CN114325005A - 具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具备多探头可旋转针盘的电路板检测装备及其检测方法，检测装备主包括旋转针盘、三维移动滑台、电路板固定架、装备固定架通过相互之间的固定与连接配合实现测试点的位置定位，测试探头的选取。所述检测方法共分为以下9个步骤：数据提取、定位坐标、位置信息校对、选择探头、矫正测试角度、探针与测试点接触、提取测试数据、探针与测试点分离、检测下一测试点。通过此9个步骤即可完成对电路板所有测试点的测试记录和判断。

Description

具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于电路板检测领域，具体涉及一种具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置及其检测方法。

背景技术

随着现代电路板性能的提高，电路上器件密度也越来越高。随之带来的问题就是电路板测试的复杂性，既需要静态的电阻电压测试，又需要烧写嵌入式软件后进行功能测试。

在现代自动化浪潮中，自动化设备已经被广泛用在了各个领域，其中电子电路检测行业近几年自动化发展也十分繁荣，但目前市面上的一些自动化设备主要适用于批量大、数量众多的电路板检测，且大多是采用针床加治具的方式检测，例如手机电路板检测、电脑电路板等的检测。这种方法需要配置相对较多的资源，一般精度稍高的检测治具制作费用都需几万甚至十几万。针对批量小、种类多的数字点电路测试，目前大多采用人工手动检测。人工检测主要存在以下痛点：肉眼寻找测试点困难、长时间检测容易眼疲劳、人工检测速度慢、人工无法长时间连续作业等。

当今的电路板已经向着更加密集、更加复杂和多变的趋势发展，电路板检查如果保证在复杂的电路板中对电路板进行有效的测试，将直接影响电路板检测的效率，设计出简单而有效的电路板检测方法对当前电路板检测显得尤为紧迫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置及其检测方法，有效解决了多种类、小批量的复杂电路板电路检测探针类型的选择问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，其特征在于：包括旋转针盘、三维移动滑台、电路板固定架、装备固定架，所述旋转针盘包括、转盘、探头固定架、第一旋转舵机和若干探头。若干探头呈放射状均匀布置在360°的转盘上，并通过探头固定架与转盘固连，旋转针盘通过第一旋转舵机立装于三维移动滑台上，三维移动滑台上设有两个位置传感器分别感应X方向、Y方向，通过三维移动滑台控制旋转针盘在X方向、Y方向和Z方向的运动，三维移动滑台和电路板固定架均设置在装备固定架上，电路板固定架用于固定待测电路板，使得待测电路板位于三维移动滑台的运动范围内。

一种利用具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据待测电路板的PCB原理图导出所需位置坐标信息、元器件类型及排列角度信息，并将其送入上位机，转入步骤2。

步骤2，上位机根据位置信息控制三维移动滑台将旋转针盘移动到待测电路板的测试点正上方，待三维移动滑台到达测试点后，上位机接收到三维移动滑台反馈的位置到达信息，转入步骤3。

步骤3，上位机对位置反馈信息进行判读，判断其是否到达预定点，若精准到达待测位置，转入步骤4。若位置偏差则对其修正实现位置的精准定位控制，然后转入步4。

步骤4，上位机根据待测电路板上的测试点的需求，选择其需要的探针类型，转入步骤5。

步骤5，根据测试点在待测电路板上的角度，上位机控制第二旋转舵机将探针旋转至相应的检测角度，使探针正对测试点，转入步骤6。

步骤6，上位机向三维移动滑台发送下探指令使得旋转针盘沿垂直方向向下移动，并通过位置传感器控制下探深度最终实现探针与测试点的触碰，转入步骤7。

步骤7，探针和测试点触碰后，上位机接收到三维移动滑台反馈的触碰反馈信息后通过串口向程控万用表发送测试指令，进行测试，根据探针类型获得相应数据，将数据送入上位机判断该测试点是否合格，转入步骤8。

步骤8，上位机向三维移动滑台发送上升指令，控制探针与测试点分离，转入步骤9。

步骤9，上位机提取下一测试点位置信息，并根据元器件类型及排列角度信息，判断是否需要转换测试探头，如果所需探针相同，不更换探头，转入步骤5，否则需要重新选择探头类型，转入步骤4。当所有位置测试完成后，抬起旋转针盘，并旋转至初始位置，从而完成对待测电路板检测。

