CN102590566A - 一种电子产品测试夹具的自动对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子产品测试夹具的自动对准方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)提供一校准板，校准板上对应于待测产品测试点的位置设置有凸起；(2)将所述校准板移动到探针模块的上方或下方，利用光学传感系统检测凸起与探针的相对位置，调整校准板使所述凸起对准探针，获得校准板的第一位置；(3)移动所述校准板至第二位置，测量并记录校准板上各凸起的位置；(4)将待测产品移至所述第二位置，用位置测量系统测量待测产品上各测量点的位置，并和凸起的位置进行比较，获得校正量，移动待测产品至第一位置，实现待测产品与测试夹具的自动对准。本发明解决了测试夹具的对位精度问题，特别适于小测试点的电子产品的测试。

Description

一种电子产品测试夹具的自动对准方法

技术领域

本发明涉及一种电子产品的测试方法，具体涉及一种在对电子产品进行测试时，自动实现测试夹具对准的方法，用于解决微小测试点的测试夹具智能实现问题。

背景技术

在电子产品的生产过程中，需要对其进行测试，在测试时需要将电子产品的印刷电路板（PCB）上的电气信号引出来。为实现这一功能，需要在设计PCB时针对测试的信号留出没有被阻焊层覆盖的导体区域，即测试点，在测试时用带弹簧的金属探针去顶压测试点，从而将测试信号从PCB上引出来。通常，对于一个产品需要引出多个测试信号进行测试，一般采用一个装置来实现多个测试点的测试信号的引出，这个装置就称为测试夹具。

在批量检测的过程中，存在一个测试探针和测试点的对位精度问题，测试点越大，则对探针和测试点对位的精度要求越低，反之测试点越小，则对探针和测试点的对位精度的要求则越高，为保证测试的可靠性，通常要求测试点中心和探针中心轴线的对位精度是测试点大小的三分之一。

随着技术的发展，各种电子产品，尤其是手持型消费电子产品如移动电话、平板电脑等产品，产品的集成度越来越高，电路板PCB的面积资源变得越来越珍贵，因而使得测试点越来越小，由此对于测试夹具的对位精度要求越来越高。

现有技术中，测试夹具通常是利用待测产品和夹具之间在结构上的配合来定位，例如，利用电子产品PCB板的工艺孔或者电子产品本身的外形来定位。附图1所示为一种传统的电子测试夹具的实现方法，测试夹具由探针基板、设置在探针基板6上的探针2和定位柱4构成，其中，探针2与测试点3相对应，内置弹簧，使用时，顶紧测试点3实现电信号的导出，定位柱4与待测产品（PCB板）上的定位孔5配合，实现定位。

为了便于取放待测产品，通常定位柱和PCB板上的定位孔之间要有0.1mm以上的间隙7，再加上探针装配的误差、探针基板的装配误差，为保证探针的对位精度，以目前的夹具行业的工艺和材料水平，测试点大小很难做到0.6mm以下。

而目前消费电子产品PCB板走线的宽度可以做到0.2mm以下，因此如果测试点的大小在0.2mm左右则可以给PCB设计人员以比较大的自由度，可以多放置一些测试点，提高产品的可测试性，或者在有限的PCB面积上实现更多的功能。

显然，采用现有技术中的定位柱对准方法，无法满足上述需求。如何在不改变现有测试夹具的探针结构的前提下，实现测试探针的准确定位，是本领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种电子产品测试夹具的自动对准方法，解决现有技术中探针和测试点的对准精度受到待测产品取放所需间隙及夹具本身机构加工装配误差影响的问题，以进一步提高对准精度，缩小测试点的大小，满足电子产品集成度提高对测试夹具对准精度的要求。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种电子产品测试夹具的自动对准方法，包括下列步骤：

(1)提供一与待测产品匹配的校准板，在所述校准板上对应于待测产品测试点的位置设置有横截面与测试点形状大小相同的凸起；

(2)将所述校准板移动到测试夹具的探针模块的上方或下方，利用光学传感系统检测校准板上的凸起与测试夹具的探针的相对位置，调整校准板相对于测试夹具的位置和方向，使所述凸起对准探针，获得校准板的第一位置；

(3)移动所述校准板至第二位置，由一位置测量系统测量并记录校准板上各凸起的位置，然后移去校准板；

(4)将待测产品移至所述第二位置，用所述位置测量系统测量待测产品上各测量点的位置，并和记录的校准板上对应的凸起的位置进行比较，获得平移和旋转的校正量，采用该校正量对第二位置至第一位置的移动距离和方向进行校正后，移动待测产品至第一位置，实现待测产品与测试夹具的自动对准。

