TWI416141B - 電路板測試系統及方法 - Google Patents

Description

電路板測試系統及方法

本發明涉及一種測試系統及方法，尤其關於一種電路板測試系統及方法。

電路板(例如主機板)成品檢測是生產流程中的重要環節。成品檢測包括訊號電氣特性的測試，例如，對訊號的週期、正脈衝寬度、負脈衝寬度、上升時間及下降時間等進行量測。

傳統的電路板測試需要依靠作業員的手工操作。對於那些電路比較簡單、測試訊號比較少的電路板來說，手工操作尚能滿足要求。但隨著電子技術的進步，電路越來越複雜，測試訊號越來越多，產品的生命週期越來越短，小批量、多品種的產品生產任務比較多，手工操作的電路板測試方法不僅效率低，而且容易出錯，已不能滿足快速高品質生產的競爭需求。

鑒於以上內容，有必要提供一種電路板測試系統及方法，能夠對電路板進行自動測試。

一種電路板測試系統，運行於主機中，該系統透過控制機械手臂 及示波器對待測的電路板進行自動測試，所述機械手臂安裝有測試探針，該測試探針與示波器的探頭相連，該電路板測試系統包括：參數設置模組，用於設置所述電路板的測試參數，所述測試參數包括待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標及每個測試訊號的測試項目；校正模組，用於對機械手臂進行初始位置校正，以保證機械手臂的定位精度；坐標系轉換模組，用於確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係；及訊號測試模組，用於從待測元件序列中逐一選擇待測元件，從選擇的待測元件的測試訊號序列中逐一選擇測試訊號，根據坐標系轉換模組確定的坐標系轉換關係，將選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標轉換成在機械手臂坐標系下的座標，根據該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點，控制示波器對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行量測，及接收示波器返回的量測資料並儲存該量測資料。

一種電路板測試方法，該方法透過主機控制機械手臂及示波器對待測的電路板進行自動測試，所述機械手臂安裝有測試探針，該測試探針與示波器的探頭相連，該方法包括步驟：設置電路板的測試參數，所述測試參數包括待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標及每個測試訊號的測試項目；對機械手臂進行初始位置校正，以保證機械手臂的定位精度；確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的 轉換關係；從待測元件序列中選擇一個待測元件；從選擇的待測元件的測試訊號序列中選擇一個測試訊號；根據電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係，將選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標轉換成在機械手臂坐標系下的座標；根據該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點；控制示波器對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行量測；接收示波器返回的量測資料並儲存該量測資料；若選擇的待測元件的測試訊號序列中還有其他的測試訊號，則返回選擇測試訊號的步驟；及若待測元件序列中還有其他的待測元件，則返回選擇待測元件的步驟。

本發明電路板測試系統及方法利用主機控制機械手臂定位到電路板上測試訊號的測試點，控制示波器對測試訊號進行測試，從而提高測試設備的利用率，提高測試效率及精確度，減少人工測試可能帶來的誤差及錯誤。

10‧‧‧電路板測試系統

11‧‧‧測試程式

101‧‧‧電路板

102‧‧‧機械手臂

103‧‧‧機械手臂控制器

104‧‧‧示波器

105‧‧‧主機

106‧‧‧測試台

107‧‧‧測試探針

108‧‧‧探頭

109‧‧‧儲存設備

200‧‧‧參數設置模組

201‧‧‧校正模組

202‧‧‧坐標系轉換模組

203‧‧‧訊號測試模組

204‧‧‧資料分析模組

S301‧‧‧設置測試參數

S302‧‧‧初始位置校正

S303‧‧‧確定坐標系轉換關係

S304‧‧‧選擇待測元件

S305‧‧‧選擇測試訊號

S306‧‧‧座標轉換

S307‧‧‧測試點定位

S308‧‧‧量測測試訊號

S309‧‧‧接收量測資料

S310‧‧‧分析量測資料

S311‧‧‧是否有其他測試訊號

S312‧‧‧是否有其他待測元件

圖1係是本發明電路板測試系統較佳實施例的系統架構圖。

圖2係圖1中測試程式11的功能模組圖。

圖3係本發明電路板測試方法較佳實施例的流程圖。

參閱圖1所示，係本發明電路板測試系統較佳實施例的系統架構圖。

所述電路板測試系統10主要包括待測的電路板101、機械手臂102、機械手臂控制器103、示波器104及主機105。所述電路板101平放在測試台106上。電路板101包括裸板及其上安裝的多個元件。所述元件包括各種分離元件(例如電阻、電容、電感)以及各種積體電路。主機105上安裝有測試程式11。主機105透過串列介面、通用介面匯流排(General Purpose Interface Bus，GPIB)介面、乙太網介面或者其他適用的介面與機械手臂控制器103及示波器104相連。機械手臂控制器103與機械手臂102相連。機械手臂102前端安裝有測試探針107。示波器104透過探頭108與機械手臂102相連。探頭108的一端連接到示波器104的輸入端，另一端(以下稱探頭頭部)連接到測試探針107。