附图说明

图1为具备多探头的电路板检测装置的装配图。

图2为旋转针盘示意图。

图3为系统控制流程图。

图4为测试流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。

下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。

结合图1和图2，一种具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，包括旋转针盘1、三维移动滑台2、电路板固定架3、装备固定架4，所述旋转针盘1包括、转盘12、探头固定架13、第一旋转舵机14和若干探头11；若干探头11呈放射状均匀布置在360°的转盘12上，并通过探头固定架13与转盘12固连，旋转针盘1通过第一旋转舵机14和Z方向滑台23立装于三维移动滑台2上，三维移动滑台2上设有第一位置传感器213和第二位置传感器222分别感应X方向、Y方向，通过三维移动滑台2控制旋转针盘1在X方向、Y方向和Z方向的运动，三维移动滑台2和电路板固定架3均设置在装备固定架4上，电路板固定架3用于固定待测电路板，使得待测电路板位于三维移动滑台2的运动范围内。

所述探头11包括第二旋转舵机111、探针固定架112、探针113，上述探针113垂直向下固定于探针固定架112，并通过探针固定架112与第二旋转舵机111相连，最终构成水平角度可调节探头；所述探针113包括双针、四针1、DSP仿真器探针、FPGA下载器探针。

进一步地，探针均为可软着陆的圆头金属探针，双针是可软着陆的两根圆头金属探针。DSP仿真器以及FPGA下载器排针均是符合相关实际使用的探针排布。

结合图3和图4，一种利用具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据待测电路板的PCB原理图导出所需位置坐标信息、元器件类型及排列角度信息，并将其送入上位机，转入步骤2。

步骤2，上位机根据位置信息控制三维移动滑台2将旋转针盘1移动到待测电路板的测试点正上方，待三维移动滑台2到达测试点后，上位机接收到三维移动滑台2反馈的位置到达信息，转入步骤3。

步骤3，上位机对位置反馈信息进行判读，判断其是否到达预定点，若精准到达待测位置，转入步骤4。若位置偏差则对其修正实现位置的精准定位控制，然后转入步4。

步骤4，上位机根据待测电路板上的测试点的需求，选择其需要的探针类型，转入步骤5。

步骤5，根据测试点在待测电路板上的角度，上位机控制第二旋转舵机111将探针113旋转至相应的检测角度，使探针113正对测试点，转入步骤6。

步骤6，上位机向三维移动滑台2发送下探指令使得旋转针盘1沿垂直方向向下移动，并通过位置传感器控制下探深度最终实现探针113与测试点的触碰，转入步骤7。

步骤7，探针113和测试点触碰后，上位机接收到三维移动滑台2反馈的触碰反馈信息后通过串口向程控万用表发送测试指令，进行测试，根据探针类型获得相应数据，将数据送入上位机判断该测试点是否合格，转入步骤8。

步骤8，上位机向三维移动滑台2发送上升指令，控制探针113与测试点分离，转入步骤9。

步骤9，上位机提取下一测试点位置信息，并根据元器件类型及排列角度信息，判断是否需要转换测试探头，如果所需探针相同，不更换探头，转入步骤5，否则需要重新选择探头类型，转入步骤4。当所有位置测试完成后，抬起旋转针盘1，并旋转至初始位置，从而完成对待测电路板检测。

设计原理

在数字电路板检测的工作过程中因测试点位置不动、间距不一、测试功能不同，所以需要设计一种能够在平面内随意移动且具备多种测试功能的设备来替代人工完成这项工作。以下结合本图1和图2对本发明原理做详细说明。

为使的设备在平面内具有任意点定位功能所以搭建了如图1中所示的三维滑台2，其中包括Y轴滑台22、Z轴滑台23和两个平行的X轴滑台21，Y轴滑台22两端通过两个滑块（211,212）分别与两个平行的X轴滑台21连接，在两个X轴滑台21移动的时候会带着Y轴滑台22同时移动，所以X轴和Y轴通过相互配合即可形成对运动范围平面内的任意点的定位。针对不同测试所需要的不同探针，本发明设计了如图1中所示及图2所展示的具备多探头可旋转针盘。通过Z轴滑台23立装与Y轴滑台22上，使其可随X轴和Y轴的移动而移动，并配合Z轴的升降实现探针与测试点的接触。如图2所示，在360°的转盘12上均匀分布有四种类型探头11，其主要区别在于所带探针113不同，可以根据不同的测试要求控制旋转舵机14选择合适探头，为保证探针113和测试点能够良好的接触，所以旋转舵机14每次转动的度数为90°以此保证探头能够垂直向下。

