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WO2002003035A1 - Verfahren und vorrichtung zum testen eines prüflings - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum testen eines prüflings Download PDF

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WO2002003035A1
WO2002003035A1 PCT/DE2001/002394 DE0102394W WO0203035A1 WO 2002003035 A1 WO2002003035 A1 WO 2002003035A1 DE 0102394 W DE0102394 W DE 0102394W WO 0203035 A1 WO0203035 A1 WO 0203035A1
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reaction
operating
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stimulation
test object
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Inventor
Rolf Jäger
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SZ TESTSYSTEME AG
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SZ TESTSYSTEME AG
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D7/00—Indicating measured values

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for testing a test specimen.
  • stimulation devices which, by specifically influencing the operating conditions in the test object or by applying predetermined stimulations, for example a predetermined voltage or pressure function, enable the test object to run through an entire operating range or to provide targeted stimulation at selected operating points .
  • predetermined stimulations for example a predetermined voltage or pressure function
  • the reactions of the test object to the stimulation serve as initial values, on the basis of which a test protocol is created and compared with reference values.
  • the duration of the evaluation can increase to an unacceptable level.
  • the test object is typically only tested at selected operating points or predominantly in "interesting" operating areas.
  • this has the serious disadvantage that the "interesting" operating areas of a new prototype are not necessarily known a priori.
  • sporadic errors are often not recognized.
  • quality gaps because only certain, specified settings are recorded.
  • the rapid measurement of individually selected points can cause undesired settling processes that falsify the measurement results.
  • feedback of the measurement results into the development or manufacturing process of the test object is insufficient or not possible at all.
  • An object of the invention is to provide a test method or a test device, to avoid the above-mentioned disadvantages of the prior art and to enable extensive tests to be carried out efficiently.
  • the implementation of the invention should not require costly or complex modifications of any existing test devices available on the market.
  • the invention is based on the basic principle of the inventive, symbiotic combination of conventional stimulation techniques (which can only be expanded essentially due to the method) with an evaluation of the reactions of the test specimen by techniques known per se from image processing. Further embodiments of the invention are refined by new techniques which advantageously support or utilize the symbiotic effect of this combination.
  • the reaction of the test object with respect to at least one test criterion is used to determine the content of the pixels to be processed.
  • the pixels also called pixels, result in a multidimensional image in which the image coordinates are determined by operating parameters. Accordingly, there is a clear association between each pixel and a specific operating area, the size of a respective pixel or its associated operating area being able to be varied as required.
  • Analog and digital results can be processed. The digital ones can be fed directly to the digital image processing.
  • the invention can be used for any types of test specimen, any operating parameters and any test criteria.
  • the invention can be used to test the functionality of an analog, digital, or hybrid electronic circuit.
  • the image i.e. the reaction of the test object is evaluated by reference to one or more stored pattern reactions, which may also be linked to one another.
  • This is useful, for example, when a subject is to be compared with a sample. It is also possible to create a fictitious sample reaction that is created by the user or that results from the mathematical or image-processing summary of several sample reactions, which thus takes into account the reactions of several sample candidates or a fictitious sample candidate.
  • a measured value obtained can also be used as a further image coordinate (variable). This can be done, for example, analogously when comparing iterative matching processes and their course and digitally when using the digital signature for random address control.
  • the undefined pixels ie the operating points that are not explicitly excited or measured during the stimulation, can be interpolated or extrapolated from the measured pixels using image processing algorithms.
  • image processing algorithms there is also a comparison without direct interpolation or extrapolation the undefined image areas possible through image processing measures.
  • the stimulation can take the form of analog, discrete or digital stimulation. Possibly. one of the operating parameters is changed continuously in order to keep the effect of any transient events as low as possible.
  • the reaction of the test object is only recorded at the specified operating points or in the specified operating ranges.
  • one of the operating parameters to be set for the stimulation can be determined for several operating points using a look-up table.
  • programmable stimuli can be generated that optimally measure a response to transients or step functions.
  • Such a stimulation can also be used to measure switching times, delay times and hysteresis behavior.
