專利名稱：一種電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子產(chǎn)品的測試方法，具體涉及一種在對電子產(chǎn)品進行測試時， 自動實現(xiàn)測試夾具對準的方法，用于解決微小測試點的測試夾具智能實現(xiàn)問題。
背景技術(shù)：
在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，需要對其進行測試，在測試時需要將電子產(chǎn)品的印刷電路板(PCB)上的電氣信號引出來。為實現(xiàn)這一功能，需要在設(shè)計PCB時針對測試的信號留出沒有被阻焊層覆蓋的導(dǎo)體區(qū)域，即測試點，在測試時用帶彈簧的金屬探針去頂壓測試點， 從而將測試信號從PCB上引出來。通常，對于一個產(chǎn)品需要引出多個測試信號進行測試，一般采用一個裝置來實現(xiàn)多個測試點的測試信號的引出，這個裝置就稱為測試夾具。在批量檢測的過程中，存在一個測試探針和測試點的對位精度問題，測試點越大， 則對探針和測試點對位的精度要求越低，反之測試點越小，則對探針和測試點的對位精度的要求則越高，為保證測試的可靠性，通常要求測試點中心和探針中心軸線的對位精度是測試點大小的三分之一。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種電子產(chǎn)品，尤其是手持型消費電子產(chǎn)品如移動電話、平板電腦等產(chǎn)品，產(chǎn)品的集成度越來越高，電路板PCB的面積資源變得越來越珍貴，因而使得測試點越來越小，由此對于測試夾具的對位精度要求越來越高?，F(xiàn)有技術(shù)中，測試夾具通常是利用待測產(chǎn)品和夾具之間在結(jié)構(gòu)上的配合來定位， 例如，利用電子產(chǎn)品PCB板的工藝孔或者電子產(chǎn)品本身的外形來定位。附圖I所示為一種傳統(tǒng)的電子測試夾具的實現(xiàn)方法，測試夾具由探針基板、設(shè)置在探針基板6上的探針2和定位柱4構(gòu)成，其中，探針2與測試點3相對應(yīng)，內(nèi)置彈簧，使用時，頂緊測試點3實現(xiàn)電信號的導(dǎo)出，定位柱4與待測產(chǎn)品(PCB板)上的定位孔5配合，實現(xiàn)定位。為了便于取放待測產(chǎn)品，通常定位柱和PCB板上的定位孔之間要有O. Imm以上的間隙7，再加上探針裝配的誤差、探針基板的裝配誤差，為保證探針的對位精度，以目前的夾具行業(yè)的工藝和材料水平，測試點大小很難做到O. 6mm以下。而目前消費電子產(chǎn)品PCB板走線的寬度可以做到O. 2mm以下，因此如果測試點的大小在O. 2_左右則可以給PCB設(shè)計人員以比較大的自由度，可以多放置一些測試點，提高產(chǎn)品的可測試性，或者在有限的PCB面積上實現(xiàn)更多的功能。顯然，采用現(xiàn)有技術(shù)中的定位柱對準方法，無法滿足上述需求。如何在不改變現(xiàn)有測試夾具的探針結(jié)構(gòu)的前提下，實現(xiàn)測試探針的準確定位，是本領(lǐng)域需要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中探針和測試點的對準精度受到待測產(chǎn)品取放所需間隙及夾具本身機構(gòu)加工裝配誤差影響的問題，以進一步提高對準精度，縮小測試點的大小，滿足電子產(chǎn)品集成度提高對測試夾具對準精度的要求。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，包括下列步驟
(1)提供一與待測產(chǎn)品匹配的校準板，在所述校準板上對應(yīng)于待測產(chǎn)品測試點的位置設(shè)置有橫截面與測試點形狀大小相同的凸起；
(2)將所述校準板移動到測試夾具的探針模塊的上方或下方，利用光學傳感系統(tǒng)檢測校準板上的凸起與測試夾具的探針的相對位置，調(diào)整校準板相對于測試夾具的位置和方向，使所述凸起對準探針，獲得校準板的第一位置；
(3)移動所述校準板至第二位置，由一位置測量系統(tǒng)測量并記錄校準板上各凸起的位置，然后移去校準板；
