專利名稱：飛針測試機的制作方法
飛針測試機技術領域：
本發明涉及一種印制電路板測試裝置，特別是涉及一種飛針測試機。背景技術：
飛針測試機是在X軸與Y軸上安裝由電機驅動的可獨立快速移動的探針，利用探針在Z軸方向的可控移動和PCB板的焊點進行接觸，并進行電氣測量的設備。由于飛針測試機的功能要求，其Y軸的兩端一般分別架設在兩個X軸上，其跨距比較大，由兩個X軸上的電機驅動(雙驅)或者由單個X軸的電機驅動(單驅)。為了提高測試效率，飛針測試機一般都有多個探針，X-Y軸也隨之增多。正是飛針測試機的軸數較多，Y軸采用雙驅的成本很高，再加上安裝空間的限制，多個Y軸一般需要共用X軸(即一個X軸上安裝有多個Y軸)，Y軸采用雙驅的可行性受到很大的制約。隨著PCB板的線寬及線距越來越小，對飛針測試機的運動精度要求越來越高，而傳統飛針測試機的運動精度越來越不能滿足要求。對飛針測試機運動精度影響最大的是其采用單驅的X-Y軸結構，因此，采用單驅的X-Y軸的運動精度變得越來越重要。
發明內容
鑒于上述狀況，有必要提供一種成本較低、運動精度較高的飛針測試機。
一種飛針測試機，其包括:
基體；
兩個X軸，設于所述基體上，并且平行相對設置，每個所述X軸包括第一導軌、第一電機及第一絲桿，所述第一絲桿與所述第一導軌平行相對設置，所述兩個第一電機分別位于所述兩個第一絲桿相對遠離的一端，使所述兩個第一電機交叉相對設置，并且每個第一電機的驅動軸與所述第一絲桿共軸連接；
兩個Y軸，與所述X軸連接，每個所述Y軸的兩端分別設于所述兩個X軸上，并且每個所述Y軸包括第二導軌、兩個連接板及兩個第一滑塊，所述第二導軌的兩端分別與所述兩個連接板固定連接，所述兩個第一滑塊分別固定于所述兩個連接板與所述第二導軌相對的表面上，并且所述第一滑塊沿所述第一導軌可滑動，所述第一絲桿穿過所述第一滑塊；及
兩個Z軸，分別設于所述兩個Y軸上，并且所述Z軸沿所述第二導軌可滑動；
其中，每個所 述Y軸靠近所述第一電機的一個所述第一滑塊設有與第一絲桿相螺合的螺孔，另外一個所述第一滑塊設有供所述第一絲桿穿過的導向孔；所述第一電機驅動所述第一絲桿轉動，使靠近所述第一電機的所述第一滑塊沿所述第一導軌滑動。
上述飛針測試機采用的X軸采用一個第一電機驅動單個Y軸，形成單驅結構，從而避免采用成本較高的雙驅結構，進而降低成本；同時，每個Y軸靠近X軸的第一電機的第一滑塊設有與第一絲桿相螺合的螺孔，另外一個第一滑塊設有供所述第一絲桿穿過的導向孔，使得每個Y軸一端起驅動及導向作用，另一端起導向作用，從而提高Y軸的驅動精度，進而提高飛針測試機的運動精度。因此，上述飛針測試機成本較低、并且運動精度較高。
在其中一個實施例中，所述Y軸還包括第二絲桿及第二電機，所述第二絲桿與所述第二導軌平行相對設置，所述第二電機安裝于其中一個所述連接板上，并且所述第二電機的驅動軸與所述第二絲桿共軸連接，所述第二絲桿帶動所述Z軸沿所述第二導軌滑動。
在其中一個實施例中，每個所述第一滑塊由一對滑塊組成，所述第一絲桿穿過所述一對滑塊，并且所述一對滑塊固定在所述連接板上。
在其中一個實施例中，所述Y軸靠近所述第一電機的一端為主動端，遠離所述第一電機的一端為從動端，所述Y軸的質心靠近所述主動端。
在其中一個實施例中，所述Y軸的質心與所述主動端的距離為8(Γ100毫米。
在其中一個實施例中，所述Y軸的兩端相對所述X軸的摩擦系數小于0.01，并且所述Y軸的兩端相對所述X軸的摩擦系數相等。
在其中一個實施例 中，所述Y軸兩端的連接剛度為I千萬牛頓每平方米以上。
在其中一個實施例中，所述連接板由復合材料制成。
在其中一個實施例中，所述基體為天然花崗石。
在其中一個實施例中，所述X軸與所述Y軸垂直相交,所述Z軸垂直于所述Y軸與所述X軸。
圖1為本發明實施方式的飛針測試機的結構示意圖2為圖1所示的飛針測試機的左側Y軸的結構示意圖3為圖1所示的飛針測試機的右側Y軸的結構示意圖4為圖1所示的飛針測試機的Y軸的仿真流程圖。
