CN105415312A - 一种电路板装夹台及其测温系统 - Google Patents

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王勇
张航军
刘文杰
梅钦
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Abstract

本发明公开了一种电路板装夹台及其测温系统，属于数控成品电路板测温领域。电路板装夹台主要由固定底座、可动底座、水平导轨、竖直导轨、滑块及转夹头组成，可根据被测数控成品电路板的规模及安装角度调整尺寸和转夹头角度。测温系统包括电路板装夹台、温度传感器、红外成像模块、信号采集模块及上位机。本发明的装置可对不同尺寸的数控成品电路板在不同角度放置条件下的工作温度进行测量，可减少重力对电路板表面热气流路径的影响，使测试条件更贴合实际工程条件。

Description

一种电路板装夹台及其测温系统
技术领域
本发明属于数控成品电路板测温领域，涉及一种电路板装夹台及测量数控成品电路板温度的系统。
背景技术
随着大功率半导体元件在数控系统中应用，数控成品电路板的热流密度不断增加，板体热量的聚集和温度的提升已成为影响产品可靠性的重要因素之一。
在设计阶段获取数控成品电路板工作温度可以对其可靠性进行有效地评估。此外，随着热仿真技术的逐步发展应用，在产品的设计早期准确地获取数控成品电路板工作温度可以为热仿真模型的标定及元件功耗估计提供有力帮助，同时为后期的方案优化设计提供数据支撑。
公开号为CN104424374A的中国发明专利申请《电路板的热仿真模型的标定方法及系统》公开了一种电路板热仿真模型的标定方法，将电路板置于与仿真环境相同的测试环境中获取电路板温度云图，但对温度测试的方法及装置未进行详细阐述。
《科学技术与工程》第12卷27期文献《基于DM60红外热像仪的电路板卡温度测量分析》提到仅利用接触式的方法测量电路板温度，该方法需要花费大量的时间和精力；单一利用红外成像仪的方式其测试结果容易受到环境及元件表面辐射率的影响，其次对于一些元器件有遮挡的位置亦无法获取其温度。
目前，对于电路板温度测量普遍采用水平置于预设的环境中，利用接触式(譬如热电偶等)或者非接触式(譬如红外成像仪等)的方式进行直接测量。这种单一手段的测量方式存在如下缺点：(1)较难获取完整的准确的温度数据，对后期可靠性预计及热仿真模型标定都带来不可靠因素；(2)不同的数控成品电路板在设备中往往有多种角度放置方式，温度的变化会导致空气密度的变化，由于受重力作用的影响，针对数控成品电路板在采用自然对流的散热方式下，测试时与实际安装情况采取不同的放置方式会造成气流方向、数控成品电路板的传热路径的变化，增加测量数据与实际工作情况之间的误差。总之，现有技术中测试数控成品电路板温度时，数控成品电路板在测试中放置方式单一，测试手段也不灵活，测试结果不够准确、完整。
因此，需要开发一种能准确、全面、灵活地测量数控成品电路板的温度的装置或者方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明第一目是提供一种电路板装夹台，该电路板装夹台结构简单，可对不同尺寸规格的数控成品电路板在不同放置角度下进行夹持，进而进行温度测量，使温度测量能准确、全面、灵活。本发明的第二目的是提供一种测温系统，可应用于数控成品电路板的可靠性评估或热仿真模型标定阶段，能简化试验操作，缩短设计周期。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电路板装夹台，其特征在于，其包括固定底座、可动底座、水平导轨、竖直导轨、滑块、转夹头以及心轴，其中：
所述水平导轨一端与固定底座相固定连接以受所述固定底座支撑，该水平导轨另一端与所述可动底座套接，以使所述可动底座水平位置能调节；
所述固定底座和所述可动底座上均设置有竖直导轨，所述竖直导轨上设置有能上下滑动的滑块，所述心轴一端固定在所述滑块上，该心轴另一端与所述转夹头活动连接，以使所述转夹头能相对所述滑块转动，所述转夹头上设置有用于夹持电路板的夹持端。
以上发明构思中，转夹头用于夹持电路板，转夹头可沿360度转动，滑块可上下移动，可动底座可水平移动，三者综合作用，使得本发明的电路板装夹台能灵活适用于各种角度的电路板的夹持。