(4)將待測產(chǎn)品移至所述第二位置，用所述位置測量系統(tǒng)測量待測產(chǎn)品上各測量點的位置，并和記錄的校準板上對應(yīng)的凸起的位置進行比較，獲得平移和旋轉(zhuǎn)的校正量，采用該校正量對第二位置至第一位置的移動距離和方向進行校正后，移動待測產(chǎn)品至第一位置， 實現(xiàn)待測產(chǎn)品與測試夾具的自動對準。上述技術(shù)方案中，對校準板和待測產(chǎn)品的移動可以采用機械手實現(xiàn)，光學傳感系統(tǒng)中可以使用CCD相機。目前，單軸的機械手走位精度可以做到20 um以下，CCD相機的位置分辨率可以做到5 um以下，從而，采用上述對準方法，測試探針和測試點的對位精度可以做到50um以下，可以實現(xiàn)O. 15 mm測試點的穩(wěn)定測試。校準板或待測產(chǎn)品與測試夾具間的移動可以是相對的，一般來說，比較方便的實現(xiàn)方法是，校準板或待測產(chǎn)品具有X軸和Y軸的水平平移運動驅(qū)動結(jié)構(gòu)，測試夾具具有Z軸方向的升降運動驅(qū)動結(jié)構(gòu)，而繞Z軸轉(zhuǎn)動的運動驅(qū)動結(jié)構(gòu)則既可以設(shè)置在產(chǎn)品側(cè)，也可以設(shè)置在測試夾具側(cè)。位置測量系統(tǒng)中可以設(shè)置一 CCD相機作為測量相機，用于記錄凸起和測量點的位置，并由計算機系統(tǒng)對兩者的位置進行圖像識別和計算，獲得校正量。進一步的技術(shù)方案，步驟(2)中，所述光學傳感系統(tǒng)由X方向和Y方向的兩組互相垂直設(shè)置的傳感系統(tǒng)構(gòu)成，分別從與探針的軸線垂直的平面的X方向和Y方向檢測探針和校準板的凸起的相對位置。上述技術(shù)方案中，每一傳感系統(tǒng)包括一激光器和至少一個校準相機，激光器發(fā)出的光經(jīng)過校準板上的凸起和測試夾具上的探針，成像在校準相機上。對本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案進一步解釋如下
首先用機械手利用一個校準板移到探針模塊的下方或上方，此校準板在探針測試點的位置有相應(yīng)的特征凸起可以來對準探針，移動機械手在校準測量系統(tǒng)測量到校準板的特征凸起對準探針后，機械手移出此探針塊到一個固定的距離到位置測量系統(tǒng)下，位置測量系統(tǒng)測量此校準板上的特征的位置并記錄。在測試時，機械手將待測產(chǎn)品移入到位置測量系統(tǒng)下，測量測試點的位置，并和記錄的校準板上特征凸起的位置做比較，從而決定機械手的運動量，將待測產(chǎn)品的測試點準確地對準其探針。所述的校準板是一個在外形形態(tài)上和待測產(chǎn)品的PCB板完全相同的結(jié)構(gòu)件，其不同之處在于待測產(chǎn)品測試點是一塊裸銅箔，而校準板在測試點的位置是一塊其外形和測試點形態(tài)尺寸相同的凸起(通常為方形或者圓形)， 此校準板可以采用和待測產(chǎn)品相同的加工方法加工，因此可以保證和待測產(chǎn)品的在尺寸上的一致性。所述校準測量系統(tǒng)是一個側(cè)向成像系統(tǒng)，其分別從與探針的軸線垂直平面的X 和Y方向去測量探針和校準板的凸起是否對齊，此光學成像系統(tǒng)可以是一個相機，也可以是一套相機加激光器的成像系統(tǒng)以解決多個探針在不同的景深的成像問題；所述機械手裝置為一個四軸的裝置，包括X，Y, Z方向的平移運動和X，Y平面的旋轉(zhuǎn)運動，這四軸的運動可以在運動探針模塊或運動待測產(chǎn)品方面任意組合譬如待測產(chǎn)品實現(xiàn)X，Y, Z和旋轉(zhuǎn)運動， 而探針模塊不動，或者待測產(chǎn)品實現(xiàn)X，Y的運動，而探針模塊實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動；所述位置測量系統(tǒng)光學軸線于探針軸線平行的相機系統(tǒng)，可以是一個相機，也可以是多個相機的組合以應(yīng)對多探針測試點的情況。上述技術(shù)方案中，需要有一套測量和控制的算法和軟件，成像系統(tǒng)采集到的圖像傳入到計算機進行處理，計算機控制機械手進行相應(yīng)的運動。圖像處理算法有計算探針和校準板上的凸起是否對齊的算法和測量測試點位置和校準板的算法。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點