在本實施例中，預先為電路板101的每個測試訊號指定一對測試點。例如，對於一個單端訊號，指定一個訊號測試點及一個接地測試點。又如，對於一個差分訊號，指定一對差分訊號測試點。機械手臂102包括一對測試探針107，探頭108包括一對探頭頭部，每個測試探針107分別與一個探頭頭部相連。當測試開始後，主機105透過機械手臂控制器103控制機械手臂102，使測試探針107定位到電路板101上待測元件的測試訊號的測試點。例如，對於一個單端訊號，將一個測試探針107定位到該單端訊號的訊號測試點，將另一個測試探針107定位到該單端訊號的接地測試點。當測試探針107定位到測試點後，示波器104透過探頭108接收測試訊號，根據主機105設置的量測項目對測試訊號進行量測，並將量測資料返回主機105。主機105接收示波器104返回的量測 資料並儲存到與之相連的儲存設備109。最後，主機105對返回的量測資料進行分析處理。

在上述實施例中，主機105透過機械手臂控制器103連接並控制機械手臂102。在其他的實施例中，主機105可以直接與機械手臂102相連。主機105安裝有機械手臂控制程式，主機透過執行該機械手臂控制程式控制機械手臂102，將測試探針107定位到電路板101上待測元件的測試訊號的測試點。

參閱圖2所示，係圖1中測試程式11的功能模組圖。

所述測試程式11包括參數設置模組200、校正模組201、坐標系轉換模組202、訊號測試模組203及資料分析模組204。

所述參數設置模組200用於設置電路板101的測試參數。所述測試參數包括電路板101的待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的測試點在電路板101的坐標系(以下稱電路板坐標系)下的座標、每個測試訊號的測試項目及每個測試項目的理論值等。

在本實施例中，所述測試訊號的測試點包括電路板101上的過孔、焊盤和引腳。所述測試訊號的測試項目包括過沖、下沖、直流高電壓、直流低電壓、週期、正脈衝寬度、負脈衝寬度、上升時間及下降時間等。所述測試項目的理論值可以是一個數值，例如，將某一測試訊號的週期的理論值設置為25，單位納秒。所述測試項目的理論值還可以是一個取值範圍，例如，將某一測試訊號的上升時間的理論值設置為〔10，12〕，單位納秒。

所述校正模組201用於透過機械手臂控制器103對機械手臂102進行初始位置校正，以保證機械手臂102的定位精度。

所述坐標系轉換模組202用於確定電路板坐標系到機械手臂102的坐標系(以下稱機械手臂坐標系)的轉換關係。在本實施例中，坐標系轉換模組202計算一個電路板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣來表示電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係。一個點在電路板坐標系下的座標左乘該過渡矩陣，即可得到該點在機械手臂坐標系下的座標。

所述訊號測試模組203用於從待測元件序列中逐一選擇待測元件，以及從選擇的待測元件的測試訊號序列中逐一選擇測試訊號。根據選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標以及電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係，訊號測試模組203計算該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，並將該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標發送給機械手臂控制器103，使得機械手臂控制器103控制機械手臂102將測試探針107定位到該選擇的測試訊號的測試點。此外，訊號測試模組203控制示波器104對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行量測，接收示波器104返回的量測資料並儲存到儲存設備109。

在本實施例中，訊號測試模組203將該選擇的測試訊號對應的兩個測試點在電路板坐標系下的座標左乘電路板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣，得到該選擇的測試訊號對應的兩個測試點在機械手臂坐標系下的座標。此外，在本實施例中，訊號測試模組203按照指定的儲存路徑儲存所述量測資料。例如，將所述量測 資料儲存至F：\PCBTest\Result。

所述資料分析模組204用於對量測資料進行分析，並將分析結果儲存至儲存設備109。資料分析模組204對量測資料的分析包括判斷測試資料是否符合要求。舉例來說，時鐘訊號的週期的理論值設置為25納秒，如果示波器104檢測到的時鐘訊號的週期為24納秒，則資料分析模組204判斷該量測資料不符合要求。在本實施例中，資料分析模組204按照指定的儲存路徑儲存分析結果，例如，將分析結果儲存至F：\PCBTest\Analysis。