  • the resulting image can take any form which comprises selected operating points or operating areas relevant for the test. Also an afterthought
  • the image can also have gaps, ie undetermined pixel values.
  • the arrangement or distribution of the pixels within the image is arbitrary; they do not have to be arranged at regular intervals or according to a grid.
  • the picture is thus detached from any video standard.
  • the pixel clock can be derived from any clock, this z. B. could come from a test item exit.
  • Pixel type, line length and image height are freely selectable and limited by the hardware chosen for image processing.
  • the image can only consist of individual, irregularly set, spatial image points, the coordinates of which or their assigned operating points can have been selected at random. The latter is useful, for example, for random tests, which serves quality assurance and saves measurement time.
  • a value obtained from the reaction or signature can also be returned for use as a further operating parameter or measured value.
  • Such a feedback creates a sequence of operating parameters or stimulation sequence, which leads to a very characteristic reaction that can be easily evaluated. Under the operating parameters of such a stimulation sequence, there may be no function-related mathematical relationship.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Testen eines Prüflings mit folgenden Schritten: Stimulation des Prüflings bezüglich mindestens einem Betriebsparameter bei mehreren Betriebspunkten bzw. in Betriebsbereichen; und Erfassung der Reaktion des Prüflings bezüglich mindestens eines Testkriteriums an den Betriebspunkten bzw. in den Betriebsbereichen; gekennzeichnet durch Auswertung der Reaktion mittels Techniken aus der Bildverarbeitung.

Description

Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zum Testen eines Prüflings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen eines Prüflings .
Im Rahmen der Steigerung der Produktqualität ist es erforderlich, über eine zuverlässige Qualitätssicherung in der Fertigung und bei der abschließenden Endkontrolle zu verfügen. Durch die Erhöhung der Prüftiefe, die einem kontinuierlichen Verbesserungsprozeß unterliegt, können spätere sehr kostenintensive Feldausfälle vermieden werden. Die Prüfung aller Funktionalitäten bzw. Eigenschaften eines Produktes ist daher besonders wichtig. Beispielsweise ist es bei der Prüfung eines Prototyps eines integrierten Schaltkreises oder eines Maschinenteils in vielen Fällen notwendig, über einen breiten Betriebsbereich in Abhängigkeit von mehreren Eingangs- bzw. Betriebsparametern zu prüfen. Zu diesem Zweck existieren bereits Stimulationsvorrichtungen, die durch gezielte Beeinflussung der Betriebsbedingungen in den der Prüflingarbeit oder das Anlegen vorgegebener Stimulierun- gen, zum Beispiel einer vorgegebenen Spannungs- oder Druckfunktion, an den Prüfling ein Durchlaufen eines gesamten Betriebsbereiches oder eine gezielte Stimulation bei ausgewählten Betriebspunkten ermöglichen. Die Reaktionen des Prüflings auf die Stimulation dienen als Ausgangswerte, auf deren Basis ein Prüfprotokoll erstellt und mit Referenzwerten verglichen wird.
Eine Schwäche bisheriger Testverfahren und Testvorrichtungen liegt in der Auswertung der Reaktion des Prüf- lings. Je größer der zu testende Betriebsbereich, je feiner die gewünschte Auflösung der sich kontinuierlich verändernden Reaktion des Prüflings, je höher die Anzahl der ausschlaggebenden bzw. zu prüfenden Betriebsparameter, desto höher ist die Anzahl der auszuwertenden Ausgangswerte. Dabei kann die Dauer der Auswertung auf ein unannehmbares Niveau steigen.
Als Kompromiß zur Optimierung der Testdauer und des Testumfangs wird der Prüfling typischerweise nur an ausgewählten Betriebspunkten bzw. vorwiegend in "interessanten" Betriebsbereichen getestet. Dies hat je- doch den schwerwiegenden Nachteil, daß die "interessanten" Betriebsbereiche eines neuen Prototyps a priori nicht unbedingt bekannt sind. Zudem werden sporadisch auftretende Fehler häufig nicht erkannt. Es entstehen Qualitätslücken, da nur bestimmte, vorgegebenen Einstellungen erfaßt werden. Im übrigen kann das schnelle Messen von individuell ausgewählten Punkten unerwünschte Einschwingvorgänge hervorrufen, die die Meßergebnisse verfälschen. Insgesamt ist durch die Art der Auswertung eine Rückkopplung der Meßergebnisse in den Entwicklungs- bzw. Herstellungsprozeß des Prüflings unzureichend oder überhaupt nicht möglich.