进一步的，所述转夹头上设置有沿周向均匀布置的六个定位孔，所述滑块上设置有通孔，所述定位孔和所述滑块的通孔用于供定位销同时穿过而将转动到位的转夹头与滑块锁紧固定。
进一步的，所述滑块上设置有用于供所述竖直导轨穿过的通孔，以使所述滑块套接在所述竖直导轨上以能上下滑动。
进一步的，所述滑块侧面设有螺纹孔，以供紧定螺钉穿入其中而将滑动到位的滑块与在所述竖直导轨执行锁定。
进一步的，所述夹持端包括蝶形螺钉和夹紧垫片，所述蝶形螺钉穿过夹紧垫片且端部设置有螺母。工作时，将待夹持的电路板放置在夹紧垫片和转夹头的悬臂块间，旋紧螺母，实现电路板的夹持固定。
进一步的，其中转夹头的材质为绝缘隔热材料。
按照本发明的另一方面，提供了一种测温系统，其特征在于，其包括如上所述的电路板装夹台。
进一步的，其还包括红外成像模块、温度传感器、信号采集模块以及上位机，所述温度传感器贴装在受电路板装夹台夹持的待测电路板的待测位置，所述温度传感器与信号采集模块连接，并通过信号采集模块与上位机连接，所述红外成像模块正对待测电路板表面，且连接至上位机。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：
(1)本发明的电路板装夹台可在水平、竖直两方向进行尺寸调整，转夹头可以360度旋转，能适应不同规格和不同放置角度的电路板夹持，具备良好的通用性，并可减少重力对电路板表面热气流路径的影响，使测试条件贴合实际工程条件。
(2)与被测电路板接触的转夹头采用了绝缘隔热材料，可降低被测电路板与装置之间的热传导，进一步保证温度数据的有效性，增加试验操作的安全性，有利于提高可靠性预计及热仿真模型标定的准确度。
(3)本发明测温系统采用温度传感器与红外成像模块两种测试手段，使测量的数据更加全面有效。
附图说明
图1是本发明实施例的测温系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的电路板装夹台的结构示意图；
图3是本发明实施例的转夹头的结构示意图；
图4是本发明实施例的测温系统的测温工作流程示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-电路板装夹台2-红外成像模块3-温度传感器
4-信号采集模块5-上位机
11-固定底座12-竖直导轨13-定位销
14-滑块15-水平导轨16-转夹头
17-心轴18-可动底座19-紧定螺钉
161-夹紧垫片162-蝶形螺钉163-定位孔
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施例的测温系统的结构示意图，由图可知，本发明数控成品电路板的测温系统包括电路板装夹台1、红外成像模块2、温度传感器3、信号采集模块4、上位机5，其中被测电路板固定在电路板装夹台1上，红外成像模块2正对被测电路板表面放置，红外成像模块的数据输出端连接上位机5。本实例中红外成像模块2采用红外成像仪，本实例中温度传感器3采用PT100铂热电阻，贴装在功率元器件表面，通过转接头与信号采集模块4连接，本实例中信号采集模块4采用多通道温度记录仪，采样周期为5秒，信号采集模块4的通讯端口与上位机5相连并通过RS232通讯方式进行数据交换。
图2是本发明实施例的电路板装夹台的结构示意图，由图可知，本实施例中的电路板装夹台包括固定底座11、两个竖直导轨12、定位销13、两个滑块14、水平导轨15、两个转夹头16、心轴17、可动底座18及紧定螺钉19。滑块14上设置有用于供所述竖直导轨12穿过的通孔，以使所述滑块14套接在所述竖直导轨12上以能上下滑动。滑块14沿竖直导轨上下调整位置到预定位置后，由紧定螺钉19固定。可动底座18可沿水平导轨左右调整位置，以适应被测电路板的长度尺寸。
图3是本发明实施例的转夹头的结构示意图，由图可知，转夹头16包括心轴孔、定位孔163、蝶形螺钉162、夹紧垫片161及螺母。转夹头16中心设置心轴孔，心轴17一端固定在滑块14上，该心轴17另一端与所述转夹头16的心轴孔活动连接，以使所述转夹头16能相对所述滑块14转动。在心轴孔周围设置沿周向均匀布置有譬如六个定位孔163，滑块14上也设置有通孔，所述定位孔163和所述滑块14的通孔用于供定位销13同时穿过而将转动到位的转夹头16与滑块14锁紧固定。转夹头16上设置有两个对称的悬臂，悬臂上开设有供蝶形螺钉162通过的通孔，蝶形螺钉从上而下穿过该通孔，蝶形螺钉端部设置有螺母，螺母上方设置有加紧垫片161。将待夹持的电路板放置在夹紧垫片和转夹头16的悬臂块间，旋紧螺母，实现电路板的夹持固定。转夹头与电路板接触部分均由譬如尼龙材料制成，尼龙材料为绝缘隔热材料，可减少电路板跟转夹头之间的热传导。
