CN107544016B - 一种飞针测试轴及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PCB测试技术领域，公开了一种飞针测试轴及其测试方法，该测试轴包括测试轴底板、音圈电机、探针连接板、测试探针、光栅尺和光栅尺读数头；测试轴底板固定在飞针测试机Y轴上，探针连接板安装在测试轴底板上，并能够相对于测试轴底板往复运动；音圈电机的定子安装在测试轴底板上，音圈电机的动子与探针连接板连接；测试探针也安装在探针连接板上，探针连接板上还安装有光栅尺，光栅尺读数头通过读数头安装板固定在测试轴底板上。本发明中能够提高飞针测试机测试轴的测试精度和压力控制精度，进而提高机器的测试精度，同时保证探针与待测PCB的接触力合适，避免PCB表面被扎花；测试轴的结构紧凑、零部件连接更合理，装配使用方便，其整体结构简单、功能可靠也易于实现。

Description

一种飞针测试轴及其测试方法

技术领域

本发明涉及印制电路板(PCB)测试技术领域，更具体的说，特别涉及一种飞针测试轴及其测试方法。

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，测试PCB线路通断短路的设备。飞针测试机的Z轴(测试轴)为机器的执行机构，测试时测试轴通常以每秒10～50次的速度反复运动以带动测试头接触不同测试点，其测试精度、测试可靠性直接决定了机器的测试性能。同时，随着PCB制造技术的提高，需要保证探针与待测PCB的接触力合适，避免PCB表面被扎花，这就对飞针测试轴的控制精度及其测试方法提出了更高的要求。在现有技术中，飞针测试轴采用开环控制的形式，一般都存在占用空间较大、运动时振动大、测试精度不高、压力控制不准等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种飞针测试轴及其测试方法，能够提高运动的整定精度，提高电性测试精度，并保证了接触压力的控制，进而提高机器的测试精度。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种飞针测试轴，包括测试轴底板、音圈电机、探针连接板、测试探针、光栅尺和光栅尺读数头；

所述测试轴底板固定在飞针测试机Y轴上，所述探针连接板安装在所述测试轴底板上，并能够相对于所述测试轴底板往复运动；所述音圈电机的定子安装在所述测试轴底板上，所述音圈电机的动子与所述探针连接板连接；所述测试探针也安装在所述探针连接板上，所述探针连接板上还安装有所述光栅尺，所述光栅尺读数头通过读数头安装板固定在所述测试轴底板上。

所述飞针测试轴还包括视觉组件，其包括CCD相机和相机底板，其中CCD相机通过相机底板安装在测试轴底板上。

所述视觉组件还包括光源，其也安装在测试轴底板上，并与CCD相机同轴设置。

所述测试轴还包括复位弹簧、左弹簧支架和右弹簧支架，其中复位弹簧的一端通过左弹簧支架安装在探针连接板上，另一端通过右弹簧支架安装在测试轴底板上。

所述测试轴底板上还分别安装了前限位开关和后限位开关，用于限制探针连接板的行程。

还包括导轨滑块组件，其设置在测试轴底板上，探针连接板与导轨滑块组件的滑块相连接。

所述导轨滑块组件采用双滑块的形式。

一种飞针测试轴的测试方法，该测试方法具体如下：

步骤S1：将力测试单元安装在飞针测试机的待测PCB固定装置中；

步骤S2：飞针测试轴开始工作，通过导轨滑块组件带动探针连接板移动，带动测试探针与力测试单元接触，产生接触力；

步骤S3：当探针连接板移动达到设定值时，则飞针测试轴停止工作，记录在运动过程中音圈电机的电流变化情况、以及力测试单元达到所需最大力的力变化情况，得到电流曲线和力曲线；

步骤S4：根据所述电流曲线与力曲线匹配，得到音圈电机的电流与接触力之间的关系。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明中通过音圈电机的驱动、导轨滑块组件的导向及光栅尺读数头的位置反馈，并实现了闭环控制，能够提高飞针测试机测试轴的测试精度，进而提高机器的测试精度；此外，本发明测试轴的结构紧凑、零部件连接更合理，装配使用方便，其整体结构简单、功能可靠也易于实现。

(2)本发明的测试方法根据测试探针与待测PCB接触后的接触力与音圈电机的电流之间的关系，则将接触力的控制转换成电流的控制，从而实现了主动控制的目的，这样不仅能保证测试轴在测试过程中高速运行，提高压力控制精度和测试效率，也可以避免发生超调现象，保证接触压力的控制，从而保证探针与待测PCB的接触力合适，避免待测PCB表面被扎花。

