红外测温仪案例 ETG－SH030001

项目单位：天津一汽丰田汽车 仪器设备：NEC TH9100N 时间：2009-1

一、背景应用

早在六十年代,  美空军就开始了应用红外技术进行电子设备故障诊断的研究;  到了七十年代,  休斯航空公司已设计和开发了一系 列利用红外技术对电路板进行故障检测和隔离的自动测试系统,  但 仅能向测试人员提供故障区域;  直到八十年代,  高性能红外热像仪 和图像处理技术的发展,  在使用热成像技术对电路板进行故障检测 和诊断方面才有了较大的发展,  对热模式故障具有很强的诊断能力。

自然界一切温度高于绝对零度的物体,每时每刻都在辐射出具有 载体特征信息的红外辐射。斯忒藩-  玻耳兹曼定律指出,  从物体表面 辐射出的全部能量由物体的热力学温度和发射率决定。焦尔 2 楞次定 律告诉我们:  任何有一定阻值的电子元件,  当其通过一定的电流时就 要消耗功率,  引起元件温度升高,  其中相当一部分热量将转化为红外 辐射的形式。散发出去。 当 IC  通过插件板初始输入端加上电源或施 加激励后,  用红外热成像就可以看见板上  IC  产生的红外辐射, IC  的 热辐射表征了其电气状态和电路结构特性。一旦  IC  发生故障,  通常 板上元件的功耗也会变化,  从而改变  IC  插件板的红外热像,  通过观察和分析热像的变化就可以检测和定位电路的故障。

电子电路的故障一般分为短路、断路和接触不良。电路正常工作 与带故障时，电子元件所发出的红外线是不一样的，也就是说电路正 常工作时，电路板热成像与有故障的电路板热成像有很大区别。当电 子元件发生故障时，有两种情况：一是短路，短路时电流较大，元件 较热，其红外线辐射量大，此时热成像较正常是红外成像变化很大； 二是当元件断路（接触不良）时，流过元件的电流值几乎为零，所以， 元件温度较正常工作时低，几乎没有红外辐射，此时，热成像与正常 时热成像差别较大。利用这一原理很容易的就判断出电子电路故障点。

红外热成像为测试人员提供了一种独特的 IC  测试方法,  通过一 次红外扫描成像,  即可获取板上每个  IC  的功耗值,  并变成可视信息 供测试人员进行故障诊断。

  红外 PCB 图像

  红外 PCB 图像

  红外 PCB 图像

二、热成像检测电路故障方法

施加激励:  在进行热像采集前规定的时间内,  给被测  IC  板施加正常 工作时所需要的电源和必要的激励信号,  为获取可视热像作准备。热 像采集:  在被测件到达要求的预热时间时,  启动热像数据采集程序以 确定的温度分辨率对视场内被测件的红外热辐射进行采集,  并把相 关的信息  (  如环境温度、温度分辨被测件代号等)  写入热像数据中。 热像校正:  由于热像头成像的不稳定,  常使每次采集到的热像存在微 小的漂移,为保证数据的可靠性,必须对热像进行位置校正。 热像处理（可选）:  热像信号虽然经过硬件电路的放大和滤波,  但采 集到的热像数据中仍会存在噪声干扰,  应选择有效的算法进行软件滤波,  必要时还可以进行图像增强处理。

热像显示:  在热像采集时能以单色或灰度实时显示热像数据,  经数据加工后可以进行最多 256 种伪彩色显示。

热像存贮:  无论原始热像数据还是处理过的数据及其有关信息,  均可 以数据文件的形式保存,  以便存档备用。

标准热像:  在确定测试对象后,  必须对多个样品正常工作时所产生的热像进行统计平均作为标准热像,  从而在故障发生时通过对比找出 差别。

热像比较:  把被测件的实测热像和其标准热像同时显示,  供测试人员 观察比较,  而且可以求出并显示二者差值、和值热像。

电路位图:  主要显示被测  IC  板上元件布局和简明资料,  如芯片型 号、位置、正常工作温度等,  供测试人员参考。

热像分析:  向测试人员提供了单点温度、平均温度、剖面温度测量等多种方法,  还能进行热像放大,  以及直接在热像上显示出元件的热 图、形状和位置。参照电路位图资料确定异常部位。

三、案例资料

汽车组装中需要高速对流水线上产品进行在线检测，同时，电路 板在现代汽车部件中占到了一定的比重，电路板的质量控制也成为对 整部汽车的质量控制的一个重要组成部分。

一汽丰田此次购买的两台红外热象仪-TH7800N 即是用于对一汽生产 车间中的电路板元件进行检测。保证流水线上及组装过程中电路板的 质量，从而提高质量。
 

四、结论

客户的两台 TH9100 在调试与安装之后成功的应用于生产，获得 了客户的肯定。