CN113917308A - 一种印制电路板的自动化测试平台 - Google Patents
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Abstract
一种印制电路板的自动化测试平台，平台包括：需求分析模块、需求管理模块、指令收发模块、模拟信号输出模块、模拟信号处理模块、测试数据比对模块、测试结果管理模块、数据库等功能模块，能够无需测试者人为搭建伺服软件测试环境，减少伺服软件测试准备时间，且能够并行高效的完成伺服软件功能测试工作，提高伺服软件测试效率，保证了伺服软件测试有效性和覆盖性，提升伺服软件质量和提高伺服系统的可靠性。
Description
技术领域
本公开属于电路板测试技术领域，特别涉及一种印制电路板的自动化测试平台。
背景技术
印制电路板测试是指在电路板生产电装完成后，对其电装完整性和自身设计功能正确性的测试验证过程，该过程是印制电路板生产应用过程中必不可少的环节。传统的印制电路板测试由电路板设计和生产人员手动完成，在此过程中需要用到万用表、示波器、信号发生器等多种仪器仪表设备，测试人员依据测试项目逐条配合进行测试验证，在此过程中不可避免偶尔产生人手接触电路板引起静电击坏电子元器件的情况，同时针对板上某些复杂功能的验证，有时还需要设计专门的软件辅助完成。因此，印制电路板传统手工测试验证方式既费时又费力，同时又伴随一定的测试风险性。
印制电路板的自动化测试因行业不同、需求不同导致测试工具方法、设计方案不尽相同。在电力电子领域，电路板测试侧重于功率器件导通、阻抗的测试；在手机智能产品领域，电路板测试侧重于高速信号及功能完整性测试等。而在伺服系统中用到的印制电路板，既有负责控制计算的“弱电”控制电路板，又有负责放大控制信号的“强电”驱动电路板，因此伺服控制器电路板测试既有阻抗、二次电源等的测量，又有激磁、旋变、各种调理电路、死区时间、驱动信号、FO等功能性测试，测试项目繁多、需处理的反馈信号多样等缺点。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种印制电路板的自动化测试平台，能够实现印制电路板单板测试的完全自动化，大大提高了印制电路板单板测试的可靠性，节省了印制电路板单板测试的时间和成本。
根据本公开的一方面，提出了一种印制电路板的自动化测试平台，所述平台包括：工控机、信号转接箱和针床测试台；
其中，所述工控机，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号和采集所述信号转接箱的反馈信号；
所述信号转接箱，用于通过继电器矩阵单元切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；
针床测试台，用于放置待测电路板，通过探针和电路板上的测点导通，输出反馈信号。
在一种可能的实现方式中，所述工控机包括：IO控制卡、示波器控制卡、万用表控制卡、信号发生器控制卡；
其中，IO控制卡，用于控制所述信号转接箱切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；
示波器控制卡和万用表控制卡，用于采集所述信号转接箱的反馈信号；
信号发生器控制卡，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号。
在一种可能的实现方式中，所述针床测试台包括至少两个电路板测试工装，通过所述信号转接箱的测试针床接口与所述信号转接箱的继电器矩阵单元相连接。
在一种可能的实现方式中，所述继电器矩阵单元包括多重开关，通过所述多重开关将所述继电器矩阵单元与不同的所述电路板测试工装相连接。
在一种可能的实现方式中，继电器矩阵单元包括示波器采集控制单元、万用表采集控制单元和信号发生控制单元。
在一种可能的实现方式中，所述电路板测试工装具有弹性。
在一种可能的实现方式中，所述探针的内部设置有弹簧。
在一种可能的实现方式中，所述探针为弹簧针，材料为铍铜。
在一种可能的实现方式中，所述信号转接箱还包括信号放大电路，用于放大IO控制卡输出到所述信号转接箱的开关信号，并输出所述信号转接箱的开关信号到所述继电器矩阵单元。
在一种可能的实现方式中，根据所述IO控制卡和所述多重开关控制所述工控机单独或同时采集所述信号转接箱的不同探针返回的反馈信号。
本公开的用于电路板的自动化测试平台，通过包括：工控机、信号转接箱和针床测试台；其中，所述工控机，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号和采集所述信号转接箱的反馈信号；所述信号转接箱，用于通过继电器矩阵单元切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；针床测试台，用于放置待测电路板，通过探针和电路板上的测点导通，输出反馈信号。能够实现印制电路板单板测试的完全自动化，大大提高了印制电路板单板测试的可靠性，节省了印制电路板单板测试的时间和成本。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明公开的其它特征及方面将进行详细阐述。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台框图；