附图说明

图1为本发明一种飞针测试轴的整体结构示意图。

图2为本发明飞针测试轴的局部示意图。

图3为本发明飞针测试轴的局部示意图。

图4为本发明飞针测试轴的测试方法的流程图。

附图标记说明：1-测试轴底板、2-音圈电机、3-音圈电机安装板、4-探针连接板、5-导轨滑块组件、6-测试探针、7-光栅尺、8-光栅尺读数头、9-读数头安装板、12-CCD相机、13-相机底板、14-光源、15-左弹簧支架、16-右弹簧支架、17-复位弹簧

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1～图3所示，本发明提供的一种飞针测试轴，包括测试轴底板1、音圈电机2、音圈电机安装板3、导轨滑块组件5、探针连接板4、测试探针6、光栅尺7、光栅尺读数头8、读数头安装板9。

所述测试轴底板1固定在飞针测试机Y轴上，进而使飞针测试轴可以在飞针测试机Y轴上进行运动。所述测试轴底板1上设置有导轨滑块组件5，探针连接板4与滑块相连接，这样探针连接板4能沿着导轨进行前后方向的移动。本实施例中，导轨滑块组件5采用双滑块的形式，这样可以提高测试轴前后运动的扭转刚度，提高飞针测试轴的抑振能力，进而提高运动的定位精度。

所述音圈电机2分为音圈电机定子和音圈电机动子两部分，音圈电机定子通过音圈电机安装板3固定在测试轴底板1上，音圈电机动子与探针连接板4连接，音圈电机2的定子与动子相配合可以驱动动子前后移动。

所述测试探针6是与待测PCB直接接触的部件，其水平安装在探针连接板4上。光栅尺7粘附在探针连接板4的底部，光栅尺读数头8也通过读数头安装板9固定在测试轴底板1上。通过光栅尺7与光栅尺读数头8配合能够实时反馈位置信息，从而形成了闭环控制系统。这样，通过音圈电机2的驱动、导轨滑块组件5的导向及光栅尺读数头8的位置反馈，使测试探针6能沿着导轨前后方向进行精确运动，测试探针6与前方的待测PCB稳定的接触并进行电性测试。

上述中，所述测试轴还包括视觉组件，其包括CCD相机12、相机底板13和光源14，其中CCD相机12固定在相机底板13上，相机底板13再通过螺钉连接固定在测试轴底板1的上方。光源14固定在测试轴底板1上方，并位于CCD相机12的前方。在测试之前，飞针测试机需要进行测试轴的CCD相机12与测试探针6相对位置的校正，获取CCD相机12与测试探针6的相对位置关系。在测试时，通过CCD相机12来获取待测PCB的对位点的坐标关系，进行一定换算后就可以知道测试探针6测试时的运动路径。

上述中，所述测试轴还包括复位弹簧17、左弹簧支架15和右弹簧支架16，其中复位弹簧17的一端与安装在探针连接板4上的左弹簧支架15连接，另一端与安装在测试轴底板1的右弹簧支架16。正常测试时音圈电机2由于故障或突然断电失去使能的时候，复位弹簧17能快速将测试探针6拉离与其接触的待测PCB，防止待测PCB被测试探针6破坏。

上述中，所述测试轴底板1上还分别安装了前限位开关10和后限位开关11等安全防护部件，用于限制探针连接板4的行程。对于飞针测试机来说，可以利用空间相对较小，电机、传动系统等占用空间的零部件连接紧凑可以进一步提高空间的利用率，同时各个结构件在满足使用要求的前提下尽可能的简化，使整机的结构更加紧凑。

由于目前测试轴的测试探针6与待测PCB接触压力控制都依靠测试探针6上的传感器获取到信号后再进行运动控制，由于传感器获取信号及与外围的运动控制系统通讯需要一定时间，而测试轴的运动速度非常快，这样容易造成过冲现象，导致测试压力控制不是很稳定。若通过降低速度来解决这一问题则会降低了测试效率。如果由运动控制系统获取自身信号来进行压力控制可以在源头上进行运动控制，响应速度非常快，运动控制精度则会非常高。

另外，在测试探针6没有与待测PCB接触之前，整个测试轴的运动负载是恒定，音圈电机2的电流也是恒定的。测试轴的测试探针6在与待测PCB进行接触时对运动控制系统来说是一种额外负载，此时控制系统的电流环会发生扰动，音圈电机2的电流会随着接触力的增大而线性变化。也就是说，运动控制系统控制自身音圈电机2的电流可以达到控制接触力的目的，并且此种控制方式的控制精度非常高。

