способ бесконтактного контроля электрических параметров и исправности печатных плат и устройство для его осуществления

Формула изобретения

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ИСПРАВНОСТИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ бесконтактного контроля электрических параметров и исправности печатных плат, включающий определение местоположения контролируемой цепи, возбуждение проводников контролируемой цепи переменным электрическим полем, контроль информативных сигналов, характеризующих состояние контролируемой цепи, отличающийся тем, что используют датчики переменного электрического поля, каждый из которых снабжен электродом возбуждения и сигнальным электродом, при контроле обрыва проводника между двумя точками контролируемого участка цепи сигнальные электроды датчиков располагают над этими точками, электрод возбуждения одного из датчиков располагают над проводником за пределами контролируемого участка цепи, подают на электрод возбуждения переменное напряжение, в качестве информативного сигнала используют разность напряжений, наведенных на сигнальных электродах датчиков, сигнал о наличии обрыва формируют, если значение информативного сигнала превышает заданную величину, при контроле замыкания между двумя проводниками сигнальные электроды датчиков располагают над произвольными точками этих проводников, электрод возбуждения одного из источников располагают над одним из проводников, подают на электрод возбуждения переменное напряжение, сигнал о наличии короткого замыкания формируют, если значение информативного сигнала меньше заданной величины, при контроле сопротивления изоляции между двумя проводниками электрод возбуждения и сигнальный электрод одного из датчиков располагают над произвольной точкой одного из проводников, а электрод возбуждения и сигнальный электрод другого датчика - над произвольной точкой другого проводника, подают переменное напряжение на электроды возбуждения, в качестве информативного сигнала, по значению которого судят о значении сопротивления изоляции, используют фазовый сдвиг напряжения между сигнальными электродами датчиков относительно напряжения, подаваемого на электроды возбуждения.

2. Устройство для бесконтактного контроля электрических параметров и исправности печатных плат, содержащее узел позиционирования печатной платы, программно-управляющий блок, первый выход которого соединен с входом узла позиционирования, блок ввода-вывода, выход которого соединен с входом программно-управляющего блока, коммутатор сигналов, управляющий вход которого соединен с вторым выходом программно-управляющего блока, отличающееся тем, что в него введены датчики переменного электрического поля, каждый из которых включает электрод возбуждения, сигнальный электрод и усилитель, подключенный входом к сигнальному электроду, формирователь разности сигналов, входы которого через коммутатор сигналов соединены с выходами усилителей датчиков, формирователь зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом формирователя разности сигналов, формирователь выходного сигнала, информационный и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом формирователя зоны нечувствительности и третьим выходом программно-управляющего блока, а выход - с первым входом блока ввода-вывода, сумматор несинфазных сигналов, входы которого через коммутатор сигналов соединены с выходами усилителей датчиков, фазоанализатор, два формирователя импульсов, первый из которых включен между выходом сумматора несинфазных сигналов и входом фазоанализатора, генератор переменного напряжения, выход которого через последовательно соединенные задатчик начальной фазы и второй формирователь импульсов соединен с другим входом фазоанализатора, выход которого соединен с вторым входом блока ввода-вывода, выход генератора сигналов через коммутатор сигналов соединен с электродами возбуждения датчиков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в процессе поточного производства печатных плат.

Наиболее близкими к изобретению являются способ контроля печатных плат [1] и устройство для контроля печатных плат [2].

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности и упрощении технической реализации контроля.

Указанный результат достигается тем, что по способу, включающему определение местоположения контролируемой цепи, используют датчики переменного электрического поля, каждый из которых снабжен электродом возбуждения и сигнальным электродом, позволяющими производить возбуждение проводников контролируемой цепи переменным электрическим полем и контроль информативных сигналов, характеризующих состояние контролируемой цепи.

При контроле обрыва между двумя точками контролируемого участка цепи сигнальные электроды датчиков располагают под этими точками, электрод возбуждения одного из датчиков располагают над проводником за пределами контролируемого участка цепи и подают на электрод возбуждения переменное напряжение, в качестве информативного сигнала используют разность напряжений, наведенных на сигнальных электродах датчиков, сигнал о наличии обрыва формируют, если значение информативного сигнала превышает заданную величину.

При контроле замыкания между двумя проводниками сигнальные электроды датчиков располагают над произвольными точками этих проводников, электрод возбуждения одного из датчиков располагают над одним из проводников и подают на электрод возбуждения переменное напряжение, сигнал о наличии короткого замыкания формируют, если значение информативного сигнала меньше заданной величины.

При контроле сопротивления изоляции между двумя проводниками электрод возбуждения и сигнальный электрод одного из датчиков располагают над произвольной точкой одного из проводников, а электрод возбуждения и сигнальный электрод другого датчика располагают над произвольной точкой другого проводника, подают переменное напряжение на электроды возбуждения, в качестве информативного сигнала, по значению которого судят о значении сопротивления изоляции, используют фазовый сдвиг напряжения между сигнальными электродами датчиков относительно напряжения, подаваемого на электроды возбуждения.