具體實施方式
為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳的實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
請參閱圖1至圖3，本發明實施方式的飛針測試機100，包括基體110、兩個X軸120、兩個Y軸130及兩個Z軸140。基體110作為飛針測試機100的運動軸的載體，兩個X軸120、兩個Y軸130及兩個Z軸140構成飛針測試機100的三維運動軸。其中，兩個X軸120、兩個Y軸130及兩個Z軸140可以構成三維直角坐標系或三維斜角坐標系，例如，當構成三維直角坐標系時，X軸120與Y軸130垂直相交，Z軸140垂直于Y軸130與X軸120。
兩個X軸120設于基體110上，并且平行相對設置。基體110可以為天然花崗石。
每個X軸120包括第一導軌121、第一電機123及第一絲桿125，第一絲桿125與第一導軌123平行相對設置，兩個第一電機123分別位于兩個第一絲桿125相對遠離的一端，使兩個第一電機123交叉相對設置。并且，每個第一電機123的驅動軸與第一絲桿125共軸連接。例如，第一電機123的驅動軸可以通過第一聯軸器127與第一絲桿125連接。
兩個Y軸130與X軸120連接。每個Y軸130的兩端分別設于兩個X軸120上，并且每個Y軸130包括第二導軌131、兩個連接板133及兩個第一滑塊135。第二導軌131的兩端分別與兩個連接板133固定連接。兩個第一滑塊135分別固定于兩個連接板133與第二導軌131相對的表面上，并且第一滑塊135沿第一導軌121可滑動，第一絲桿125穿過第一滑塊135。
兩個Z軸140分別設于兩個Y軸130上，并且Z軸140沿第二導軌131可滑動。其中，每個Y軸130靠近第一電機123的一個第一滑塊135設有與第一絲桿125相螺合的螺孔，另外一個第一滑塊135設有供第一絲桿125穿過的導向孔；第一電機123驅動第一絲桿125轉動,使靠近第一電機123的第一滑塊135沿第一導軌121滑動。
進一步地，Y軸130還包括第二絲桿137及第二電機138，第二絲桿137與第二導軌131平行相對設置，第二電機138安裝于其中一個連接板133上，并且第二電機138的驅動軸與第二絲桿137共軸連接，第二絲桿137帶動Z軸140沿第二導軌131滑動。例如，第二電機138的驅動軸可以通過第二聯軸器139與第二絲桿137連接。連接板133可以由復合材料制成。
進一步地，每個第一滑塊135由一對滑塊組成，第一絲桿125穿過一對滑塊，并且一對滑塊固定在連接板133上。
進一步地,Y軸130靠近第一電機123的一端為主動端，遠離第一電機123的一端為從動端，Y軸130的質心靠近主動端，優選地，Y軸130的質心與主動端的距離為8(Tl00毫米。Y軸130兩端相對X軸120的摩擦系數小于0.01，并且Y軸130兩端相對X軸120的摩擦系數相等。Y軸130兩端的連接剛度為I千萬牛頓每平方米以上。
上述飛針測試機100采用的X軸120采用一個第一電機123驅動單個Y軸130，形成單驅結構，從而避免采用成本較高的雙驅結構，進而降低成本；同時，每個Y軸130靠近X軸120的第一電機123的第一滑塊135設有與第一絲桿125相螺合的螺孔，另外一個第一滑塊135設有供所述第一絲桿125穿過的導向孔，使得每個Y軸130 —端起驅動及導向作用，另一端起導向作用，從而提聞Y軸130的驅動精度，進而提聞飛針測試機100的運動精度。因此,上述飛針測試機100成本較低、并且運動精度較高。
下面結合具體實施例說明上述飛針測試機100。
