CN105021851B - 立式飞针测试机夹具及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于PCB板夹具领域，提供一种立式飞针测试机夹具，包括对称的设置的上夹具和下夹具，所述上夹具包括夹具固定板、夹具活动板、带动所述夹具活动板靠近或远离所述夹具固定板的连接杆、驱动装置、前后导向单元；所述夹具固定板上延长度方向活动的设置有夹紧轴，所述连接杆分别与所述夹紧轴和所述夹具活动板活动连接；所述驱动装置驱动所述夹紧轴，并带动与其连接的连接杆运动，从而实现与连接杆活动连接的夹具活动板靠近会远离夹具固定板。本发明实施例支点在最上方，夹紧PCB板时，能形成V字形的状态，即夹具活动板的下方比上方更靠近PCB，夹持更加可靠。本发明实施例还提供一种立式飞针测试机夹具的设计方法。

Description

立式飞针测试机夹具及其设计方法

技术领域

本发明属于印制电路板工装夹具领域，尤其涉及一种立式飞针测试机夹具及其设计方法。

背景技术

飞针测试机是在X-Y轴上安装由电机驱动的可独立快速移动的探针，利用探针在Z方向的可控移动和固定在机器上的印制电路板(PCB)的焊点进行接触，并进行电气测量的设备。立式飞针测试机的PCB固定时一般由上夹具固定PCB的上端，下夹具固定PCB的下端，上下夹具的主体结构一般一样，下夹具基本上相当于将上夹具倒过来放置。现有的立式飞针测试机夹具中，夹具的夹持力不够均匀，导致夹持不可靠，夹具的开发周期长，制作成本偏高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种立式飞针测试机夹具及其设计方法，以解决现有夹持力不够均匀，导致夹持不可靠的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种立式飞针测试机夹具，包括对称的设置在所述立式飞针测试机上的上夹具和下夹具，所述上夹具包括：

夹具固定板，所述夹具固定板与所述立式飞针测试机固定连接；所述夹具固定板上延长度方向活动的设置有夹紧轴；

夹具活动板，配合夹具固定板对PCB板进行夹紧与松开；

连接杆，所述连接杆一端与所述夹紧轴活动连接，另一端与所述夹具活动板活动连接；

驱动所述夹紧轴延所述夹具固定板长度方向活动的驱动装置；

垂直设置于所述夹具固定板和所述夹具活动板上的前后导向单元。

进一步地，所述驱动装置为气缸，所述气缸的输出轴与所述夹紧轴的一端固定连接。

进一步地，所述夹具固定板上设置有与所述夹紧轴适配的左右导向单元。

进一步地，所述前后导向单元包括一端固定于所述夹紧固定板上，另一端活动的穿设于所述夹紧活动板上的导向轴。

进一步地，所述前后导向单元还包括固定所述导向轴的导向轴安装座，所述导向轴安装座固定设置于所述夹紧固定板上。

进一步地，所述夹紧活动板上设有与所述导向轴适配的通孔。

进一步地，所述通孔内设置有与所述导向轴适配的直线轴承。

进一步地，所述夹具固定板和所述夹具活动板相对的一侧分别设置有具有弹性的夹紧条。

进一步地，所述夹紧条的表面设有粗糙层。

进一步地，所述夹紧条为绝缘材料制成。

本发明实施例提供一种立式飞针测试机夹具的设计方法，所述立式飞针测试机夹具为上述任意一项实施例中所述的立式飞针测试机夹具，所述设计方法包括：

根据设计目标，确定所需夹持PCB板的厚度、宽度、立式飞针测试机夹具的最大厚度；

根据PCB板的厚度、宽度，确定所述气缸的输出力；

根据立式飞针测试机夹具的最大厚度，确定所述气缸的输出端的行程；

确定所述立式飞针测试机夹具受力点和前后导向单元的位置。

进一步地，所述气缸的输出力满足：F1＝F2*(L^2-(L-K)^2)^0.5/(L-K)，

其中，

F1为气缸的输出力；

F2为立式飞针测试机夹具的夹持力；

L为所述连接杆的长度；

K为夹持PCB板时连接杆一端点运动距离(夹具的行程)

进一步地，所述气缸的输出端的行程满足：S＝(L^2-(L-K)^2)^0.5，其中，S为气缸输出端的行程。

本发明提供了立式飞针测试机夹具及其设计方法，通过将所述立式飞针测试机夹具的支点设置在最上方，夹紧PCB板时，所述立式飞针测试机夹具能形成V字形的状态，即夹具活动板120的下方比上方更靠近PCB，夹持更加可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的立式飞针测试机夹具的上夹具立体示意图；

