TWI799024B - 自動量測訊號的控制系統與方法 - Google Patents

Abstract

一種自動量測訊號的控制系統與方法，其係包括以下步驟：攝像單元拍攝待測設備的初始位置影像；處理器從初始位置影像中獲取基準位置資訊；處理器選擇目標元件並根據目標元件查找電路文件，獲取目標元件的元件位置資訊；處理器比對基準位置資訊與元件位置資訊產生已校正位置資訊；處理器根據已校正位置資訊驅動機械臂移動探針靠近至目標元件；處理器驅動機械臂將探針接觸連接於目標元件並發送量測訊號；處理器獲取目標元件的量測結果。

Description

自動量測訊號的控制系統與方法

關於一種電子裝置的控制系統與方法，特別有關一種自動量測訊號的控制系統與方法。

隨著積體電路的快速發展，除了使晶片的運算能力大幅增加，此外晶片的體積也變得輕薄短小。因此在相同面積的電路板上可以設置更多晶片與電子元件。

對於測試工程師而言，除了測試電路板是否能正確運作外，還需要對晶片或電子元件進行相應的訊號量測，藉以確認電路板發生錯誤的部位。由於晶片與電子元件的體積縮減，使得工程師量測訊號時需要耗費更多的精神。

有鑑於此，在一些實施例中，自動量測訊號的控制系統包括儲存單元、至少一機械臂與處理器。儲存單元儲存物料表與電路文件，物料表與電路文件相應於待測設備，物料表包括複數個電子元件的複數個元件料號資訊，電路文件包括所述電子元件的複數個元件位置資 訊；機械臂具有偵測端、攝像單元與探針，偵測端設置有攝像單元與探針；處理器電性連接於儲存單元與機械臂，處理器驅動機械臂移動偵測端至預設位置，攝像單元拍攝待測設備的初始位置影像，處理器從初始位置影像獲取基準位置資訊；處理器選擇所述電子元件其中之一為目標元件及其元件料號資訊，處理器從元件料號資訊查找對應於目標元件的元件位置資訊；處理器比對基準位置資訊與元件位置資訊產生已校正位置資訊，處理器根據已校正位置資訊驅動機械臂移動探針靠近至目標元件，處理器驅動探針接觸連接於目標元件，獲取目標元件的量測結果。自動量測訊號的控制系統從物料表與電路文件逐一選擇電子元件並獲取元件位置資訊。控制系統另結合電腦視覺，用以識別各電子元件於實際空間中的位置。控制系統通過所獲得的空間位置資訊驅動機械臂與探針，使探針連接至所指定的電子元件與其腳位，並進行相應的訊號量測。

在一些實施例中，處理器從電路文件中選擇所述電子元件其中之一為基準元件，處理器根據初始位置影像中的基準元件獲取基準位置資訊。

在一些實施例中，處理器從電路文件中選擇待測設備的長邊邊緣、寬邊邊緣、邊緣轉角或板面符號作為基準元件，處理器根據初始位置影像中的基準元件獲取基準位置資訊。

在一些實施例中，所述的自動量測訊號的控制方法包括以下步驟攝像單元拍攝待測設備的初始位置影像；處理器從初始位置影像中獲取基準位置資訊；處理器選擇目標元件並根據目標元件查找電路文 件，獲取目標元件的元件位置資訊；處理器比對基準位置資訊與元件位置資訊產生已校正位置資訊；處理器根據已校正位置資訊驅動至少一機械臂移動探針靠近至目標元件；處理器驅動機械臂將探針接觸連接於目標元件並發送量測訊號；處理器獲取目標元件的量測結果。

在一些實施例中，在從初始位置影像獲取基準位置資訊的步驟包括：處理器從電路文件中選擇複數個電子元件其中之一為基準元件；處理器根據初始位置影像中的基準元件獲取基準位置資訊。

在一些實施例中，在根據初始位置影像獲取基準位置資訊的步驟包括：處理器從電路文件中選擇待測設備的長邊邊緣、寬邊邊緣、邊緣轉角或板面符號作為基準元件；處理器根據初始位置影像中的基準元件獲取基準位置資訊。

