СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТРОЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ТЕСТОВ
METHOD OF CREATING CONTROL-DIAGNOSTIC TESTS

Техническое решение относится к области технической диагностики, в частности к автоматизированному контролю работоспособности и диагностике неисправностей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) с применением автоматизированных контрольно-диагностических установок на основе компьютерной техники и цифровой измерительной техники.
При реализации автоматизированного контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА большую трудоемкость составляют работы по формированию контрольно-диагностических тестов. В целях сокращения трудозатрат по подготовке тестов используют различные способы автоматизированного формирования контрольно-диагностических тестов.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ формирования контрольно-диагностических тестов по патенту RU №2261471 C1 (G06F 11/22, G05B 23/00, опубл. 27.09.2005 г., Бюл. №27), принятый за прототип.
Известный способ формирования тестов по патенту RU 2261471, принятый за прототип, основан на формировании комбинаций входных тестовых электрических сигналов с заданными сочетаниями параметров сигналов и с заданными последовательностями подачи входных сигналов, соответствующими подаче входных сигналов при штатной работе контролируемых изделий РЭА соответствующего типа при их применении по назначению, а также на определении эталонных значений параметров электрических сигналов отклика с выходов эталонного образца изделия РЭА и с промежуточных точек эталонного образца изделия РЭА, занесении комбинаций значений входных тестовых сигналов и соответствующих им сочетаний эталонных значений параметров электрических сигналов отклика с выходов контролируемого изделия и с промежуточных точек изделия в базу данных ЭВМ автоматизированной контрольно-диагностической установки, сформированную совокупность контрольно-диагностических тестов, включающую необходимые комбинации входных тестовых сигналов и соответствующие этим тестам совокупности эталонных значений параметров сигналов отклика с выходов и промежуточных контрольных точек изделия, используют в дальнейшем для контроля исправности и диагностики неисправностей образцов изделий РЭА данного типа.
Достоинством известного способа формирования контрольно-диагностических тестов, принятого за прототип, является возможность автоматизации формирования тестов при использовании для этих целей контрольно-диагностической установки и заведомо исправного (эталонного) натурного образца изделия РЭА данного типа (эталонной физической модели данного типа изделия РЭА).
Недостатками известного способа формирования тестов по патенту RU 2261471 являются необходимость обеспечения надежного электрического контакта входов щупов контрольно-диагностической установки с промежуточными точками электрических цепей изделия и необходимость последовательного обхода всех этих точек для формирования тестов диагностики неисправностей изделия.
Это влечет за собой необходимость разрушения влагозащитных покрытий в промежуточных точках образцов изделий РЭА (объектов диагностики) для подключения к этим точкам входов (щупов) контрольно-диагностической установки, в том числе в тех местах, где по результатам диагностики не будет выявлено неисправностей. Применение диагностических тестов, сформированных по способу-прототипу, требует последовательного обхода промежуточных контрольных точек от выхода ко входу диагностируемых электрических цепей изделия РЭА, что усложняет как процедуру формирования диагностических тестов, так и процедуру диагностики неисправностей и снижает производительность работ по диагностике РЭА. Кроме того, при высокой плотности монтажа электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и высокой степени интеграции элементной базы РЭА (что характерно для современных и перспективных изделий РЭА) доступ щупом контрольно-диагностической установки к промежуточным точкам электрических цепей изделий РЭА как в процессе формирования диагностических тестов, так и в процессе диагностики с применением тестов, сформированных по способу-прототипу, затруднен. Надежный контакт щупа контрольно-диагностической установки не обеспечивается из-за проблематичности его закрепления (особенно при плотном монтаже ЭРЭ). Это снижает достоверность формируемых тестов и глубину диагностики неисправностей с применением тестов, сформированных по способу-прототипу.