图2是本发明实施例一提供的立式飞针测试机夹具的上夹具局部爆炸后的立体图；

图3是本发明实施例一提供的上夹具的连接杆的受力分析图；

图4是本发明实施例二提供的立式飞针测试机夹具的的设计方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种立式飞针测试机夹具，包括对称的设置在所述立式飞针测试机上的上夹具100和下夹具(图是示)，所述上夹具100包括与所述立式飞针测试机固定连接的夹具固定板110，配合夹具固定板110对PCB板进行夹紧与松开的夹具活动板120，带动所述夹具活动板120靠近或远离所述夹具固定板的连接杆130，驱动所述连接杆的驱动装置140，以及垂直设置于所述夹具固定板110和所述夹具活动板120上的前后导向单元150；其中，所述夹具固定板110上延长度方向活动的设置有夹紧轴111，所述连接杆130一端与所述夹紧轴111活动连接，另一端与所述夹具活动板120活动连接；所述驱动装置140驱动所述夹紧轴111延所述夹具固定板110长度方向活动，并带动与其连接的连接杆130运动，从而实现与所述连接杆130活动连接的夹具活动板120靠近会远离所述夹具固定板110。

如图3的连接杆受力分析图所示，本发明实施例的连接杆130与夹具活动板120的活动连接点的位置位于前后导向单元150的下方，这样自上往下看，所述立式飞针测试机夹具的支点在最上方，夹紧PCB板时，所述立式飞针测试机夹具能形成V字形的状态，即夹具活动板120的下方比上方更靠近PCB，夹持更加可靠。

本实施例中，所述驱动装置140为气缸，所述气缸的输出轴(图未标)与所述夹紧轴111的一端固定连接。

进一步地，所述气缸的输出轴上设有浮动接头141，所述浮动接头141与所述夹紧轴111之间设有固定连接的夹紧轴转接板142。

所述连接杆130一端与所述夹紧轴111之间、以及另一端与所述夹具活动板120之间分别都通过铰链销131进行铰接。由于所述气缸固定于所述夹具固定板110上、且与所述夹紧轴111固定连接，所以夹具固定板110、气缸、夹紧轴111三者相当于一个整体，当所述连接杆130分别于所述夹紧轴111和夹具活动板130铰接时，气缸驱动夹紧轴111，可使得连接杆130带动夹紧活动板120靠近或远离所述夹具固定板110。

具体的，所述连接杆的受力如图3所示，当连接杆130受到气缸的驱动，与所述夹紧轴111相铰接的一端延夹具固定板110长度方向(左右方向)运动时，由于所述夹具固定板110与所述夹具活动板120之间固定设有与二者长度方向垂直(前后方向)的前后导向单元150对其限位，使得所述连接杆130的另一端只能延前后方向移动，从而使得夹具活动板120也只能延前后方向靠近或远离所述夹具固定板110。

本实施例中，所述夹具活动板120与所述夹具固定板110呈现打开状态(N)时，所述连接杆130与所述前后导向单元150平行；所述夹具活动板120与所述夹具固定板110呈现夹紧状态(M)时，所述连接杆130与所述前后导向单元150之间呈θ角度。当然，在其他实施例中，也可以呈相反的状态。

进一步地，所述前后导向单元150包括一端固定于所述夹紧固定板110上，另一端活动的穿设于所述夹紧活动板120上的导向轴151。

具体的，所述夹紧活动板120上设有与所述导向轴151适配的通孔131。所述前后导向单元150还包括固定所述导向轴151的导向轴安装座152，所述导向轴安装座152固定设置于所述夹紧固定板110上。所述导向轴151由于一端固定于所述导向轴安装至152上，一端活动的穿设于所述通孔131内，使得所述夹紧活动板120只能延所述导向轴151方向(前后方向)移动，实现对PCB板的夹紧或松开。

进一步地，为了使得前后导向更加平滑，所述通孔131内设置有与所述导向轴151适配的直线轴承132。

所述夹紧活动板120上还固定设有直线轴承安装座133，所述通孔131设置于所述直线轴承安装座133内，所述直线轴承132设置于所述通孔131内。

进一步地，所述夹具固定板110上设置有与所述夹紧轴111适配的左右导向单元112。所述左右导向单元112包括无油衬套(图未标)和固定所述无油衬套的左右导向安装座(图未标)，所述左右导向安装座固定的设置于所述夹紧固定板110上。

进一步地，根据所述上夹具100的大小不同，便于固定或限位，以及方便力的传递，所述连接杆130、前后导向单元150、或者左右导向单元112为多个，本实施例中，为两个。