在一些實施例中，在選擇目標元件並根據目標元件查找電路文件，獲取目標元件的元件位置資訊選擇的步驟包括：處理器載入物料表，物料表包括待測設備的複數個電子元件的複數個元件料號資訊；處理器查找物料表，選擇所述電子元件其中之一為目標元件及其元件料號資訊；處理器根據元件料號資訊查找電路文件，獲取對應於目標元件的元件位置資訊。

在一些實施例中，在驅動機械臂將探針接觸連接於目標元件並發送量測訊號的步驟包括：處理器驅動攝像單元拍攝確認影像；處理器根據確認影像判斷探針有無接觸連接至目標元件；若探針無接觸連接於目標元件，輸出錯誤訊息；若探針接觸連接於目標元件，向目標元 件發送量測訊號。

所述的自動量測訊號的控制系統與方法將係以電腦視覺識別數位影像中的待測設備與基準定位，並且控制系統驅動機械臂移動目標元件處。控制系統進一步調整機械臂與探針，用於量測目標元件與所其腳位的量測訊號。

100:控制系統

110:待測設備

111:電子元件

112:基準元件

120:儲存單元

121:物料表

122:電路文件

130:機械臂

131:偵測端

132:攝像單元

133:探針

140:處理器

151:元件料號資訊

152:元件位置資訊

161:初始位置

310:初始位置影像

320:目標元件

321:腳位

410:錯誤訊息

611:第一目標元件

612:第二目標元件

S210-S270、S410-S440、S510-S550:步驟

[圖1A]為一實施例的自動量測訊號的控制系統架構示意圖。

[圖1B]為一實施例的物料表與元件料號資訊示意圖。

[圖1C]為一實施例的電路文件與元件位置資訊示意圖。

[圖2A]為一實施例的自動量測訊號的控制方法的流程示意圖。

[圖2B]為一實施例的偵測端的拍攝初始位置影像的示意圖。

[圖3A]為一實施例的電路文件與初始位置影像的對照示意圖。

[圖3B]為一實施例的驅動機械臂連接目標元件前的示意圖。

[圖4A]為一實施例的探針接觸前的拍攝方法示意圖。

[圖4B]為一實施例的探針接觸前的拍攝狀況示意圖。

[圖5]為一實施例的自動量測訊號的控制方法的流程示意圖。

[圖6]為一實施例的量測次一元件訊號的作動示意圖。

[圖7A]為一實施例的自動量測訊號的控制系統架構示意圖。

[圖7B]為一實施例的多機械臂的配置示意圖。

請參考圖1A所示，其係為一實施例的自動量測訊號的控制系統架構示意圖。自動量測訊號的控制系統100包括待測設備110、儲存單元120、至少一機械臂130與處理器140。待測設備110係為主機板、顯示卡或其他功能的電路板等。待測設備110具有多個電子元件111。電子元件111係為晶片、電阻、電容、電感或其他半導體元件等。

儲存單元120儲存相應待測設備的物料表121(Bill of Material，簡稱BOM)與電路文件122(Gerber)。物料表121記錄待測設備中的所有電子元件111的元件料號資訊151，如圖1B與圖1C所示。元件料號資訊151包括元件種類、元件型號或數量。電路文件122記錄待測設備的電子元件111與基準元件112(PCB mark)的元件位置資訊152。其中，基準元件112可以是但不限定為待測設備110的長邊邊緣、寬邊邊緣、邊緣轉角或板面符號。元件位置資訊152包括元件面積、元件厚度、位置座標、設置方式與腳位配置，其中設置方式包括翻轉設置或鏡像設置。在圖1B係為物料表的部分內容，圖1C係為電路文件122的部分內容，所述內容僅為示意並非侷限於此。

機械臂130具有偵測端131、攝像單元132與至少一探針133。機械臂130的一端設置偵測端131，偵測端131更設置攝像單元132與探針133。對於多軸向的機械臂130而言，偵測端131係為機械臂130的工作前臂處。處理器140電性連接於儲存單元120、機械臂130、攝像單元132與探針133。處理器140驅動機械臂130移動偵測端131，使偵測端131移動至所指定區域。一般而言，偵測端131除了可以沿著待測設備 110的板面上移動，偵測端131也可以移向或遠離待測設備110的板面。換句話說，偵測端131可以於待測設備110的板面上的空間以立體方式移動。

