CN112858786A - 一种模块化电阻电压测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化电阻电压测量装置，包括测试架、多个电阻电压采集模块、主控底板、多串口管理电路；所述测试架上设有可拆卸的用于固定待测PCBA板的托盘和设置在托盘上的多组顶针；每一组顶针和待测PCBA板上的测试点一一对应；所述电阻电压采集模块用于采集一组顶针对应的测试点的电压和/或电阻值、将电压和/或电阻值通过串口发送给主控底板；所述主控底板上连接所述的电阻电压采集模块、多串口管理电路；所述多串口管理电路通过轮询的方式从多个电阻电压采集模块的串口获取电阻和/或电压的测试数据，其可明显缩短测量时间，提高测量效率，同时，本发明还公开了一种模块化电阻电压测量方法。
Description
技术领域
本发明属于PCB检测领域，更具体而言，涉及一种模块化电阻电压测量装置和方法。
背景技术
目前产线在测试PCBA测试点的电阻和电压通常是采用人工测试和ICT测试两种方式。
人工测试的方法：PCBA不上电情况下用万能表逐一对各测试点测试阻抗，所有测试点阻抗测试通过后，再将设备接上电源，调整万能表档位，逐一对各测试点测试电压。每个测试点都需要操作员用万能表表笔点击并查看和记录测试结果，过程中还要根据测试点规格切换万能表档位，容易出错、效率也很低。优点是，通过操作培训，理论上人工方法可以测试任何PCBA产品。
ICT测试方法：ICT测试设备通常是箱体式独立***，将PCBA放到ICT设备的测试架上，探针会顶住板上的测试点，***会测试阻抗，自动判断结果并完成数据读取和传输。该方法中使用的设备复杂且昂贵通常一台设备几千到几万不等，而每台设备只能测试一款产品。通常用在附加值高、出货量大的产品上。优点是准确、高效。
更为具体来说：
优点1：ICT最主要的作用是通过测试大量点位的阻抗，并使用复杂的算法判断PCBA 上各器件焊接是否良好。
优点2：ICT通常不使用继电器切换线路，而是通过FPGA编程切换或使能ADC(模数转换芯片)来采集各通道数据，采集速度快。
但是ICT测试设备的局限性不容忽视，具体来说：
局限性1：ICT里会设计大量的ADC电路，通常几十个到上千个不等；成本非常高。
局限性2：ICT测试不同产品时需要更换针床，针床结构复杂价格昂贵。
局限性3：ICT测试不同产品时，每个产品需要一套独立的编程算法，这种编程技术门槛很高，人力成本很高。
局限性4：ICT通常不测量板内电源的电压值。若需实现对板内电源的电压值测量，则还需要在ICT设备外增加外挂设备装置。
在除了ICT测试设备之前，本领域公开的其他方案大多采用继电器切换的方式进行，比如可见：CN201320239969.5公开了一种PCBA板的电压测试电路及治具，PCBA板的电压测试电路包括：电压检测切换电路、处理器及模数转换电路及显示驱动电路；其中，电压检测切换电路的输入端对应与多路电压输出端连接，电压检测切换电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，电压检测切换电路的控制端与处理器连接，根据处理器的控制进行多路电压信号的切换；模数转换电路的输出端与处理器连接，模数转换电路的控制端与处理器连接，根据处理器的控制，将电压检测切换电路所切换的电压检测信号进行模数转换后，输出至处理器；处理器与显示驱动电路连接。本发明实现了PCBA板电压的自动检测，提高了PCBA 板电压检测的效率。
通过继电器进行检测电路的切换时，电压测量会存在波动，断则几百毫秒，多则2秒，整个PCBA板如果测试位点比较多，单板测试时间也会比较长。
本案要解决的技术问题是：如何缩短PCB的测量时间，提高测量效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种模块化电阻电压测量装置和方法，其可明显缩短测量时间，提高测量效率。
