DE2300436A1 - Ueberpruefungs- und ueberwachungssystem fuer aus vielen elementen bestehende einrichtungen - Google Patents

Ueberpruefungs- und ueberwachungssystem fuer aus vielen elementen bestehende einrichtungen

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DE2300436A1
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DE2300436A
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Ashod S Dostoomian
Riccardo Vanzetti
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VANZETTI INFRARED COMPUTER SYS
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VANZETTI INFRARED COMPUTER SYS
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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Description

Patentanwälte
Dipl. Ing. C. WaIIa^ _ _
Dipl. Ing. G. Koch 5' JenuÄr
Dr. T. Haibach iJ* <** n /*
München 2
Kaufingeralr.8>Td.24027ö 2300436
Vansetti Infrared and Computer Systems, Ino. Canton» Maee. / USA
Überprüfung·- und überwachungesystsai für au· vielen Elementen beatehende Einrlch-
tungen
Die Erfindung besieht eich auf ein berührungsfreie· Infrarot-Sy a teat zur Überprüfung und überwachung einer Viel« sahl -von verschiedenen ie Infrarot-Spektrua strahlenden Elementen» die eine Einrichtung bilden. Insbesondere besieht sich die Erfindung auf ein Infrarot-Sys teat sur berührung· frei en Überprüfung von elektronischen Bauteilen in einer vollständigen Einrichtung, vie s. B. einer gedruckten Schaltung.
Die Infrarot-Übervaohung und -überprüfung von Bauteilen oder Einrichtungen ist an sich bekannt. Is ist seit mehreren Jahren bekannt, dafl die Infrarot-Signale gesieesen werden können und da0 die sich aus solchen Messungen ergebende Information beatlaaate Eigenschaften der Signal« quelle anteigen kann. Die vorliegende Erfindung ergibt ein neues und verbessertes Systen mir überprüfung und überwachung von Einrichtungen, die aus Mehreren Infrarot-Lioht aussendenden Quellen bestehen·
Die Infrarot-überprüfung weist viele Vorteile auf· Einer dieeer Vorteile besteht darin, dafl diese Überprüfung berührung·frei erfolgt. Daher kann die Einrichtung wahrend
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ihrer Überprüfung in normaler und üblicher Waise betrieben werden, ohne defl »ie die su,sätsliche Belastung τοη Überprüfungsgeräten aufnehmen muO. XM.es kann insbesondere dann von Wichtigkeit sein« wenn elektronische Schaltung*·» elnriohtungen überprüft werden sollen. Ein weiterer Vorteil der Infrarot-Überwachung besteht darin, daß hierdurch Fehler bemerkt werden können, die bei anderen ÜberprUfungs- und Überwachungsverfahren nicht sichtbar würden. Die übliche Untersuchung τοη elektronischen Einrichtungen ist notwendigerweise auf die Messung elektrischer Parameter beschrankt, die sich aus der susammengesetzten Wirkung mehrerer Bauteil« ergeben, deren einsein» Betriebseigenschaften au« diesem urund nicht geprüft werden können. Als Ergebnis weisen ungefähr 3 % aller gedruckten Schaltungen, die in üblicher Weise überprüft wurden, versteckte Fehler oder Ursachen für Fehler auf, die einen frühseitigen Aus* fall bei ihrer Anwendung hervorrufen. Andererseits «ermöglicht es die Infrarot-Überprüfung, die meisten dieser Fehler su erkennen, selbst wenn sie bei üblichen überprUfungstechniken nicht erkannt wurden. Diese Fähigkeit ergibt sich bei der Infrarot-Überprüfung, weil hierbei die Betriebseigenschaften jedes aktiven Bauteile in der Schaltung gemessen werden* Demgegenüber messen die meisten üblichen röstverfahren lediglich einige wenige Testpunkte.
Bei Betrachtung einer elektronischen Einrichtung, wie s· B. einer bestückten gedruckten Schaltung, auf der einseine Bauteile befestigt wurden, wurde bemerkt, daO jedes Bauteil Infrarot-Strahlung abgibt, wenn es Wärme ableitet* Weiterhin ändert sieh die Stärke der Strahlung mit den Betriebseigenschaften des Bauteils. Somit weist jede einseine gedruokte Schaltung eine einsigartige Infrarot-Stroh** lungscharakteristik auf, und diese Charakteristik kann von Punkt su Punkt gemessen werden.
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Unter Verwendung dee vorstehenden Grundgedankens ergibt die vorliegende Erfindung ein System sur Abtastung einer elektronischen Sohaltumgeanordnung und nur Erkennung und Erfassung der Infrarot-Strahlung an vorgegebenen geometrischen Punkten. Die auf diese Welse erfaßte Strahlung wird in eine maschinell leebare Sprache umgewandelt und mit einer Standard-Information für die gleiche Einrichtung verglichen. Dieser Vergleich ermSglioht es dem System, Abweichungen von dem Standard «u bestimmen und die Lage derartiger Abweichungen auf der elektronischen Anordnung au lokalisieren.
Beispielsweise kann eine Information in besug auf eine Standard-Schaltungsanrdmg In einem elektronischen Speicher geepeichert werden· Die überprüfung von Duplikat-Anordnungen neigt eine Kette von relativ helBen oder kalten Bauteilen. Duroh Auswertung dieser Information und duroh Vergleichen dieser Information mit der in einem Speloher gespeicherten Standard-Information 1st es mOglloh, die relative Güte der überprüften Anordnung au beet Immen. Die auf diese Welse bestimmte Information kann «tür AbsohKtsung der Eigenschaften von Kühl elementen, des allgemeinen thermischen Verhaltene, der elektrieohen Beanspruchung und von Herstellungsfehlern oder -fehlstellen verwendet werden. Beispielewelse kann ein kaitee Bauteil hinter einem KurseohluB oder einer Unterbrechung auf einer gedruckten Schaltung liegen. Alternativ kann sieh ein helfiee Bauteil duroh einen niedrigen Wideretandewert el» nes Widerstandes vor dleeem Bauteil ergeben.