本實施例中，飛針測試機100為六軸飛針測試機上，該飛針測試機100 —共有六個軸，X軸120、Y軸130、Z軸140分別有兩個，用于承載運動軸的基體110為天然花崗石結構，用于X軸120與Y軸130傳動及導向的結構選用精密級別的絲桿導軌組合體，絲桿導軌組合體即為“絲桿與滑塊中部相連，組合體的內側面為導軌，與滑塊外部相連”。Y軸130兩端分別架設在兩個X軸120上，每個X軸120上都架設有兩個Y軸130的一端。因為每個X軸120上都有兩個滑塊,多軸稱合,靠近第一電機123 —端的第一滑塊135才與第一絲桿125相連，起傳動及導向作用，Y軸130此端稱為主動端，另外一個第一滑塊135與第一絲桿125不相連，即第一滑塊135中部的導向孔比絲桿直徑大，只起導向作用，Y軸130此端稱為從動端。也就是說，每個X軸120上的第一電機123只能驅動靠近其一端的Y軸130，此X軸120上對于另外一個Y軸130來說只是起到導向的作用，每個Y軸130都是采用單驅的形式在X軸120上水平運動。Z軸140安裝在Y軸130上，通過精密級別的絲桿導軌組合體的傳動和導向上下運動。
本實施例的飛針測試機100在保持功能的前提下盡量壓縮Y軸130的跨距。為了降低Y軸130的質量，考慮到導軌絲桿組合體本身的剛度較大，將與組合體相連接的Y軸130底板分成三截，去掉中間一截，只保留兩端的一截，即形成兩個連接板133，保證了 Y軸130的整體剛度，又降低了 Y軸130質量。在此基礎上建立初步的Y軸130仿真模型，并對此模型進行詳細仿真，以便進一步設計，仿真流程如圖4所示。
根據上述仿真結果，獲取質心分布、摩擦分布及剛度大小對Y軸130的整體運動精度影響情況:
(I) Y軸130質心靠近主動端時比質量遠離主動端時的運動精度要好很多；
(2) Y軸130運動方向的摩擦小時其運動精度更佳；
(3)Y軸130兩端連接剛度一致并且比較大時對運動精度影響最大，其中與其運動方向相切的扭轉剛度起決定性的作用。
在本實施例中，動態特性滿足條件為Y軸130 —階模態為200Hz以上，其振型為沿著運動方向左右擺動；運動精度滿足條件為Y軸130在Imm行程時整定時兩端運動誤差能在20ms內進入IOum誤差帶。Y軸130質心靠近主動端80_100mm時運動精度比較好；Y軸130兩端摩擦系數小于0.01且兩端摩擦一致時運動精度比較好；Υ軸130連接剛度在I千萬牛頓每平方米以上且與其運動方向相切的扭轉剛度越大時運動精度越好。
根據仿真結果，Y軸130的連接板133尺寸及安裝空間受到嚴格限制，為了進一步減低其質量，并令整個Y軸130的質心分布達到要求，還要保證整個Y軸130剛度，Y軸130的上下兩個連接板133均采用復合材料來制造，質量、質心及剛度情況都滿足了要求。為了滿足Y軸130兩端的連接剛度的要求，本實施例所選取的傳動及導向單元為高精密級別、預緊程度滿足要求的絲桿導軌組合單元，以來可以保證Y軸130的連接剛度，并且其摩擦均為滾動摩擦，摩擦阻力小，滿足摩擦大小分布的要求。由于與Y軸130運動方向相切的扭轉剛度對其運動精度起決定性的作用，本實施例中Y軸130兩端的第一滑塊135選用了兩個滑塊，大大提高其扭轉剛度，滿足扭轉剛度的要求。
本實施例中，在盡量壓縮Y軸130跨距、降低Y軸130質量基礎上建立初步仿真模型，通過仿真流程方法獲取質心分布、摩擦分布及剛度大小對Y軸130的整體運動精度影響情況，并采用復合材料來制造Y軸130連接底板、選用高精密級別和預緊程度滿足要求的絲桿導軌組合單元及Y軸130兩端采用兩個滑塊連接以提高其扭轉剛度，令X-Y軸130運動精度大大提高，進一步地提高飛針測試機100的運動精度，并解決若采用雙驅而帶來的成本問題。同時，改變了人們一直以來認為采用單側驅動的長跨距結構難以應用到對于運動精度要求很高的機器上的看法。