Целью заявленного технического решения является устранение недостатков способа-прототипа, а именно:
1) исключение необходимости контакта щупа контрольно-диагностической установки с промежуточными точками электрических цепей изделия при диагностике РЭА с применением тестов, сформированных по заявленному способу;
2) исключение необоснованного повреждения влагозащитного покрытия контролируемых образцов изделия РЭА при диагностике их неисправностей с применением тестов, сформированных по заявленному способу;
3) повышение достоверности диагностики неисправностей современных и перспективных типов изделий РЭА с повышенной плотностью монтажа ЭРЭ при использовании диагностических тестов, сформированных по заявленному способу;
4) повышение производительности формирования диагностических тестов и последующей диагностики неисправностей и ремонта изделий РЭА с применением тестов, сформированных по заявленному способу.
Заявленный технический эффект достигается тем, что в способе формирования контрольно-диагностических тестов, основанном на формировании комбинаций входных тестовых электрических сигналов с заданными сочетаниями параметров сигналов и с заданными последовательностями подачи этих сигналов на входы контролируемого образца изделия РЭА, а также на определении эталонных значений параметров электрических сигналов отклика с выходов эталонного заведомо исправного образца изделия РЭА данного типа, используемого в процессе формирования тестов, перед началом формирования тестов с помощью цифровой съемки в оптическом диапазоне получают снимок монтажной стороны изделия РЭА с четко идентифицированными на нем типами ЭРЭ, их позиционными положениями и маркировкой, для каждой комбинации входных тестовых электрических сигналов одновременно с определением эталонных значений параметров электрических сигналов отклика с выходов эталонного заведомо исправного образца изделия РЭА данного типа получают с помощью цифровой инфракрасной видеосъемки эталонные цифровые инфракрасные изображения эталонного образца изделия РЭА данного типа, отображающие различия тепловых режимов ЭРЭ в местах их расположения на эталонном образце изделия РЭА данного типа при установившихся электрических режимах ЭРЭ, заносят полученные данные в базу данных ЭВМ контрольно-диагностической установки и используют для последующего контроля исправности и диагностики неисправностей изделий РЭА данного типа.
При этом для повышения достоверности формирования эталонных ИК-изображений к последующей диагностике неисправностей при получении инфракрасных изображений эталонного образца изделия РЭА принимают меры по исключению влияния сторонних оптических и тепловых излучений на эталонный образец и на объектив инфракрасной видеокамеры, используемой при формировании диагностических тестовых инфракрасных изображений эталонного образца изделия РЭА. Исключение влияния сторонних излучений может быть обеспечено соответствующей экранировкой зоны съемки, например применением сменных экранирующих кожухов (тубусов), устанавливаемых широкой стороной на края монтажной поверхности эталонного образца изделия РЭА. Вершину (горловину) тубуса используют для установки объектива инфракрасной видеокамеры.
Одним из эталонных инфракрасных изображений, получаемых при формировании тестов по заявленному способу, является цифровой инфракрасный снимок исходного состояния эталонного образца изделия РЭА в статике - при подключенном электропитании и при отсутствии подачи на него других входных тестовых воздействий.
Эталонный цифровой снимок эталонного образца изделия РЭА в оптическом диапазоне и эталонные цифровые инфракрасные снимки для соответствующих комбинаций входных тестовых воздействий формируют с одной и той же позиции таким образом, чтобы местоположение изображений одних и тех же ЭРЭ на снимках в оптическом диапазоне и их «тепловые портреты» на снимках в инфракрасном диапазоне могли быть совмещены при воспроизведении на экране монитора ЭВМ, а изображение маркировки типа и конструктивной позиции ЭРЭ упрощало подборку ЭРЭ для замены дефектных ЭРЭ, обнаруженных по результатам диагностики неисправностей на основе эталонных инфракрасных изображений изделия РЭА, полученных при формировании контрольно-диагностических тестов по заявленному способу.