Das berührungefrele Infrarot-System sur überprüfung und überwachung von verschiedenen Infrarot-Strehlungselemeaten, die in einer bestimmten Anordnung befestigt sind,
xxmtmßt grundsHLtalich «in optisch·· Infrarot-Abtastsystaa und ·1η·η Sp«ioh«r( der Betriebsinformationen speichert und Informationen verarbeitet, die während der Abtretung erfaßt werden. Des System wird durch Einschreiben einer Information besüglioh der Lage jedes Infrarot-Strahlung·* •lesientes einer elektrischen Einrieb tun«* in einen Speicher in Betrieb gesetzt. ZusMtslich werden "Standard"-Informationen besUgllch der Infrarot-Strahlungen von jedem Element in dem Speicher gespeichert. Wenn die vorstehend genannte Information gespeichert worden ist, ist das System bereit, darauffolgende gleiche elektronische Einrichtungen su prüfen.
Jede weitere elektronische Einrichtung wird in das System eingeeetst und von Position au Position abgetastet.
/in Die Infrarot-Strahlungen werden erfaßt und/eine maschinell lesbare Sprache umgewandelt. Die auf diese Weise umgewandelten Daten werden mit den Standard-Daten verglichen, und Abweichungen von diesem Standard werden duroh eine Ausgangs vorrichtung angeaeigt» Alternativ können alle Daten Seite an Seite mit den Standarddaten ausgedruckt werden, und der Vergleich kann durch eine Bedienungapereon erfolgen.
Das Abtastsystem 1st mechanisch sehr starr ausgebildet. Eine genaue und wiederholbare Steuerung wird unter Verwendung eines Rechners mit einem Speicher rar Speicherung allsr Steuerinformationen ersislt. Die Information wird in Digitalform gespeichert. Auf dieee Weise wird die Genauigkeit jeder Abtastung von Einrichtung au Einrichtung aufrechterhalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteraneprUchen.
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Di· Erfindung wird im folgenden anhand von In der Zeichnung dargestellten Ausftthrungsbeispielen noch näher erläutert.
Xn der Zeichnung seigern
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ana führung··» form eines berührungsfreien Infrarot-Überprüfungs- und Überwachungssyatems;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild, da· dl· Betriebsweise des Systems funktionell darstellt·
Fig. 3 A ein weitere· Ausführungebeispiel» das eine äußere Wärmequelle aufweist;
Fig. 3 B das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 A mit
einer abweichenden Winkelstellung de· Spiegel··
In den Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Besugssiffern bezeichnet. In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines berührungsfreien Infrarot-Systerns 10 sur Überwachung und überprüfung ei&sr Einrichtung mit einer Vielzahl von verschiedenen Infrarot-strahlenden Bauteilen dargestellt.
Das dargestellte berührung·freie Infrarot-System 10 ist in einem Genau·· 12 angordnet, und zwar mit Auenahm· einer in Fig. 1 nicht dargestellten Eingangs-Ausgange-Vorrichtung. Die Elngangs-Ausgangs-Vorrichtung kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise könnte el· ein Fernschreibsystem mit einem Lochstreifen- oder Magnetband-Speichermechanismus sein. Zusätzlich kann die Eingangs-
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Ausgänge-Vorrichtung Einrichtungen bum Lesen dee geatansten Bandes oder de· Magnetbandes einschließen. Die Verfeindung mit dem Fernschreib-Xingane-Auagang und der Lochetreifen-Stansstation kann über ein Kabel ife erfolgen, das in ein Abteil 16 führt, in dem sieb der Speieberraum für Lochstreifenbänder und Interface-Verbindungsanachltisee befindet.
Die su überprüfende Einrichtung 18 ist in dem Abteil 20 auf einem Schlitten 22 befestigt. Beispielsweise und ohne jede Beschränkung kann die su überprüfende Einrichtung aue einer gedruckten Schaltungsplatte bestehen, auf der eine Vielzahl von diskreten Bauteilen befestigt wurde· Derartige Bauteile können Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Halbleiter oder andere elektronische Bauteile sein« Ee ist Jedoch verständlich, daß die Einrichtung 18 nicht notwendigerweise eine gedruckte Schaltungsplatte sein nuß. Sie könnte eine.andere Form einer elektronischen Einrichtung sein, die diskrete Bauteile aufweist, die eine Infrarot-Strahlung aussenden. Tatsächlich mufi die Einrichtung 18 nicht einmal von elektronischer oder elektrischer Art sein, solange sie infrarotstrahlende Bereiche oder Elemente aufweist.
Die Einrichtung 18 1st mit Hilfe von Klammern etarr auf dem Schlitten 22 befestigt. Der Schlitten 22 1st auf Geradführungen 2k und 26 hin- und herverechiebbar befestigt· Die Geradführungen Zk und 26 sind in starren Halterungen und 30 befestigt, die ihrerseits an einer Grundplatte 32 befestigt sind. Die Grundplatte 32 ist starr an dem Boden des Abteils 20 befestigt.
