張令，史平怡，韓建林

（中國電子科技集團(tuán)公司第29研究所，四川成都，610036）

0 引言

微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻測試用三用表測試微波件低頻連接器各引腳的電阻、測試電源、控制是否連通，阻值是否正確，根據(jù)射頻信號走向測試相應(yīng)模塊、電路、檢波等輸入輸出端阻值。主要是為了測試微波產(chǎn)品中電源或者控制部分電阻，同時測試射頻部分的阻值[1]。通過靜態(tài)測試產(chǎn)品的對地和器件本身的好壞，達(dá)到能夠動態(tài)測試或調(diào)試的目的。隨著微波產(chǎn)品多品種，集成化和復(fù)雜化發(fā)展，對微波產(chǎn)品PCB板進(jìn)行電阻測試已經(jīng)成為一種棘手技術(shù)難題。如何有效，快速對微波產(chǎn)品PCB板靜態(tài)電阻測試是行業(yè)間研究重點(diǎn)課題。

隨著微系統(tǒng)集成技術(shù)不斷深入，微波產(chǎn)品的數(shù)字電路設(shè)計(jì)面臨小型化、集成化以及高密度等挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)基于PCB板靜態(tài)電阻測試方式已經(jīng)難以滿足集成和高效要求。將PCB板靜態(tài)電阻實(shí)現(xiàn)自動化測試，將為上述矛盾提供一種重要的解決方案[2]。

本文通過設(shè)計(jì)一種新型靜態(tài)電阻測試設(shè)備，對比傳統(tǒng)和自動化測試過程，切實(shí)提高靜態(tài)電阻測試時間。該設(shè)備在微波產(chǎn)品900件PCB靜態(tài)電阻測試，阻值在1000歐姆以下，標(biāo)稱值±10%范圍內(nèi)即為合格，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)備具有高效率，全覆蓋，無質(zhì)量損壞實(shí)現(xiàn)靜態(tài)電阻測試，可以被應(yīng)用于所有微波產(chǎn)品數(shù)字電路靜態(tài)電阻測試過程中，實(shí)現(xiàn)對微波產(chǎn)品全質(zhì)量監(jiān)控和追溯。其設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)將改變傳統(tǒng)手工靜態(tài)電阻測試方法，具有指導(dǎo)和借鑒意義[3]。

1 靜態(tài)電阻測試原理及方法

靜態(tài)電阻測試方法是采用內(nèi)阻比較高的指針式三用表(如500型萬用表)的×1K電阻檔，測量微波產(chǎn)品上PCB板元器件的各引腳對地(即對PCB板的公用接地)或?qū)颤c(diǎn)的正、反向電阻值，記錄下當(dāng)前的測量值。需要說明的是：用不同的檔測出來的值不一樣，需要注意測量條件和三用表的型號[4]。通過對每件產(chǎn)品進(jìn)行測量比較靜態(tài)正、反向電阻值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。若對比的阻值結(jié)果會有相差很大時，則可以定位到故障點(diǎn)。再進(jìn)一步定位故障原因是斷路、短路或元器件損壞[4]。若對比設(shè)計(jì)值沒有變化或沒有多大變化時，說明產(chǎn)品質(zhì)量正常。

傳統(tǒng)的測量方法是：即人工手動操作三用表電阻檔，對沒有加電工作也沒有交流信號輸入時的微波件其電源或控制部分還有射頻電路，按加電特性和信號流向測試出靜態(tài)工作電阻，根據(jù)標(biāo)稱值來判斷微波件是否為合格品。例如標(biāo)稱值為10KΩ的電阻,它的輸入引腳對地，反向電阻為截止?fàn)顟B(tài)；它的輸出腳對+5V電源的電阻為10～20KΩ反向電阻為無窮大。如果一個標(biāo)稱電阻的輸入、輸出腳與電源或者地線直接導(dǎo)通，則可能為擊穿故障。如果一個芯片兩個類似的輸入腳與輸出腳的電阻明顯不同，一般該電路也有故障。利用“靜態(tài)電阻” 測量法,可以很方便地找到有問題的微波組件，通過電路圖設(shè)計(jì)進(jìn)行故障排查即可排除[6]。

圖1所示是1件變頻微波組件靜態(tài)電阻測試位置點(diǎn)。在該1圖片中，需要靜態(tài)測試點(diǎn)包括射頻部分、數(shù)字控制電路和接地部分，共計(jì)45個點(diǎn)位置。根據(jù)接觸電阻（靜態(tài)）測試標(biāo)準(zhǔn)要求[6]，其中射頻端子共面波導(dǎo)便于探針臺測試，數(shù)字控制電路是有固定阻值的焊點(diǎn)作為測試點(diǎn)，接地部分主要是接地柱和組件殼體都需要被測試。