根据本发明的第一方面，提供了一种模块化电阻电压测量装置，包括测试架、多个电阻电压采集模块、主控底板、多串口管理电路；
所述测试架上设有可拆卸的用于固定待测PCBA板的托盘和设置在托盘上的多组顶针；每一组顶针和待测PCBA板上的测试点一一对应；
所述电阻电压采集模块用于采集一组顶针对应的测试点的电压和/或电阻值、将电压和/ 或电阻值通过串口发送给主控底板；
所述主控底板上连接所述的电阻电压采集模块、多串口管理电路；
所述多串口管理电路通过轮询的方式从多个电阻电压采集模块的串口获取电阻和/或电压的测试数据。
在上述的模块化电阻电压测量装置中，所述主控底板上设有插槽、电源，所述电阻电压采集模块电连接在所述插槽上；所述顶针通过顶针线连接至插槽；所述电阻电压采集模块通过插槽和主控底板通信连接，所述电源通过插槽向电阻电压采集模块供电。
在上述的模块化电阻电压测量装置中，所述串口管理电路包括串口芯片和单片机，所述串口芯片用于接收电阻电压采集模块的串口的数据，所述单片机用于控制串口芯片通过轮询的方式采集电阻电压采集模块的串口的数据、控制电阻电压采集模块采集电阻数据或电压数据。
在上述的模块化电阻电压测量装置中，所述单片机还用于在电阻电压采集模块采集测试点电阻时对PCBA板断电、电阻电压采集模块采集测试点的电压时对PCBA板上电。
在上述的模块化电阻电压测量装置中，还包括上位机，所述上位机和主控底板电连接。
同时，本发明还公开了一种模块化电阻电压测量方法，采用如上任一所述的测量装置进行测量，其方法具体为：
步骤1：多串口管理电路下发测试指令至电阻电压采集模块；
步骤2：电阻电压采集模块通过顶针检测待测PCBA板上的测试点的电阻和/或电压；
步骤3：多串口管理电路通过轮询的方式从各电阻电压采集模块的串口获取待测PCBA 板上的测试点的电阻和电压的值。
在上述的模块化电阻电压测量方法中，在步骤2中，如果要测试待测PCBA板上的测试点的电压，通过多串口管理电路控制PCBA板上电；如果要测试待测PCBA板上的测试点的电阻，通过多串口管理电路控制PCBA板断电。
在上述的模块化电阻电压测量方法中，还包括步骤4；
步骤4：上位机从多串口管理电路获取电阻和电压的值并判断电阻和电压的值是否合格；
所述步骤3中，当多串口管理电路获取到任一电阻电压采集模块的电压值超过了预设阈值，则控制PCBA板断电。
在上述的模块化电阻电压测量方法中，所述步骤2中，进行电阻和/或电压的值的采集时，进行多次数据采集；
判断数值稳定的标准为：若第A次采集的值与前面第A-N次到第A-1次采集的值的滑动平均值误差在M％以内，则判断为数值稳定，其中，N为3、4或5；A>N，M％＜20％；
如果不满足数值稳定的标准，则继续进行电阻和/或电压的值的采集并判断采集的值是否达到数值稳定的标准；A、N为正整数。
在上述的模块化电阻电压测量方法中，重复进行X次判断后，仍然无法满足数值稳定的标准的，则判定该点测试失败，X＞15。
本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明并不去判断分析哪些器件焊接是否良好，而是通过测试PCBA上关键点位的阻抗值和电压是否合格，来判断关键电路功能是否良好。虽然不像ICT那样可以准确指出哪个器件没有焊好或损坏，但是通过极低的成本快速发现哪些关键电路功能不良。已经能够满足大部分产线在测试和维修方面的要求，性价比高。
相比于使用继电器切换测量通道的方法，本发明不会去切换每路的连接，因此不需等待切换线路后信号的稳定时间，测量速度快，测量值更稳定可靠。
相比于ICT，本发明还可以测量板内电源的电压值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1是本发明的实施例1的结构方框图；
图2是本发明的实施例2的方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。