Der Schlitten 22 weist einen (nicht gezeigten) Bund
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auf, in dea «in Muttergewinde ausgebildet let. Dae Matt·*·» gewinde niaat ihrer sei t· die Qewiade-AatrlebaepladeJ. 34 •uf, dl· drehbar ait der Auegangawelle «im·· Soferittaetare 36 verbunden ist. Yorsugawei·· «lad d·· Schraubengewinde •uf der Antrleb»«pind·! Jh umd d·· Muttergewinde 1» de· Bund ä«f dea Schlitten 22 ·ο genau vie attgllch bearbeitet, •o daß ·!· alt einea aiaiaalen 8ρ1·1 au»aaaanpa«»ont das •rforderlich ist, dwait dl· Spind·! 3^ in dea Bund retie« ren kann, ·· d«ß d«r Schlitten 22 entlanc der OerndfOfartta» fn 2k und 26 Bin- und herbeweglich let. Di· Dr«hriohtun** der Antriebe spindel 3% beatiaat di· Rl oh tune der LAacebe· w*cunc α·· Schlitten· 22· Di« QvBBm d«r Orehune der Spindel Jh hftnfft von der Krreeunc de· Schrittaotor· 36 ab· Di· B«w«gun4ierichtutt|( d·· Sohlitt*n· 22 entlang der Oeradftthrunfen Zk und 26 vird au· ZweckallBlckeltaiprunden und ohne Jede Beschränkung al· T-Aoh·· bsceiohnet. - Be l«t jedoch vervtitndlieh» daß dl··· Beseichnung nicht in beschrankender Veiee gedacht iet, D%t Schrittaotor 36 bewirkt in üblicher Veiee eine Index-Bewegung de· Schlittens 22 entlang der T-Aoh·· in diskreten Schritten alt vorgegebener Lftnge« Der Motor 36 wird duroh diakrete Iapul·· gesteuertt die in nooh au beechreibender Weise von eiaea Speicher-Rechner 80 eapfangen werden·
Die Grundplatte 32 heitert sustttslich au den Platten 28 und 30 awel infrarotetrahlend· pchwarae KVrper 38 und kO. Die Strahler 38 und kO «lad auf Baltaaraea hS bsw. Ml befestigt, di· ihrerseits an dar Qrundplatte 32 befeetigt ■Ind. Soait sind dl··· Strahler 38 und kO atation» umd von der Stellung de· Schlitten· 22 unabhängig. Jeder BaItt«r send«t eine Infrarot-Strahlung nach oben in Richtung auf den Abtastspiegel k6 gur Eichung und al· B«Bugsgr0B· aus, wie dies weiter unten erläutert wird. Bs ··! beaerkt,
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das Jeder der sohweraen KBrper-8tränier 38 mid 40 unter •ine« Winkel bestial loh der Senkrechten befestigt let· Die OrIiOe dlesee Winkel· let «it 11° in be*ug auf die Vertikale gewählt, und »war derart» daß der volle ewieohen Jede« der Strahler eingeschlossen· Vinkel 22° betraft. En Erläuterung·»wecken wird dieser Vinkel al· Abtaetwinkel definiert. Ss ist Jedeoh verständlich, daß der Abtaatvinkel geändert werden kennte, und »war in Abhängigkeit von der Orttee der Einrichtung 18, Vm den vollen Ab test winkel von 22° au Überdecken1 rotiert der Abteetspiegel 46 ua 11°. Die Halb-Vinkel-Drehung des Spiegels ist aufgrund des Verdopplungeeffektee «Bglleh, der sieh daraus ergibt, daß der Auftreffwinkel gleioh de« Reflektionswlnkel la«.
Bin Infrarot-Detektor 48 ist auf eine« Beitear« 52 befestigt. Die Aufgabe des Infrarot-Detektors 48 besteht darin, die von den Bauteilen auf der Einrichtung 18 sowie von den Strahlern 38 und 40 abgestrahlte Infrarot-Strahlung su empfangen. Diese Strahlung wird in elektronische Signale ungewandelt und in der noch au beschreibenden Weise verarbeitet. Vorsugsweise 1st der Infrarotdetektor «1t einen Kühlsystem 66 versehen, dealt sich eine Stabilität und verbesserte Detektoreigenschaften ergeben· Das Kühl«ysten kann beispielsweise ein «it flüssige« Stickstoff und offene« Kreislauf arbeitendes Kühler·te« «ein.
Das Singangefenster des Infrarot-Detektors 48 ist «it Hilfe des Fokussierungsspiegeis 54 auf die Oberfläche der Blnriohtung 18 fokussiert. Die von der Einrichtung 18 und den Strahlern 38 und 40 abgestrahlte Infrarot-Strahlung wird dadurch de« Detektor 48 angeführt, daß die Infrarot-Strahlung durch die öffnung 53 in der Omndplatte dee Abtaet-Abteils 50 hlndurohgeleltet wird. Diese Strahlung wird
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duroh Drehen d·· Abtastspiegele 46 auf den Spiegel 58 reflektiert. Der Spiegel 58 iet «it ein·· Winkel von 45° gegenttber der optlachen Aohee dee perebolieehen Spiegele 54 befestigt. Die euf den Spiegel 54 euftreffende Infrarot-Strahlung wird in dee Bingangefeneter dea Detektor· 48 reflektiert. Ο9τ Abtaatsplegel 46 let feet euf der Welle 59 befestigt, die ihrereelte la geeigneten Lagerungen ** Helteeraen 60 und 62 befestigt let. Der Abtastspiegel 46 wird in Qcgenuhrseigersinn durch einen Oleichetroa-Drehaoaentgeberaotor 64 gedreht, der euf dea Halteara 62 be· festigt ist. Sin Vellenoodlerer 66 let alt der Auegangswelle des Dreheumenteotore 64 Terbuaden» Der Vellenoodlerer 66 ist ein !«pulsgenerator, der entsprechend einer vorgegebenen GrBSe der Drehung der Welle 58 und dealt dee Spiegels 46 diskrete lapulee ereeugt. Beispielsweise kOnnte der Vellenoodlerer 66 einen Iapuls für jede Vinkelnlnute der Drehung dee Spiegele 46 erBeugen. Derartige Iapulae liefern bei geeigneter ZMhlung eine Inforaetlon besüglioh der genauen Winkelstellung dee Abtastspiegelβ 46· Wenn dlee erwünscht ist, kennte der Abteeteplegel 46 polygon ausgeführt sein, eo da& er an Jeder Seite Infrarot-Strahlung reflektiert. In diesea Fall wäre eine von der Einrichtung 18 ausgestrahlt· Infrarot-Strahlung aa SIngaagefenster dee Infrarot-Detektors 48 so oft vorhanden, wie Polygon-Seiton während Jeder 36O°-Drehung dee Spie- . gele vorhanden sind.
