Automatisierte Testsysteme

Qualitätssicherung in der Elektronikfertigung mit LabVIEW- und Data-Mining-Techniken

Vor allem in der Elektronikbranche bedarf es besonderer Prüfprozesse, welche die Qualitätsstandards der Produkte stetig und ganzheitlich überprüfen. Um die hohe Qualität der Produkte bei SYS TEC electronic zu sichern, werden verschiedene automatisierte Funktionstests über den gesamten Produktionsprozess durchgeführt. Die Steuerung und Bedienung der Testabläufe erfolgt dabei vorrangig mit LabVIEW. Hierdurch können auch kleine Stückzahlen entsprechend der Testanforderungen geprüft werden.

Ein Testplatz besteht zunächst aus Standardgeräten wie zum Beispiel programmierbare Netzteile, fernsteuerbare Messgeräte und Kalibratoren sowie Schaltmatrizen und Standard-IO-Geräten. Hinzu kommen Boundary Scan-Geräte. Diese ermöglichen es, den Prüfling mittels individueller Gegenstellen wie beispielsweise Widerstandslasten und Funktionssimulatoren zu prüfen. Ist eine solche Testhardware nicht mit Standardgeräten realisierbar, wird diese von der Schaltung bis zur Mechanik bei SYS TEC electronic selbst entwickelt sowie hergestellt.

Des Weiteren bedarf es einer spezifischen Testsoftware, die ebenfalls inhouse von unseren Ingenieuren entwickelt wird. Statistische Auswertungen und automatisierte Kennzahlen können somit exakt und in Echtzeit ermittelt werden. Qualitäts- und Effizienzkennzahlen wie zum Beispiel Ausfallrate, First Pass Yield und Soll-Ist-Zeit-Vergleiche sind jederzeit abrufbar. Die Früherkennung für den jeweiligen Wartungsbedarf (Predictive Maintenance) ist ebenfalls zu jedem Zeitpunkt realisierbar.

Mit diesen drei wesentlichen Bestandteilen entwickelt SYS TEC electronic seit über 27 Jahren erfolgreich Testsysteme für die Elektronikfertigung und setzt sie auch in der eigenen Serienproduktion ein. Es steht demnach eine modulare Testhardware mit modularer sowie framework-basierter Software zur Verfügung. Die Entwicklungszeiten sind kurz und die Testsysteme optimal auf die jeweiligen Produkte angepasst. Die moderne grafische Bedienerführung reduziert den Aufwand für das Personal auf ein Minimum und vermindert das Risiko für Bedienfehler.

Automatisierte Testsysteme am Beispiel unserer Elektronikfertigung

Zur Sicherstellung einer kontinuierlich hohen Qualität werden bei der SYS TEC electronic gefertigte Baugruppen einem Produktionstest unterzogen. Der Test dieser Baugruppen (Device Under Test - DUT) erfolgt mittels automatischer Testsysteme, die SYS TEC electronic selbst entwickelt und integriert. Diese Testsysteme werden auf Basis einer Vielzahl von verfügbaren Mess- und Prüfmitteln an die jeweiligen Anforderungen des DUT angepasst.

Die Steuerung und Bedienung der Testabläufe erfolgt mittels LabVIEW. Hierdurch gelingt es, auch kleine Stückzahlen entsprechend der Testanforderungen zu prüfen. Alle Testergebnisse werden in Datenbanken gespeichert. Dies ermöglicht eine maschinelle Auswertung der Daten, um beispielsweise Werksprüfzeugnisse zu erstellen oder die Qualität der Fertigung zu bewerten und gezielt zu steuern. Die Identifikation der DUT geschieht über eine Reihe eindeutiger Seriennummern. Es werden die gemessenen und bewerteten Ergebnisse der einzelnen Testschritte, Kalibrierdaten, Programminformationen sowie weitere produktspezifische Informationen zu jedem DUT hinterlegt. Betrachtet man die Komplexität moderner Steuerungsgeräte, wird ein hochautomatisierter Testablauf für eine kostenoptimierte Serienfertigung unabdingbar. Nachfolgend werden die Möglichkeiten anhand eines Beispiels gezeigt:

Der Funktionstest beginnt mit dem Zuschalten der Versorgungsspannung und dem Messen der Stromaufnahme. Liegt der Strom außerhalb der zulässigen Toleranzgrenze, erfolgt ein sofortiges Abschalten des DUT, um Beschädigungen durch Kurzschlüsse zu verhindern. Die CPU mit den zugehörigen Speichern (Flash, RAM, EEPROM etc.) wird mittels Boundary Scan getestet. Die Programmierung der Firmware des DUT läuft ebenfalls via Boundary Scan ab.

Das DUT hat 42 Eingänge mit unterschiedlichen Funktionen. Die Eingänge können über Software als digitale Eingänge (DI) im Sink oder Source Mode, als Zählereingänge, für die Pulsweitenmessung, Frequenzmessung oder als A/B Encoder-Eingänge verwendet werden. 16 Eingänge können weiterhin als analoge Eingänge für verschiedene Messgrößen (0..5V, 0..36V, 0..20mA, Widerstandsmessung 0..1kΩ und 0..2kΩ) konfiguriert werden. Diese Funktionen werden im Produktionstest verifiziert, indem die unterschiedlichen, durch einen Kalibrator steuerbaren Spannungsquellen, A/B-Encodersimulator und Frequenzgenerator erzeugt sowie über eine Matrix mit den Eingangspins des DUT verbunden werden. Die Steuerungssoftware für den Testplatz simuliert die Signalgeber, schaltet die Signalwege der Matrizen und liest die Messwerte aus dem DUT aus. Über einen Soll-Ist-Zeit-Vergleich wird die Bewertung der jeweiligen Funktion vorgenommen. Analoge Eingänge werden durch Simulation mit mehreren Messwerten aus dem gesamten Messwertbereich auf Einhaltung der Genauigkeitsanforderungen geprüft. Durch die Berechnung der Parameter Gain und Offset für jeden Messbereich und jeden Kanal erfolgt eine Kalibrierung der analogen Eingänge. Bauteiltoleranzen werden hierdurch eliminiert und die geforderte, hohe Genauigkeit der Eingänge sichergestellt.

Die 28 kurzschlussfesten, digitalen Ausgänge sind wahlweise als high-side oder low-side-Ausgang verwendbar und unterstützen zusätzlich PWM (Pulse Width Modulation) sowie PTO (Periodic Timer Output). Diese werden durch automatisiertes Zu- und Abschalten von Lasten geprüft. Über die Verwendung von softwaregesteuerten Matrizen wird es möglich, jeden Ein- oder Ausgang des DUT, je nach dessen Funktion, mit dem zugehörigen Mess- oder Prüfmittel zu verbinden.

Die Kommunikationsschnittstellen des DUT (2x CAN, 1x RS422/RS484, 1x RS232) werden über entsprechende Adapter mit dem PC verbunden und über die LabVIEW-Software angesprochen. Somit lassen sich zum Beispiel die verschiedenen Modi (RS422, RS485, RS232) prüfen.

Die Kontaktierung des DUT mit dem Testplatz wird über einen speziell angefertigten Nadelbettadapter gewährleistet. Am Ende eines erfolgreichen Tests erfolgt ein automatischer Druck des Typenschildes und die Erstellung des Werkprüfzeugnisses.

Weitere Testschritte, wie beispielsweise Klimatests (BurnIn) oder auch In-Circuit-Test (ICT), sind ebenfalls möglich.

 

 

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