实施例1
参照图1所示：一种模块化电阻电压测量装置，包括测试架5、多个电阻电压采集模块4、主控底板、多串口管理电路；
所述测试架上设有可拆卸的用于固定待测PCBA板的托盘和设置在托盘上的多组顶针；每一组顶针和待测PCBA板上的测试点一一对应；
所述电阻电压采集模块用于采集一组顶针对应的测试点的电压和/或电阻值、将电压和/ 或电阻值通过串口发送给主控底板；
所述主控底板上连接所述的电阻电压采集模块、多串口管理电路；
所述多串口管理电路通过轮询的方式从多个电阻电压采集模块的串口获取电阻和/或电压的测试数据。
其工作原理在于：多串口管理电路连接在主控底板上，多串口管理电路控制电阻电压采集模块是采集电阻还是电压，如果是采集电压，那么会通知测试架对PCBA板上电，如果是采集电阻，则会通知测试架对PCBA板断电。
如果既要采集电压又要采集电阻，可以在PCBA板上电后，等待PCBA板稳定后，通过多个电阻电压采集模块一次性采集完所有的测试点的电压，多串口管理电路通过轮询多个电阻电压采集模块的串口获取电压数据，再控制测试架对PCBA板断电，通过多个电阻电压采集模块一次性采集完所有的测试点的电阻，多串口管理电路通过轮询多个电阻电压采集模块的串口获取电阻数据。
相比于传统的ICT测试设备，其结构简单，既可以测电阻，又可以测电压，其设备设计制造成本可降低到1000元以下，如果要更换版型，只需要更换测试架上的托盘即可。
相比于其他的通过继电器进行电压测试的设备来说，其无需进行切换，可一次测试轮询获取结果，不会产生电压波动。
优选地，所述主控底板上设有插槽、电源，所述电阻电压采集模块电连接在所述插槽上；所述顶针通过顶针线连接至插槽；所述电阻电压采集模块通过插槽和主控底板通信连接，所述电源通过插槽向电阻电压采集模块供电，所述串口管理电路包括16路串口芯片2和单片机 3，所述串口芯片用于接收电阻电压采集模块的串口的数据，所述单片机用于控制串口芯片通过轮询的方式采集电阻电压采集模块的串口的数据、控制电阻电压采集模块采集电阻数据或电压数据、用于在电阻电压采集模块采集测试点电阻时对PCBA板断电、电阻电压采集模块采集测试点的电压时对PCBA板上电。单片机优选为C51。
在本实施例中，还包括上位机1，所述上位机和主控底板电连接。上位机主要是用于对单片机进行控制，控制人员可预先写入程序，对于待测试板的测试方法预先存储到上位机中，在测试时，将测试方法发送给单片机，通过单片机控制对哪些电阻电压采集模块的串口进行轮询、控制对测试架上的PCBA板是上电还是断电、判断测试结果是否稳定且在不稳定的情况下该如何处理。
同时，上位机还接收串口芯片的数据，可生成测试报告显示给测试人员。
实施例2
如图2所示，一种模块化电阻电压测量方法，采用如实施例1所述的测量装置进行测量，其方法具体为：
步骤1：多串口管理电路下发测试指令至电阻电压采集模块；
多串口管理电路的单片机下发电压测试指令或电阻测试指令到各电阻电压采集模块；并在测电压时通知测试架对PCBA板上电，在测电阻时通知测试架对PCBA板断电。
单片机还控制串口芯片通过轮询的方式采集电阻电压采集模块的串口的数据。
步骤2：电阻电压采集模块通过顶针检测待测PCBA板上的测试点的电阻和/或电压；
顶针通过顶针线连接至主控底板，并电连接至插槽，通过插槽将电信号发送至电阻电压采集模块；
所述步骤2中，进行电阻和/或电压的值的采集时，进行多次数据采集；
判断数值稳定的标准为：若第A次采集的值与前面第A-N次到第A-1次采集的值的滑动平均值误差在M％以内，则判断为数值稳定，其中，N为3、4或5；A>N，M％＜20％；
如果不满足数值稳定的标准，则继续进行电阻和/或电压的值的采集并判断采集的值是否达到数值稳定的标准；A、N为正整数。
重复进行X次判断后，仍然无法满足数值稳定的标准的，则判定该点测试失败，X＞15。
步骤3：多串口管理电路通过轮询的方式从各电阻电压采集模块的串口获取待测PCBA 板上的测试点的电阻和电压的值。