Техническая реализация заявленного способа формирования тестов поясняется на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной контрольно-диагностической установки (для которой предназначены формируемые тесты), подключенная к эталонному образцу соответствующего типа изделия РЭА. На фиг.2 поясняются особенности взаимного расположения монтажной поверхности изделия РЭА и видеокамеры, а также принцип защиты (экранировки) от влияния побочных излучений на формирование эталонных изображений изделия РЭА.
В состав контрольно-диагностической установки фиг.1, используемой для формирования контрольно-диагностических тестов по заявленному способу (аналогичной по составу установкам для контроля и диагностики изделий РЭА, в которых в дальнейшем должны использоваться формируемые тесты), входят:
- эталонный (заведомо исправный) образец изделия 1 РЭА соответствующего типа, для которого формируются тесты;
- комплект источников 2 входных тестовых сигналов (включая источники электропитания), выходы которых подключены ко входам эталонного образца изделия 1;
- комплект измерителей 3 параметров электрических сигналов отклика;
- ЭВМ 4 контрольно-диагностической установки, кодовый выход которой подключен к входам управления источников 2 входных тестовых сигналов, а входы подключены к кодовым выходам измерителей 3 параметров электрических сигналов отклика и к выходу цифровой видеокамеры 5;
- цифровая видеокамера 5, установленная над эталонным образцом изделия 1 РЭА (см. фиг.2) с помощью сменного кожуха (тубуса) 6, который обеспечивает защиту эталонного образца изделия 1 от воздействия сторонних излучений, а также обеспечивает установку объектива цифровой видеокамеры 5 на расстоянии «Н» таким образом, чтобы эталонный образец изделия 1 с установленными на нем ЭРЭ (интегральными схемами, транзисторами, резисторами, диодами и др.) полностью находился в поле съемки «α» объектива видеокамеры 5.
После подготовки установки фиг.1 с учетом фиг.2 к работе и подключения эталонного образца изделия 1 получают эталонный цифровой снимок (в оптическом диапазоне) изделия 1 с установленными ЭРЭ. С этой целью в состав установки единовременно включают цифровую видеокамеру 5 оптического диапазона или цифровой фотоаппарат, обеспечивающий необходимую четкость снимка монтажной стороны изделия 1 таким образом, чтобы на снимках однозначно идентифицировались не только тип и позиционное положение каждого ЭРЭ, но и их маркировка, позволяющая в дальнейшем их идентифицировать по результатам диагностики для подбора соответствующих исправных ЭРЭ того же типа и с теми же параметрами. Это упростит подборку необходимых ЭРЭ при последующем ремонте неисправных образцов изделий РЭА по результатам диагностики их неисправностей с помощью тестов, сформированных по заявленному способу.
Если маркировка отдельных ЭРЭ или размещение ЭРЭ осуществлено с двух сторон, то используют эталонные снимки двух сторон контролируемого изделия.
Полученный цифровой снимок эталонного образца изделия 1 в оптическом (видимом) диапазоне по стандартному интерфейсу (например, USB) передается в ЭВМ 4 и заносится в базу данных (в пакет тестов для данного типа изделия РЭА). После этого оптическая видеокамера снимается (более для данного типа изделия РЭА не используется), и вместо нее согласно фиг.2 устанавливается цифровая инфракрасная видеокамера 5, с помощью которой в дальнейшем получают соответствующие эталонные диагностические изображения монтажной стороны эталонного образца изделия 1 в инфракрасном диапазоне, отображающие тепловые режимы («тепловые портреты») работающих (исправных) и отказавших (неисправных) ЭРЭ.
