先进的电路板维修与测试技术V1.1

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1、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导致电电路板损损坏的几种因素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电路板维维修检测检测 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

2、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，

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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 就是一个一10V10V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 。

10、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

11、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

12、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

13、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

14、，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

15、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： 任何电路板都是由分立元器件和各类集成电路芯片构成。 所有分立元器件和集成电路芯片都有各自鲜明的特征。 测量方法已成经典。 规律（或称经验）可循。 侦测能力的提高。 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、

16、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：