图2示出根据本公开另一实施例的印制电路板的自动化测试平台的结构框图；
图3示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的信号转接箱的内部原理图；
图4示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的信号转接箱的前面板图；
图5示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的信号转接箱的后面板图；
图6示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的探针示意图；
图7示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的针床测试台示意图；
图8示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的测试软件界面示意图；
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台框图。如图1所示，该平台可以包括：工控机、信号转接箱和针床测试台；
工控机，可以用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号和采集所述信号转接箱的反馈信号；
信号转接箱可以用于通过继电器矩阵单元切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；
针床测试台可以用于放置待测电路板，通过探针和电路板上的测点导通，输出反馈信号。
其中，工控机可以是一种加固的增强型个人计算机，可以作为工业控制器在工业环境中可靠运行，例如研华I5/120GSSD/500G/8G的PCI工控机。
继电器(relay)是一种电控制器件，当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定阶跃变化的一种电器，例如OMRON公司的G6A系列3A、DPDT低信号继电器G6A-234P-DC5、4PDT低信号继电器G6A-434P-DC5等。
本公开的用于电路板的自动化测试平台，通过包括：工控机、信号转接箱和针床测试台；其中，所述工控机，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号和采集所述信号转接箱的反馈信号；所述信号转接箱，用于通过继电器矩阵单元切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；针床测试台，用于放置待测电路板，通过探针和电路板上的测点导通，输出反馈信号。能够实现印制电路板单板测试的完全自动化，大大提高了印制电路板单板测试的可靠性，节省了印制电路板单板测试的时间和成本。
图2示出根据本公开另一实施例的印制电路板的自动化测试平台的结构框图。如图2所示，印制电路板单板测试平台由PCI工控机(S01)、信号转接箱(S02)、1-0板针床测试台测试工装(S03)、1-0板针床测试台测试工装(S04)、3-0板针床测试台测试工装(S05)组成。其中印制电路板单板测试平台的计算机平台采用PCI架构，包含有：PCI工控机、显示器、IO控制卡、示波器卡、数字万用表卡、数据采集卡等。
在一可能的实现方式中，如图2所示，工控机可以包括：IO控制卡、示波器控制卡、万用表控制卡、信号发生器控制卡；其中，IO控制卡，用于控制所述信号转接箱切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；示波器控制卡和万用表控制卡，用于采集所述信号转接箱的反馈信号；信号发生器控制卡，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号。
如图2所示，S01PCI工控机(研华I5/120GSSD/500G/8G)集成有96通道IO控制卡PCI-6590(IO控制卡)、125MHz双通道示波器卡PCI-5114(示波器控制卡)、6位半数字万用表卡PCI-4065(万用表控制卡)、模拟量输出卡PCI-1732(信号发生器控制卡)、可扩展槽(可扩展1553B或CAN)。96通道IO控制卡PCI-6590连接到信号转接箱的CI接口，通过传输到控制信号转接箱的开关信号控制信号转接箱切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；125MHz双通道示波器卡PCI-5114和6位半数字万用表卡PCI-4065分别连接到信号转接箱的C2和C3口，用来采集信号转接箱反馈的信号；模拟量输出卡PCI-1732连接到信号转接箱的C4口，向信号转接箱发送产生的模拟激励信号。
