PCB’s testen met een draai aan de hendel

RRO uit Rotterdam heeft een systeem in elkaar gesleuteld waarmee bordontwerpers hun producten functioneel, in-circuit kunnen testen. Het bedrijf levert zowel de hardware – een kast ter grootte van een desktopcomputer – als de pc-software voor het genereren van de testscripts.

Achter Rotterdam Centraal verwacht je niet direct een ontwikkelaar van embedded testtechnologie. RRO Industrial Design vormt de uitzondering. De directeuren Hans Roelvink en Marie-jose de Ruyter zijn van huis uit industrieel ontwerpers. ’Vanaf eind jaren negentig zijn we voor onze klanten ook elektronica gaan ontwikkelen en produceren‘, zegt Roelvink. ’We begonnen met controlepanelen voor mobilhomes. Dat zijn regeltoestellen die de 12 V accuspanning geschikt maken voor alle elektronische functies in de cabine.‘

De automotive-activiteiten leidden RRO uiteindelijk naar een nieuwe tak van sport: het testen van PCB‘s. ’De kwaliteitseisen liggen heel hoog in de automotive-wereld. Het gaat in de branche van mobilhomes vaak om redelijk kleine series van een paar duizend stuks op jaarbasis. Dan is een op maat gemaakt testsysteem meestal veel te duur. Daar komt nog bij dat zo‘n test hooguit een minuutje of twee mag duren‘, omschrijft Roelvink het probleem.

RRO begon met een aantal simpele pennenbedjes, maar twee jaar geleden gooide het bedrijf het over een andere boeg. ’Toen hebben we besloten om de handschoen op te pakken en alle kennis die we hadden opgebouwd om te zetten in een nieuw product‘, vertelt Roelvink. ’We hebben marktonderzoek gedaan, zijn naar elektronicabeurzen geweest en hebben goed gekeken wat er allemaal al was. Het ontbrak aan een compleet en flexibel testsysteem voor middelgrote series van een paar honderd tot ongeveer honderdduizend. Daar hebben we op ingezet.‘ Het resultaat is de Test-OK, een gepatenteerd, functioneel testsysteem voor geassembleerde PCB‘s.

Fixeerblokjes

RRO wilde een systeem waarmee een klant helemaal zelfstandig een test kan ontwikkelen. ’Normaal gesproken als je een bordje wilt testen, moet je het eerst goed fixeren. Daarna moet je de probes plaatsen en draden leggen naar de rand. Daar gaan per PCB ettelijke uren inzitten‘, legt Roelvink de normale gang van zaken uit. ’Wij wilden een out-of-the-box-systeem waarmee testers direct aan de slag kunnen.‘

De Test-OK is ongeveer 50 bij 50 centimeter groot en zo‘n 20 centimeter hoog. Het leeuwendeel van de kast is gereserveerd voor twee (of drie) boven elkaar liggende sledes waarin modules kunnen worden geschoven. De centrale slede is voor de module met de unit under test (UUT). Eronder (en eventueel erboven) is ruimte voor modules met veercontacten. Met een grote hendel aan de zijkant kan de tester de platen naar elkaar toe duwen. Daarmee drukt hij de veercontacten tegen de schakeling en zet hij de UUT gelijk vast met een aantal fixeerblokjes.

Helemaal kant-en-klaar is het systeem niet. Een gebruiker moet nog wel de kaart met veercontacten ontwerpen. Eerst moet hij daarvoor bepalen waar hij wil aansturen en meten. Dan kan hij die zogenaamde test controller card zelf routen.

Ordentelijk aan de kant

Opvallend aan de oplossing van RRO is dat het bedrijf behalve de mechanica ook de hardware en software levert. De Rotterdammers schreven niet alleen de administratieve programma‘s voor het registreren van de tests en het loggen van de resultaten. Ze ontwikkelden zelfs een eigen taal waarmee gebruikers op hoog niveau de testscripts kunnen genereren. ’Met een aantal eenvoudige commando‘s zetten ze zelf de scripts in elkaar. Die kunnen ze daarna on the fly uitvoeren‘, aldus Roelvink.

Communicatie tussen pc en testbord loopt via het schakelbord onder in de Test-OK. Die vertaalt de digitale signalen naar analoge en bevat de programmers voor de microcontrollers. De analoge input loopt tot 24 V. De zelf ontwikkelde schakelkaart biedt verder plaats aan componenten voor USB-communicatie met de pc, seriële communicatie, digitale output in vijf groepen en regelingen voor het flashgeheugen.

Waarom heeft RRO alles zelf ontwikkeld terwijl bijvoorbeeld Labview prima de softwarekant voor zijn rekening had kunnen nemen? Roelvink: ’We hebben wel gekeken naar National Instruments. Ons product is echter toch redelijk overzichtelijk te bouwen en we wilden geen tijd verliezen. Uiteindelijk was het goedkoper om het zelf te doen en konden we enkele eisen die we stelden aan het testen en traceren nu invulling geven.‘

Sinds januari is de Test-OK op de markt. Er staan inmiddels vijf machines in het veld bij vijf verschillende bedrijven in Nederland en België. Namen mag Roelvink niet geven, maar ’we zoeken klanten die actief meerdere systemen in elkaar zetten en zelf tests ontwerpen‘, omschrijft hij zijn doelgroep.

’Bij een klant lopen series van drieduizend borden. Ze zijn veertien dagen bezig om zo‘n batch te verwerken, maar dan hebben ze wel alles getest. De foute borden liggen ordentelijk aan de kant en ze zien in de database wat er is misgegaan. De meest voorkomende fouten proberen ze te herstellen en dan gaan de repairs nog een keer door het testtraject.‘

Routen

Voor de volgende generatie legt RRO de nadruk op de software. Roelvink: ’Het programmeren van de microcontrollers is best lastig. We kunnen al overweg met de helft van alle Microchip-controllers, alleen de Pic24-serie ontbreekt nog. We zijn nu bezig met Infineon en NXP om ook testborden met hun microcontrollers te kunnen doormeten en programmeren. Er komen ook vragen over bijvoorbeeld Can, Ethernet en RS485.‘ RRO wil deze protocollen in de volgende generatie volledig ondersteunen.

RRO neemt ook het testproces onder de loep. Roelvink wil een procedure waarmee klanten vanaf nul aan de test kunnen beginnen met behulp van Test-OK-designtools. ’Waar zet je de print vast? Waar centreer je hem? Waar komen de testpinnen? Welke testscripts kies je? Welke testpunten gebruik je? En hoe positioneer je die? Met een schuifmaat? Of importeer je een lay-outbestandje? Voor Eagle, een Cad-systeem voor het routen van PCB‘s, hebben we scripts gemaakt. Op basis van de coördinatenfile kun je in een paar minuten de panels ontwerpen en door een printservice zoals Eurocircuits laten maken.‘

De Rotterdammers streven naar laagdrempeligheid zodat iedereen hun systeem kan gebruiken. ’Bij het assembleren zitten technici op mbo- en hbo-niveau‘, weet Roelvink. ’Die zijn verantwoordelijk voor de tests. Met Test-OK geef je ze een flexibel en modulair systeem dat compleet naar eigen inzicht, in huis kan worden vervaardigd. De praktijk wijst uit dat die fabricage ook lukt, zij het met vallen en opstaan. Maar ja, we zijn nog maar net bezig. Als zo‘n elektronicus wat meer ervaring krijgt, neemt de routine toe en gaat het allemaal veel sneller.‘