерфейса и компьютер, вход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу радиационного пирометра, а выход через первую плату интерфейса к первому входу компьютера, к второму входу которого через последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь и вторую плату интерфейса подключен термографический блок, а схема индикации введена в компьютер.

РИСУНКИ

Рисунок 1