Aus dea Vorstehenden dürfte verständlich eein, deft der Spiegel 46 wirksaa dee Blickfeld dee Klntrlttfeneter des Detektore 48 über die Einrichtung 18 abtaetet bsw. ablenkt. VeI terhln let der Spiegel 46 eo angeordnet, daS die Richtung dieser Abtastung oder Ablenkung quer eur Bewegungerichtung dee Schlitten· 22 entlang der T-Achee er-
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folgt· An» Zweckmäfilgkeltsgründen, jedoch ohne BeechrMnkung» wird di· Abtast- oder Ablenkrichtung des Detektor· k8 längs der Einrichtung 18 «le X-Aohse bezeichnet. Weiterhin steht die X-Aehse unter eines Winkel von 90° zur Y-Achse, so daß die beiden Achsen ein cartesisohes Koordinatensystem defl» nieren. Obwohl hier ein cartesischea Koordinatensystem besehritben wird, ist es verständlich, daß auch andere Ko* ordinatensysteme verwendet werden können. Beispielsweise kannte ein Polarkoordinatensystea verwendet werden, wenn der Spiegel h6 in geeigneter Weise um eine Polarachse ge· dreht und seine Umdrehungen gezählt würden. Der Zweck bei der Wahl irgendeines Koordinatensystems besteht darin, die genaue Stelle zu definieren, die auf der Sinrichtung 18 in der noch su erläuternden Weise abgetastet wird.
Damit eine Genauigkeit und Wiederholbarkeit ersielt wird, sollte der Meohanistaue sur Verschiebung der Einrichtung 18 entlang der Y-Achse und zur Bewegung des Blick« Punktes des Detektors 48 entlang der X-Achse der Abtastzeile so starr wie möglich und «it geringen Toleranzen ausgebildet sein· Durch eine derartige Auslegung des Systems kann Jedes Duplikat der Einrichtung 18 genau überprüft werden.
Die Verkabelung 70 kann mit einer oder mehreren ge» eigneten Leistungsversorgungen für die elektrische Erregung der Einrichtung 18 verbunden sein» Die Leietungsversorgungen sind nicht dargestellt· Jede der verschiedenen LeistungsVersorgungen kann eine gleichzeitige elektrische Erregung von mehreren zu untersuchenden Duplikat-Einrichtungen 18 liefern* Beispielsweise kennten sechs Leistungsversorgungen für die gleichzeitige Erregung einer gerade
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untersuchten Einrichtung und fttr fttnf Duplikat-Einrichtungen, di· vor der Untersuchung oder Überprüfung et«hen, verwendet werden· Soalt kann jede der Einrichtungen einen theralsoh eingeechwungenen Betrlebsvustand errelohen, bevor eie über· prttft wird. Die Leistung*Versorgungen können eo ausgelegt sein» daft ele die erforderliohen Betriebesignale unter Bin* •ohlufi von ÖleIchstrttaen, Impulsen, Sinuasignalen und geeigneten Belastungen der Eingänge und AuagHnge liefern· Durch Verwendung einer Vielaahl von Lelstungsversorgungem und Kabeln lat ea nicht erforderlich, Verbindungen hersu· ■teilen oder »u unterbrechen, wenn di« Einrichtungen von der Yerhels-Betrlebawelae in die Überprüfunga-Betrlebaweiae auf de« Schlitten 22 überführt werden.
In Flg. 2 let ein eche«atieohea Blookechaltblld der elektrleohen Bauteile geseigt, die da· Syatea IO bilden« Un die Bezugnahme au erleichtern, wurde daa vorstehend be« aohriebene optische Abtastsystea allgeaein alt 100 beaeleh* net. Die Einrichtung 18 1st seheaatlach alt Abstand von dea Steckverbinder 72 dargestellt. Der Steckverbinder 72 let über daa Kabel 70 alt der LeistungeVersorgung verbunden, wie dies dargestellt 1st.
Die Vorrichtung aur Einstellung der Einrichtung 18 entlang der Y-Aohse unter Einschluß des vorstehend beeohrle« benen Meehanisaus 1st als die T-Achsen^Blnstellung 102 b·- selohnet und 1st so dargestellt» als ob sie alt dea Schrittmotor 36 aechanlsoh verbunden wtlre·
Der Schrittaotor 36 ist alt dea Begrensungseonalter Jk elektrisch verbunden. Der Begrensungsschalter Tk wird aechanlsoh durch die Bewegung des Schlittens 22 gegen da· Be-
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tätlgungeelement dieses Sohaltera aktiviert.
YIa a· am baatan au· Fig. 1 su erkannan let, sind auf der Einrichtung 18 aina Ansahl von diskreten Bauteilen befestigt. Die Lage jade· Bauteile 19 »uf dar Einrichtung 18 kann durch dia weiter oben definierten X- und Y-Koordinaten festgelegt werden. Der Schrittmotor 36 bewirkt eine Index-Bewegung der einrichtung 18 entlang der Y-Aohae. Der Detektor 48 wird entlang der X-Achse abgetastet oder abgelenkt. Der Spiegel 54 iat eo ausgelegt, daß das optische Abtastsystem eine Auflösung aufweist, die ausreichend klein ist» ua derartige Koordinaten aussagekräftig su machen. Beispielsweise kann die Auflösung des optischen Abtastay st ems einen Abtast-Lichtpunkt «it einem Durchmesser iron ungefähr 0,5 na definieren. Beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung, kann ein System, das sur Verarbeitung von gedruckten Schaltungeplatten mit kleinen Größen bis au einer Größe von 20 χ 30 om bestimmt let, 240 Zeilen und 200 Elemente pro Zeile aufweisen. Selbstverständlich kann eine abweichende Ansahl von Zeilen und Elementen pro Zeile verwendet werden* wenn diea erforderlich ist.