當偵測端131移動至被指定區域時，處理器140可以驅動攝像單元132拍攝動態的數位影像(video)或靜態的圖像(image)。攝像單元132可以是感光耦合元件影像感測器(Charge-coupled Device，簡稱CCD)或互補式金屬氧化物半導體影像感測器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，簡稱CMOS)。偵測端131移動至電子元件111時，處理器140通過探針133發出量測訊號，或通過探針133獲取量測結果。探針133的設置數量係根據待測設備110或應用場景而有所異動。

處理器140根據待測設備110的電子元件111查找儲存單元120的物料表121與電路文件122。處理器140從物料表121中獲取相應電子元件111的元件料號資訊151。處理器140根據元件料號資訊151從電路文件122中獲取相應電子元件111的元件位置資訊152。請參考圖2A與圖2B所示，其係分別為一實施例的自動量測訊號的控制方法的流程示意圖與偵測端的拍攝初始位置影像的示意圖。自動量測訊號的控制方法包括以下步驟：步驟S210：攝像單元拍攝待測設備的初始位置影像；步驟S220：處理器從初始位置影像中獲取基準位置資訊；步驟S230：處理器選擇目標元件並根據目標元件查找電路文件，獲 取目標元件的元件位置資訊；步驟S240：處理器比對基準位置資訊與元件位置資訊產生已校正位置資訊；步驟S250：處理器根據已校正位置資訊驅動機械臂移動探針靠近至目標元件；步驟S260：處理器驅動機械臂將探針接觸連接於目標元件並發送量測訊號；以及步驟S270：處理器獲取目標元件的量測結果。

首先，將待測設備110裝設於一固定夾具(未繪製)。固定夾具可以水平或垂直於地面設置，使得待測設備110呈現水平擺放或垂直擺放。待測設備110的擺放位置落於機械臂130的移動範圍內，使機械臂130可以移動至待測設備110的任一電子元件111的所在位置。待測設備110的電路板板面係與攝像單元132平行，攝像單元132可以拍攝待測設備110的電路板板面。

請同時參考圖2B所示，完成待測設備110的裝設處理後，處理器140驅動機械臂130，使機械臂130將偵測端131移動至預設位置162。一般而言，預設位置162可以是控制系統100初始時，機械臂130與偵測端131的初始位置161。預設位置162除了可以是前述的初始位置161外，也可以根據不同的待測設備110所決定。偵測端131位於預設位置162時，處理器140驅動攝像單元132拍攝待測設備110的初始位置影像310(如圖3A)。初始位置影像310包含待測設備110的整體電路板的數 位圖像(或影像)。如前文所述，攝像單元132平行於待測設備110的電路板板面，因此初始位置影像310係為電路板的平面影像。

在圖2B中左側係為機械臂130的側視圖。假設偵測端131於系統初始時位於底部，且偵測端131沿著機械臂130。當控制系統100致能時，處理器140驅動機械臂130將偵測端131移動至中央的預設位置162並拍攝圖2B右側的待測設備110的電路板板面。在圖2B中為能方便說明偵測端131的移動與相應處理。因此圖2B是以2維的方式呈現機械臂130與偵測端131的移動，但實際上偵測端131可以是多維與多軸向的移動或轉動。

於此同時，處理器140可以獲取一待測設備110的型號資訊，或者是識別初始位置影像310的待測設備110。處理器140從儲存單元120中讀取待測設備110相應的物料表121與電路文件122。接著，處理器140辨識初始位置影像310中的基準元件112的位置，以獲取初始位置影像310的基準元件112的元件位置資訊152。而所獲取的基準元件112的元件位置資訊152係為基準位置資訊。處理器140根據電路文件122的基準元件112的座標位置對應(mapping)於初始位置影像310的基準元件112的位置，以使電路文件122的各電子元件111可以對應至初始位置影像310中的電子元件111的位置。

