CN2406256Y - 具有图像辨识功能的在线测试机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有图像辨识功能的在线测试机,包括有一压床、一和压床的输出端连接的电脑单元及一设在压床上的适当位置并联连接到电脑单元的取像设备;以前述装置是由压配合电脑单元执行印刷电路板“接点”、“接线”及“功能”测试,又由取像设备配合电脑单元进行“电容器极性”及“集成电路方向”判别,可大幅增进印刷电路板的测试效率和大幅提高“电容器极性”及“集成电路方向”的判别正确率。

Description

具有图像辨识功能的在线测试机

本实用新型涉及一种具有图像辨识功能的在线测试机，尤指一种可成功辨识组装电路板上是否出现电容器极性或集成电路方向反插以提高检测准确性及测试效率的在线测试机。

此处所谓的在线测试机(ICT，In-Ciruit tester)是针对印刷电路板上各种错误，例如开路、短路、不正确的零件等状况加以检测；在相关专利文献中曾有台湾专利公报公告第281723号“印刷电路板测试装置及方法”，其所主要公开的是结合在线测试机产生的错误信息数据和待测印刷电路板由电脑辅助设计产生的布线数据为装置装配数据，其中该布线数据包含待测印刷电路板的所有零组件、集成电路编号数据与零件接头座标，并将该印刷电路板所有的零件接脚图直接显示在测试点或零件标示于屏幕所示的零件接脚图。以此使检修人员由屏幕上便可迅速地找到被测印刷电路板的错误所在，以节省检修的时间。

在上述专利公开说明书中指出：“目前的印刷电路板在线测试机(in-circuittester)均是自动测试装置，其配合电脑能针对印刷电路板上各中错误，例如开路、短路、不正确的零件等加以检测，其自动化器具程式制作的支援提供除错信息，然而，对于测试中所拒绝的零件(rejected components)或不良接头的位置、电脑屏幕仅能显示出概略的区域范围，而不能精确地指出该零件在印刷电路板的正确位置。

换言之，该专利申请前即有具备自动测试功能的在线测试机问世，其可配合电脑将印刷电路板上的各种不同错误，显示在电脑屏幕上。而公告第281723专利与原有的在线测试机不同处是：传统在线测试机的自动测试功能对于受拒零件及不良接点位置仅能在屏幕上显示出其概略位置；而该专利则宣称可结合电脑辅助设计产生的零件接触图，在屏幕上精确地标示错误零件及不良接点的位置。

事实上，前述专利主要的技术方案并非首创，在其申请前公开的软件产品已可有效达到前述目的。

如一种C-LINK测试软件的产品类型目录，其发行日期为一九九四年十月。且具有由零件接线图上直接显示接线不良、错件、误件状况的功能，其内容可由部分内容可知：

“由于C-LINK已读入电脑辅助设计(CAD)所产生的电路板实体与电子布线数据，并且将这些数据转换为便于解读(TRANSPARENT)的数据格式，C-LINK可以提供有效的工具以显示测试不良的位置与方便维修。C-LINK可以结合电路板自动测试设备ATE，AUTOMATIC TEST EQUIPMENT所提供的测试不良数据，以图型方式将短路、开路(即不良接触)以及零件不良等的布线数据显示出来。”

又如一种现有测试软件FABmaster的产品类型目录，其也可以配合自动在线测试机达到前述专利目的，如其内容中指出：

“由于FABmaster可以完全读入电脑辅助设计所产生的数据，因此FABmaster可以将包括不良的零件、短路、开路等错误信息以图形的方法标示出来，从而加快维修所需的时间。此功能对于零件密度较高的表面粘着零件(SMD，SURFACE MOUNT DEVICE)电路板，更可大量减少搜寻错误所需的时间。

“由测试机或是品质管理系统所产生包含历史数据在内的错误数据，可以由FABmaster REPAIR STATION读入，并可几乎同步显示不良的零件或是线路。

由上述可知，现有的测试软件可配合在线测试机或电路板自动测试设备ATE针对待测电路板的开路、短路、不正确的零件等状况加以检测。

但上述软件及测试方法对于电容器极性及集成电路方向反插状况的检测则显然束手无策。一般组装电路板上如出现电容器极性反插时，可能造成电容器爆炸，严重影响其安全性。因此，完成组装后的印刷电路板在测试过程中必须确实排除电容器的反插状况。而现有的电容器反插测试方法包括下列数种，其分别为利用TestJet系统、在线测试机作自动测试、图像辨识及人工目测等方式。

TestJet系统的测试机技术手册中揭示了相关电容器极性测试技术内容，如在该手册第23～25页中公开了相关测试方式，为方便了解，仅以其中的图6说明其测试方法，它主要是利用一内设测试电容器KP、KN及两探针81、82的模具80测试待测电容器C的极性是否反插，其中测试电容器KP、KN为正、反不同极性，又两探针81、82是分别接至待测电容器C两端的A、B节点，并分别连接信号源，其首先由探针81经节点A送入信号，而由模具80取得一组测试信号TJ1，其以公式表示是如下：