參閱圖3所示，係本發明電路板測試方法較佳實施例的流程圖。

步驟S301，參數設置模組200設置電路板101的測試參數。所述測試參數包括電路板101的待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標、每個測試訊號的測試項目及每個測試項目的理論值等。

在本實施例中，所述測試訊號的測試點包括電路板101上的過孔、焊盤和引腳。所述測試訊號的測試項目包括過沖、下沖、直流高電壓、直流低電壓、週期、正脈衝寬度、負脈衝寬度、上升時間及下降時間等。所述測試項目的理論值可以是一個數值，例如，將某一測試訊號的週期的理論值設置為25，單位納秒。所述測試項目的理論值還可以是一個取值範圍，例如，將某一測試訊號的上升時間的理論值設置為〔10，12〕，單位納秒。

步驟S302，校正模組201透過機械手臂控制器103對機械手臂102進行初始位置校正，以保證機械手臂102的定位精度。

步驟S303，坐標系轉換模組202確定電路板坐標系與機械手臂坐標系的轉換關係。在本實施例中，坐標系轉換模組202計算一個過渡矩陣來表示電路板坐標系到機械手臂坐標系的坐標系的轉換關係。一個點在電路板坐標系下的座標左乘該過渡矩陣，即可得到該點在機械手臂坐標系下的座標。

步驟S304，訊號測試模組203從待測元件序列中選擇一個待測元件。

步驟S305，訊號測試模組203從選擇的待測元件的測試訊號序列中選擇一個測試訊號。

步驟S306，訊號測試模組203根據該選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標以及電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係，計算該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標。例如，訊號測試模組203將該選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標左乘電路板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣，得到該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標。

步驟S307，訊號測試模組203將該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標發送給機械手臂控制器103，使得機械手臂控制器103控制機械手臂102將測試探針107定位到該選擇的測試訊號的測試點。

步驟S308，訊號測試模組203控制示波器104對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行量測。例如，對一個時鐘訊號的週期、正 脈衝寬度、負脈衝寬度、上升時間及下降時間進行量測。

步驟S309，訊號測試模組203接收示波器104對該選擇的測試訊號的每個設置的測試項目的量測資料，並將量測資料儲存到儲存設備109。在本實施例中，訊號測試模組203按照指定的儲存路徑儲存該量測資料。例如，將所述時鐘訊號的週期、正脈衝寬度、負脈衝寬度、上升時間及下降時間的量測值儲存至F：\PCBTest\Result。

步驟S310，資料分析模組204對量測資料進行分析，例如，判斷測試資料是否符合要求，並將分析結果儲存至儲存設備109。舉例來說，時鐘訊號的週期的理論值設置為25納秒。如果示波器104檢測到的時鐘訊號的週期為24納秒，則資料分析模組204判斷該量測資料不符合要求。在本實施例中，資料分析模組204按照指定的儲存路徑儲存分析結果，例如，將分析結果儲存至F：\PCBTest\Analysis。

步驟S311，判斷該選擇的待測元件的測試訊號序列中是否有其他的測試訊號。如果該選擇的待測元件的測試訊號序列中還有其他的測試訊號，則返回步驟S305，從該選擇的待測元件的測試訊號序列中選擇下一個測試訊號。

如果該選擇的待測元件的測試訊號序列中的沒有其他的測試訊號，則步驟S312，判斷待測元件序列中是否有其他的待測元件。如果待測元件序列中有其他的待測元件，則返回步驟S304，從待測元件序列中選擇下一個待測元件。如果待測元件序列中的所有待 測元件都已測試完畢，則流程結束。

需要說明的是，在開始正式測試之前，可以控制機械手臂102對預先設定的電路板101上的檢驗點進行定位，以驗證機械手臂102是否定位正確。若對檢驗點的定位正確，則開始正式測試。否則，若對檢驗點的定位錯誤，則執行步驟S302-S303，重新對機械手臂102進行初始位置校正及重新確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

S301‧‧‧設置測試參數

S302‧‧‧初始位置校正

S303‧‧‧確定坐標系轉換關係

S304‧‧‧選擇待測元件

S305‧‧‧選擇測試訊號

S306‧‧‧座標轉換

S307‧‧‧測試點定位

S308‧‧‧量測測試訊號

S309‧‧‧接收量測資料

S310‧‧‧分析量測資料

S311‧‧‧是否有其他測試訊號

S312‧‧‧是否有其他待測元件

Claims (10)