因此，本发明还提供一种飞针测试轴的测试方法，该测试方法具体如下(参阅图4所示)：

步骤S1：将力测试单元安装在飞针测试机的待测PCB固定装置中。

步骤S2：飞针测试轴开始工作，向力测试单元进行动作，即通过导轨滑块组件5带动探针连接板4移动，从而带动测试弹针6与力测试单元接触，产生接触力。

步骤S3：当探针连接板4移动达到设定值(一般为1mm)时，则飞针测试轴停止工作，记录在运动过程中音圈电机2的电流变化情况、以及力测试单元达到所需最大力的力变化情况，得到电流曲线和力曲线。

步骤S4：根据所述电流曲线与力曲线匹配，得到音圈电机2的电流与接触力之间的关系。

通过上述过程，可以知道测试探针6与待测PCB接触后的接触力与运动控制系统中音圈电机2的电流之间的关系，则将接触力的控制转换成电流的控制，从而达到主动控制的目的。当把接触力控制到一定时，则会自动将此接触力转换成电流值，在测试时音圈电机2的电流发生变化，达到控制电流时运动停止，也就控制了接触力。

这样，可以轻易根据相关测试要求改变所需接触力，不需要人为干预，操作方便性大大提高。由于音圈电机2电流是运动控制系统自身电流环的一部分，其响应速度及控制精度可以有效地得到保证，由以前的被动控制转换成主动控制。这样既可保证测试轴在测试过程中高速运行，提高测试效率，也可以避免发生超调现象，保证接触压力的控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种飞针测试轴，其特征在于：包括测试轴底板(1)、音圈电机(2)、探针连接板(4)、测试探针(6)、光栅尺(7)和光栅尺读数头(8)；

所述测试轴底板(1)固定在飞针测试机Y轴上，所述探针连接板(4)通过导轨滑块组件(5)安装在所述测试轴底板(1)上，并能够相对于所述测试轴底板(1)沿着所述导轨滑块组件(5)往复运动；所述音圈电机的定子安装在所述测试轴底板(1)上，所述音圈电机的动子与所述探针连接板(4)连接，所述音圈电机的定子与动子配合能驱动所述音圈电机的动子前后移动；所述测试探针(6)也安装在所述探针连接板(4)上，所述探针连接板(4)上还安装有所述光栅尺(7)，所述光栅尺读数头(8)通过读数头安装板(9)固定在所述测试轴底板(1)上，所述光栅尺(7)和所述光栅尺读数头(8)相配合能实时反馈所述测试探针(6)的位置信息；

所述音圈电机(2)能控制所述测试探针(6)与PCB之间的接触力，并且根据所述音圈电机(2)的电流信号获取所述接触力大小数据。

2.根据权利要求1所述的飞针测试轴，其特征在于：所述飞针测试轴还包括视觉组件，其包括CCD相机(12)和相机底板(13)，其中CCD相机(12)通过相机底板(13)安装在测试轴底板(1)上。

3.根据权利要求2所述的飞针测试轴，其特征在于：所述视觉组件还包括光源(14)，其也安装在测试轴底板(1)上，并与CCD相机(12)同轴设置。

4.根据权利要求1所述的飞针测试轴，其特征在于：所述测试轴还包括复位弹簧(17)、左弹簧支架(15)和右弹簧支架(16)，其中复位弹簧(17)的一端通过左弹簧支架(15)安装在探针连接板(4)上，另一端通过右弹簧支架(16)安装在测试轴底板(1)上。

5.根据权利要求1所述的飞针测试轴，其特征在于：所述测试轴底板(1)上还分别安装了前限位开关(10)和后限位开关(11)，用于限制探针连接板(4)的行程。

6.根据权利要求1所述的飞针测试轴，其特征在于：还包括导轨滑块组件(5)，其设置在测试轴底板(1)上，探针连接板(4)与导轨滑块组件(5)的滑块相连接。

7.根据权利要求6所述的飞针测试轴，其特征在于：所述导轨滑块组件(5)采用双滑块的形式。

8.一种基于权利要求1－7任意一项所述的飞针测试轴的测试方法，该测试方法具体如下：

步骤S1：将力测试单元安装在飞针测试机的待测PCB固定装置中；

步骤S2：飞针测试轴开始工作，通过导轨滑块组件(5)带动探针连接板(4)移动，带动测试探针(6)与力测试单元接触，产生接触力；

步骤S3：当探针连接板(4)移动达到设定值时，则飞针测试轴停止工作，记录在运动过程中音圈电机(2)的电流变化情况、以及力测试单元达到所需最大力的力变化情况，得到电流曲线和力曲线；

步骤S4：根据所述电流曲线与力曲线匹配，得到音圈电机(2)的电流与接触力之间的关系。

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