上述技术方案中，对校准板和待测产品的移动可以采用机械手实现，光学传感系统中可以使用CCD相机。目前，单轴的机械手走位精度可以做到20 um 以下，CCD 相机的位置分辨率可以做到5 um 以下，从而，采用上述对准方法，测试探针和测试点的对位精度可以做到50um 以下，可以实现0.15 mm 测试点的稳定测试。校准板或待测产品与测试夹具间的移动可以是相对的，一般来说，比较方便的实现方法是，校准板或待测产品具有X轴和Y轴的水平平移运动驱动结构，测试夹具具有Z轴方向的升降运动驱动结构，而绕Z轴转动的运动驱动结构则既可以设置在产品侧，也可以设置在测试夹具侧。位置测量系统中可以设置一CCD相机作为测量相机，用于记录凸起和测量点的位置，并由计算机系统对两者的位置进行图像识别和计算，获得校正量。

进一步的技术方案，步骤(2)中，所述光学传感系统由X方向和Y方向的两组互相垂直设置的传感系统构成，分别从与探针的轴线垂直的平面的X方向和Y方向检测探针和校准板的凸起的相对位置。

上述技术方案中，每一传感系统包括一激光器和至少一个校准相机，激光器发出的光经过校准板上的凸起和测试夹具上的探针，成像在校准相机上。

对本发明的优选的技术方案进一步解释如下：

首先用机械手利用一个校准板移到探针模块的下方或上方，此校准板在探针测试点的位置有相应的特征凸起可以来对准探针，移动机械手在校准测量系统测量到校准板的特征凸起对准探针后，机械手移出此探针块到一个固定的距离到位置测量系统下，位置测量系统测量此校准板上的特征的位置并记录。在测试时，机械手将待测产品移入到位置测量系统下，测量测试点的位置，并和记录的校准板上特征凸起的位置做比较，从而决定机械手的运动量，将待测产品的测试点准确地对准其探针。所述的校准板是一个在外形形态上和待测产品的PCB板完全相同的结构件，其不同之处在于待测产品测试点是一块裸铜箔，而校准板在测试点的位置是一块其外形和测试点形态尺寸相同的凸起（通常为方形或者圆形），此校准板可以采用和待测产品相同的加工方法加工，因此可以保证和待测产品的在尺寸上的一致性。所述校准测量系统是一个侧向成像系统，其分别从与探针的轴线垂直平面的X和Y方向去测量探针和校准板的凸起是否对齐，此光学成像系统可以是一个相机，也可以是一套相机加激光器的成像系统以解决多个探针在不同的景深的成像问题；所述机械手装置为一个四轴的装置，包括X,Y,Z 方向的平移运动和X,Y平面的旋转运动，这四轴的运动可以在运动探针模块或运动待测产品方面任意组合譬如待测产品实现X,Y,Z和旋转运动，而探针模块不动，或者待测产品实现X，Y的运动， 而探针模块实现旋转运动；所述位置测量系统光学轴线于探针轴线平行的相机系统，可以是一个相机，也可以是多个相机的组合以应对多探针测试点的情况。

上述技术方案中，需要有一套测量和控制的算法和软件，成像系统采集到的图像传入到计算机进行处理，计算机控制机械手进行相应的运动。

图像处理算法有计算探针和校准板上的凸起是否对齐的算法和测量测试点位置和校准板的算法。 

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明设置了校准板，通过测量校准板与探针是否对齐，以及探针块上凸起和测试点的位置，利用机械手来对准探针和测试点，使得探针和测试点对位的精度摆脱了对于夹具装配精度和待测产品于夹具配合间隙的限制，定位的精度将依赖于光学测量系统和机械手的运动精度，而光学测量的精度和运动机构的精度可以这些机构都有可能做成为高精度的机构，可以实现高精度的对位。

2．自动适应探针的变形，在反复测试使用后，探针可能会发生变形，让对准问题发生恶化，通过对准校准板的特征凸起和探针可以自动补偿因为探针变形引起的对准恶化的问题。

3.可用于PCB装配于产品外壳后的测试，在PCB装配于产品外壳后，仍然需要测试，即使PCB板上的测试点足够大，但此时无法利用PCB板上的定位孔来定位，由于PCB装配到外壳后会引入新的误差，此时仍然不能准确定位，此发明可以很好解决此类问题。

附图说明

图1是现有技术中测试点和探针对位的示意图；

图2是本发明实施例一中系统的模块结构示意图；

图3-图4是实施例一中对位测量系统的示意图；

图5是实施例一的系统部件空间布局的示意图；

图6-图7是测量对位过程图解。

其中：1、PCB板 2、探针 3、测试点 4、定位柱 5定位孔 6、探针基板 7、夹具的定位柱和定位孔的配合间隙 8、校准块 9、测试探针 10 探针模块 11、校准块对应测试点的突起 12、校准相机 13、X校准相机 14、Y校准相机15、激光成像板 16、X成像板 17、Y成像板 18、X激光 19、Y激光 20、激光于成像板的成像 21、激光所成的探针和校准块上凸起的图像22、升降机构 23、旋转机构 24、X轴运动机械 25、Y轴运动机械 26、测量相机 27、激光器28、待测品托盘29、待测品 30、待测品的测试点。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种电子产品测试夹具的自动对准方法，包括下列步骤：