Es ist auch bekannt, eine visuelle Auswertung der Reaktion insbesondere von KFZ-, Raum- und Luftfahrt-Komponenten vorzunehmen. Dabei werden bestimmte Betriebsparameter, beispielsweise die EingangsSpannung und die Betriebstemperatur des Prüflings, jeweils über den für den Einsatz der Komponenten relevanten Bereich verändert, während die Reaktion, beispielsweise die AusgangsSpannung, auf einer herkömmlichen Elektronenstrahlröhre als Farbwerte dargestellt wird. Durch geeignete Synchronisierung der Elek- tronenstrahlablenkung und der Änderung eines der Betriebsparameter, bei der z.B. das Durchlaufen des relevanten Spannungsbereichs zeitgleich mit der Ablenkung über eine einzelne Zeile stattfindet, resultiert eine farbige zweidimensionale Bilddarstellung, die visuell ausgewertet werden kann.
Eine solche Vorgehensweise hat vor allem den Nachteil, daß eine zeitliche Synchronisierung zwischen Darstellung und Stimulation erforderlich ist, die eine Vielzahl von Nebeneffekten hervorruft und viele sinnvolle Prüfungsverfahren ausschließt. Zudem kann die Auswertung nicht automatisch erfolgen.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Testverfahren bzw. eine Testvorrichtung zu schaffen, die obengenannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und es ermöglicht, umfangreiche Tests effizient ausführen zu können. Zudem soll die Verwirklichung der Erfindung keine kostspielige bzw. aufwendige Modifikationen eventuell vorhandener marktüblicher Test-Vorrichtungen erfordern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung basiert auf dem Grundprinzip der erfinderi- sehen, symbiotischen Kombination herkömmlicher Stimulationstechniken (aufgrund des Verfahrens überhaupt erst im wesentlichen erweiterbaren) mit einer Auswertung der Reaktionen des Prüflings durch per se aus der Bildverarbeitung bekannten Techniken. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind durch neue Techniken verfeinert, die die symbiotische Wirkung dieser Kombination vorteilhaft unterstüzen bzw. ausnutzen.
Erfindungsgemäß erfolgt beispielsweise die Klassifizie- rung, Darstellung, Verarbeitung, Zusammenfassung und der
Vergleich der Reaktionswerte eines stimulierten Prüflings durch Bildverarbeitungsalgorithmen und -Operationen. Zu diesem Zweck wird die Reaktion des Prüflings bezüglich mindestens eines Testkriteriums zur Bestimmung der Inhalte der zu verarbeitenden Bildpunkte herangezogen. Zusammen ergeben die Bildpunkte, auch Pixel genannt, ein mehrdimensionales Bild, bei dem die Bildkoordinaten durch Betriebsparameter bestimmt sind. Entsprechend entsteht eine eindeutige Zuordnung zwischen jedem Bildpunkt und einem bestimmten Betriebsbereich, wobei die Größe eines jeweiligen Bildpunktes bzw. seines zugehörigen Betriebs- bereichs nach Bedarf beliebig variiert werden kann. Dabei können analoge und digitale Resultate verarbeitet werden. Die digitalen können direkt der digitalen Bildverabeitung zugeführt werden.
Die Erfindung läßt sich für beliebige Prüflingsarten, beliebige Betriebsparameter und beliebige Testkriterien anwenden. Zum Beispiel kann die Erfindung dazu angewandt werden, die Funktionalität einer analogen, digitalen oder hybriden elektronischen Schaltung zu testen.
Sie kann jedoch auch dazu verwendet werden, die Erzeugnisse einer Spritzgußmaschine zu prüfen, indem als Testkriterium die Aushärtung des Erzeugnisses als Funktion der Betriebsparameter Temperatur und Druck dargestellt bzw. ausgewertet wird. Beispielsweise können Eingangs- Spannung, Eingangsstrom, eine gewählte Eingangssequenz, Temperatur, Druck, Zeit oder Frequenz als Betriebsparameter benutzt werden.