1. 一種電路板測試系統，運行於主機中，該系統透過控制機械手臂及示波器對待測的電路板進行自動測試，所述機械手臂安裝有測試探針，該測試探針與示波器的探頭相連，該電路板測試系統包括：參數設置模組，用於設置所述電路板的測試參數，所述測試參數包括待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標及每個測試訊號的測試項目；校正模組，用於對機械手臂進行初始位置校正，以保證機械手臂的定位精度；坐標系轉換模組，用於確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係；及訊號測試模組，用於控制機械手臂對預先設定的電路板上的檢驗點進行定位以驗證機械手臂是否定位正確，當機械手臂對檢驗點定位正確時，從待測元件序列中逐一選擇待測元件，從選擇的待測元件的測試訊號序列中逐一選擇測試訊號，根據坐標系轉換模組確定的坐標系轉換關係，將選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標轉換成在機械手臂坐標系下的座標，根據該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點，控制示波器對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行測量，及接收示波器返回 的測量資料並儲存該測量資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電路板測試系統，該系統還包括資料分析模組，用於對測量資料進行分析，並儲存分析結果。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電路板測試系統，其中所述校正模組透過機械手臂控制器對機械手臂進行初始位置校正，所述訊號測試模組將選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標發送給機械手臂控制器，使得機械手臂控制器控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電路板測試系統，其中所述坐標系轉換模組計算一個電路板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣來表示電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係，所述訊號測試模組將該選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標左乘電路板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣，得到該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標。
5. 一種電路板測試系統，該系統包括機械手臂、示波器及主機，所述機械手臂安裝有測試探針，該測試探針與示波器的探頭相連，所述主機分別與機械手臂及示波器相連，其中：所述機械手臂用於根據主機的控制對電路板上測試訊號的測試點進行定位；所述示波器用於根據主機的控制對測試訊號進行測量；及所述主機用於控制機械手臂及示波器實現電路板上測試訊號的測量，所述主機包括測試程式，該測試程式包括：參數設置模組，用於設置電路板的測試參數，所述測試參數包括待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的 測試點在電路板坐標系下的座標及每個測試訊號的測試項目；校正模組，用於對機械手臂進行初始位置校正，以保證機械手臂的定位精度；坐標系轉換模組，用於確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係；及訊號測試模組，用於控制機械手臂對預先設定的電路板上的檢驗點進行定位以驗證機械手臂是否定位正確，當機械手臂對檢驗點定位正確時，從待測元件序列中逐一選擇待測元件，從選擇的待測元件的測試訊號序列中逐一選擇測試訊號，根據坐標系轉換模組確定的坐標系轉換關係，將選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標轉換成在機械手臂坐標系下的座標，根據該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點，控制示波器對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行測量，及接收示波器返回的測量資料並儲存該測量資料。
6. 一種電路板測試方法，該方法透過主機控制機械手臂及示波器對待測的電路板進行自動測試，所述機械手臂安裝有測試探針，該測試探針與示波器的探頭相連，該方法包括步驟：設置電路板的測試參數，所述測試參數包括待測元件序列、每個待測元件的測試訊號序列、每個測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標及每個測試訊號的測試項目；對機械手臂進行初始位置校正，以保證機械手臂的定位精度；確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係；從待測元件序列中選擇一個待測元件； 從選擇的待測元件的測試訊號序列中選擇一個測試訊號；根據電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係，將選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標轉換成在機械手臂坐標系下的座標；根據該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點；控制示波器對該選擇的測試訊號所設置的測試項目進行測量；接收示波器返回的測量資料並儲存該測量資料；若選擇的待測元件的測試訊號序列中還有其他的測試訊號，則返回選擇測試訊號的步驟；及若待測元件序列中還有其他的待測元件，則返回選擇待測元件的步驟。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電路板測試方法，該方法在接收示波器返回的測量資料並儲存該測量資料的步驟之後還包括：對測量資料進行分析，並儲存分析結果。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電路板測試方法，其中所述對機械手臂進行初始位置校正是透過機械手臂控制器對機械手臂進行初始位置校正，所述根據該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標，控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點是將選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標發送給機械手臂控制器，使得機械手臂控制器控制機械手臂將測試探針定位到該選擇的測試訊號的測試點。
9. 如申請專利範圍第6項所述之電路板測試方法，其中所述確定電路板坐標系到機械手臂坐標系的轉換關係的方法是計算一個電路 板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣，所述計算該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標的方法是將該選擇的測試訊號的測試點在電路板坐標系下的座標左乘電路板坐標系到機械手臂坐標系的過渡矩陣，得到該選擇的測試訊號的測試點在機械手臂坐標系下的座標。
10. 如申請專利範圍第6項所述之電路板測試方法，其中所述測試訊號的測試點可以是所述電路板上的過孔、焊盤和引腳。