图4示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的信号转接箱的前面板图。如图4所示，信号转接箱的前面板设置有安装箱体开关，控制整个箱体电源。
图5示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的信号转接箱的后面板图。
如图5所示，信号转接箱的后面板设置有电源接口和航插接口，其中C1～C4为信号转接箱与工控计算机接口，例如，如图2所示的C1～C4分别连接96通道IO控制卡PCI-6590、125MHz双通道示波器卡PCI-5114、6位半数字万用表卡PCI-4065和模拟量输出卡PCI-1732。X1～X3为信号转接箱与针床测试台接口，例如如图2所示，X1(1-0板测试连接器)通过1-0板工装测试电缆连接J1口(1-0板针床测试台接口)、X2(2-0板测试连接器)通过2-0板工装测试电缆连接J2口(2-0板针床测试台接口)、X3(3-0板测试连接器)通过3-0板工装测试电缆连接J3口(3-0板针床测试台接口)。
在一种可能的实现方式中，针床测试台包括至少两个电路板测试工装，通过所述信号转接箱的测试针床接口与所述信号转接箱的继电器矩阵单元相连接。
在一示例中，电路板测试工装可以采用柔性材料设计，便于更改以适应不同印制电路板的测试，可扩展性强。
电路板测试工装可以将印制电路板直接夹紧，并将接口通过电路板测试工装自带的接口(板针床测试台接口)引出，通过电缆和工控机等连接，可靠性高，易于操作切快速连接。
如图2所示的，针床测试台包括至少两个电路板测试工装，例如图2中的1-0板针床测试工装(S03)、2-0板针床测试工装(S04)、3-0板针床测试工装(S05)。1-0板针床测试工装(S03)包括1-0板被测单板、电源和1-0板工装测试电缆连接J1口(1-0板针床测试台接口)；2-0板针床测试工装(S04)包括2-0板被测单板、电源和2-0板工装测试电缆连接J2口(2-0板针床测试台接口)；3-0板针床测试工装(S05)包括3-0板被测单板、电源和3-0板工装测试电缆连接J3口(3-0板针床测试台接口)。且信号转接箱的测试针床接口X1～X分别与电路板测试工装的板针床测试台接口J1～J3通过测试电缆连接，能够将电路板测试工装与继电器矩阵单元相连接，从而能够将电路板测试工装的测试结果(例如电压、电阻、相位、死区时间、频率等)反馈给继电器矩阵单元。
图3示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的信号转接箱的内部原理图。
信号转接箱是核心原理为继电器矩阵单元切换，通过继电器矩阵单元将模拟激励测试信号切换至不同的测试仪器(示波器或万用表等)，通过IO控制卡进行控制切换板卡，可以同时或单独对该模拟激励测试信号进行不同类别测试项目。其中，如图3所示，继电器矩阵单元由1个OMRON公司的G6A系列3A、76个DPDT低信号继电器G6A-234P-DC5和1个G6A系列3A、3个4PDT低信号继电器G6A-434P-DC5组成，还包括1个使能信号，80个IO控制信号。
在一种可能的实现方式中，如图3所示，信号转接箱还可以包括信号放大电路，用于放大IO控制卡输出到信号转接箱的开关信号(如图3中的两路继电器开关控制信号)，并输出信号转接箱的开关信号(如图3中的继电器开关驱动信号)到所述继电器矩阵单元。
由于IO控制卡的驱动能力为24mA，继电器矩阵单元的电流消耗最大为72.5mA，需要配置信号放大电路，可以选用5个IDT公司的16通道总线收发器74FCT162245ATPVG8，最大输出电流115mA，能够满足驱动继电器矩阵单元的使用需求。
在一种可能的实现方式中，如图3所示，继电器矩阵单元可以包括电阻/电压采集控制(继电器矩阵1)，即万用表采集控制单元、信号源发送控制(继电器矩阵2)，即信号发生控制单元，以及示波器控制单元(继电器矩阵3)。
在一种可能的实现方式中，如图3所示，继电器矩阵单元包括多重开关(如图3中的一级开关和二级开关)，通过多重开关将所述继电器矩阵单元与不同的所述电路板测试工装相连接。
在一种可能的实现方式中，可以根据IO控制卡和多重开关控制所述工控机单独或同时采集所述信号转接箱的不同探针返回的反馈信号。
如图3所示，继电器矩阵单元可以包括多个二级开关和多个一级开关，通过IO控制卡发送的继电器开关控制信号控制继电器矩阵单元打开或关闭二级开关，能够选择示波器采集控制单元或万用表采集控制单元对反馈信号进行采集，以及选择不同的针床测试台的不同电路板测试工装的接口，为其提供模拟激励信号。可以通过二级开关的打开或关闭，可以选择针床测试台的不同电路板测试工装接口，与针床测试台的不同电路板测试工装相连接。其中，可以选择测量仪器对其中某一路电路板测试工装的反馈信号进行采集也可以同时采集两路或三路的电路板测试工装的反馈信号，在此不作一一限定，根据具体的印制电路板的测试需求进行切换即可。能够在工控机集成的板卡资源有限情况下，实现资源利用最大化，节省测试设备成本，利用继电器矩阵单元将模拟激励测试信号切换到不同的测试仪器，实现不同类别的测试项目；通过继电器矩阵单元的多重开关设计，保证了印制电路板单板测试连接的可靠性，降低了印制电路板单板测试短路风险。