(1)提供一与待测产品29匹配的校准板8，在所述校准板8上对应于待测产品测试点30的位置设置有横截面与测试点形状大小相同的凸起11；

(2)将所述校准板8移动到测试夹具的探针模块10的上方或下方，利用光学传感系统检测校准板上的凸起11与测试夹具的探针9的相对位置，调整校准板8相对于测试夹具的位置和方向，使所述凸起11对准探针9，获得校准板8的第一位置；

(3)移动所述校准板8至第二位置，由一位置测量系统测量并记录校准板上各凸起11的位置，然后移去校准板8；

(4)将待测产品移至所述第二位置，用所述位置测量系统测量待测产品29上各测量点30的位置，并和记录的校准板上对应的凸起11的位置进行比较，获得平移和旋转的校正量，采用该校正量对第二位置至第一位置的移动距离和方向进行校正后，移动待测产品29至第一位置，实现待测产品29与测试夹具的自动对准。

根据需要，在连续对同一种产品进行测试时，可以在一开始执行步骤(1)至(3)，此后，通过重复步骤(4)实现批量测试。

为实现上述方法，本实施例采用的对准系统主体结构如图2所示，其中，智能运动部件和图像系统都由同一台计算机控制，计算机运行图像测量和运动控制程序。相机为测量位置分辨率在10um 以下的工业相机，X,Y 运动平台的运动重复定位精度为 20 um。旋转平台的精度为0.1 度以下。

图3和图4示意了对位测量系统的两种实现方式，图3示意了单点对位的情况，图4示意了多点对位情况下实现方法。图3的左侧为侧视图，右侧为俯视图，有两个相机分别从X和Y两个方向去测量探针9和校准板上的凸起11的对准情况，对于需要多点对准的情形，如图4所示，需要利用激光器27将多个位于不同景深的探针9投影到同一个平面，然后进行测量。

图5示意了对位测量系统、位置测量系统和四轴的运动系统在空间位置上的相互关系，对于四轴的运动系统其在上下两部分的分配可以是任意的，图示旋转和Z轴的升降位于上部，而X,Y 轴运动位于下部，实际上可以使全部的运动系统分布在上部或都在下部，或者将任意的一个，两个或三个运动系统分配在上部，其余的在下部。

图6和图7示意了校准和待测产品29对位的过程，首先将校准板8放入到待测产品托盘28中，运动系统将校准板8送入到探针模块10的下方，测量校准板上的凸起11和探针9的位置差并记录，移出校准板8到位置系统下，测量校准板上凸起11的位置并记录后取走校准板8，放入待测产品29，测量待测产品29上测试点30的位置，系统根据前面三次测量到的结果计算待测产品X, Y 运动量和探针模块10的旋转量后，执行相应的运动， 最后探针模块下压实现探针9和测试点30的接触。

Claims (3)

1. 一种电子产品测试夹具的自动对准方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)提供一与待测产品（29）匹配的校准板（8），在所述校准板（8）上对应于待测产品（29）测试点（30）的位置设置有横截面与测试点形状大小相同的凸起（11）；

(2)将所述校准板（8）移动到测试夹具的探针模块(10)的上方或下方，利用光学传感系统检测校准板上的凸起（11）与测试夹具的探针（9）的相对位置，调整校准板（8）相对于测试夹具的位置和方向，使所述凸起(11)对准探针(9)，获得校准板(8)的第一位置；

(3)移动所述校准板(8)至第二位置，由一位置测量系统测量并记录校准板上各凸起(11)的位置，然后移去校准板（8）；

(4)将待测产品(29)移至所述第二位置，用所述位置测量系统测量待测产品(29)上各测量点(30)的位置，并和记录的校准板上对应的凸起(11)的位置进行比较，获得平移和旋转的校正量，采用该校正量对第二位置至第一位置的移动距离和方向进行校正后，移动待测产品(29)至第一位置，实现待测产品(29)与测试夹具的自动对准。

2. 根据权利要求1所述的电子产品测试夹具的自动对准方法，其特征在于：步骤(2)中，所述光学传感系统由X方向和Y方向的两组互相垂直设置的传感系统构成，分别从与探针(9)的轴线垂直的平面的X方向和Y方向检测探针(9)和校准板的凸起(11)的相对位置。

3. 根据权利要求2所述的电子产品测试夹具的自动对准方法，其特征在于：每一传感系统包括一激光器(27)和至少一个校准相机(12)，激光器(27)发出的光经过校准板上的凸起(11)和测试夹具上的探针(9)，成像在校准相机(12)上。

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