先进的电路板维修与测试技术V1.1(2)

先进的电路板维修与测试技术陕西机械工程学会设备与维修工程分会主讲人：刘安利教授问题导入问题导入1深入到元器件级2先进的电路在线测试技术34维修实例研析5焊接深入到元器件级3继电器三电元件1晶体管24光电耦合器件晶体振荡器5IGBT68显示装置9IC集成电路7变压器11PCB板程序芯片10问题导入具体内容5当今电子维修检测技术发展的最新趋势导致电路板损坏的几种因素2电子维修检测的一般性论述36为什么说任何电路板都有可能成为被维修的对象电路板维修检测的一般性流程41数控系统的构成与维修策略数控系统的构成与维修策略数控系统的硬体构成1数控设备故障诊断维修的一般思路2具体维修操作应注意的事项3具体维修操作应注意的事项1、从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相应的位置、连接的电缆号。对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作下记录，拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失。装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配会不完整。2、电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。3、测量线路间的阻值时，应断电源。测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。4、线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除阻焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。5、不应随意切断印刷线路，有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。6、不应随意拆换元器件，有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉哪一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率高，拆下的元件人为损坏率也较高。7、拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。8、更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。9、记录线路上的开关、跳线位置，不能够随意改变。两极以上的对照检查或互换元器件，应注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。10、查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。数控设备故障诊断维修的一般思路先观察问询再动手处置遵循由外到里，由浅入深的检修原则充分利用PC图查找故障点疑难故障的检测分析和快捷处理先观察问询再动手处置首先看报警信息，因为现在大多数CNC系统都有较完善的自诊断功能，通过提示信息可以马上知道故障区域，缩小检测范围。若故障发生后却无报警信息，则需要进一步用感官来了解设备状态，最重要的就是向操作人员问询故障发生的前因后果，来判断故障区域，以争取维修时间。遵循由外到里，由浅入深的检修原则通过我们对加工中心多年的维修经历来看，大多数故障根源都是来自于外部元器件，因其受外界因素影响较大。象机械碰撞磨损、冷却液腐积尘过多、润滑不良等，使这些年久失修的元器件处于不完好、不可靠状态，成为设备故障的最大隐患。如果我们手里有原理接线图，那就应该正规地按图纸去相应对照，顺序查找并针对性的去测试电位和波形，还能从中悟出一些理论上的东西。正是因为没有这个条件，所以我们在维修中就是遵循从外部到内部、从人为到系统、由浅入深的原则去进行，这就大大缩短了设备的停修时间。充分利用PC图查找故障点根据报警信息调出与其相关的PC图进行分析核对，也是一种诊断的方便途径。一次VA-65自动换刀机械手到位后不执行抓刀指令，我们马上调出PC图从各指令开关信号到各进、退、松、紧动作信号逐一进行对应校验，最后查出机械手旋转到信号没有发出，原因是由于一磁性接近开关松动移后不起作用，使下一步抓刀动作无法进行，调整后恢复正常。由PC图查故障点看来比较方便直观，但如果不了解其内部动作原理和工作程序，那可以说也是大海捞针，无从下手。特别是无电气原理图就更难以判断，每个输出动作多达几十个开关条件才能满足，确实要下很大功夫才能逐步认识并掌握。因此平时维修时的日积月累就显得格外重要。疑难故障的检测分析和快捷处理有些数控系统的元器件年久老化，使其参数随温度或电流的变化而呈不定态，时好时坏，这是我们最为之挠头的故障。因为搞维修的都知道，元件坏了容易检测，而不正常的通断情况则很难判断是元件坏了还是线路接触不良造成，因为无法进行正常的信号检测。总之，在处理故障过程中怎样尽快打开思路、进入状态，缩小检测范围，直触故障根源是维修技术人员水平高低的关键所在。看似简单的道理却饱含着方方面面，也是维修人员多年辛勤劳动的结晶。数控系统的硬体构成数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。电源系统1控制系统2独立单元3独立单元独立单元是指能够以简单的适配关系与系统中其他部分结合在一起的部分。例如NC系统、外接PLC、伺服单元、电机、转速传感器、光栅系统、脉冲编码器、纸带阅读机、操作面板等。对于一个独立单元应了解它的电源联接，所有输入输出信号线的功能，信号的类型、性质和机床运行中各种状态变化的情况，即掌握其“接口”。就伺服单元而言，它有电源、速度反馈线、设定线、允许信号线、准备完成应答线等等。但是，是伺服系统问题还是其他器件的问题，一个关键参数就是VCMD，VCMD就是NC送来的速度指令信号。在模拟的控制中，它就是一个一10V～＋10V的信号，这个信号就是判断伺服系统好坏的一个关键参考点。