Die grundsätzliche Steuerung und der Arbeitsablauf des Systeme ergibt eich durch einen Speicher-Rechner 80, der irgendein kleiner Rechner mit einer Trommel oder einer anderen Form eines Speichere sur Speicherung von Informationen aufweist, und cwar sowohl tür Steuerung, als auoh sur Überprüfung, wie dies weiter unten beschrieben wird. Derartige Rechner sind gut bekannt, stehen auf dem Markt sur Verfügung und müssen daher nioht ausführlich beschrieben werden. Der Speicher-Rechner 48 iat über Interfaoe-Einrichtungen in Form von Analog-Digital-Konvertern und Rechner-Interface-Einrichtungen 82 mit dem übrigen System
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verbunden· Die Aufgabe daa Analog-Digital-Konvertera und der Rechner-Interface-Einrichtuneen 82 besteht, wie die Beveiehnung sagt, darin, dia von dam Detektor kB und dem Codierer 66 empfangene Analog«Information in Digital-Information umzuwandeln, die von dem Rechner verarbeitet werden kann, und außerdem darin, diese Informationan mit dem Rechner 80 ausButauachen. Der Anelog-Digital-Konverter und die Rechner-Interface-Einrichtungen 82 tauaohen außerdem Steuerinformationen von dem Rechner mit dem übrigen System aus, um die Betriebsweise des Systeme 10 au steuern, d· h. aie senden beispielsweise Steuersignale an den Schrittmotor 36 aus.
Via es weiter oben angedeutet wurde, ist das System außerdem mit einer Eingang·- und Ausgange-Einrichtung in Form alnea Ferneehreib- und Lochatreifen-Leaera Bk versehen. Der Fernschreiber Bk stallt ein Verfahren sum Aüelesen von Informationan aua dem Speicher dea Speieher-Reohnera 80 dar. Er ergibt außerdem eine Möglichkeit sum Einbringen von Informationen In den Speicher-Rechner 80, und swar entweder mit Hilfe elnee Lochstreifens oder direkt· Derartige Leser sind gut bekannt und müssen daher nioht ausführlich beschrieben werden· Schließlich iat da· System mit einem grundlegenden Steuerabschnitt 86 «ur Cte* samtsteuerung dea Speicher-Rechners versehen«
Daa System 10 wird in der folgenden Vaise in Betrieb geaatst und verwendet!
Eine klare Kunststoff-Deokachicht wird genau über der Einrichtung 18 angeordnet· Auf der Deckschicht sind karteaiaohe X- und T-Koordlnaten aufgedruckt, die den X- und Y-Achsen dea Schlitten· und dea Abtaatsystema 100 ent·
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sprechen. D*r Benutzer ·teilt die Lag· j«de· Bauteil· 19 auf <3·γ Einrichtung 18 fest, wie si· durch das Koordinatensystem definiert ist. Unter Verwendung eines Dezimalcode* , der automatisch in einen Digltaleode umgewandelt wird» werden die X* und Y-Achsenlagen jedes Bauteils unter Verwendung de· Fernschreibers 84 in den Speicher des Speicher-Rechners 80 eingeführt.
Die Einrichtung 18 wird dann auf dem Schlitten 22 befestigt, und das System wird eingeschaltet, damit der Infrarotdetektor 48 die Einrichtung 18 Zeile für Zeile abtastet· Der Ausgang des Infrarot-Detektors 48 wird über das elektronische Filter 88 an die Rechner-Interface-Einrichtung 82 und dann an den Speicher-Rechner 80 geführt« Der Rechner 80 kann in einfaoher Weise so programmiert werden, daS «r mit Hilf« des Ausgange des Codierers 66 zu jeder Zeit über die Lage der Abtastung informiert 1st· Dem Rechner 80 liegen außerdem Informationen über die Lage der Abtastung entlang der Y-Achse ror, da diese Abtastung oder Ablenkung vorprogrammiert ist, um die Digitalsignale sum Betrieb des Schrittmotors 36 einzuleiten.
Es ist weiterhin in einfacher Weise möglich, den Speicher-Rechner 80 derart au programmieren, daß er nur dann von dem Infrarot-Detektor 48 empfangene Daten aufzeichnet, wenn da· optisch· Abtastsystem 100 einzeln· Bauteil· 19 auf der Einrichtung 18 abtaetet· Auf diese Welse wird lediglich die Infrarot-Information in bezug auf bestimmt· Stellen (Bauteile, Bereiche oder Elemente) auf der Einrichtung 18 in den Speicher des Speicher-Rechners 80 eingeführt. Diese Infrarot-Daten stellen das Infrarotprofil der Einrichtung 18 dar«
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vor stehend« Verfahr·!» wird voraugeweise fttr mehrere Einrichtungen 18 d»r glelohen Art wiederholt« um al* Standardprofil sowlo dl· Toleranaen d·· Profil· fttr «in· speaielle Einrichtung »u gewinnen. V«nn einmal 41· Daten fttr da· Standerdprofil bestiBMit wurden, kann dl· Information dauernd gespeichert werden« beispielsweise alt Hilf· des Loohstreifenstansers Bk auf eine» Loohstrelfenband·
Da· vorstehende Verfahren «um Inbetrlebsetaen d·· Systeas kann für eine beliebige Ansahl von verschiedenen Blnrlohttmgen 18 wiederholt werden* Auf diese W«l·· kann da· Infrarotprofil für eine große Anzahl von vereohl«d·- nen Einrichtungen eraeugt und auf einem Lochetr«lfenband für einen sukünftigen Gebrauch gespeichert werden· Danaoh stehen derartige Lochstreifen in einfaoher Welse «or Ve«v wendung bei Test· iur Verfügung.
Die Betriebsweise dar Einrichtung sur Untersuchung einer Anaahl von versohl«denen Einrichtungen ist wie folgt!