V_A1×KP+ V_B1×KN＝TJ1

又以探针82经节点B送入信号，而由模具80取得一组测试信号TJ2，其以公式表示是如下：

V_A2×KP+ V_B2×KN＝TJ2

根据前述两组测试信号TJ1、TJ2进行分析判断，如：

表示待测电容器C极性正确

表示待测电容器C极性反插

以前述的TestJet系统虽可用于测试电容器极性，但存在下列缺点：

1.仅能测试特定形式的电容器：

具体而言，是指以平躺方式插件的电容器，如SMD钽质电容器，对于其他以直立方式插件的电容器，则无法提供极性测试功能。

2.器具多，复杂度高：前述TestJet系统必须针对不同电路上的不同电容器分别制作专用的器具，始能针对各种不同的电容器进行测试，故器具繁多，相关测试技术的复杂度亦高。

3.测试时间长：前述TestJet系统是针对每一单个电容器进行测试，故测试时间冗长，效率低。

4.测试范围受到限制：前述TestJet系统仅能测试4000uf左右的电容器，当待测电容器的uf值愈高如10000uf以上，误判率即相对提高，故在测试应用上并非十分便利实用。

又利用在线测试机自动测试部分，是采用漏电流方式测量电容器极性是否反接，但以该方式却存在下列问题：

1.其令电容器反向充电，容易造成电容器漏电流提高，缩短了电容器使用寿使。

2.电容器充电时间是与电容器值大小成正比，如果1uF的充电时间为1msec，1000uF的充电时间即为1sec，其时间长，如待测电路板上电容器数量较多，检测过程即十分冗长、效率较低。

3.又因印刷线路日趋复杂，若在电容器旁平行连接一个电阻器，则将延长充电时间，如果并联连接一小电阻器，则流过电阻器的电流若大于流经电容器的漏电流达10倍以上时，则电容器极性即无法被有效的识别，造成误判。

4.若有多个电容器并联连接，而其中一个电容器极性反插，此种状况亦无法被有效辨识出来。

5.在进行集成电路反向测试时，必须将和集成电路并联连接的DECOUPLING电容器充电至饱和，再针对集成电路内路的CLAMPING DIODE是否反向加以测试，因此将大大延长测试时间。

由此可知，现有在线测试机的漏电流方式检测电容器极性正确与否，不仅测试时间漫长，且误判率高，故实际测试过程中，在线测试多半不用在电容器极性测试用途上。

又如，日本丰田通商株式会社销售的一种“基板外观检测装置”，该装置实际上即一图像辨识系统，可用以测试电容器极性或集成电路方向是否反插。主要是利用图像辨识方式，其首先输入正确印刷电路板的图像数据，令其学习印刷电路板上各座标位置的电路构造及零件种类，随后根据学习数据辨识待测电路板各座标位置上的电子零件接点是否良好及极性方向是否反接。以前述的图像识别系统虽可用以辨识电容器极性是否反插，但仍存在下列缺点：

1.精密度高测试时间长：前述图像辨识系统是以“微观”角度取得待测电路板上各座标位置的图像数据作为比对识别的依据，因此，其必须采用可辅助取像设备于任意座标位置移动的机械设备，在此状况下，不仅存在造价昂贵，且因测试精密度高，相对拉长其测试时间，单次测试时间约为十秒。

2.环境条件要求严格：由于图像辨识系统是以取得图像数据作为比对依据，且因为以微观角度取得图像，对外界光线干扰十分敏感，因此，必须在一封闭的空间中进行，增加了作业的不便性。

3.造价昂贵，不符合普通使用：前述图像辨识系统每部售价均在二百万元以上，而且测试时间长，对于精密度要求低的一般厂商及生产线，显然不符使用效率及成本效益。

4.必须在生产线上规划独立的空间，供设该图像辨识系统，而增加了额外的成本。

由上述可知，前述图像辨识系统是通过微观角度以图像比对方式一一检测元件接线、焊点状况及电容器、集成电路等元件是否出现反插等事件，因此，其检测时间冗长，效率极低，故也不符生产线上的实际需要。

由上述可知，现有的在线测试机及图像辨识系统应用于电容器极性及集成电路方向反插测试功能，在精确性与效率上均不理想，故有待进一步改进，并谋求解决之道。

因此，本实用新型主要目的在提供一种可成功辨识电容器极性及集成电路接插方向、有效提高检测准确性及测试效率的具有图像辨识功能的在线测试机。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：该具有图像辨识功能的在线测试机包括：