圖1 傳統(tǒng)靜態(tài)測試照片

很顯然傳統(tǒng)的人工用三用表進(jìn)行微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻測試通過人眼觀察觸點(diǎn)操作，效率低下，容易漏測或錯測，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題，還不滿足當(dāng)下大規(guī)模產(chǎn)品生產(chǎn)和測試需求[7]。

2 自動化靜態(tài)電阻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

本文通過設(shè)計(jì)一種三軸機(jī)器人操作，通過搭建相應(yīng)的軟硬件平臺實(shí)現(xiàn)對微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻測試，如圖2框架所示。設(shè)計(jì)人員用CAD軟件繪制出微波產(chǎn)品PCB板的靜態(tài)電阻測試點(diǎn)，導(dǎo)入到控制計(jì)算機(jī)內(nèi)。通過上位計(jì)算機(jī)控制改造后自動化測試設(shè)備和數(shù)字三用表，實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)測試點(diǎn)準(zhǔn)確定位、靜態(tài)電阻測量以及數(shù)據(jù)采集處理，并實(shí)現(xiàn)異常結(jié)果判斷。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對微波產(chǎn)品PCB板和射頻部分電阻自動化靜態(tài)電阻測試。設(shè)計(jì)/中試人員通過保存新建產(chǎn)品編號和CAD圖紙，可實(shí)現(xiàn)多次調(diào)用，多次測試。

圖2 測試系統(tǒng)原理框圖

2.2 硬件搭建

自動化靜態(tài)電阻測試系統(tǒng)組成如圖3所示。系統(tǒng)由上位控制計(jì)算機(jī)、數(shù)字程控電源、數(shù)字三用表、改造用于測試的三軸機(jī)器人組成。設(shè)計(jì)人員將繪制完成靜態(tài)測試點(diǎn)CAD圖紙導(dǎo)入上位控制計(jì)算機(jī)，上位機(jī)通過用RS232通信協(xié)議與改造后三軸機(jī)器人的數(shù)字IO卡通信，實(shí)現(xiàn)對三軸機(jī)器人手臂對微波產(chǎn)品PCB或者模塊靜態(tài)電阻測試點(diǎn)準(zhǔn)確定位。同時上位控制計(jì)算機(jī)通過GIPB線纜與數(shù)字程控三用表和數(shù)字程控直流電源連接，實(shí)現(xiàn)測試結(jié)果實(shí)時采集上報(bào)和微波產(chǎn)品加載電源的程控。數(shù)字程控三用表的地與三軸機(jī)器人底板互連，保證了微波產(chǎn)品接地良好。三用表的正極與三軸機(jī)器人手臂互連。需要指出的，三軸機(jī)器人手臂經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)探頭的彈性伸縮，為保證元器件靜態(tài)測試點(diǎn)焊點(diǎn)或者絕緣子不受探針損傷，探針彈性伸縮量在4mm。微波產(chǎn)品放置在三軸機(jī)器人底板由彈性夾具固定，夾具設(shè)計(jì)為彈性可變尺寸，保證產(chǎn)品接地良好同時又可以固定任意一微波產(chǎn)品在確定位置不移動。

圖3 自動化靜態(tài)測試系統(tǒng)硬件組成圖

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)軟件環(huán)境

在PC控制計(jì)算機(jī)上，需要安裝儀器設(shè)備的驅(qū)動和相關(guān)軟件。（1）PC控制機(jī)需要安裝三軸機(jī)器人驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)對改造后三軸機(jī)器人的自動控制。 （2）PC控制計(jì)算機(jī)上還需要安裝AutoCAD，繪制靜態(tài)電阻測試點(diǎn)坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)測試點(diǎn)精準(zhǔn)定位。該系統(tǒng)支持安裝有CAD2007、2008、2010版本，可對所有CAD圖紙準(zhǔn)確識別和繪圖全覆蓋。 （3）PC控制計(jì)算機(jī)與電源和數(shù)字三用表儀器采用GPIB通信，與三軸機(jī)器人通信采用數(shù)字IO96卡，因此，PC控制計(jì)算機(jī)應(yīng)安裝上述板卡的驅(qū)動程序。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和操作

通過以下步驟實(shí)現(xiàn)對帶測試點(diǎn)的圖紙的生成、加載以及自動測試。

（1）在PC控制計(jì)算機(jī)上，運(yùn)行CAD任意版本打開或者新建一張圖紙，也可從模板示例中調(diào)取進(jìn)行修改編輯。圖紙打開后，在CAD命令輸入欄中輸入“t/r”，即可打開自動靜態(tài)測試窗口，界面如4所示。