Die Bedienungsporeon suoht das r loh tig· Lochstreifen«· band h«rau·« um den Testvorgang au starten. Die Daten wer· den durch den Lochstreifenleser eingespeist und sowohl fttr Steuer- als auch V«rgleiohs*weoke in den Speioher d·· 8PaI* cher-Rechners eingeführt. Danach wird die au untarsuchende Einrichtung 18 auf dem Schlitten 22 angeordnet· Dar Rechner 80, der als Steuereinrichtung arbeitet, steuert den Sehritt« motor 36 an und leitet die optische Abtastung ein· Di· In» formation von dem Infrarot-Detektor bS wird danaoh umgewandelt und über dl· Interface-Einrichtung in den Reehne*- Speioher in der glelohen Weise wie beim anfänglichen Vor» gang de· Inbetriebsetsens eingeführt. Die·· Information wird Jedoch in ein·« anderen Teil des Speichers gespeichert,
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und ewer getrennt von den Daten für da« Standardprofil. Venn da* System eine vollständige Abtastung der Einriohtuny 18 durchgeführt hat, wird der Rechner bum Vergleioh der neuen Daten BdLt den Daten für dae Standardprofil für jeden programmierten Punkt auf de« Ziel 18 und zur Sub· traktion der Daten voneinander aowie zum Ausdrucken irgendeiner vorhandenen Abweichung nach Vorseichen und Größe verwendet« Dieeer Ausdruck ermöglicht es de« Benutzer, irgendwelche Fehler oder MJtngel zu bestimmen, wie ale in de» Ausdruck des Fernschreibers 8k angegeben sind. Das heifit also» daß der Speicher-Reohner 80 nicht nur so programmiert ist, daß er eine atraffe Steuerung ergibt, sondern außerdem so, daß er die Daten für das Standardprofil «it den gemessenen thermischen Werten jedes vorausgewählten Bauteils an irgendeiner bestimmten Stelle vergleicht. Durch Voreinstellung der Werte und Toleranzen für jedes Bauteil kann das System automatisch Daten nur für derartige Bauteile ausdrucken, die von einer Norm abweichen, und zwar zusammen mit der Größe ihrer Abweichung*
Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß das grundlegende System, das unter der Steuerung eines Rechners arbeitet, die Fähigkeit aufweist, irgendeine bestimmte Stelle in einer Einrichtung 18 anzuadressieren und die Infrarot-Eigenschaften eines an dieser Stelle liegenden Bauteils zu messen oder in anderer Veise zu beobachten· Dies unterscheidet sich von dem Grundgedanken der Herstellung einer Gesamtbetrachtung der Einrichtung 18.
Einer der Vorteile des Systems 10 besteht darin, daß es aufgrund der Verwendung einer geometrischen Anordnung und Steuerung von der Zeit vollständig unabhängig ist·
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Das heißt «it anderen Worten, daß dar digital· Schrittmotor 36 und dar Codierer 66 alia Steuerungen und Informationen •ur Festlegung dar Lag· daβ Bauteil· auf dar Einrichtung und «ur Trennung* dar Infrarot-Daten an die «er spesiallan Stalle von anderen während dar Ablenkung gewonnenen Infrarot-Daten liefern·
Bin weiterer Vorteil da· beschriebenen Sy·tea· besteht darin, daß der Schlitten 22 während dar Abtastung nur in einer Richtung bewegt wird. Dias ermöglicht dupllmierte und wiederholbar· Abtastungen von Einrichtung au Einrichtung.
KIn weiterer Vorteil da· Syst·»· besteht darin, daß as einen quantitativen Ausdruck der Daten liefert. Damit 1st keine Auswertung erforderlich. Dies vereinfacht dan Untersuohungs- und überprtifungsVorgang, so daß er durch relativ unauegeblldete Bedienungepersonen ausgeführt wardan kann·
Zu Beginn und an Ende Jeder Abtastung dar Einrichtung 18 in X-Aohsen-Riohtung empfängt der Detektor kB aina vorgeeichte Infrarot-Strahlung von den schwersen Körperstrahlen 38 und 4o. Die von dan Strahlern 38 und *>O gewonnenen Daten werden rar Gewinnung von Sich- und Besug'Punkten wfthrend jader Abtastung verwendet. Vaitarhin kennen dleae Daten unter Verwendung von geeigneten Schaltungen alt auteaatisoh garegaltar Verstärkung sur Koapensation dar Drift dar Rauntemperatur verwendet wardan, wodurch das Syatea von Vagebungstaaparatüren und Infrarot-HintergrundstUrungen unabhängig geaacht wird. In gleicher Vaisa ist »m wichtig, daß dia Strahler alna Information in bexug auf dan Baginn und das Ende einer Zeilenabtastung der Einrichtung 18 liefern«
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Sa ist weiterhin verständlich, daß da· beschrieben· System in keiner Weise auf die Auswertung von gedruckten Sohaltungsplatten oder die Überprüfung von industriell hergestellten Srseugnissen beschränkt ist» Das Sy·te» weist viele andere Verwendungen auf* Beispielsweise kann es in der Sntwurfsstufe verwendet werden, um überbeanspruchte elektronisch· Bauteile auf einer gedruckten Schaltung festzustellen. Dies ermöglicht es den Konstrukteur der Schaltung und dem Entwerfer des Breeugnisses, fehlerhafte Anordnungen au beseitigen, die auf tatsächlichen Testdaten beruhen« Duron Erkennung von Wärmeproblemen können die Konstrukteure Kühlkörper, eine Kühlung und Ventilation, und eine Isolation auf der Grundlage von tatsächlichen Messungen von elnselnen Bauteilen anstelle der gesamten Einrichtung auswählen und anordnen« Dies ergibt verbesserte Betriebseigenschaften, Lebensdauer und Zuverlässigkeit für die Schaltung«
Weitere aögliehe Aawendungsatöglichkeiten des Systems sind für den Fachmann ohne weiteres su erkennen»
Schließlich sei bemerkt, daß das System übliche elektronische Schaltkreise Überprüft. Ss ist in keiner Besiehung auf Einrichtungen mit einer hohen Wärme- oder Infrarotstrahlung beschränkt· Das System kann eine thermische Auflösung von + 0,1 0C bei einer sohwaraen Strahlung aufweisen· Ss 1st daher möglieh, Verlustleistungspegel absulesen, die so niedrig sind wie. s. B, ein mW pro integrierter Schaltung im "flat pack"-Gehäuse* Tatsächlich beruht das System auf dnr Fähigkeit, eine Infrarot-Leiatungsabatrahlung von diskreten Bauteilen in einer Einrichtung oder von elnselnen integrierten Schaltungen, die auf gedruckten
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Schaltungaplatten oder Moduln wwiif baut aind, su arkennan.