Последующее формирование контрольно-диагностических тестов по заявленному способу с применением установки фиг.1 с учетом фиг.2 происходит циклически и включает следующие действия на каждом шаге формирования тестов:
1) задание от ЭВМ 4 комбинаций параметров электрических входных тестовых сигналов, подаваемых от источников 2 тестовых воздействий на входы эталонного образца изделия 1 (включая подачу электропитания);
2) измерение с помощью измерителей 3 под управлением от ЭВМ 4 параметров эталонных сигналов отклика с выходов эталонного образца изделия 1 (получаемых в ответ на подачу соответствующей комбинации входных тестовых воздействий) и занесение кодовых значений эталонных параметров сигналов отклика в базу данных ЭВМ 4;
3) получение под управлением от ЭВМ 4 изображения эталонного образца изделия 1 в инфракрасном диапазоне. Получаемое с помощью инфракрасной цифровой видеокамеры 5 изображение («тепловой портрет» изделия РЭА) отражает тепловые режимы ЭРЭ для исправного состояния эталонного образца изделия 1, соответствующего поданной на входы изделия 1 от источников 2 комбинации входных тестовых сигналов, и является эталонным;
4) занесение эталонного цифрового инфракрасного изображения эталонного образца изделия 1 для данной комбинации входных тестовых сигналов в базу данных ЭВМ 4.
После перебора всех заданных комбинаций входных тестовых сигналов в базе данных ЭВМ 4 создается полный массив контрольно-диагностических тестов, позволяющих определить (с применением контрольно-диагностических установок фиг.1 и фиг.2) исправность или неисправность изделий РЭА данного типа в целом, а также провести глубокую диагностику неисправностей с определением местонахождения и типа каждого неисправного ЭРЭ на образцах изделий РЭА данного типа (объектах контроля).
Контроль исправности образцов изделий РЭА данного типа с использованием сформированных указанным способом тестов проводят путем подачи на входы контролируемого образца изделия 1 комбинаций входных тестовых сигналов и измерения параметров сигналов откликов (как и в рассмотренной процедуре формирования тестов с использованием эталонного образца изделия 1). Измеренные значения параметров сигналов отклика сравнивают в ЭВМ 4 с предварительно сформированными эталонными значениями этих же параметров (для этих же комбинаций входных тестовых сигналов) с учетом установленных допусков. Для исправного образца изделия измеренные параметры сигналов отклика должны совпадать с эталонными значениями (отличия не должны выходить за допуски, установленные при формировании тестов). Несовпадение (выход за пределы допусков) измеренных значений параметров сигналов отклика с эталонными значениями этих же сигналов хотя бы по одной комбинации входных тестовых сигналов является признаком неисправности контролируемого образца изделия. Пределы допусков могут устанавливаться, например, по данным из технических условий на объекты контроля.
Диагностику неисправностей забракованного по результатам контроля образца изделия РЭА проводят применительно к исходному статическому состоянию изделия РЭА (при включенном электропитании и при отсутствии входных тестовых сигналов) и для комбинаций входных тестовых сигналов, по которым в процессе контроля были выявлены несовпадения измеренных значений параметров сигналов отклика и эталонных значений параметров этих же сигналов отклика (выявлены факты неисправности контролируемого образца изделия РЭА).
В исходном состоянии на входы электропитания образца изделия 1 от программно управляемых источников электропитания (входящих в комплект источников 2 входных сигналов) подают штатные параметры электропитания. При отсутствии тестовых входных сигналов с помощью цифровой инфракрасной видеокамеры 5 получают изображение («тепловой портрет») образца изделия 1 РЭА. Сравнивают (визуально на экране монитора ЭВМ 4 и автоматически по программе сравнения изображений) полученное инфракрасное изображение контрольного образца изделия РЭА с эталонным изображением (для такого же исходного состояния исправного эталонного образца изделия), полученным при формировании тестов по заявленному способу. В результате сравнения выявляют местоположения ЭРЭ, изображения которых («тепловые портреты») отличаются от эталонных. Дефектные ЭРЭ будут отличаться на тепловых портретах изделия или более высокой (для коротких замыканий), или более низкой (для обрывов ЭРЭ, пробоев переходов транзисторов и т.п.) температурой неисправных ЭРЭ. Отмечают выявленные местоположения дефектных ЭРЭ на эталонном снимке данного типа изделия РЭА (полученное на первом шаге формирования тестов по заявленному способу в оптическом диапазоне), что позволяет идентифицировать тип неисправного ЭРЭ.