当多串口管理电路获取到任一电阻电压采集模块的电压值超过了预设阈值，则控制 PCBA板断电。预设阈值一般大于该测试点的合格电压值且小于该测试点的合格电压值的2 倍。
步骤4：上位机从多串口管理电路获取电阻和电压的值并判断电阻和电压的值是否合格。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种模块化电阻电压测量装置，其特征在于，包括测试架、多个电阻电压采集模块、主控底板、多串口管理电路；
所述测试架上设有可拆卸的用于固定待测PCBA板的托盘和设置在托盘上的多组顶针；每一组顶针和待测PCBA板上的测试点一一对应；
所述电阻电压采集模块用于采集一组顶针对应的测试点的电压和/或电阻值、将电压和/或电阻值通过串口发送给主控底板；
所述主控底板上连接所述的电阻电压采集模块、多串口管理电路；
所述多串口管理电路通过轮询的方式从多个电阻电压采集模块的串口获取电阻和/或电压的测试数据。
2.根据权利要求1所述的模块化电阻电压测量装置，其特征在于，所述主控底板上设有插槽、电源，所述电阻电压采集模块电连接在所述插槽上；所述顶针通过顶针线连接至插槽；所述电阻电压采集模块通过插槽和主控底板通信连接，所述电源通过插槽向电阻电压采集模块供电。
3.根据权利要求1所述的模块化电阻电压测量装置，其特征在于，所述串口管理电路包括串口芯片和单片机，所述串口芯片用于接收电阻电压采集模块的串口的数据，所述单片机用于控制串口芯片通过轮询的方式采集电阻电压采集模块的串口的数据、控制电阻电压采集模块采集电阻数据或电压数据。
4.根据权利要求3所述的模块化电阻电压测量装置，其特征在于，所述单片机还用于在电阻电压采集模块采集测试点电阻时对PCBA板断电、电阻电压采集模块采集测试点的电压时对PCBA板上电。
5.根据权利要求3所述的模块化电阻电压测量装置，其特征在于，还包括上位机，所述上位机和主控底板电连接。
6.一种模块化电阻电压测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一所述的测量装置进行测量，其方法具体为：
步骤1：多串口管理电路下发测试指令至电阻电压采集模块；
步骤2：电阻电压采集模块通过顶针检测待测PCBA板上的测试点的电阻和/或电压；
步骤3：多串口管理电路通过轮询的方式从各电阻电压采集模块的串口获取待测PCBA板上的测试点的电阻和电压的值。
7.根据权利要求6所述的模块化电阻电压测量方法，其特征在于，在步骤2中，如果要测试待测PCBA板上的测试点的电压，通过多串口管理电路控制PCBA板上电；如果要测试待测PCBA板上的测试点的电阻，通过多串口管理电路控制PCBA板断电。
8.根据权利要求6所述的模块化电阻电压测量方法，其特征在于，还包括步骤4；
步骤4：上位机从多串口管理电路获取电阻和电压的值并判断电阻和电压的值是否合格；
所述步骤3中，当多串口管理电路获取到任一电阻电压采集模块的电压值超过了预设阈值，则控制PCBA板断电。
9.根据权利要求7所述的模块化电阻电压测量方法，其特征在于，所述步骤2中，进行电阻和/或电压的值的采集时，进行多次数据采集；
判断数值稳定的标准为：若第A次采集的值与前面第A-N次到第A-1次采集的值的滑动平均值误差在M％以内，则判断为数值稳定，其中，N为3、4或5；A>N，M％＜20％；
如果不满足数值稳定的标准，则继续进行电阻和/或电压的值的采集并判断采集的值是否达到数值稳定的标准；A、N为正整数。
10.根据权利要求9所述的模块化电阻电压测量方法，其特征在于，重复进行X次判断后，仍然无法满足数值稳定的标准的，则判定该点测试失败，X＞15。
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2020
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