Sämtliche Bildverarbeitungsalgorithmen und -funktionen können im Rahmen der Erfindung Verwendung finden. Zu den mathematischen Grundfunktionen wie Addition, Subtraktion, Maskierung, u.s.w. von Bilddaten sind auch diverse, so- wohl selektive als auch integrierende, Filterfunktionen wie Erosion, Dilatation und Rauscherfassung von großer Bedeutung. Auch sogenannte "area of interest" -Ausblendungen (zu Deutsch "relevanter Bereich") und positionsabhängige skalierte Bewertungen können bei der Auswertung eine wesentliche Rolle spielen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Bild, d.h. die Reaktion des Prüflings, durch Bezugnahme auf eine oder mehrere gespeicherte Musterreaktionen ausgewertet, die auch miteinander ver- knüpft sein dürfen. Dies ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn ein Proband mit einem Musterprüfling verglichen werden soll. Auch die Erstellung einer fiktiven Musterreaktion, die vom Benutzer erstellt wird oder aus der mathematischen oder bildverarbeitenden Zusammenfassung mehreren Musterreaktionen entsteht, ist möglich, die somit die Reaktionen mehrerer Musterprüflinge oder eines fiktiven Musterprüflings berücksichtigt .
Desweiteren kann ein gewonnener Meßwert (Reaktion des Prüflings) auch als weitere Bildkoordinate (Variable) benutzt werden. Die kann zum Beispiel analog bei dem Vergleich iterativer Abgleichvorgänge und deren Verlauf und digital bei der digitalen Signatur zur Random-Adress- steuerung erfolgen.
Durch die durch die Erfindung eröffneten Möglichkeiten der Bearbeitung der Bildpunkte ist es nicht notwendig, daß ein Prüfling an denselben Betriebspunkten oder über dieselben Betriebsbereiche stimuliert wird, wie der Musterprüfling. Die unbestimmten Bildpunkte, d.h. die bei der Stimulation nicht explizit angeregten bzw. gemessenen Betriebspunkte, können in diesem Fall durch Bildverarbeitungsalgorithmen aus den gemessenen Bildpunkten interpoliert oder extrapoliert werden. Jedoch ist auch ein Vergleich ohne direkte Interpolierung bzw. Extrapolierung der unbestimmten Bildbereiche durch Bildverarbeitungsmaßnahmen möglich.
Aus den jeweiligen Reaktionen des Prüflings bezüglich unterschiedlicher Testkriterien können mehrere Bilder entstehen. Gleichwohl können die jeweiligen Reaktionen unter Anwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen teilweise oder insgesamt zusammengefaßt werden.
Die Stimulation kann als analoge, diskrete oder digitale Stimulation erfolgen. Ggf. erfolgt die Änderung eines der Betriebsparameter kontinuierlich, um die Auswirkung eventueller Einschwingvorgänge möglichst gering zu halten. Dabei wird die Reaktion des Prüflings nur an den vorgegebenen Betriebspunkten bzw. in den vorgegebenen Betriebsbereichen erfaßt .
Als alternative Ansteuerung kann einer der bei der Stimulation einzustellenden Betriebsparameter für mehrere Betriebspunkte anhand einer Look-Up-Table bestimmt werden. Auf diese Art und Weise lassen sich beliebig programmierbare Stimuli erzeugen, die eine Reaktion auf Transienten bzw. Sprungfunktionen optimal messen lassen. Auch die Messung von Schaltzeiten, Verzögerungszeiten und Hystereseverhalten lassen sich durch eine derartige Stimulation durchführen.