I.本發(fā)明設(shè)置了校準板，通過測量校準板與探針是否對齊，以及探針塊上凸起和測試點的位置，利用機械手來對準探針和測試點，使得探針和測試點對位的精度擺脫了對于夾具裝配精度和待測產(chǎn)品于夾具配合間隙的限制，定位的精度將依賴于光學測量系統(tǒng)和機械手的運動精度，而光學測量的精度和運動機構(gòu)的精度可以這些機構(gòu)都有可能做成為高精度的機構(gòu)，可以實現(xiàn)高精度的對位。2.自動適應(yīng)探針的變形，在反復(fù)測試使用后，探針可能會發(fā)生變形，讓對準問題發(fā)生惡化，通過對準校準板的特征凸起和探針可以自動補償因為探針變形引起的對準惡化的問題。3.可用于PCB裝配于產(chǎn)品外殼后的測試，在PCB裝配于產(chǎn)品外殼后，仍然需要測試，即使PCB板上的測試點足夠大，但此時無法利用PCB板上的定位孔來定位，由于PCB裝配到外殼后會引入新的誤差，此時仍然不能準確定位，此發(fā)明可以很好解決此類問題。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)中測試點和探針對位的示意圖2是本發(fā)明實施例一中系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖3-圖4是實施例一中對位測量系統(tǒng)的示意圖5是實施例一的系統(tǒng)部件空間布局的不意圖6-圖7是測量對位過程圖解。其中1、PCB板2、探針3、測試點4、定位柱5定位孔6、探針基板7、夾具的定位柱和定位孔的配合間隙8、校準塊9、測試探針10探針模塊11、校準塊對應(yīng)測試點的突起12、校準相機13、X校準相機14、Y校準相機15、激光成像板16、Χ成像板17、Υ成像板18、X激光19、Y激光20、激光于成像板的成像21、激光所成的探針和校準塊上凸起的圖像22、升降機構(gòu)23、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)24、X軸運動機械25、Y軸運動機械26、測量相機27、激光器28、待測品托盤29、待測品30、待測品的測試點。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一一種電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，包括下列步驟(1)提供一與待測產(chǎn)品29匹配的校準板8，在所述校準板8上對應(yīng)于待測產(chǎn)品測試點 30的位置設(shè)置有橫截面與測試點形狀大小相同的凸起11 ；
(2)將所述校準板8移動到測試夾具的探針模塊10的上方或下方，利用光學傳感系統(tǒng)檢測校準板上的凸起11與測試夾具的探針9的相對位置，調(diào)整校準板8相對于測試夾具的位置和方向，使所述凸起11對準探針9，獲得校準板8的第一位置；
(3)移動所述校準板8至第二位置，由一位置測量系統(tǒng)測量并記錄校準板上各凸起11 的位置，然后移去校準板8 ；
(4)將待測產(chǎn)品移至所述第二位置，用所述位置測量系統(tǒng)測量待測產(chǎn)品29上各測量點 30的位置，并和記錄的校準板上對應(yīng)的凸起11的位置進行比較，獲得平移和旋轉(zhuǎn)的校正量，采用該校正量對第二位置至第一位置的移動距離和方向進行校正后，移動待測產(chǎn)品29 至第一位置，實現(xiàn)待測產(chǎn)品29與測試夾具的自動對準。根據(jù)需要，在連續(xù)對同一種產(chǎn)品進行測試時，可以在一開始執(zhí)行步驟(I)至(3)， 此后，通過重復(fù)步驟(4)實現(xiàn)批量測試。為實現(xiàn)上述方法，本實施例采用的對準系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，智能運動部件和圖像系統(tǒng)都由同一臺計算機控制，計算機運行圖像測量和運動控制程序。相機為測量位置分辨率在IOum以下的工業(yè)相機，Χ,Υ運動平臺的運動重復(fù)定位精度為20 um。旋轉(zhuǎn)平臺的精度為O. I度以下。圖3和圖4示意了對位測量系統(tǒng)的兩種實現(xiàn)方式，圖3示意了單點對位的情況，圖 4示意了多點對位情況下實現(xiàn)方法。圖3的左側(cè)為側(cè)視圖，右側(cè)為俯視圖，有兩個相機分別從X和Y兩個方向去測量探針9和校準板上的凸起11的對準情況，對于需要多點對準的情形，如圖4所示，需要利用激光器27將多個位于不同景深的探針9投影到同一個平面，然后進行測量。