In dan Figuren 3 A und 3 B let aln weiteree Auafttbrungsbeispiel dar Erfindung dargaateilt. Blabar ward· antan wan, daß dia Einrlehtung 18 aina Vielaahl τβη Xleaentan 19 ainachliaßt, dia Infra.ro t a trahlung abgeben, «ana aia von ainar elektriachan Energiequelle gespaiat warden· Dia Erfindung iat jadoob nioht auf Einriebtungan baaobrmnkt» dia aina Infrarot-Strablune »bgaban» wann aiaa tbarad.aoba durob aina alaktriaoba Anatauanmc arsialt wird·
Xa gibt ander· Slnriobtungan, bai danan aa BWaokMKBic let, aina tharaiaeha Srraeun«- durob Kuflara VMraasufunr eu arraioban, ao daß aia aiob für aina barttbrungefraia Infrarot«* übarprttfun«* ai<nan* Dararti^a Einrichtungen kSnnan Im Bin« bliok auf dia Hatarialbaaobaffanhait» dia Yarbindung und andara Biganaobaftan untarauoht wardan» dia aina tharttiaoha Bnargiasufuhr vor dar Infrarot-Maaaung arfordarn· Bai« apiala für derartige Einrichtungen aind Miteinander wrbundane oder verklebte Bleohe oder Sohiohten, wabanfOrad.«· ga Anordnungen, »ahraohiobtiga gedruckte Sohaltungaa und Khnliche Einrichtungen. Daa in dan Figuren 3 A und 3 B dar- «••teilte Aueftthrungabaiapial «teilt eine Modifikation der !Erfindung eur Srsielung ainar thermischen SnergieBufuhr aa die Einrichtung dar·
Dia Untersuchung von Einrichtungen durch theralaehe Energiesufuhr iat an sich nioht neu· Bekannte Verfahren dar theradeehen SnergieBufuhr an die Einrichtung aehließen aina VXnaaatrahlung (flooding), VMraiagltthan (heat aoaking) und Vtraafibartragung ein· Unglücklicherweise waiaen «lla diaaa Verfahren eina geateinsane Schwierigkeit auf - dia lagerale Wanderung der den Zielbereioh sugeführten Vftrwe.
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Dieser Zustand verringert weitgehend die räumliche Auflösung und verdeckt In vielen fHllen die Anzeige von Anoma-Ilen, die daher unerkannt bleiben»
Die Erfindung ergibt ein Verfahren und eine Vorrichtung mur Beseitigung de· Probleme der lateralen Wandung unter Verwendung eines Lasers aur thermischen Energiezufuhr an die Einrichtung. Der Vorteil eines Laser« besteht darin, dad er eine impulsfSrmige punktfttrmige Erwärmung ergibt. Anders ausgedrückt 1st ein Laser eine Quelle für Wärmeenergie, die eine Möglichkeit ergibt, die thermische Wanderung aufgrund der Fähigkeit der hohen Auflösung und der kurzen Dauer (Impulse) au begrenzen. Der Laser besei« tigt die Schwierigkeiten, die sich aus der lateralen Wärmewanderung ergeben, dadurch, daß der Bereich, über dem der Einrichtung Wärme zugeführt wird, auf einen schmalen Punkt und auf eine kurze Dauer verringert wird« Der Punkt der Wärmezufuhr kann stationär sein, oder er kann in bezug auf die Oberfläche der untersuchten Einrichtung bewegt werden.
Die Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2 kann als Infrarot-Radiometer verwendet werden, das auf den Punkt der Wärmezufuhr fokussiert 1st. Als solche kann die Vorrichtung die Geschwindigkeit Überwachen, mit der die zügeführte Wärme in den Umgebungabereieh gestreut wird· Ein Vergleich dieser Information mit den projektierten Eigenschaften der Wärmestreuung eraBglioht eine Erkennung von physikalischen Anomalien des Materials an oder in der Nähe des Punktes der Wärmezufuhr.
In den Figuren 3 A und 3 B ist eine Modifikation des berUhrungsfreien Systems 10 dargestellt, das einen Laser
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«ir Lieferung einer lapulafSralgea Punkthelsung
lter Aufbau d«a in Pie· 3 A geseigten Abtaateyvteaa let la wesentlichen gleich dea la Fig· 1 dargeetellten. Bntepr·· ohend sind gleich· Eleaente alt gleichen Besag··!ff·η>, j·· doeh unter Beifügung «la·· Strich·· beaeiohnet, ua «in Au·· fuhrungsbelsplel tob d«a «ad«r«a su unterscheiden» Aufgrund der allgemeinen Gleichheit de· Aufbau· und der Virkuageweiae ad·»en die alt geetricheiieB Besugasiffern beseiohneteti Teile nicht auafOhrlioh beschrieben werden·
Wie ee geaelgt let, let der Laser 200 einstellbar derart befestigt, da» er eine kohärente Strahlung in Richtung auf einen drehbaren Spiegel k6* leitet· Der Laser 200 kann Bnargi· entweder in dea sichtbaren oder la Infrarotbereich erBeugen, Je naohdea« wie die· erwunaoht ist. Die kohärent· Energie wird durch da· optisoh· Systea 2O4 auf der Einrichtung 202 fokussiert. Die Einrichtung 202 1st auf dea Schilt· ton 22* gehaltert, der in einer aur Richtung der Drehung de« Spiegele 46* senkrechten Richtung vorwart«bewegt wird, wie es welter oben erläutert wurde·
Der Laser 200 erseugt «la· kohKrente Strahlung wahrend der Perlode, wahrend der aich der Spiegel 46* in der in Flg· 3 A dargestellten Stellung befindet. Die· ist dl· ieitperiode, während der der Detektor 48* elektronisch unter· drüokt eein würde, weil er keine Infrarot-Strahlung von der Einrichtung 202 eapflagt· Der Spiegel k6· lenkt die kohärente Strahlung entlang de· gleichen linearen Veges ab, der darauffolgend von dea Infrarot-Detektor kB* abgetastet wird» Die Steuerung kann so ausgelegt werden, daß die Abtastung der Einrichtung 202 entweder fiber eine einzelne Zelle oder über ein volles Raatersoheaa erfolgt.