进一步地，所述夹具固定板110和所述夹具活动板130相对的一侧分别设置有具有弹性的夹紧条160。

当夹具活动板120上的夹紧条160与PCB接触时，夹具活动板120大距离运动结束，夹紧轴111会继续保持向左动作，由于夹紧条160具有弹性，夹具活动板120会微弱动作，直至夹紧条160变形结束，此时PCB也被夹紧。夹具打开时，气缸复位，夹紧轴111向右运动，夹具恢复到图示状态。由于夹紧条160的弹性能令凹凸不平的PCB表面与其接触面积尽可能大，所以夹持力分布很均匀。

进一步地，所述夹紧条160的表面设有粗糙层。有一定粗糙度的夹紧条也能令PCB夹持更加可靠。

进一步地，所述夹紧条160为绝缘材料制成。本实施例中，为塑胶制成，塑胶制作的夹紧条160的变形特性还能令PCB表面避免被刮伤，也可以起到绝缘的作用。

如图4所示，本发明实施例还提供一种立式飞针测试机夹具的设计方法，所述立式飞针测试机夹具为上述任意一项实施例中所述的立式飞针测试机夹具，由于所述上夹具和所述下夹具对称设置，结构相同，所以，只需要对所述上夹具进行设计，就可以得到整个立式飞针测试机夹具，具体的，所述设计方法包括：

步骤S310，根据设计目标，确定所需夹持PCB板的厚度、宽度、立式飞针测试机夹具的最大厚度；

首先确定设计目标，即要确定夹具所需要夹持的PCB的厚度范围及宽度。PCB厚度及宽度的不同对于夹持力也就不同，PCB越厚则需要越大的力才能将其夹持住。

步骤S320，根据PCB板的厚度、宽度，确定所述气缸的输出力；

立式飞针测试机夹具的连接杆130是整个夹具的主要受力部件，对其进行受力分析就可以知道夹具的夹持力及气缸的输出力的相互关系，受力分析如图3可得出：

S^2+(L-K)^2＝L^2 (1)

tanθ＝S/(L-K)＝F1/F2 (2)

则所述气缸的输出力满足：

F1＝F2*(L^2-(L-K)^2)^0.5/(L-K) (3)

其中，

F1为气缸的输出力；

F2为立式飞针测试机夹具的夹持力；

L为所述连接杆的长度；

K为夹持PCB板时连接杆一端点运动距离(夹具的行程)。

根据经验或实验确定PCB厚度与夹持力F2的关系，初始设计时根据夹持力最大的一种情况来进行设计，后面再对各种情况进行校核。由PCB最大厚度可以确定夹具的行程K，即夹具由初始状态到夹持状态夹具活动板120的前后运动的距离，在夹持厚度最小的PCB时夹具行程最大。

具体的，通过采用一夹持工具在上下方向对PCB板进行夹持，计算出最大的夹持力。

由上述公式可以知道当其他数值确定时行程越小，夹具的夹持力越大，所以在设计时为了提高气缸输出力转化效率，则需要尽可能减小行程。

由公式也可以知道当其他数值确定时连接杆长度L越大，夹具的夹持力越大，所以在设计时为了提高气缸输出力转化效率，则需要尽可能使K越大。

由于连接杆的长度决定了夹具整体的厚度，所以根据所允许的夹具厚度确定连接杆杆长L。

步骤S330，根据立式飞针测试机夹具的最大厚度，确定所述气缸的输出端的行程；

由公式(1)和(2)所述气缸的输出端的行程满足：

S＝(L^2-(L-K)^2)^0.5 (4)

其中，S为气缸输出端的行程。

当确定F2、K、L后可以计算得出气缸的输出力F1及其行程S，夹持力最大时输出力也最大，夹具行程K最大时气缸行程S也最大。根据这两个参数，可以进行气缸的选型。

进一步地，气缸选型完成后需进行核算，核算各种PCB厚度的夹持力是否满足要求，核算气缸安装空间是否满足夹具所允许的厚度要求(详细设计时)，核算气缸的其它参数是否满足夹具的要求。

步骤S340，确定所述立式飞针测试机夹具受力点和前后导向单元的位置；

各种参数确定后也就知道夹具的各个主要零部件所受力最大时情况，初步确定夹具的两个受力点位置及夹具活动板导向位置，并对各个受力部件进行初始设计。

此时，所述立式飞针测试夹具的设计完成。通过对受力分析，选出合适的气缸以及各部件的安装位置，实现了夹持的可靠。

在其他实施例中，还包括对各受力部件进行有限元仿真分析步骤。

根据受力大小、位置等对各个受力部件进行有限元仿真。设定各个受力部件所允许的变形大小、变形均匀度、制造成本等目标，若仿真结果满足上述要求，则确定夹具受力点及导向位置以及各个受力部件的初步结构。若不满足，则需判断是受力部件的问题还是受力点及导向位置的问题，并进行相应的修改，直到满足要求。最后在根据夹具其它要求进行夹具的详细设计，最终达到夹具设计目标。