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種飛針測試機，其特征在于，包括: 基體； 兩個X軸，設于所述基體上，并且平行相對設置，每個所述X軸包括第一導軌、第一電機及第一絲桿，所述第一絲桿與所述第一導軌平行相對設置，所述兩個第一電機分別位于所述兩個第一絲桿相對遠離的一端，使所述兩個第一電機交叉相對設置，并且每個第一電機的驅動軸與所述第一絲桿共軸連接； 兩個Y軸，與所述X軸連接，每個所述Y軸的兩端分別設于所述兩個X軸上，并且每個所述Y軸包括第二導軌、兩個連接板及兩個第一滑塊，所述第二導軌的兩端分別與所述兩個連接板固定連接，所述兩個第一滑塊分別固定于所述兩個連接板與所述第二導軌相對的表面上，并且所述第一滑塊沿所述第一導軌可滑動，所述第一絲桿穿過所述第一滑塊；及 兩個Z軸，分別設于所述兩個Y軸上，并且所述Z軸沿所述第二導軌可滑動； 其中，每個所述Y軸靠近所述第一電機的一個所述第一滑塊設有與第一絲桿相螺合的螺孔，另外一個所述第一滑塊設有供所述第一絲桿穿過的導向孔；所述第一電機驅動所述第一絲桿轉動，使靠近所述第一電機的所述第一滑塊沿所述第一導軌滑動。
2.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述Y軸還包括第二絲桿及第二電機，所述第二絲桿與所述第二導軌平行相對設置，所述第二電機安裝于其中一個所述連接板上，并且所述第二電機的驅動軸與所述第二絲桿共軸連接，所述第二絲桿帶動所述Z軸沿所述第二導軌滑動。
3.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，每個所述第一滑塊由一對滑塊組成，所述第一絲桿穿過所述一對滑塊，并且所述一對滑塊固定在所述連接板上。
4.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述Y軸靠近所述第一電機的一端為主動端,遠離所述第一電機的一端為從動端,所述Y軸的質心靠近所述主動端。
5.如權利要求4所述的飛針測試機，其特征在于，所述Y軸的質心與所述主動端的距離為80 100毫米。
6.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述Y軸的兩端相對所述X軸的摩擦系數小于0.01，并且所述Y軸的兩端相對所述X軸的摩擦系數相等。
7.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述Y軸兩端的連接剛度為I千萬牛頓每平方米以上。
8.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述連接板由復合材料制成。
9.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述基體為天然花崗石。
10.如權利要求1所述的飛針測試機，其特征在于，所述X軸與所述Y軸垂直相交，所述Z軸垂直于所述Y軸與所述X軸。
全文摘要
一種飛針測試機，其包括基體；兩個X軸，平行相對設置，每個X軸包括第一導軌、第一電機及第一絲桿，第一絲桿與第一導軌平行相對設置，兩個第一電機分別位于兩個第一絲桿相對遠離的一端，每個第一電機的驅動軸與第一絲桿共軸連接；兩個Y軸，每個Y軸包括第二導軌、兩個連接板及兩個第一滑塊，第二導軌的兩端分別與兩個連接板固定連接，兩個第一滑塊分別固定于兩個連接板與第二導軌相對的表面上，第一滑塊沿第一導軌可滑動，第一絲桿穿過第一滑塊；兩個Z軸，分別設于兩個Y軸上；其中，每個Y軸靠近第一電機的一個第一滑塊設有與第一絲桿相螺合的螺孔，另外一個第一滑塊設有供第一絲桿穿過的導向孔。上述飛針測試機成本較低、并且運動精度較高。
文檔編號G01R31/28GK103176121SQ20131005879
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者譚艷萍, 宋福民, 王星, 陳楚技, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族數控科技有限公司