设计意义

在数字电路检测领域，存在很多板型不规则、不统一、数量少、批量小的数字电路板，在现阶段的数字电路板的检测过工作中，针对这种类型的数字电路板一般采用手工测试为主，本发明所设计的设备在一定程度上替代了手工测试，降低了测试过程3/1的人员使用，提高了约60%的工作效率。在批量生产和测试中具有良好的应用。

痛点和难点

（1）目前采用TTL串口通信模式进行数据传输和实时控制，控制时间与数据传输的容量受到一定的限制，虽然能够满足现阶段的使用，但对后续的优化和在开发且有一定的限制。

（2）在数字电路检测领域，存在很多板型不规则、不统一、数量少、批量小的数字电路板，针对着这些电路板本发明尚不能完全应对。

（3）因为每个电路板的工艺边和测试点位置都不相同，所以如何使得三维滑台2运动原点和电路板原点始终保持一致成为本设计的一个难点，本发明设计时采用了固定值加差值修订办法得以解决。

（4）自动设备在测试过程中都存在重复精度难把控的问题，本发明在设计过程中也存在次测试以后设备出现偏差问题。为减小偏差带来的影响，所以本发明设计了机械原点，在每完成一块数字电路测试过后，设备自动回到设计的机械原点用来修正偏差。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）制作周期短。

（2）可以直接应用在电路板检测中，设备制作成本低。

（3）根据被测对象选择针盘上探针类型，不影响针盘上其他针头，效率高，且减少了因挂仿真器需要焊接解焊插针的过程，提高了测试质量。

（4）该方法有效解决了多种类、小批量的复杂电路板电路检测探针类型的选择问题，实现了降本增效提质的效果。

实例：

对一块数字电路板进行检测，将单针、双针、DSP仿真器的排针、FPGA下载器的排针均匀布置在360°的转盘上，并将转盘立式装在可上下移动的探头上：

步骤1、根据待测电路板的PCB原理图导出所需位置坐标信息、元器件类型及排列角度信息，并将其送入上位机。

设检测电阻的测试点坐标为（52.4，134）（单位毫米，下面省略），DSP和FPGA插针中心位置分别为（84.3，153.3）、（108.7，153.2）。将针盘移动到坐标原点，将探针当前位置记录为（0，0），转入步骤2。

步骤2，上位机根据位置信息控制三维移动滑台2将旋转针盘1移动到待测电路板的测试点正上方，待三维移动滑台2到达测试点后，上位机接收到三维移动滑台2反馈的位置到达信息，转入步骤3。

步骤21，将需要测试点的坐标位置，记为（52.4，134）；

步骤22，得到X轴向的相对位移：记为△X= 52.4；

步骤23，得到Y轴向的相对位移：记为△Y= 134；

步骤3，上位机对位置反馈信息进行判读，判断其是否到达预定点，若精准到达待测位置，转入步骤4；若位置偏差则对其修正实现位置的精准定位控制，然后转入步4。

步骤4，上位机根据待测电路板上的测试点的需求，选择其需要的探针类型，转入步骤5。

根据被测对象，判断当前探头类型是否和需求的匹配，匹配不旋转，不匹配旋转针盘，使得向下的探针和测试需求的相匹配。

步骤5，根据测试点在待测电路板上的角度，上位机控制第二旋转舵机111将探针113旋转至相应的检测角度，使探针113正对测试点，转入步骤6。

步骤6，上位机向三维移动滑台2发送下探指令使得旋转针盘1沿垂直方向向下移动，并通过位置传感器控制下探深度最终实现探针113与测试点的触碰，转入步骤7。

步骤7，探针113和测试点触碰后，上位机接收到三维移动滑台2反馈的触碰反馈信息后通过串口向程控万用表发送测试指令，进行测试，根据探针类型获得相应数据，将数据送入上位机判断该测试点是否合格，转入步骤8。