一压床；

一电脑单元，与所述压床的输出端连接；

一取像设备，由多组摄像机组成，分别设在压床上的适当位置，各摄像机的输出连接到所述电脑单元。

所述的压床包括有一模板、一位于模板上方的待测物座板及一位于待测物座板上方位置可作升降的压板，所述的模板与待测电路板具有相同的线路布局，其上设有数个可伸缩的接触端子，每一接触端子分别对应于待测电路底面的各个元件焊点，且分别通过适当介面与电脑单元连线；

所述的待测物座板供待测电路板放置其上；

所述的压板上设有数个压杆，并由气压缸控制其升降运动，每一压杆与待测电路板表面的电子元件错开。

所述的取像设备通过一图像介面卡和电脑单元连接。

所述的取像设备的各组摄像机分别设在所述压床的压板周边位置。

所述的取像设备各组摄像机的摄取视场角是部分重叠的。

以前述装置主要是由在线测试机负责有关印刷电路板“接点”、“接线”及“功能”的测试部分，至于在线测试机检测效果极差的“电容器极性”及“集成电路方向”判别则由结合取像设备来执行，由于本实用新型并未利用取像设备深入的针对待测电路板一一辨识各个组成元件的接点状况，因此，并不须利用复杂昴贵X-Y TABLE机械设备辅助取像设备，且因只须判断特定座标位置的灰阶差异即可判别出电容器极性或集成电路方向是否有反插，故可大幅提高辨识速度。

故以前述设计可大幅增进印刷电路板的测试效率及令“电容器极性”及“集成电路方向”的判别正确率高达100％。

由上述说明可看出本实用新型至少具备下列优点：

1.电容器极性及集成电路方向反插的测出率可达100％；由于是利用图像辨识系统进行判别，电容器极性及集成电路方向可通过自动辨识而完全测出，而有效防止电容器极性反插可能造成的爆炸意外及集成电路方向反插的困扰。

2.限制小、稳定性高：本实用新型为非侵入测试，故不会影响待测电容器本身的特性，且无论待测电路板上的电容器数量多少、容量大小及并联连接元件种类等，其测试时间等均不受影响；而由于是自动化测试，故无人工引起的可能出现的误判疏失。

3.成本低、测试效率高：本实用新型是采用非微观的图像辨识系统，其无须精密复杂的机械设备辅助取像，亦无须利用昂贵的取像设备，故可大幅低使用成本；而在测试效率上，相比于单纯以ICT系统采用漏电流方式测试电容器极性是否反插的方式，在速度上可提高达10～100倍；

再者，本实用新型并未利用图像辨识系统辨识待测电路板上各个组成元件的接点状况，因此，不须利用复杂昂贵X-Y TABLE机械设备辅助取象设备，在此状况下，不仅可大幅降低使用成本，而与一般图像辨识系统作电容器极性及集成电路方向判断的速度比较，则可加速10倍以上。

4.无须规划额外的独立空间：由于本实用新型的图像辨识是在在线测试机上，其无须另外规划安装空间，以现有的硬件设备即可予以改装，以此可进一步节省使用成本。

以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步地详细说明：

图1为本实用新型的原理方块图。

图2为本实用新型的外观示意图。

图3为本实用新型的平面构造示意图。

图4为经校正过的印刷电路板的线路图像示意图。

图5为待测印刷电路板的线路图像示意图。

图6为TestJet测试机的原理示意图。

如图1所示，在线测试机包括有一压床20及一电脑单元30、一设于压床20上的取像设备40、一以和电脑单元30连线并构成图像信号传输的图像介面卡41及在电脑单元30内部执行的工作程序。

图2、图3所示，是有关在线测试机的压床20详细构造，该压床包括有一模板21、一位于模板21上方的待测物座板22及一位于待测物座板22上方位置且可作升降的压板23；其中：

模板21上具有与待测电路板相同的线路布局，其上分设有数个可伸缩的接触端子210，每一接触端子210是分别对应于待测电路板24底面的各个元件焊点，且分别通过适当介面和电脑单元30连线；

待测物座板22是供待测电路板24放置其上；

压板23上设有数个压杆230，并由气压缸控制其升降动作，其中每一压杆230是和待测电路板24表面的电子元件错开，当气压缸工作使压板23下降时，其压杆230将同时向下压制待测电路板24，使其底面的元件焊点与对应的接触端子230接触，随即可通过电脑单元30检测元件的开路、短路及焊点是否完好等状况，另可进行功能测试。

取像设备40设于在线测试机的压床20上，本实施例中，该取像设备40由多组摄像机组成，其分别固定于前述压板23上的各个角落，以摄取下方的待测电路板24图像。而为确保图像辨识系统完整取得待测电路板24的图像数据，前述各组摄像机的图像摄取视场角是部分重叠的，以避免遗漏摄取图像。

