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紅外測溫儀案例 ETG－SH030001

項目單位：天津一汽豐田汽車 儀器設備：NEC TH9100N 時間：2009-1

一、背景應用

早在六十年代,  美空軍就開始了應用紅外技術進行電子設備故障診斷的研究;  到了七十年代,  休斯航空公司已設計和開發了一系 列利用紅外技術對電路板進行故障檢測和隔離的自動測試系統,  但 僅能向測試人員提供故障區域;  直到八十年代,  高性能紅外熱像儀 和圖像處理技術的發展,  在使用熱成像技術對電路板進行故障檢測 和診斷方面才有了較大的發展,  對熱模式故障具有很強的診斷能力。

自然界一切溫度高于絕對零度的物體,每時每刻都在輻射出具有 載體特征信息的紅外輻射。斯忒藩-  玻耳茲曼定律指出,  從物體表面 輻射出的全部能量由物體的熱力學溫度和發射率決定。焦爾 2 楞次定 律告訴我們:  任何有一定阻值的電子元件,  當其通過一定的電流時就 要消耗功率,  引起元件溫度升高,  其中相當一部分熱量將轉化為紅外 輻射的形式。散發出去。 當 IC  通過插件板初始輸入端加上電源或施 加激勵后,  用紅外熱成像就可以看見板上  IC  產生的紅外輻射, IC  的 熱輻射表征了其電氣狀態和電路結構特性。一旦  IC  發生故障,  通常 板上元件的功耗也會變化,  從而改變  IC  插件板的紅外熱像,  通過觀察和分析熱像的變化就可以檢測和定位電路的故障。

電子電路的故障一般分為短路、斷路和接觸不良。電路正常工作 與帶故障時，電子元件所發出的紅外線是不一樣的，也就是說電路正 常工作時，電路板熱成像與有故障的電路板熱成像有很大區別。當電 子元件發生故障時，有兩種情況：一是短路，短路時電流較大，元件 較熱，其紅外線輻射量大，此時熱成像較正常是紅外成像變化很大； 二是當元件斷路（接觸不良）時，流過元件的電流值幾乎為零，所以， 元件溫度較正常工作時低，幾乎沒有紅外輻射，此時，熱成像與正常 時熱成像差別較大。利用這一原理很容易的就判斷出電子電路故障點。

紅外熱成像為測試人員提供了一種獨特的 IC  測試方法,  通過一 次紅外掃描成像,  即可獲取板上每個  IC  的功耗值,  并變成可視信息 供測試人員進行故障診斷。

  紅外 PCB 圖像

  紅外 PCB 圖像

  紅外 PCB 圖像

二、熱成像檢測電路故障方法

施加激勵:  在進行熱像采集前規定的時間內,  給被測  IC  板施加正常 工作時所需要的電源和必要的激勵信號,  為獲取可視熱像作準備。熱 像采集:  在被測件到達要求的預熱時間時,  啟動熱像數據采集程序以 確定的溫度分辨率對視場內被測件的紅外熱輻射進行采集,  并把相 關的信息  (  如環境溫度、溫度分辨被測件代號等)  寫入熱像數據中。 熱像校正:  由于熱像頭成像的不穩定,  常使每次采集到的熱像存在微 小的漂移,為保證數據的可靠性,必須對熱像進行位置校正。 熱像處理（可選）:  熱像信號雖然經過硬件電路的放大和濾波,  但采 集到的熱像數據中仍會存在噪聲干擾,  應選擇有效的算法進行軟件濾波,  必要時還可以進行圖像增強處理。

熱像顯示:  在熱像采集時能以單色或灰度實時顯示熱像數據,  經數據加工后可以進行最多 256 種偽彩色顯示。

熱像存貯:  無論原始熱像數據還是處理過的數據及其有關信息,  均可 以數據文件的形式保存,  以便存檔備用。

標準熱像:  在確定測試對象后,  必須對多個樣品正常工作時所產生的熱像進行統計平均作為標準熱像,  從而在故障發生時通過對比找出 差別。

熱像比較:  把被測件的實測熱像和其標準熱像同時顯示,  供測試人員 觀察比較,  而且可以求出并顯示二者差值、和值熱像。

電路位圖:  主要顯示被測  IC  板上元件布局和簡明資料,  如芯片型 號、位置、正常工作溫度等,  供測試人員參考。

熱像分析:  向測試人員提供了單點溫度、平均溫度、剖面溫度測量等多種方法,  還能進行熱像放大,  以及直接在熱像上顯示出元件的熱 圖、形狀和位置。參照電路位圖資料確定異常部位。

三、案例資料

汽車組裝中需要高速對流水線上產品進行在線檢測，同時，電路 板在現代汽車部件中占到了一定的比重，電路板的質量控制也成為對 整部汽車的質量控制的一個重要組成部分。

一汽豐田此次購買的兩臺紅外熱象儀-TH7800N 即是用于對一汽生產 車間中的電路板元件進行檢測。保證流水線上及組裝過程中電路板的 質量，從而提高質量。
 

四、結論

客戶的兩臺 TH9100 在調試與安裝之后成功的應用于生產，獲得 了客戶的肯定。