微波產品靜態電阻自動化測試及效率提升

張令，史平怡，韓建林

（中國電子科技集團公司第29研究所，四川成都，610036）

0 引言

微波產品靜態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，根據射頻信號走向測試相應模塊、電路、檢波等輸入輸出端阻值。主要是為了測試微波產品中電源或者控制部分電阻，同時測試射頻部分的阻值[1]。通過靜態測試產品的對地和器件本身的好壞，達到能夠動態測試或調試的目的。隨著微波產品多品種，集成化和復雜化發展，對微波產品PCB板進行電阻測試已經成為一種棘手技術難題。如何有效，快速對微波產品PCB板靜態電阻測試是行業間研究重點課題。

隨著微系統集成技術不斷深入，微波產品的數字電路設計面臨小型化、集成化以及高密度等挑戰，傳統基于PCB板靜態電阻測試方式已經難以滿足集成和高效要求。將PCB板靜態電阻實現自動化測試，將為上述矛盾提供一種重要的解決方案[2]。

本文通過設計一種新型靜態電阻測試設備，對比傳統和自動化測試過程，切實提高靜態電阻測試時間。該設備在微波產品900件PCB靜態電阻測試，阻值在1000歐姆以下，標稱值±10%范圍內即為合格，經過試驗驗證該設備具有高效率，全覆蓋，無質量損壞實現靜態電阻測試，可以被應用于所有微波產品數字電路靜態電阻測試過程中，實現對微波產品全質量監控和追溯。其設計方法和結構將改變傳統手工靜態電阻測試方法，具有指導和借鑒意義[3]。

1 靜態電阻測試原理及方法

靜態電阻測試方法是采用內阻比較高的指針式三用表(如500型萬用表)的×1K電阻檔，測量微波產品上PCB板元器件的各引腳對地(即對PCB板的公用接地)或對公共點的正、反向電阻值，記錄下當前的測量值。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]。通過對每件產品進行測量比較靜態正、反向電阻值與設計值進行比較。若對比的阻值結果會有相差很大時，則可以定位到故障點。再進一步定位故障原因是斷路、短路或元器件損壞[4]。若對比設計值沒有變化或沒有多大變化時，說明產品質量正常。

傳統的測量方法是：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工作電阻，根據標稱值來判斷微波件是否為合格品。例如標稱值為10KΩ的電阻,它的輸入引腳對地，反向電阻為截止狀態；它的輸出腳對+5V電源的電阻為10～20KΩ反向電阻為無窮大。如果一個標稱電阻的輸入、輸出腳與電源或者地線直接導通，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，通過電路圖設計進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電阻測試位置點。在該1圖片中，需要靜態測試點包括射頻部分、數字控制電路和接地部分，共計45個點位置。根據接觸電阻（靜態）測試標準要求[6]，其中射頻端子共面波導便于探針臺測試，數字控制電路是有固定阻值的焊點作為測試點，接地部分主要是接地柱和組件殼體都需要被測試。

圖1 傳統靜態測試照片

很顯然傳統的人工用三用表進行微波產品靜態電阻測試通過人眼觀察觸點操作，效率低下，容易漏測或錯測，導致產品質量問題，還不滿足當下大規模產品生產和測試需求[7]。

2 自動化靜態電阻系統設計

2.1 方案設計

本文通過設計一種三軸機器人操作，通過搭建相應的軟硬件平臺實現對微波產品靜態電阻測試，如圖2框架所示。設計人員用CAD軟件繪制出微波產品PCB板的靜態電阻測試點，導入到控制計算機內。通過上位計算機控制改造后自動化測試設備和數字三用表，實現對靜態測試點準確定位、靜態電阻測量以及數據采集處理，并實現異常結果判斷。該設計可實現對微波產品PCB板和射頻部分電阻自動化靜態電阻測試。設計/中試人員通過保存新建產品編號和CAD圖紙，可實現多次調用，多次測試。

圖2 測試系統原理框圖

2.2 硬件搭建

自動化靜態電阻測試系統組成如圖3所示。系統由上位控制計算機、數字程控電源、數字三用表、改造用于測試的三軸機器人組成。設計人員將繪制完成靜態測試點CAD圖紙導入上位控制計算機，上位機通過用RS232通信協議與改造后三軸機器人的數字IO卡通信，實現對三軸機器人手臂對微波產品PCB或者模塊靜態電阻測試點準確定位。同時上位控制計算機通過GIPB線纜與數字程控三用表和數字程控直流電源連接，實現測試結果實時采集上報和微波產品加載電源的程控。數字程控三用表的地與三軸機器人底板互連，保證了微波產品接地良好。三用表的正極與三軸機器人手臂互連。需要指出的，三軸機器人手臂經過特殊設計，可實現探頭的彈性伸縮，為保證元器件靜態測試點焊點或者絕緣子不受探針損傷，探針彈性伸縮量在4mm。微波產品放置在三軸機器人底板由彈性夾具固定，夾具設計為彈性可變尺寸，保證產品接地良好同時又可以固定任意一微波產品在確定位置不移動。