步骤8，上位机向三维移动滑台2发送上升指令，控制探针113与测试点分离，转入步骤9。

步骤9，上位机提取下一测试点位置信息，并根据元器件类型及排列角度信息，判断是否需要转换测试探头，如果所需探针相同，不更换探头，转入步骤5，否则需要重新选择探头类型，转入步骤4；当所有位置测试完成后，抬起旋转针盘1，并旋转至初始位置，从而完成对待测电路板检测。

Claims (6)

1.一种具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，其特征在于：包括旋转针盘（1）、三维移动滑台（2）、电路板固定架（3）、装备固定架（4），所述旋转针盘（1）包括、转盘（12）、探头固定架（13）、第一旋转舵机（14）和若干探头（11）；若干探头（11）呈放射状均匀布置在360°的转盘（12）上，并通过探头固定架（13）与转盘（12）固连，旋转针盘（1）通过第一旋转舵机（14）立装于三维移动滑台（2）上，三维移动滑台（2）上设有两个位置传感器分别感应X方向、Y方向，通过三维移动滑台（2）控制旋转针盘（1）在X方向、Y方向和Z方向的运动，三维移动滑台（2）和电路板固定架（3）均设置在装备固定架（4）上，电路板固定架（3）用于固定待测电路板，使得待测电路板位于三维移动滑台（2）的运动范围内。

2.根据权利要求1所述的具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，其特征在于：所述探头（11）包括第二旋转舵机（111）、探针固定架（112）、探针（113），上述探针（113）垂直向下固定于探针固定架（112），并通过探针固定架（112）与第二旋转舵机（111）相连，最终构成水平角度可调节探头；所述探针（113）包括双针（1131）、四针（1132）、DSP仿真器探针（1133）、FPGA下载器探针（1134）。

3.根据权利要求2所述的具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，其特征在于：探针均为可软着陆的圆头金属探针。

4.根据权利要求2所述的具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，其特征在于：双针是可软着陆的两根圆头金属探针。

5.根据权利要求2所述的具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置，其特征在于：DSP仿真器以及FPGA下载器排针均是符合相关实际使用的探针排布。

6.一种利用如权利要求1~5中任意一项所述的具备多探头可旋转针盘的电路板检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据待测电路板的PCB原理图导出所需位置坐标信息、元器件类型及排列角度信息，并将其送入上位机，转入步骤2；

步骤2，上位机根据位置信息控制三维移动滑台（2）将旋转针盘（1）移动到待测电路板的测试点正上方，待三维移动滑台（2）到达测试点后，上位机接收到三维移动滑台（2）反馈的位置到达信息，转入步骤3；

步骤3，上位机对位置反馈信息进行判读，判断其是否到达预定点，若精准到达待测位置，转入步骤4；若位置偏差则对其修正实现位置的精准定位控制，然后转入步4；

步骤4，上位机根据待测电路板上的测试点的需求，选择其需要的探针类型，转入步骤5；

步骤5，根据测试点在待测电路板上的角度，上位机控制第二旋转舵机（111）将探针（113）旋转至相应的检测角度，使探针（113）正对测试点，转入步骤6；

步骤6，上位机向三维移动滑台（2）发送下探指令使得旋转针盘（1）沿垂直方向向下移动，并通过位置传感器控制下探深度最终实现探针（113）与测试点的触碰，转入步骤7；

步骤7，探针（113）和测试点触碰后，上位机接收到三维移动滑台（2）反馈的触碰反馈信息后通过串口向程控万用表发送测试指令，进行测试，根据探针类型获得相应数据，将数据送入上位机判断该测试点是否合格，转入步骤8；

步骤8，上位机向三维移动滑台（2）发送上升指令，控制探针（113）与测试点分离，转入步骤9；

步骤9，上位机提取下一测试点位置信息，并根据元器件类型及排列角度信息，判断是否需要转换测试探头，如果所需探针相同，不更换探头，转入步骤5，否则需要重新选择探头类型，转入步骤4；当所有位置测试完成后，抬起旋转针盘（1），并旋转至初始位置，从而完成对待测电路板检测。

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