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In Fig· 3 B ist der Spiegel 46* in einer Stellung mach einer Drehung um 90° gegenüber der in Fig. 3 A gezeigten Stellung dargestellt· Wie as gazeigt iat, tastet der Spiegel 46* tatsächlich daa optische Fenster das Detektors 48* über die gleiche Linie auf dem Ziel 202 ab, über die dar Laser 200 abgelenkt wurda. Somit erkennt dar Detektor 48* den gleichen begrenzten Bereich, dam eine thermische Sergio von dem Leser 200 zugeführt wurde· Das Intervall zwischen der Wärmezufuhr und dar Infrarot-Abtastung kann durch Änderung der Stellung daa Lasers 200 geändert werden.
In Abhängigkeit von der Art der Einrichtung 202 und den speziellen durchgeführten Untersuchungen können verschiedene Änderungen in das System eingeführt werden» wie es für den Fachmann ohne weiteres zu erkennen ist. Als Beispiele für diese Änderungen selen Änderungen der Wellenlänge und der Leistung der von dem Laser 200 ausgesandten kohärenten Strahlung» Änderungen in der Dauer des Laserimpulses» der Geschwindigkeit der Ablenkung durch den Spiegel 46*, Änderungen des Intervalls zwischen der Wärmezufuhr und der Infrarot-Erfassung» der Größe des Punktes» dem Wärme zugeführt wird, und der Strahlungsfähigkeit der Oberfläche der Einrichtung 202 angegeben.
Die in den Figuren 3 A und 3 B dargestellte Vorrichtung kann im wesentlichen in der gleichen Weise betrieben werden, wie die Vorrichtung 10 nach den Figuren 1 und 2· So kann ein Profil oder erwartetes Ergebnis erzeugt und auf einem Band oder in anderer Welae gespeichert werden» Danach können zu untersuchende Einrichtungen aufeinanderfolgend auf dem Schlitten 22* angeordnet werden, und die Ergebnisse mit dem Profil verglichen werden.
Patentansprüche ι 309847/0715

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ÜberprUfungs- und Obenraohungssystem für aus vielen eine Infrarotstrahlung abgebenden einzelnen Elementen bestehende Einrichtungen» gekennzeichnet durch Vorrichtungen (22, 36) zum Versohleben der Einrichtung (l8) entlang einer ersten Achse» einen Infrarotdetektor (48), Vorrichtungen (46) zur Abtastung des Infrarotdetektors (48) entlang einer zu der ersten Achse senkrechten Achse, Steuereinrichtungen (72, 80) zur Steuerung der Vorrichtung (36) zur Verschiebung der Einrichtung (l8) entlang der ersten Achse, Vorrichtungen (66) zur Erzeugung eines elektronischen Analogsignale, das der momentanen von dem Detektor (48) abgetasteten Stelle der Einrichtung (l8) entspricht, Speichereinrichtungen (80), die Teile zur Speicherung von Infrarot-Information als Standarclsrofil der Einrichtung (18) einschließen, und Einrichtungen (82) zur Umwandlung von von dem Infrarotdetektor (48) erfaSten Infrarotsignalen in maschinell lesbare Informationen und zum Vergleich der Information des Infrarotdetektors (48) mit in dem Speicher (80) gespeicherten Standardinformation.
    2 ο System nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daS die Vorrichtungen zur Abtastung des Detektors (48) einen Lichtpunktabtaster umfassen, der optische Einrichtungen (46) zur Fokussierung des Infrarotdetektors (48) auf die Einrichtung (18) einschließt, wobei die optischen Einrichtungen Vorrichtungen (64) zur Verschiebung der optischen Achse der optischen Einrichtungen entlang einer Koordinatenachse umfassen.
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    3. System naoh Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet duroh Standardquellen (?8, 40) für Infrarot-Energie, die am Beginn und Ende jeder Abtastung des Detektors (48) angeordnet sind« um eine Eichinformation zu liefern·
    4. System nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen zur Verschiebung der Einrichtung (l8) entlang der ersten Achse einen Schrittmotor (j36) und Einrichtungen in dem Speicher (80) zur Erzeugung eines vorgegebenen Satzes von Schrittsignalen zur Übertragung an den Schrittmotor (36) einschließen.
    5· System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Vorrichtungen zur Erzeugung eines elektronischen Analogsignals einen Wellenoodierer (66) einschließen, dessen codiertes Ausgangssignal Über eine Interface-Einrichtung (82) den Speichereinrichtungen (80) zugeführt wird.
    60 System nach einem der vorhergehenden Ansprüche» gekennzeichnet duroh Vorrichtungen (22, 36) zur Verschiebung der Einrichtung (l8) entlang einer ersten Achse» einen Infrarotdetektor (48), Einrichtungen (64, 46) zur Abtastung des Infrarotdetektors entlang einer zur ersten Achse senkrechten Achse, Steuereinrichtungen (80) zur Steuerung der Vorrichtungen (22, 36) zur Verschiebung der Einrichtung (l8) entlang der ersten Achse, Vorrichtungen (66) zur Erzeugung eines elektronischen Analogsignals, das der momentanen von dem Detektor (48) abgetasteten Stelle der Einrichtung entspricht, Speichereinrichtungen (80), die Teile zur Speicherung einer Information als Standardprofil der Einrichtung (l8) einschliessen, Einrichtungen (82) zur Umwandlung von von dem Infrarot-
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    detektor (48) erfaSten Xnfrarotslgnalen in maaohlnell lesbare Informationen und mm Vergleioh der Informationen de· Infrarotdetektor· mit der In de» Speicher gespeicherten Standard* information und Einrichtungen (200) sur Zuführung thermischer Energie an die Einrichtung (18).
    7· System nach Anepruoh 6, gekennseloh* net. duroh Einrichtungen (46*) sur Ablenkung der Quelle (200) für kohärente Strahlung entlang der glelohen Koordinatenaohee, entlang der der Infrarotdetektor (48) abgelenkt oder abgetastet wird.
    8· System naoh Anepruoh 1, gekennselohn β t duroh einen rotierenden Spiegel (46*) sur Abtastung sowohl des Infrarotdetektors (48*) als auch der Quelle (200) für kohärente Strahlung in einer seitliehen Folge.
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