图4是本发明实施例的测温系统的测温工作流程示意图。由图可知，本发明测温系统工作过程具体为：
(1)依据被测电路板的尺寸大小调整电路板装夹台的尺寸，使两侧滑块同高，两侧转夹头可对被测电路板进行装夹固定；
(2)将被测电路板装夹在转夹头上，调整转夹头的角度使被测电路板的放置角度与设计方案相同，利用定位销将转夹头固定在滑块上；
(3)布置红外成像仪位置，根据预设位置贴装温度传感器，留一路传感器测量环境温度；
(4)将温度传感器通过转接头连接到温度记录仪上，并将温度记录仪的通讯端口连接到上位机；
(5)对温度进行预测量；
(6)若不能正常采集到温度数据，则调整温度传感器或转接头；
(7)若能正常采集温度数据，对被测电路板接入测试电路并置于相应的测试环境中，进行上电；
(8)设置温度记录仪的采样周期为5秒，对电路板进行温度连续采集，其温度数据趋于稳定后(即电路板达到其稳态工作温度)，此时开启红外成像仪拍摄数控成品电路板总体温度云图。
本发明可对不同尺寸的数控成品电路板不同角度放置条件下的工作温度进行测量，获取关键位置的连续温度变化数据和总体温度分布云图。调整固定架的方式使操作更加方便安全，缩短试验周期，提高测量数据的有效性，对系统优化及热仿真模型的标定有积极推动作用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电路板装夹台，其特征在于，其包括固定底座(11)、可动底座(18)、水平导轨(15)、竖直导轨(12)、滑块(14)、转夹头(16)以及心轴(17)，其中：
所述水平导轨(15)一端与固定底座(11)相固定连接以受所述固定底座(11)支撑，该水平导轨(15)另一端与所述可动底座(18)套接，以使所述可动底座(18)位置能沿所述水平导轨(15)调节；
所述固定底座(11)和所述可动底座(18)上均设置有竖直导轨(12)，所述竖直导轨(12)上设置有能上下滑动的滑块(14)，所述心轴(17)一端固定在所述滑块(14)上，该心轴(17)另一端与所述转夹头(16)活动连接，以使所述转夹头(16)能相对所述滑块(14)转动，所述转夹头(16)上设置有用于夹持电路板的夹持端。
2.如权利要求1所述的一种电路板装夹台，其特征在于，所述转夹头(16)上设置有沿周向均匀布置的六个定位孔(163)，所述滑块(14)上设置有通孔，所述定位孔(163)和所述滑块(14)的通孔用于供定位销(13)同时穿过而将转动到位的转夹头(16)与滑块(14)锁紧固定。
3.如权利要求1或2所述的一种电路板装夹台，其特征在于，所述滑块(14)上设置有用于供所述竖直导轨(12)穿过的通孔，以使所述滑块(14)套接在所述竖直导轨(12)上以能上下滑动。
4.如权利要求3所述的一种电路板装夹台，其特征在于，所述滑块(14)侧面设有螺纹孔，以供紧定螺钉(19)穿入其中而将滑动到位的滑块(14)与所述竖直导轨(12)间执行锁定。
5.如权利要求1或3所述的一种电路板装夹台，其特征在于，所述夹持端包括蝶形螺钉(162)和夹紧垫片(161)，所述蝶形螺钉(162)穿过夹紧垫片(161)且端部设置有螺母。
6.如权利要求1或3或5所述的一种电路板装夹台，其特征在于，其中转夹头(16)的材质为绝缘隔热材料。
7.一种测温系统，其特征在于，其包括如权利要求1-6之一所述的电路板装夹台(1)。
8.如权利要求7所述的一种测温系统，其特征在于，其还包括红外成像模块(2)、温度传感器(3)、信号采集模块(4)以及上位机(5)，所述温度传感器(3)贴装在受电路板装夹台(1)夹持的待测电路板的待测位置，所述温度传感器(3)与信号采集模块(4)连接，并通过信号采集模块(4)与上位机(5)连接，所述红外成像模块(2)正对待测电路板表面，且连接至上位机(5)。
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