没有这个信号，伺服就不应该运动。如果有了这个信号，而伺服还不动，就是伺服的问题。当然，在实际维修中并不如此简单，但是基本原理就是这样。所以如何把故障范围缩小下来，这是维修的第一步，也是最最重要的问题。再者，我们判断一个增量编码器是否完好，那就是看一看与脉冲编码器相联的8根线上的信号有没有，都是什么样的波形，波形有多高，负载能力如何。这就可以肯定是不是脉冲编码器的故障。这里顺便提一下，要注意倍频的问题，也就是要注意脉冲编码器出来的频率，如果脉冲编码器出来的频率不对也会测不出准确的尺寸，所以要测一下脉冲频率。测速发电机的直流电压大小代表转速，所以首先要查一下这个线性关系是否正确，然后就要注意波形情况及干扰情况。测速发电机中的炭刷磨下的粉末，一旦集中在换向器的槽中，就会使测速发电机的绕组出现短路。这样，随着转动电压会产生很大的变动，引起机床的强烈振动。控制系统这里所指的控制系统是指数控装置中信号产生、处理、传输及执行过程所涉及到的单元及各单元的联系手段。对于数控系统来说，如果有这方面的资料，特别是图纸，那么就好办多了，我们可以认真研读图纸，弄清它的主要电气原理，把一个复杂的系统的大体情况刻划出来，分成各种各样的功能框，然后对每一个功能框的输入、输出信号进行分析，找出各功能框在总体中的地位以及各功能框之间的联系。但目前大部分数控机床的供应商事不提供图纸的，没有相关硬件的资料，甚至连芯片的型号也很难查到，在这种情况下维修就十分困难。例如，一个旋转刀库驱动系统有了问题，首先分析故障的可能性，测量驱动板的各部件电压，缩小范围，进行测绘，再分析其工作原理及故障的原因。伺服系统的维修，比起主板的维修容易些，特别是用模拟量的控制板就更容易。因为大家对伺服系统的原理比较清楚。不论哪个公司的伺服系统，虽然外观不同，但基本模式是相同的，另外这一块的输入输出也是非常清楚的。最后就是PLC的检测。PLC综合信号来自于NC、外围各种开关信号以及各种逻辑处理器的输出信号。PLC的输出信号用以控制电磁阀、继电器、各种指示器及电机，并把有关的状态反馈给NC。PLC是一个具有相对独立性的独立单元，维修相对方便。电源系统交流电源1直流电源2电池电源3数控机床的控制电源是数控系统硬件的重要组成部分，也是在维修中常常出现问题的部位。数控机床的电源系统有交流与直流两个部分。交流电源是控制系统提供能源的器件，也是给伺服驱动提供能源的器件。交流电源上也有各种保护及切换装置；有短路、隔离及失压保护。这个交流电源向伺服系统供电时，一定要注意有晶闸管器件的装置的供电相序，一旦程序接错，有晶闸管器件就失去了同步的关系，造成故障。直流电源直流电源。直流电源作为控制用多为开关稳压电源，有＋5V、＋24V、±15V等电压，各设备的电压情况不尽相同，例如CRT上供电电压有的是24V，有的是交流110V或220V。所以，尽可能地看好各端子供电电压的要求。电源非常重要，一旦出错会造成不可弥补的损失。还有是对伺服供电的直流电压，它大多数是经伺服变压器及整流装置所获得的。电池电源电池电源。由于数控装置中有些信息要在机床断电情况下进行保持，因此有一部分RAM区用电池来进行数据保持，这些电池多数是锂电池，寿命长，但电量小。这部分电池也可用普通电池经二极管降压达到所需电压值来代替，但一定要注意寿命。电池必须在通电情况下进行更换，否则数据就会丢失，这一点与常规习惯不同，更换时要注意不产生短路现象。在电源系统中，还有一个关键的装置，就是控制电压的稳压设备，也时常出现修复问题1、电路板上有元器件损坏，导致系统无法正常工作。2、电路板上某器件性能部分失效，导致系统工作不能长期保持正常，时好时坏。3、电路板上并没有任何器件损坏，但电路板就是不能正常工作，这样的坏，叫断线断路或短路。4、电路板上元器件腐蚀。据英国维修协会统计，电路板中最常见的故障通常都由以下因素引发。导致电路板损坏的几种因素维修操作时据此进行逐一排除就很有可能恢复电路板。为什么说任何电路板都有可能成为被维修的对象？这是因为：1.任何电路板都是由分立元器件和各类集成电路芯片构成。2.所有分立元器件和集成电路芯片都有各自鲜明的特征。3.测量方法已成经典。4.规律（或称经验）可循。5.侦测能力的提高。6.对专用芯片和有程序的加密器件目前比较茫然。下面我们就围绕以上几个问题进行详细讲解：电路板的构成问明产生故障的成因，学会识别线索2让墨菲定律为你所用3电路板的构成1作记录的准则4各种电路板，尽管形状厚薄不同，实现的功能各异但其共性都是由下列元器件（或部件）所构成：1、印制线路板；2、各种封装形式的集成电路IC；3、三电元件（电阻、电容、电感）；4、晶体管（二极管、三极管、场效应管；可控硅）；5、变压器；6、稳压器；7、电位器和线圈；8、磁性元器件、9、整流器、10、逆变器、11、继电器、12、变频器和分频器；13、PLC可编程控制器；14、液晶器件；15、荧光器件；16、激光器件；17、晶体振荡器和晶体陶瓷滤波器；18、传感器和各种连接器等。一、电路板的构成二、问明产生故障的成因及现象，学会识别线索每当我们承担维修任务时，面对被维修对象，首先要提问故障是怎么产生的，是自然失效？还是人为所导致？比如电源加反否？换板时不慎摔了？等等，然后逐一做笔记。美国爱得华空军基地的一个叫墨菲的测试工程师发明了一条著名的定理，人们就用这位悲观主义大师的名字来命名这条定理。墨菲定理的表述如下：“如果一件事情有可能向坏的方向发展，就一定会向最坏的方向发展”。根据“墨菲定律”可以推出四条理论：1、任何事情都没有表面看起来那么简单；2、所有的事儿都会比你预计的时间长；3、会出错的事儿总会出错；4、如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。墨菲定律告诉我们，容易犯错误是人类与生俱来的弱点，不论科技多发达，事故都会发生。而且我们解决问题的手段越高明，面临的麻烦就越严重。所以,我们在事情前应该是尽可能想得周到、全面一些，如果真的发生不幸或者损失，就笑着应对吧，关键在于总结所犯的错误，而不是企图掩盖它。三、让墨菲定律为你用作记录的准则1.当一个活动或读数已出现、或一个检查已完成时，应及时作记录或签字。记录就应该象一件事情发生一样，不能是一个班或一天、一周结束时再做，