圖5示意了對位測量系統(tǒng)、位置測量系統(tǒng)和四軸的運動系統(tǒng)在空間位置上的相互關(guān)系，對于四軸的運動系統(tǒng)其在上下兩部分的分配可以是任意的，圖示旋轉(zhuǎn)和Z軸的升降位于上部，而X，Y軸運動位于下部，實際上可以使全部的運動系統(tǒng)分布在上部或都在下部， 或者將任意的一個，兩個或三個運動系統(tǒng)分配在上部，其余的在下部。圖6和圖7示意了校準和待測產(chǎn)品29對位的過程，首先將校準板8放入到待測產(chǎn)品托盤28中，運動系統(tǒng)將校準板8送入到探針模塊10的下方，測量校準板上的凸起11和探針9的位置差并記錄，移出校準板8到位置系統(tǒng)下，測量校準板上凸起11的位置并記錄后取走校準板8，放入待測產(chǎn)品29，測量待測產(chǎn)品29上測試點30的位置，系統(tǒng)根據(jù)前面三次測量到的結(jié)果計算待測產(chǎn)品X，Y運動量和探針模塊10的旋轉(zhuǎn)量后，執(zhí)行相應(yīng)的運動， 最后探針模塊下壓實現(xiàn)探針9和測試點30的接觸。
權(quán)利要求
1.一種電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，其特征在于，包括下列步驟(1)提供一與待測產(chǎn)品(29)匹配的校準板(8)，在所述校準板(8)上對應(yīng)于待測產(chǎn)品 (29)測試點(30)的位置設(shè)置有橫截面與測試點形狀大小相同的凸起(11)；(2)將所述校準板(8)移動到測試夾具的探針模塊(10)的上方或下方，利用光學傳感系統(tǒng)檢測校準板上的凸起(11)與測試夾具的探針(9)的相對位置，調(diào)整校準板(8)相對于測試夾具的位置和方向，使所述凸起(11)對準探針(9)，獲得校準板(8)的第一位置；(3)移動所述校準板(8)至第二位置，由一位置測量系統(tǒng)測量并記錄校準板上各凸起(11)的位置，然后移去校準板(8);(4)將待測產(chǎn)品(29)移至所述第二位置，用所述位置測量系統(tǒng)測量待測產(chǎn)品(29)上各測量點(30)的位置，并和記錄的校準板上對應(yīng)的凸起(11)的位置進行比較，獲得平移和旋轉(zhuǎn)的校正量，采用該校正量對第二位置至第一位置的移動距離和方向進行校正后，移動待測產(chǎn)品(29)至第一位置，實現(xiàn)待測產(chǎn)品(29)與測試夾具的自動對準。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，其特征在于步驟(2) 中，所述光學傳感系統(tǒng)由X方向和Y方向的兩組互相垂直設(shè)置的傳感系統(tǒng)構(gòu)成，分別從與探針(9)的軸線垂直的平面的X方向和Y方向檢測探針(9)和校準板的凸起(11)的相對位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，其特征在于每一傳感系統(tǒng)包括一激光器(27)和至少一個校準相機(12)，激光器(27)發(fā)出的光經(jīng)過校準板上的凸起(11)和測試夾具上的探針(9)，成像在校準相機(12)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子產(chǎn)品測試夾具的自動對準方法，其特征在于，包括下列步驟(1)提供一校準板，校準板上對應(yīng)于待測產(chǎn)品測試點的位置設(shè)置有凸起；(2)將所述校準板移動到探針模塊的上方或下方，利用光學傳感系統(tǒng)檢測凸起與探針的相對位置，調(diào)整校準板使所述凸起對準探針，獲得校準板的第一位置；(3)移動所述校準板至第二位置，測量并記錄校準板上各凸起的位置；(4)將待測產(chǎn)品移至所述第二位置，用位置測量系統(tǒng)測量待測產(chǎn)品上各測量點的位置，并和凸起的位置進行比較，獲得校正量，移動待測產(chǎn)品至第一位置，實現(xiàn)待測產(chǎn)品與測試夾具的自動對準。本發(fā)明解決了測試夾具的對位精度問題，特別適于小測試點的電子產(chǎn)品的測試。
文檔編號G01R1/04GK102590566SQ20121007031
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者李二文 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)世紀?？萍加邢薰?br>