另外，当继电器矩阵单元没有任何操作时，在继电器驱动芯片使能端加入上拉电阻，保证继电器驱动芯片在无操作时处于高阻态进而保证所有继电器矩阵单元在无操作时均处于断开状态。
图7示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的针床测试台示意图。
电路板测试工装采用针床测试法，该方法由带有弹簧的探针连接到电路板上的每一个检测点。电路板自动化测试平台的弹簧使每个探针具有100-200g的压力，以保证每个检测点接触良好，这样的探针排列在一起被称为"针床"。如图7所示，针床测试台的针床是印制电路板自动化测试平台的重要部件，是电路板反馈信号导出的平台。在检测软件的控制下，可以对检测点和检测信号进行编程，获知所有测试点的信息。
图6示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的探针示意图。
在一种可能的实现方式中，所述探针的内部设置有弹簧，且探针可以为弹簧针，材料为铍铜。
测量探针可以是解决测试过程中出现假性开路(假数)、电阻不稳定、寿命短、接触不良、产生电火花、针头变黑快、容易弯曲和磨损等效果的有效方法。
如图6所示，选择优质的测试探针，例如选用进口铍铜材质的弹簧针，力量较小，风险较低。这种材质弹性较好，测试过程中不容易偏移，因此寿命较长。表面镀金，内部有高性能弹簧，稳定性好。接触电阻20毫欧，导通性能佳，并且易于固定，信号导出方便。
图8示出根据本公开一实施例的印制电路板的自动化测试平台的测试软件界面示意图。
测试软件主要完成激励信号的生成，反馈信号的采集，测试结果处理与报表生成等功能。
如图8所示的测试软件界面示意图，基于C#Winform设计的主界面风格，顶部为标题功能区，左侧为印制电路板测试项目导航区，右侧为测试内容显示区，整个界面框架清晰，布局合理，易于用户操作。在设计上运用MultiView技术，灵活实现显示区子窗口的显示与关闭，架构上易于扩展新的测试项目。支持测试报告的自动生成与追加更新的功能。
测试时，通过测试软件选择印制电路板测试项目，通过继电器矩阵单元选通测试通道，发出测试激励信号，通过反馈通道由示波器控制卡或万用表控制卡采集反馈信号，再通过测试软件将测试结果与合格范围进行比对给出测试结论，填加到测试报表中完成该项目的测试。能够使印制电路板单板自动化测试平台单独作为万用表、示波器和信号发生器使用，方便功能扩展作其他应用
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种印制电路板的自动化测试平台，其特征在于，所述平台包括：工控机、信号转接箱和针床测试台；
其中，所述工控机，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号和采集所述信号转接箱的反馈信号；
所述信号转接箱，用于通过继电器矩阵单元切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；
针床测试台，用于放置待测电路板，通过探针和电路板上的测点导通，输出反馈信号。
2.根据权利要求1所述的自动化测试平台，其特征在于，所述工控机包括：IO控制卡、示波器控制卡、万用表控制卡、信号发生器控制卡；
其中，IO控制卡，用于控制所述信号转接箱切换测试模拟激励信号通道和反馈信号的探针；
示波器控制卡和万用表控制卡，用于采集所述信号转接箱的反馈信号；
信号发生器控制卡，用于向所述信号转接箱提供模拟激励信号。
3.根据权利要求1所述的自动化测试平台，其特征在于，所述针床测试台包括至少两个电路板测试工装，通过所述信号转接箱的测试针床接口与所述信号转接箱的继电器矩阵单元相连接。
4.根据权利要求1所述的自动化测试平台，其特征在于，所述继电器矩阵单元包括多重开关，通过所述多重开关将所述继电器矩阵单元与不同的所述电路板测试工装相连接。
5.根据权利要求4所述的自动化测试平台，其特征在于，继电器矩阵单元包括示波器采集控制单元、万用表采集控制单元和信号发生控制单元。
6.根据权利要求3所述的自动化测试平台，其特征在于，所述电路板测试工装具有弹性。
7.根据权利要求1所述的自动化测试平台，其特征在于，所述探针的内部设置有弹簧。
8.根据权利要求1所述的自动化测试平台，其特征在于，所述探针为弹簧针，材料为铍铜。
9.根据权利要求2所述的自动化测试平台，其特征在于，所述信号转接箱还包括信号放大电路，用于放大IO控制卡输出到所述信号转接箱的开关信号，并输出所述信号转接箱的开关信号到所述继电器矩阵单元。
10.根据权利要求4所述的自动化测试平台，其特征在于，根据所述IO控制卡和所述多重开关控制所述工控机单独或同时采集所述信号转接箱的不同探针返回的反馈信号。
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