於完成基準元件112與基準元件112的位置映射處理後，處理器140開始對各電子元件111進行相應的訊號量測。處理器140查找物料表121中的電子元件111，並從中選擇欲進行測試的電子元件111。為 區分當前進行量測的電子元件111，將處理器140所選的電子元件111稱為目標元件320。處理器140根據物料表121的目標元件320的元件料號資訊151查找電路文件122是否存在相應的電子元件111。

若處理器140查找電路文件122中不存在相應的電子元件111時，處理器140將輸出錯誤訊號，用以提示工作人員物料表121或電路文件122可能存在錯誤。反之，處理器140從電路文件122中獲取目標元件320的元件位置資訊152。處理器140根據基準位置資訊與元件位置資訊152產生已校正位置資訊。

具體而言，處理器140根據初始位置影像310與電路文件122的基準元件112。處理器140再根據電路文件122得到目標元件320的元件位置資訊152。最後，處理器140根據目標元件320與元件位置資訊152定位出初始位置影像310中的目標元件320的所在位置，請參考圖3A所示。圖3A上方係為電路文件122，圖3A下方係為初始位置影像310。圖3A係對應於圖2B所拍攝的待測設備110。

在圖3A的電路文件122除了具有多筆電子元件111外，電路文件122也記錄基準元件112的相關資訊。在此將所選的目標元件320係以虛線框圈選。處理器140根據基準位置資訊與元件位置資訊152產生目標元件320的已校正位置資訊。已校正位置資訊係為偵測端131對目標元件320之間的立體空間位置距離。此外，處理器140可以根據預設位置162與待測設備110之間的距離，對已校正位置資訊進行誤差的調整。

進一步而言，處理器140可以根據電路文件122的基準元件 112的元件面積與初始位置影像310的基準元件112的影像面積進行計算，獲取影像與實際元件的縮放比例。處理器140根據所得到的縮放比例計算其他電子元件111於實體空間中的相應位置。除此之外，處理器140也可以根據初始位置影像310中基準元件112位於待測設備110的位置，以獲得影像與實際元件的縮放比例，並推算其他電子元件111在實體空間的位置。

處理器140根據已校正位置資訊驅動機械臂130移動偵測端131，使得探針133移近目標元件320。處理器140根據電路文件122的元件位置資訊152選擇欲測試的腳位321，如圖3B所示。處理器140根據元件位置資訊152與腳位321位置驅動機械臂130移動偵測端131，使得探針133接觸目標元件320的腳位321。

圖3B中直線箭頭係為待測設備110的目標元件320的對應腳位321。在圖3B上方係為待測設備110的電路板板面，圖3B下方右側係為待測設備110的側視圖。處理器140通過探針133向目標元件320的腳位321發送量測訊號。處理器140通過探針133獲取目標元件320的量測結果。量測結果包括工作電壓值、閒置電壓值、工作時頻帶帶寬、閒置時頻帶帶寬或雜訊值等。

在一些實施例中，處理器140在比對基準位置資訊與元件位置資訊152的過程中更包括獲取探針133的針長距離資訊。處理器140將針長距離資訊加入已校正位置資訊中。處理器140根據已校正位置資驅動機械臂130移動偵測端131與探針133，使得探針133直接連接至目 標元件320相應的腳位321。此外，若探針133係為彈性伸縮結構時，處理器140可以將針長距離資訊調整已校正位置資訊。在偵測端131靠近目標元件320後，處理器140驅動機械臂130往目標元件320移近，使探針133確實接觸目標元件320。

在一些實施例中，在處理器140驅動機械臂130將探針133接觸於目標元件320前包括以下步驟，並請同時配合圖4A與圖4B所示：步驟S410：處理器驅動攝像單元拍攝確認影像；步驟S420：處理器根據確認影像判斷探針有無接觸連接至目標元件；步驟S430：若探針無接觸連接於目標元件，輸出錯誤訊息；以及步驟S440：若探針接觸連接於目標元件，向目標元件發送量測訊號。

在機械臂130將偵測端131移近目標元件320後，處理器140驅動攝像單元132拍攝確認影像。其中，確認影像可以是動態影像或靜態圖像。處理器140判斷確認影像中的探針133有無接觸到目標元件320的腳位321，如圖4B中的虛線框。