Указанный результат достигается также тем, что в устройство контроля электрических параметров печатных плат, содержащее узел позиционирования печатной платы, программно-управляющий блок, первый выход которого соединен с входом узла позиционирования, блок ввода-вывода, выход которого соединен с входом программно-управляющего блока, коммутатор сигналов, управляющий вход которого соединен с вторым входом программно-управляющего блока, выведены датчики переменного электрического поля, каждый из которых включает электрод возбуждения, сигнальный электрод и усилитель, подключенный входом к сигнальному электроду, формирователь разности сигналов, входы которого через коммутатор сигналов соединены с выходами усилителей датчиков, формирователь зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом формирователя разности сигналов, формирователь выходного сигнала, информационный и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом формирователя зоны нечувствительности и третьим выходом программно-управляющего блока, а выход соединен с первым входом блока ввода-вывода, сумматор несинфазных сигналов, входы которого через коммутатор сигналов соединены с выходами усилителей датчиков, фазоанализатор, два формирователя импульсов, первый из которых включен между выходом сумматора несинфазных сигналов и входом фазоанализатора, генератор переменного напряжения, выход которого через последовательно соединенные задатчик начальной фазы и второй формирователь импульсов соединен с другим входом фазоанализатора, выход которого соединен с вторым входом блока ввода-вывода, при этом выход генератора сигналов через коммутатор сигналов соединен с электродами возбуждения датчиков.

Способ бесконтактного контроля электрических параметров и исправности печатных плат реализован следующим образом.

При помощи программно-управляемого позиционера контролируемую печатную плату устанавливают так, чтобы заданная точка контролируемого печатного проводника расположилась в зоне электродов первого датчика. Второй датчик располагают так, чтобы в зоне его электродов оказалась вторая заданная точка того же контролируемого печатного проводника при контроле целостности проводника или произвольная точка соседнего проводника при контроле замыкания проводников или сопротивления изоляции между ними. На электрод возбуждения одного из датчиков при контроле целостности проводника или замыкания его с соседним проводником подают напряжение возбуждения синусоидальной или иной формы от генератора возбуждения. Частота напряжения возбуждения выбирается в низкочастотной части звукового диапазона.

При контроле сопротивления изоляции между проводниками переменное напряжение возбуждения подают на электроды возбуждения обоих датчиков.

Контроль целостности проводников и замыкания между соседними проводниками выполняют путем сравнения напряжений, наведенных на сигнальных электродах обоих датчиков. При контроле целостности проводника на участке между двумя датчиками все точки проводника эквипотенциальны, в силу чего наводимые на сигнальных электродах напряжения приблизительно одинаковы. Обрыв проводника на участке контроля нарушает эквипотенциальность точек проводника из-за падения напряжения в зоне обрыва, поэтому между сигнальными электродами датчиков образуется разность потенциалов. Эту разность обнаруживают с помощью схемы формирования разности, которую подключают к выходам сигнальных электродов датчиков. При контроле замыкания между проводниками, наоборот, эквипотенциальность соседних проводников является следствием замыкания между ними, а исправному состоянию соответствует разность потенциалов между проводниками, которую обнаруживают с помощью упомянутой схемы разности.

При контроле сопротивления изоляции между соседними проводниками печатной платы произвольные точки двух проводников, между которыми проверяют сопротивление изоляции, размещают в зонах электродов двух датчиков, на электроды возбуждения которых подают разнополярные напряжения. Так как между контролируемыми проводниками в этом случае нет короткого замыкания, между сигнальными электродами датчиков возникает напряжение той же формы, что и напряжение возбуждения. Это напряжение синфазно с напряжением возбуждения только в идеальном случае, когда активное сопротивление между печатными проводниками велико. Уменьшение сопротивления изоляции между проводниками вызывает сдвиг фаз между выходными напряжениями датчиков и напряжением возбуждения. Поэтому величину сопротивления изоляции согласно заявляемому способу определяют по величине фазового сдвига суммарного напряжения сигнальных электродов относительно напряжения возбуждения.

Схема устройства бесконтактного контроля электрических параметров и исправности печатных плат приведена на чертеже.

