СПОСОБ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ
METHOD FOR THERMAL IMAGING DIAGNOSTICS OF RADIOELECTRONIC ELEMENTS ON PRINTED-CIRCUIT BOARD

Изобретение относится к области технической диагностики, в частности к диагностике состояния и диагностике неисправностей радиоэлектронной аппаратуры.
Известен способ-аналог диагностики состояния и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры, основанный на сличении электрических параметров тестируемых изделий и эталонных изделий данного типа. При этом данный способ основан на поочередной подаче на входы контролируемого устройства предварительно сформированных совокупностей входных тестовых сигналов и использовании в качестве критериев исправности схемы устройства эквивалентных им совокупностей сигналов отклика на выходах контролируемого устройства, измеренных контактным способом (Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т., т.9. Техническая диагностика. Под редакцией В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1987 г., с.177-179).
Недостатком данного способа является необходимость проведения специальных мероприятий, связанных с подачей на диагностируемое устройство тестовых электрических сигналов, и контактное измерение сигналов отклика, что позволяет провести диагностику устройства в целом и не позволяет локализовать неисправность с точностью до отдельно взятого элемента. Кроме того, в современных условиях при высокой плотности монтажа радиоэлектронных элементов на печатных платах применение диагностики на основе технологии контактных измерений требует временного вывода из работоспособного состояния диагностируемого устройства с целью проведения диагностики на специальных измерительных стендах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ-прототип, описанный в методике [С.А.Бажанов, А.В.Кузьмин, М.А.Вихров. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и высоковольтных линий РД 153-34.0-20.363-99, стр 104] и на Интернет-сайте [http://www.mrsk-ural.ru/ru/content/files/diagelek5.doc].
Способ диагностики электрооборудования основан на методе оценки теплового состояния электрооборудования и токоведущих частей в зависимости от условий их работы и конструкции путем сравнения измеренных значений температуры элементов электрооборудования с заведомо исправными элементами. При этом для количественной оценки состояния диагностируемого элемента электрооборудования допустимые значения температуры приводятся в виде табличных значений.
Недостатком способа-прототипа является проведение диагностики на основе выводов о дефектности элементов электрооборудования по результатам анализа численного значения превышения измеренного значения температуры элемента по сравнению с заведомо исправным. Так, например, при неисправном радиоэлектронном элементе возможно отсутствие выделения тепловой энергии, и как следствие, на тепловизионном изображении неисправный радиоэлектронный элемент будет иметь температуру ниже, чем исправный. Кроме того, предложенный способ диагностики, основанный на сравнении измеренных значений температуры элементов электрооборудования с заведомо исправными элементами, приводит к снижению эффективности диагностики за счет необходимости поиска и получения тепловизионных изображений заведомо исправных элементов, что практически лишает данную процедуру элементов автоматизации процесса диагностики и возможности ее применения при конвейерных производствах.
Техническим результатом изобретения является существенное повышение эффективности диагностики радиоэлектронной аппаратуры или ее отдельных элементов неконтактным способом за счет применения алгоритма, позволяющего автоматизировать идентификацию неисправных элементов.
Указанный результат достигается тем, что в способе тепловизионной диагностики радиоэлектронных элементов на печатной плате, заключающемся в получении тепловизионного изображения радиоэлектронных элементов на печатной плате и сравнении его с эталонным тепловизионым изображением из заранее созданной базы данных эталонных образов. При этом сравнение полученного и эталонного тепловизионных изображений осуществляют на основе двухэтапной процедуры. На первом этапе находят наиболее похожее (близкое) тепловизионное изображение из заранее созданной базы данных эталонных образов путем идентификации на основе расчета значения Евклидовых расстояний элементов векторов признаков из базы данных эталонных и исследуемых образов объектов, рассчитываемых по формуле [1]:
<mrow><msub><mi>d</mi><mi>j</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>P</mi><mi>j</mi></msub><mo>,</mo><mi>M</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>g</mi></munderover><mrow><msub><mi>W</mi><mi>q</mi></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>j</mi><mi>q</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mi>q</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo>,</mo><mtext>                       (1)</mtext></mrow>
jq
q
q
q
где j - номер объекта в библиотеке образов, g - количество элементов вектора признаков объекта, р - q-й элемент вектора признаков Pj из библиотеки образов, m - q-й элемент вектор признаков наблюдаемого объекта, W - весовой коэффициент q-гo элемента вектора признаков объекта, удовлетворяющий условию ΣW=1.