Далее поочередно задают на входы изделия 1 те комбинации входных тестовых сигналов, по которым были зафиксированы неисправности образца изделия 1. Для каждой комбинации входных тестовых сигналов получают инфракрасное изображение («тепловой портрет») контролируемого образца изделия, сравнивают его с эталонным изображением из базы данных ЭВМ 4, по отличиям текущего (для неисправного состояния образца изделия 1) и эталонного изображения устанавливают местоположение дефектных ЭРЭ. Отмечают дефектные ЭРЭ на эталонном снимке данного типа изделия (полученном при формировании тестов в оптическом диапазоне).
После проверки контролируемого образца изделия 1 по всем комбинациям входных тестовых воздействий, для которых были установлены неисправные состояния этого образца изделия, на эталонном снимке данного типа изделия РЭА будут отмечены позиции всех неисправных ЭРЭ, выявленных на каждом шаге диагностики данного образца изделия РЭА, т.е. будут отмечены местоположения неисправных РЭА и их типы, на основе чего будет установлен перечень запасных ЭРЭ, необходимых для ремонта данного образца изделия РЭА.
Таким образом, сформированные по заявленному способу тесты обеспечивают:
1) исключение необходимости контакта щупа контрольно-диагностической установки с промежуточными точками электрических цепей изделия при формировании диагностических тестов и при последующей диагностике неисправностей РЭА с применением сформированных тестов, т.к. неисправные ЭРЭ выявляются дистанционно и бесконтактно на основе сравнения текущих и эталонных инфракрасных изображений («тепловых портретов») образца изделия;
2) исключение необоснованных повреждений влагозащитного покрытия при формировании тестов и последующей диагностике контролируемого образца изделия. Нарушение влагозащитных покрытий производят по результатам диагностики только в местах замены неисправных ЭРЭ на исправные в процессе ремонта образца изделия;
3) повышение достоверности формируемых тестов, а также достоверности и глубины диагностики. На основе сравнения текущих (для неисправного состояния образца изделия) и эталонных (для исправного состояния эталонного образца изделия) инфракрасных изображений («тепловых портретов») РЭА обеспечивается достоверная идентификация местоположения и типа дефектных ЭРЭ при максимально возможной плотности монтажа;
4) повышение производительности формирования диагностических тестов, а также последующих диагностики и ремонта. Формирование диагностических тестов и последующая диагностика неисправностей изделий РЭА до уровня дефектных ЭРЭ обеспечивается автоматически (без участия оператора в перестановке места положения контрольных щупов). Места и типы дефектных ЭРЭ, подлежащих замене, определяют по эталонному снимку изделия РЭА, что упрощает подборку необходимых типов запасных ЭРЭ и ускоряет последующий ремонт образца изделия РЭА.
Техническая реализация установки фиг.1 и фиг.2, используемой для формирования тестов по заявленному способу, обеспечивается с применением типовых серийно выпускаемых технических средств, известных из уровня техники. При этом для формирования тестов используется установка такого же состава, как и для последующего контроля и диагностики образцов изделия РЭА с использованием тестов, сформированных заявленным способом.
В качестве эталонного образца изделия 1 используют заведомо исправный экземпляр образца изделия РЭА данного типа, полностью удовлетворяющий требованиям технических условий на данный тип изделия РЭА.
В качестве источников 2 входных тестовых электрических сигналов могут быть использованы программно управляемые источники электропитания, генераторы параллельных кодовых комбинаций сигналов, программно управляемые генераторы импульсов, генераторы сигналов специальной формы, программируемые генераторы высокочастотных сигналов и другие программно управляемые приборы, известные из уровня техники (аналогичные используемым при реализации способа-прототипа) и обеспечивающие имитацию реальных входных сигналов в соответствии с требованиями технических условий на данный тип контролируемого изделия 1.