Устройство включает узел 1 позиционирования печатной платы, программно-управляющий блок 2, первый выход которого соединен с входом узла 1 позиционирования, блок 3 ввода-вывода, выход которого присоединен к входу программно-управляющего блока 2, коммутатор 4 сигналов, управляющий вход которого соединен с вторым выходом программно-управляющего блока 2. Кроме того, устройство содержит датчики 5 переменного электрического поля, каждый из которых имеет электрод 6 возбуждения, сигнальный электрод 7 и усилитель 8, подключенный входом к сигнальному электроду, формирователь 9 разности сигналов, первый и второй входы которого через коммутатор 4 сигналов соединены с выходами усилителей 8 датчиков 5, формирователь 10 зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом формирователя 9 разности сигналов, блок 11 формирования выходного сигнала, информационный и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом формирователя 10 зоны нечувствительности и третьим входом программно-управляющего блока 2, а выход соединен с первым входом блока 3 ввода-вывода, сумматор 12 несинфазных сигналов, входы которого через коммутатор 4 сигналов соединены с выходами усилителей 8 датчиков 5, фазоанализатор 13, формирователи 14, 15 импульсов, первый из которых включен между выходом сумматора 12 несинфазных сигналов и входом фазоанализатора 13, генератор 16 переменного напряжения, выход которого через последовательно соединенные задатчик 17 начальной фазы и второй формирователь 15 импульсов соединен с другим входом фазоанализатора 13, выход которого соединен с вторым входом блока 3 ввода-вывода, выход генератора 16 через коммутатор 4 сигналов соединен с электродами 6 возбуждения датчиков 5.

Устройство работает следующим образом.

В режиме контроля целостности проводников печатной платы датчики 5 при помощи узла 1 позиционирования, управляемого программным блоком 2, устанавливаются так, что электроды 6 и 7 располагаются над контролируемым проводником, причем сигнальные электроды 7 двух датчиков определяют границы отрезка контроля. Напряжение возбуждения от генератора 16 через коммутатор 4 сигналов подается на электрод 6 возбуждения одного из датчиков, определенного программой. Благодаря этому на контролируемом проводнике наводится напряжение, которое, в свою очередь, наводит напряжения на сигнальных электродах 7 датчиков 5. Наведенные на сигнальных электродах 7 напряжения приблизительно одинаковы, если проводник исправен, и различны по амплитуде, если на контролируемом отрезке проводника имеется обрыв.

Наведенные на сигнальных электродах 7 напряжения снимаются с датчиков 5 через усилители 8 с высоким выходным сопротивлением, причем электрические параметры усилителей всех датчиков выбирают одинаковыми. Выходные напряжения усилителей 8 через коммутатор 4 сигналов поступают на входы формирователя 9 равности сигналов, образующего на выходе разность

U = U₁ - U₂, где U₁ и U₂ - напряжения на выходах усилителей 8 соответственно первого и второго датчиков 5. Для того, чтобы исключить влияние изменений напряжений U₁ и U₂, вызванных нестабильностью параметров схемы и неодинаковостью наведенных напряжений сигнальных электродов, разность U с выхода формирователя 9 разности поступает на вход формирователя 10 зоны нечувствительности, который выдает нулевые напряжения при разбросах напряжений U₁ и U₂, возникающих при исправном проводнике.

Если на контролируемом отрезке имеется обрыв проводника, то наведенные напряжения U₁ и U₂ существенно отличаются и их разность U превышает порог зоны нечувствительности формирователя 10, вследствие чего на его выходе появляется сигнал, свидетельствующий о наличии обрыва проводника. С выхода формирователя 10 сигнал поступает на вход блока 11 формирования выходного сигнала, который выдает в блок 3 ввода-вывода сигнал неисправности.

В режиме контроля замыкания соседних проводников устройство работает аналогично описанному, за исключением того, что формирователь 10 выдает сигнал в случае, когда замыкание контролируемых проводников отсутствует.

В режиме контроля сопротивления изоляции между двумя печатными проводниками датчики устанавливают при помощи узла 1 позиционирования и программно-управляемого блока 2 так, чтобы электроды первого датчика располагались над первым проводником, а электроды второго датчика - под вторым проводником. На электроды 6 возбуждения обоих датчиков 5 подаются напряжения от генератора 16 через коммутатор 4 сигналов в противофазе одно относительно другого. Возможна подача на один из элементов возбуждения нулевого напряжения. Напряжения с сигнальных электродов 7 датчиков 5 через усилители 8 и соответствующие цепи коммутатора 4 сигналов поступают на входы сумматора 12 несинфазных сигналов. Сумматор 12 производит геометрическое сложение входных сигналов. Выходное напряжение сумматора 12 имеет сдвиг по фазе относительно напряжения возбуждения, зависящий от величины активного сопротивления между контролируемыми проводниками печатной платы. В идеальном случае, когда это сопротивление бесконечно велико, фазовый сдвиг отсутствует. Для возможности установки допускаемого значения сопротивления изоляции служит задатчик 17 начальной фазы. Установка допускаемого значения сопротивления R_min изоляции позволяет осуществлять допусковый контроль плат в массовом производстве, когда определять конкретно значения сопротивления изоляции не требуется, а необходимо лишь устанавливать факт выхода за норму, когда R_min > R_ф, где R_ф - фактическое значение сопротивления изоляции.