ji
ji
jk
В качестве вектора признаков включены такие геометрические и энергетические параметры, как относительные координаты энергетических центров излучения в прямоугольной системе координат (X, Y) и энергетические параметры в виде значения радиационной температуры соответствующего центра излучения T.
j
На основе минимальных значений d идентифицируется наиболее похожее (близкое) тепловизионное изображение из базы данных эталонных образов.
На втором этапе для наиболее похожего (близкого) из эталонных тепловизионных изображений и исследуемого объекта рассчитывается функция сходства S вида:
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>A</mi><mi>n</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext>                          (2)</mtext></mrow>
где А - число случаев, когда наблюдаемый элемент на тепловизионном изображении, описанный соответствующим элементом вектора признаков, обладает признаками, аналогичными объекту из базы данных эталонных образов, n - суммарное количество элементов признаков.
min jk
jk
max jk
jk
min jk
max jk
Если выполняется условие S=1, то принимается решение, что устройство исправно, для случая S<1 - устройство неисправно, проводят диагностику работоспособности каждого элемента на диагностируемой плате путем проверки условия (T≤T≤T), где T - радиационная температура j-гo элемента на диагностируемой печатной плате, °С; T - минимально возможная радиационная температура j-гo элемента на диагностируемой печатной плате, отражающая нижнюю границу теплового режима элемента, при котором он сохраняет свои технические и эксплуатационные характеристики, °С; T - максимально возможная радиационная температура j-гo элемента на диагностируемой печатной плате, отражающая верхнюю границу теплового режима элемента при котором он сохраняет свои технические и эксплуатационные характеристики, °С, если условие выполняется, элемент на диагностируемой печатной плате исправен, в противном случае - неисправен.
min jk
jk
max jk
Сущность изобретения заключается в том, что обнаружение неисправных радиоэлектронных элементов или работающих в режиме, характерном для низкого уровня надежности, например когда температурный режим элемента превышает допустимые значения, осуществляется путем получения тепловизионного изображения печатной платы с расположенными на ней радиоэлектронными элементами, сравнение его с эталонным тепловизионным изображением из заранее созданной базы данных эталонных образов на основе расчета функции сходства S, и если выполняется условие S=l, то принимается решение, что устройство исправно, для случая S<1 - устройство неисправно, проводят диагностику работоспособности каждого элемента на диагностируемой плате путем проверки условия (T<T<T), т.е. работает соответствующий радиоэлектронный элемент на печатной плате в заданном температурном режиме или нет.
Предлагаемое техническое решение характеризуется новизной, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что осуществление тепловизионной диагностики элементов на печатной плате радиоэлектронных средств, заключающейся в получении тепловизионного изображения радиоэлектронных элементов на печатной плате и сравнении его с эталонным тепловизионым изображением по алгоритму, предполагаемому идентификацию наиболее близкого тепловизионного изображения из базы данных эталонных образов, и поэлементной диагностике работоспособности каждого элемента на диагностируемой плате, путем проверки условия соответствия существующих тепловых режимов радиоэлектронных элементов эталонным значениям позволяет существенно повысить эффективность диагностики радиоэлектронной аппаратуры и его отдельных элементов неконтактным способом.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку для его реализации могут быть использованы стандартные тепловизионные устройства, радиоэлектронное оборудование и другие приспособления, выпускаемые промышленностью и имеющиеся на рынке.
Таким образом, применение тепловизионной диагностики неконтактным методом позволит реализовать неконтактный способ контроля неисправностей и проводить локализацию неисправностей с точностью до отдельно взятого радиоэлектронного элемента.