圖4B的虛線框表示探針133接近目標元件320的腳位321。圖4B的箭頭係表示攝像單元132拍攝的待測設備110的方形虛線框部分，並對應於待測設備110的電路板板面中的目標元件320。若確認影像中探針133未接觸目標元件320，處理器140輸出錯誤訊息410，用以提示工作人員量測發生錯誤。若確認影像中探針133接觸至目標元件320，處理器140通過探針133向目標元件320的腳位321發送量測訊號。 處理器140於完成目標元件320的量測後，處理器140記錄目標元件320的量測結果。

在一些實施例中，處理器140在獲取目標元件320的量測結果後更包括以下步驟，請參考圖5所示：步驟S510：處理器從其他電子元件中選擇新的目標元件與相應的元件位置資訊，新選的目標元件為第二目標元件；步驟S520：處理器根據第二目標元件的元件位置資訊與第一目標元件的元件位置資訊產生新的已校正位置資訊；步驟S530：處理器根據已校正位置資訊驅動機械臂移動偵測端至第二目標元件；步驟S540：處理器驅動機械臂將探針接觸連接於目標元件並發送量測訊號；以及步驟S550：處理器獲取第二目標元件的量測結果。

處理器140從物料表121中的剩餘的電子元件111中選擇其中之一為新的目標元件320(意即未完成的電子元件111)。為清楚說明前後量測回合的目標元件320，分別定義第一目標元件611與第二目標元件612，第一目標元件611係為前一次量測的電子元件111，第二目標元件612係為本次量測的電子元件111。圖6下方中係以粗黑框分別表示偵測端131與探針133。

處理器140從電路文件122中獲取第二目標元件612的元件位置資訊152。處理器140根據第一目標元件611的元件位置資訊152與 第二目標元件612的元件位置資訊152計算新的已校正位置資訊。處理器140根據新的已校正位置資訊驅動機械臂130移動偵測端131，使得偵測端131從第一目標元件611移動至第二目標元件612。

處理器140驅動機械臂130，使得探針133連接於第二目標元件612。處理器140通過探針133向第二目標元件612發送量測訊號或直接通過探針133獲取第二目標元件612的量測結果。處理器140記錄新的量測結果。之後，處理器140重複步驟S510~S550的選取新的目標元件320與進行訊號量測。處理器140將所有的量測結果與電子元件111依序對應並排列，藉以產生輸出報表。

在一實施例中，自動量測訊號的控制系統100更包括儲存單元120、多個機械臂130與處理器140，請參考圖7A所示。每一機械臂130各自具有偵測端131，每一機械臂130的偵測端131設置攝像單元132與探針133。處理器140連接於儲存單元120與機械臂130。處理器140可以根據目標元件320的種類所決定，例如晶片的不同腳位、電路結構、電阻、電容、電流、電壓或待測點，處理器140選用相應位置的機械臂130。換言之，機械臂130的設置位置可以根據待測設備110的種類而調整。

機械臂130可以是朝向相同方向的方式設置，也可以是對角線方式設置，亦或者是以兩機械臂130對向的設置方式。在圖7B中係以兩機械臂130是以相對兩側的方式設置，另一機械臂130則設置於其他位置。機械臂130的位置配置不限制於此一方式。處理器140通過多機械 臂130的方式對目標元件320進行不同腳位之間的電流或訊號進行量測。

所述的自動量測訊號的控制系統100與方法係以電腦視覺識別數位影像中的待測設備110與基準定位，並且控制系統100驅動機械臂130移動目標元件320處。控制系統100進一步調整機械臂130與探針133，用於量測目標元件320與所其腳位321的量測訊號。

100:控制系統

110:待測設備

111:電子元件

120:儲存單元

121:物料表

122:電路文件

130:機械臂

131:偵測端

132:攝像單元

133:探針

140:處理器

151:元件料號資訊

152:元件位置資訊

Claims (11)