圖3 自動化靜態測試系統硬件組成圖

3 系統的設計和實現

3.1 系統軟件環境

在PC控制計算機上，需要安裝儀器設備的驅動和相關軟件。（1）PC控制機需要安裝三軸機器人驅動程序，實現對改造后三軸機器人的自動控制。 （2）PC控制計算機上還需要安裝AutoCAD，繪制靜態電阻測試點坐標位置，實現對靜態測試點精準定位。該系統支持安裝有CAD2007、2008、2010版本，可對所有CAD圖紙準確識別和繪圖全覆蓋。 （3）PC控制計算機與電源和數字三用表儀器采用GPIB通信，與三軸機器人通信采用數字IO96卡，因此，PC控制計算機應安裝上述板卡的驅動程序。

3.2 系統實現和操作

通過以下步驟實現對帶測試點的圖紙的生成、加載以及自動測試。

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

圖4 自動靜態測試窗口

（2）在“編程模式”下點擊“初始化”，完成正方形300mm圖紙初始模板建立，對應其三軸機器人手臂運動區域范圍，該尺寸滿足所有目前微波件最大尺寸。在該區域內按1：1比例進行產品靜態測試點繪制，不得超出該區域繪制圖紙。

（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”、“測試點”四個圖層。“參考線”圖層繪制參考線，用于標識三軸機器人工作區域范圍。實際操作中點擊初始化，即可完成該圖層的繪制。“輔助”圖層用于輔助用戶繪制參考點和測試點。該圖層其輔助作用，可不繪制。“參考點”圖層用于繪制測試定位點，作用用于靜態測試前校準程序坐標和產品實際坐標，以確保后續靜態測試點坐標正確。“測試點”圖層用于繪制靜態測試點，該圖層繪制所有需要測試點位置坐標。

繪制參考點和測試點均以圓表示，圓心位置即為點的實際坐標位置，與圓半徑無關。測試點順序由圓的厚度決定，即測試順序為厚度為1，2，3，4……測試點，圓的厚度必須大于0。圓心Z坐標用于表示測試點高度。

繪制完畢圖紙，在靜態測試窗口“編程模式”中更改測試點名稱、測試項、控制碼、誤差范圍等測試參數設置。完成參數設置后點擊“生成程序”，完成帶測試點CAD圖紙繪制，生成后綴.mc3可執行文件，并選擇保存路徑，以便于下次直接調用。

在“編程模式”中點擊“加載程序”，選擇已生成好的圖紙可執行文件，程序后臺自動運行“MuCAD3-Light”程序，程序界面下如5圖所示，雙擊②處，將該生成可執行程序文件發送到三軸機器人。

圖5 可執行文件生成

程序發送給三軸機器人后，返回靜態測試界面，切換到“測試模式”點擊“刷新”刷新測試點信息。點擊“開始測試”，三軸機器人手臂按照繪制圖紙參考點和測試點依次進行數據采集和判斷。若中斷測試點擊“停止測試”。

4 自動化靜態測試的結果對比和效率提升

通過對微波產品的靜態電阻測試分別用手動測試和自動化測試進行結果對比，從實驗結果數據如表1所示。從統計結果來看，自動測試和標稱阻值差別不大，可以實現精確測試。

表1 手動和自動靜態電阻測試數據

4220 4218.5 4219.3 3200 3200.8 3200.5

通過對設備改造后，實現對微波產品靜態電阻測試全自動化測試，人工操作次數從以前平均44次，降低為4次，如表2所示。從表3可以看出，統計80件微波產品，靜態觸點時間從原來平均17.13分鐘/件降低到4.62分鐘/件。

表2 統計人工干涉靜態測試次數

表3 統計自動化測試節拍時間（min）

從工藝角度出發，在新自動化測試方案下對整個測試工藝流程進行了優化重排[8-11]，測試過程步驟減少很多節拍，同時實現了繪制CAD圖進行存檔，做到一次作圖，多次使用。

5 結論

本文從微波產品靜態電阻測試系統自動化需求出發，通過對生產線設備改造以及系統搭建，從軟硬件入手實現了微波產品靜態電阻自動化測試，從而提高了微波產品靜態電阻測試效率，提升了微波產品的質量，為微波產品大規模量產和測試提供了解決手段。