Das resultierende Bild kann eine beliebige Form annehmen, die ausgewählte, für den Test relevante Betriebspunkte bzw. Betriebsbereiche umfaßt. Auch eine nachträgliche
Selektion relevanter Bereiche während der Bildverarbeitung anhand der Pixelwerte ist möglich. Das Bild kann auch Lücken aufweisen, d.h. unbestimmte Pixelwerte. Auch die Anordnung bzw. Verteilung der Pixel innerhalb des Bildes ist beliebig; sie müssen nicht in regelmäßigen Abständen oder entsprechend einem Raster angeordnet sein. Das Bild ist somit von jeder Videonorm losgelöst. Der Pixeltakt kann von einem beliebigen Taktgeber abgeleitet werden, wobei auch dieser z. B. von einem Prüflingsausgang kommen könnte. Pixelart, Zeilenlänge sowie Bildhöhe sind frei wählbar und durch die gewählte Hardware für Bildverarbeitung begrenzt. Im Extremfall kann das Bild lediglich aus einzelnen, unregelmäßig gesetzten, räumlichen Bildpunkten bestehen, deren Koordinaten bzw. deren zugeordneten Betriebspunkte nach dem Zufallsprinzip ausgewählt worden sein können. Letzteres ist beispielsweise für stichprobenartige Prüfungen nützlich, was der Qualitätssicherung dient und zu Meßzeitersparnissen führt .
Bei der Prüfung digitaler Geräte, bei der die Reaktion des Prüflings auf eine vorgegebene Stimulation als Signatur o. Ä. vorliegt, kann auch ein aus der Reaktion bzw. Signatur gewonnener Wert zur Verwendung als weiterer Betriebsparameter bzw. Messwert zurückgeführt werden. Durch eine solche Rückkopplung entsteht eine Sequenz von Betriebsparametern oder Stimulationssequenz, die zu einer sehr charakteristischen Reaktion führt, die sich gut auswerten läßt. Unter den Betriebsparametern einer solchen Stimulationssequenz besteht unter Umständen keiner- lei funktionenähnlicher mathematischer Zusammenhang.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Testen eines Prüflings mit folgenden Schritten: Stimulation des Prüflings bezüglich mindestens einem Betriebsparameter bei mehreren Betriebspunkten bzw. in Betriebsbereichen; und
Erfassung der Reaktion des Prüflings bezüglich mindestens eines Testkriteriums an den Betriebspunkten bzw. in den Betriebsbereichen; gekennzeichnet durch
Auswertung der Reaktion mittels Techniken aus der Bildverarbeitung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion zur Erstellung eines der Auswertung zugrundeliegenden, mehrdimensionalen Bildes verwendet wird, bei dem die Betriebsparameter die Bildkoordinaten darstellen und die Reaktion des Prüflings die Inhalte der Bildpunkte bestimmt .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reaktion durch Bezugnahme auf zumindest eine gespeicherte Musterreaktion direkt oder über mathematische Verknüpfung mit den Pixelwerten ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderung mindestens eines der Betriebsparameter bei der Stimulation kontinuierlich erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der bei der Stimulation einzustellenden Betriebsparameter für mehrere Betriebspunkte anhand einer beliebigen Funktion oder einer Look-Up-Table bestimmt wird.
6. Vorrichtung zum Testen eines Prüflings mit: Stimulationsmodulen, die den Prüfling bezüglich mindestens einem Betriebsparameter bei mehreren Betriebspunkten stimulieren; und
Erfassungsmodulen, die die Reaktion des Prüflings bezüglich mindestens eines Kriteriums an den Betriebspunkten erfassen; gekennzeichnet durch eine Auswertungeinrichtung, die die Reaktion mittels Techniken aus der Bildverarbeitung auswertet .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die die Reaktion zur Erstellung eines der Auswertung zugrundeliegenden, mehrdimensionalen Bildes verwendet, bei dem die Betriebsparameter die Bildkoordinaten darstellen und die Reaktion des Prüflings mittelbar oder unmittelbar die Pixelwerte bestimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, die die Reaktion durch Bezugnahme auf zumindest eine gespeicherte Musterreaktion direkt oder über mathematische Verknüpfung mit den Pixelwerten auswertet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , die die Änderung mindestens eines der Betriebsparameter bei der Stimulation kontinuierlich vornimmt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, die die bei der Stimulation einzustellenden Betriebsparameter für mehrere Betriebspunkte anhand einer beliebiger Funktion oder einer Look-Up-Table bestimmt.
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