具体的，本实施例中，所要夹持PCB厚度范围为0.5～5mm，宽度为35～610mm，夹具最大开合行程为6mm(可以根据所述立式飞针测试机夹具的安装空间大小、以及PCB板的厚度进行确定)。

根据试验，确定最大夹持力F2为225N能将厚度为5mm的PCB夹持可靠。

夹持5mm厚PCB时夹具行程K为1mm。根据夹具所允许的厚度要求连接杆长度L为42mm。

由上，则有气缸的输出力F1为100N。

夹持厚度最小PCB所需气缸的行程最大，则可知夹持厚度为0.5mm时，气缸的行程为20.7mm。

故根据一般负载时气缸输出力为100N、行程大于20.7mm条件进行气缸选型，选取了一般负载时气缸输出力为110N、行程最大为25mm的气缸。然后按照气缸输出力为110N来进行各种厚度PCB的夹持力核算，核算结果认为都能满足要求。接着初步确定夹具的两个受力点位置及夹具活动板导向位置，并对各个受力部件进行初始设计。有限元仿真结果表明各个受力部件满足相关要求。最后，根据夹具的其它要求对整个夹具的结构进行细化，最终设计出如图1～2所示的夹具。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种立式飞针测试机夹具，包括对称的设置在所述立式飞针测试机上的上夹具和下夹具，其特征在于，所述上夹具包括：

夹具固定板，所述夹具固定板与所述立式飞针测试机固定连接；所述夹具固定板上延长度方向活动的设置有夹紧轴；

夹具活动板，配合夹具固定板对PCB板进行夹紧与松开；

连接杆，所述连接杆一端与所述夹紧轴活动连接，另一端与所述夹具活动板活动连接；

驱动所述夹紧轴延所述夹具固定板长度方向活动的驱动装置；

垂直设置于所述夹具固定板和所述夹具活动板上的前后导向单元；

所述驱动装置为气缸，所述气缸的输出轴与所述夹紧轴的一端固定连接；所述气缸的输出轴上设有浮动接头，所述浮动接头与所述夹紧轴之间设有固定连接的夹紧轴转接板；

所述夹具固定板上设置有与所述夹紧轴适配的左右导向单元；

所述前后导向单元包括一端固定于所述夹紧固定板上，另一端活动的穿设于所述夹紧活动板上的导向轴；

所述前后导向单元还包括固定所述导向轴的导向轴安装座，所述导向轴安装座固定设置于所述夹紧固定板上；

所述夹紧活动板上设有与所述导向轴适配的通孔；

所述通孔内设置有与所述导向轴适配的直线轴承；

所述夹紧活动板上还固定设有直线轴承安装座，所述通孔设置于所述直线轴承安装座内，所述直线轴承设置于所述通孔内；

所述左右导向单元包括无油衬套和固定所述无油衬套的左右导向安装座，所述左右导向安装座固定的设置于所述夹紧固定板上。

2.如权利要求1所述的立式飞针测试机夹具，其特征在于，所述夹具固定板和所述夹具活动板相对的一侧分别设置有具有弹性的夹紧条。

3.如权利要求2所述的立式飞针测试机夹具，其特征在于，所述夹紧条的表面设有粗糙层。

4.如权利要求2所述的立式飞针测试机夹具，其特征在于，所述夹紧条为绝缘材料制成。

5.一种立式飞针测试机夹具的设计方法，其特征在于，所述立式飞针测试机夹具为权利要求1-4任意一项所述的立式飞针测试机夹具，所述设计方法包括：

根据设计目标，确定所需夹持PCB板的厚度、宽度、立式飞针测试机夹具的最大厚度；

根据PCB板的厚度、宽度，确定所述气缸的输出力；

根据立式飞针测试机夹具的最大厚度，确定所述气缸的输出端的行程；

确定所述立式飞针测试机夹具受力点和前后导向单元的位置；

所述气缸的输出力满足：F1＝F2*(L^2-(L-K)^2)^0.5/(L-K)，

其中，

F1为气缸的输出力；

F2为立式飞针测试机夹具的夹持力；

L为所述连接杆的长度；

K为夹持PCB板时连接杆一端点运动距离(夹具的行程)；

所述气缸的输出端的行程满足：S＝(L^2-(L-K)^2)^0.5，其中，S为气缸输出端的行程。