1. 一種自動量測訊號的控制系統，其係包括： 一儲存單元，儲存一物料表(BOM)與一電路文件(Gerber)，該物料表與該電路文件相應於一待測設備，該物料表包括複數個電子元件的複數個元件料號資訊，該電路文件包括該些電子元件的複數個元件位置資訊； 至少一機械臂，具有一偵測端、一攝像單元與一探針，該偵測端設置有該攝像單元與該探針；以及 一處理器，電性連接於該儲存單元與該機械臂，該處理器驅動該機械臂移動該偵測端至一預設位置，該攝像單元拍攝該待測設備的一初始位置影像，該處理器從該初始位置影像獲取一基準位置資訊；該處理器選擇該些電子元件其中之一為一目標元件及其元件料號資訊，該處理器從該元件料號資訊查找對應於該目標元件的該元件位置資訊；該處理器比對該基準位置資訊與該元件位置資訊產生一已校正位置資訊，該處理器根據該已校正位置資訊驅動該機械臂移動該探針靠近至該目標元件，該處理器驅動該探針接觸連接於該目標元件，獲取該目標元件的一量測結果。
2. 如請求項1所述的自動量測訊號的控制系統，其中該處理器從該電路文件中選擇該些電子元件其中之一為一基準元件，該處理器根據該初始位置影像中的該基準元件獲取該基準位置資訊。
3. 如請求項1所述的自動量測訊號的控制系統，其中該處理器從該電路文件中選擇該待測設備的一長邊邊緣、一寬邊邊緣、一邊緣轉角或一板面符號作為一基準元件，該處理器根據該初始位置影像中的該基準元件獲取該基準位置資訊。
4. 如請求項1所述的自動量測訊號的控制系統，其中該處理器將該探針的一針長距離資訊加入該已校正位置資訊。
5. 如請求項1所述的自動量測訊號的控制系統，其中該處理器驅動該探針接觸連接至該目標元件，該處理器驅動該攝像單元拍攝一確認影像。
6. 一種自動量測訊號的控制方法，包括： 一攝像單元拍攝一待測設備的一初始位置影像； 一處理器從該初始位置影像中獲取一基準位置資訊； 該處理器選擇一目標元件並根據該目標元件查找一電路文件，獲取該目標元件的一元件位置資訊； 該處理器比對該基準位置資訊與該元件位置資訊產生一已校正位置資訊； 該處理器根據該已校正位置資訊驅動至少一機械臂移動一探針靠近至該目標元件； 該處理器驅動該機械臂將該探針接觸連接於該目標元件；以及 該處理器獲取該目標元件的一量測結果。
7. 如請求項6所述的自動量測訊號的控制方法，其中在拍攝該待測設備的該初始位置影像的步驟包括： 該處理器驅動該機械臂移動一偵測端至一預設位置；以及 該攝像單元於該預設位置拍攝該初始位置影像。
8. 如請求項6所述的自動量測訊號的控制方法，其中在從該初始位置影像獲取該基準位置資訊的步驟包括： 該處理器從該電路文件中選擇複數個電子元件其中之一為一基準元件；以及 該處理器根據該初始位置影像中的該基準元件獲取該基準位置資訊。
9. 如請求項6所述的自動量測訊號的控制方法，其中在根據該初始位置影像獲取該基準位置資訊的步驟包括： 該處理器從該電路文件中選擇該待測設備的一長邊邊緣、一寬邊邊緣、一邊緣轉角或一板面符號作為一基準元件；以及 該處理器根據該初始位置影像中的該基準元件獲取該基準位置資訊。
10. 如請求項6所述的自動量測訊號的控制方法，其中在選擇該目標元件並根據該目標元件查找該電路文件，獲取該目標元件的該元件位置資訊選擇的步驟包括： 該處理器載入一物料表，該物料表包括該待測設備的複數個電子元件的複數個元件料號資訊； 該處理器查找該物料表，選擇該些電子元件其中之一為該目標元件及其元件料號資訊；以及 該處理器根據該元件料號資訊查找該電路文件，獲取對應於該目標元件的該元件位置資訊。
11. 如請求項6所述的自動量測訊號的控制方法，其中在比對該基準位置資訊與該元件位置資訊產生該已校正位置資訊的步驟包括： 該處理器將該探針的一針長距離資訊加入該已校正位置資訊。

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