从上述可看出本实用新型的具体结构及工作原理，至于利用前述设备并配合电脑单元30执行的工作流程描述如下：

一输入待测电路板正确图像数据并予储存的“学习”步骤；

一由取像设备取得待测电路板图像图像数据的“摄取图像”步骤；

一技术输入待测电路板正确图像数据与所取得待测电路板图像进行比对的“极性方向判别”步骤；

一显示前述检测结果的“显示”步骤；

一利用在线测试机的压床及电脑单元检测待测电路板电路接点及各项电气特性的“接点、功能测试”步骤。

由上述步骤可知，本实用新型在线测试机进行线路与功能测试之前，先以取像设备进行“电容器极性暨集成电路方向判别”，等到确认电容器极性及集成电路方向均无反插状况时，再以压床20配合连线的电脑单元30进行接点及功能测试。

有关前述“学习”步骤，是先取一块已由人工或其他方式完成电容器极性及集成电路方向检测的印刷电路板(如图4所示)放在前述的压床20上，由取像设备40摄取后通过图像介面41送入电脑单元30并予储存，以作为检测其他待测电路板的对比依据。

如图4所示，前述印刷电路板上包括有数个大小不同的电容器11～13、数个集成电路14～19及如电阻器的其他电子元件，有关电容器11～13的极性及各颗集成电路14～4～19方向的正确与否，可由其元件表面的标示获得区别，首先在电容器11～13部分，其在圆周处所标示的深色带110～130即表示为负极，因此，如图中最大的电容器11，其深色带110是位在0度位置，则对应于该角度的接触是负极脚，又电容器12的深色带120是位于180度处，故可知对应于该角度的接脚是负极脚。

因此，其摄取成为图像数据后，将与正确的图像数据进行比对，由于图像数据中的不同颜色存在有灰阶差异，如经比对后在各特定座标的待测元件出现不同灰阶，即可据以判定为极性反插。

又在集成电路14～19方向判别部分，如集成电路14为较大型集成电路，其于一侧边中央处形成有一半圆槽140，又于表面对应半圆槽140左边处形成有小圆槽141，该小圆槽141是用以标示第1脚位置。

又位在同一排的集成电路15～18及另一集成电路19，因尺寸较小，故未于一侧边形成半圆槽，但仍于表示处形成有一小圆点150～190，用以标示第1脚的位置。

因此，进行图像识别时，是以前述半圆槽、小圆槽及小圆点的所在位置，作为集成电路插设商品是否正确的判断依据。

“摄取图像”步骤与前述“学习”步骤大致相同，不同处仅在摄取图像的对象改为待测电路板。

该“极性方向判别”步骤：是由电脑单元30根据“学习”步骤取得的原始图像数据与待测电路板的图像数据进行比对，今假设图4所示者为原始图像数据，图5所示者为待测电路板的图像数据，则在图5中的电容器11深色带110位置相反，集成电路14的半圆槽140方向亦由朝上变为朝下，经和图4的图像数据对比时，该反插的元件位置将在电脑单元30的荧屏上出现不同的灰色阶，以此可作为极性方向反插的判别依据。

该“显示”步骤是将前述比对结果于电脑单元30的荧屏上显示。

经完成前述步骤后，再由压床20对待测电路板进行接点及功能测试。

主要是使压床20上的压板23下降，其压杆230同时向下压制待测电路板24，使待测电路板24底面的元件焊点与对应的接触端子210接触，随即可通过电脑单元30检测元件的开路、短路及焊点是否存在瑕疵，随后并可进行整体效能测试。

Claims (5)

1.一种具有图像辨识功能的在线测试机，其特征在于，该测试机包括有：

一压床；

一电脑单元，与所述压床的输出端连接；

一取像设备，由多组摄像机组成，分别设在压床上的适当位置，各摄像机的输出连接到所述电脑单元。

2.根据权利要求1所述的具有图像辨识功能的在线测试机，其特征在于：

所述的压床包括有一模板、一位于模板上方的待测物座板及一位于待测物座板上方位置可作升降的压板，所述的模板与待测电路板具有相同的线路布局，其上设有数个可伸缩的接触端子，每一接触端子分别对应于待测电路底面的各个元件焊点，且分别通过适当介面与电脑单元连线；

所述的待测物座板供待测电路板放置其上；

所述的压板上设有数个压杆，并由气压缸控制其升降运动，每一压杆与待测电路板表面的电子元件错开。

3.根据权利要求1或2所述的具有图像辨识功能的在线测试机，其特征在于：所述的取像设备通过一图像介面卡和电脑单元连接。

4.根据权利要求1或2所述的具有图像辨识功能的在线测试机，其特征在于：所述的取像设备的各组摄像机分别设在压床的压板周边位置。

5.根据权利要求2所述的具有图像辨识功能的在线测试机，其特征在于：所述的取像设备各组摄像机的摄取视场角是部分重叠的。

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