圖4 自動靜態(tài)測試窗口

（2）在“編程模式”下點(diǎn)擊“初始化”，完成正方形300mm圖紙初始模板建立，對應(yīng)其三軸機(jī)器人手臂運(yùn)動區(qū)域范圍，該尺寸滿足所有目前微波件最大尺寸。在該區(qū)域內(nèi)按1：1比例進(jìn)行產(chǎn)品靜態(tài)測試點(diǎn)繪制，不得超出該區(qū)域繪制圖紙。

（3）初始化后，繪制CAD圖紙，包含四個涂層，分別為“參考線”、“輔助”、“參考點(diǎn)”、“測試點(diǎn)”四個圖層。“參考線”圖層繪制參考線，用于標(biāo)識三軸機(jī)器人工作區(qū)域范圍。實(shí)際操作中點(diǎn)擊初始化，即可完成該圖層的繪制?！拜o助”圖層用于輔助用戶繪制參考點(diǎn)和測試點(diǎn)。該圖層其輔助作用，可不繪制?！皡⒖键c(diǎn)”圖層用于繪制測試定位點(diǎn)，作用用于靜態(tài)測試前校準(zhǔn)程序坐標(biāo)和產(chǎn)品實(shí)際坐標(biāo)，以確保后續(xù)靜態(tài)測試點(diǎn)坐標(biāo)正確。“測試點(diǎn)”圖層用于繪制靜態(tài)測試點(diǎn)，該圖層繪制所有需要測試點(diǎn)位置坐標(biāo)。

繪制參考點(diǎn)和測試點(diǎn)均以圓表示，圓心位置即為點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)位置，與圓半徑無關(guān)。測試點(diǎn)順序由圓的厚度決定，即測試順序?yàn)楹穸葹?，2，3，4……測試點(diǎn)，圓的厚度必須大于0。圓心Z坐標(biāo)用于表示測試點(diǎn)高度。

繪制完畢圖紙，在靜態(tài)測試窗口“編程模式”中更改測試點(diǎn)名稱、測試項(xiàng)、控制碼、誤差范圍等測試參數(shù)設(shè)置。完成參數(shù)設(shè)置后點(diǎn)擊“生成程序”，完成帶測試點(diǎn)CAD圖紙繪制，生成后綴.mc3可執(zhí)行文件，并選擇保存路徑，以便于下次直接調(diào)用。

在“編程模式”中點(diǎn)擊“加載程序”，選擇已生成好的圖紙可執(zhí)行文件，程序后臺自動運(yùn)行“MuCAD3-Light”程序，程序界面下如5圖所示，雙擊②處，將該生成可執(zhí)行程序文件發(fā)送到三軸機(jī)器人。

圖5 可執(zhí)行文件生成

程序發(fā)送給三軸機(jī)器人后，返回靜態(tài)測試界面，切換到“測試模式”點(diǎn)擊“刷新”刷新測試點(diǎn)信息。點(diǎn)擊“開始測試”，三軸機(jī)器人手臂按照繪制圖紙參考點(diǎn)和測試點(diǎn)依次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和判斷。若中斷測試點(diǎn)擊“停止測試”。

4 自動化靜態(tài)測試的結(jié)果對比和效率提升

通過對微波產(chǎn)品的靜態(tài)電阻測試分別用手動測試和自動化測試進(jìn)行結(jié)果對比，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，自動測試和標(biāo)稱阻值差別不大，可以實(shí)現(xiàn)精確測試。

表1 手動和自動靜態(tài)電阻測試數(shù)據(jù)

4220 4218.5 4219.3 3200 3200.8 3200.5

通過對設(shè)備改造后，實(shí)現(xiàn)對微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻測試全自動化測試，人工操作次數(shù)從以前平均44次，降低為4次，如表2所示。從表3可以看出，統(tǒng)計(jì)80件微波產(chǎn)品，靜態(tài)觸點(diǎn)時間從原來平均17.13分鐘/件降低到4.62分鐘/件。

表2 統(tǒng)計(jì)人工干涉靜態(tài)測試次數(shù)

表3 統(tǒng)計(jì)自動化測試節(jié)拍時間（min）

從工藝角度出發(fā)，在新自動化測試方案下對整個測試工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化重排[8-11]，測試過程步驟減少很多節(jié)拍，同時實(shí)現(xiàn)了繪制CAD圖進(jìn)行存檔，做到一次作圖，多次使用。

5 結(jié)論

本文從微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻測試系統(tǒng)自動化需求出發(fā)，通過對生產(chǎn)線設(shè)備改造以及系統(tǒng)搭建，從軟硬件入手實(shí)現(xiàn)了微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻自動化測試，從而提高了微波產(chǎn)品靜態(tài)電阻測試效率，提升了微波產(chǎn)品的質(zhì)量，為微波產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)和測試提供了解決手段。