В качестве измерителей 3 параметров сигналов отклика с выходов изделия 1 (в зависимости от типа контролируемого изделия РЭА) могут использоваться известные из уровня техники логические анализаторы, цифровые осциллографы, анализаторы спектра и другие измерительные приборы (аналогичные используемым для этих целей при реализации способа-прототипа и удовлетворяющие по метрологическим и эксплуатационным характеристикам требованиям технических условий на данный тип контролируемого изделия).
В качестве ЭВМ 4 в составе устройства фиг.1 могут использоваться типовые серийные персональные компьютеры, оснащенные необходимыми интерфейсами для подключения источников 2 входных тестовых сигналов, измерителей 3 параметров сигналов отклика и инфракрасной видеокамеры 5, обладающие необходимым быстродействием и объемом памяти.
В качестве цифровой ИК-видеокамеры 5 могут использоваться образцы серийных цифровых видеокамер инфракрасного диапазона, аналогичные используемым в составе промышленных тепловизоров и других устройств аналогичного назначения с разрешающей способностью, обеспечивающей достоверное получение изображений (тепловых портретов) наименьших по размерам ЭРЭ (резисторов, транзисторов, диодов, интегральных схем) на расстоянии «Н» от поверхности контролируемого образца изделия 1 согласно фиг.2. Минимальное значение расстояния «Н» должно выбираться таким, чтобы наименьший поперечный размер ЭРЭ на поверхности изделия соответствовал нескольким градациям разрешающей способности ИК-видеокамеры, т.е. обеспечивалось бы надежное наблюдение ЭРЭ минимальных размеров.
Кожух (тубус) 6 для размещения цифровой видеокамеры 5 может быть выполнен, в простейшем случае, из раскроя металлического листа с формированием конструкции в виде полой пирамиды (см. фиг.2) с размещением объектива инфракрасной видеокамеры 5 в вершине тубуса 6, как это показано на фиг.2. Нижний размер тубуса 6 должен быть таким, чтобы он закрывал всю поверхность контролируемого изделия 1 с расположенными на ней ЭРЭ.
В качестве ИК-видеокамеры 5 могут использоваться серийные цифровые ИК-видеокамеры, обладающие необходимой чувствительностью, разрешающей способностью и имеющие интерфейс для подключения к ЭВМ 4. Примерами таких ИК-видеокамер могут служить, в частности, ИК-камеры VOCORD Net Cam серии L и Н (поставщик в России: ЗАО «Вокорд Телеком»), ИК-видеокамера Micro Vista - NIR (поставщик в России: ООО «СЕДАТЕК») и др., имеющие разрешение не хуже 1280×1024 пикселей (что позволяет получить ИК-портреты достаточно малых ЭРЭ на изделии 1 - объекте диагностики).
Принцип получения ИК-изображений (тепловых портретов) изделий известен из уровня техники и широко используется в составе тепловизоров различного целевого назначения (см., например, «Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. Под ред. Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 2005, стр.537…543).
Эталонный цифровой снимок размещения ЭРЭ на изделии 1 (используемый для идентификации местоположения неисправных ЭРЭ и уточнения типов ЭРЭ, подлежащих замене при ремонте РЭА), может быть сформирован с помощью серийного цифрового фотоаппарата или видеокамеры оптического диапазона с цифровым выходом, с типовым интерфейсом (например, по стандарту USB), обеспечивающим получение цифрового снимка поверхности изделия РЭА необходимой четкости (с различием минимальных по размеру ЭРЭ) и ввод файлов кадров изображения цифрового снимка в ЭВМ 4 по стандартному интерфейсу.
Вместо эталонного цифрового снимка изделия 1 может использоваться конструкторская документация (чертеж общего вида изделия 1), представленная в электронной форме. В этом случае отпадает необходимость использовать цифровой фотоаппарат или цифровую видеокамеру оптического диапазона.
Таким образом, заявленный способ формирования тестов обеспечивает получение указанного ранее технического эффекта по устранению недостатков способа-прототипа и реализуется на основе типовых технических средств, известных из уровня техники.