CN113866587B - 一种飞针测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞针测试设备，包括2N个测试轨道，每个所述测试轨道上设置两个通断测试单元，每个测试轨道的其中一个测试单元上设置有影像单元，所述通断测试单元包括X向运动机构、Y向运动机构和Z向运动机构，测试探针设置在所述Z向运动机构上，其中，N≥1。本发明的飞针测试设备，提高了飞针设备的测试效率、图像分析能力和被测产品在测试过程中的稳定性和安全性，并保证了足够的精度，且该精度可以长期保持。

Description

一种飞针测试设备

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体地说，是一种飞针测试设备。

背景技术

对于封装基板、陶瓷基板、硅基板、印刷线路板来说，电性能检测是至关重要的一个步骤。用检测设备来自动检测封装基板、陶瓷基板、硅基板、印刷线路板等产品中是否存在开路、短路等缺陷可以大大提高检测效率，是必不可少的。目前，主流的电性能检测设备主要有专用测试设备和飞针测试设备。

而对于飞针测试设备，其主要特性及存在问题有：

1、现有飞针测试设备通常是由伺服/步进电机带动丝杆或皮带来控制探针运动测试。其问题是，采用伺服/步进电机带动螺杆或皮带传动，容易发生不可逆转的磨损，使得整个测试系统无法保持稳定的精度。特别是螺杆传动，该问题更为明显。

2、现有飞针测试设备在每个轨道/丝杆上仅配置了一个测试单元。其问题是，所有的测试单元是一个闭环的系统，当有一个测试单元出现故障/异常时，其它测试单元也无法正常工作。

3. 现有飞针测试设备在前后各配置了一个独立的工业相机或所有的测试头上都配置了一个工业相机。其问题是，当前后各配置一个工业相机时，这两个工业相机仅用于测试之前的参考点定位，无法在测试过程中查看实时图像/视频。如果在测试过程中发生测试探针位置发生变化的话，就不容易及时被发现。而在所有的测试头上都有工业相机的话，为了避免发生碰撞，就需要搭配非常复杂的算法，而且在几个测试头集中到一起时，被测试产品的图像就会看不到。而且有时在测试特别高端的产品（焊盘比较小且密集的产品）时为了避免碰撞，设备会突然停机，但有时碰撞还是无法避免。

4、现有飞针测试设备往往采用垂直的夹板方式来承载被测产品，这导致在测试软板时，软板无法在架板框上实现非常平整的状态。针痕无法管控、测点离板比较近的产品测试不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种飞针测试设备，可以高效地进行测试并保持稳定的测试精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种飞针测试设备，包括2N个测试轨道，每个所述测试轨道上设置两个通断测试单元，每个测试轨道的其中一个测试单元上设置有影像单元，所述通断测试单元包括X向运动机构、Y向运动机构和Z向运动机构，测试探针设置在所述Z向运动机构上，其中，N≥1。

进一步地，所述设备包括测试梁，所述测试梁的两侧各设置有上测试轨道和下测试轨道，上测试轨道和下测试轨道上分别设置两个通断测试单元，且上测试轨道和下测试轨道上的通断测试单元呈上下对称设置，两个上测试轨道上的影像单元交叉设置在两个通断测试单元上，两个下测试轨道上的影像单元交叉设置在两个通断测试单元上。

进一步地，还包括夹板装置，所述夹板装置水平设置且位于所述上测试轨道和下测试轨道之间。

进一步地，所述夹板装置包括平行设置的两条滑轨，两条滑轨之间对称设置有两个夹紧机构；每个所述夹紧机构包括两端可在滑轨上滑动的滑座，以及用于夹持被测产品的夹持件，所述滑座与夹持件之间设置有气囊。

进一步地，所述夹紧机构上还设置有锁定旋钮和微调杆。

进一步地，X向运动机构和Z向运动机构分别采用直线电机，其中X向直线电机的定子设置在固定在测试梁上，所述Y向运动机构设置在X向直线电机的动子上；Z向直线电机的动子一端设置有测试支架，所述测试探针安装在所述测试支架上；所述Y向运动机构为旋转电机，所述旋转电机带动Z向直线电机旋转连同所述测试支架及测试探针一起旋转。

进一步地，所述X向直线电机和Y向直线电机上分别设置有光栅尺；所述旋转电机上设置有旋转编码器。

进一步地，所述影像单元设置在Z向运动机构的底座上，所述影像单元包括镜头光轴水平设置的相机，所述的镜头前方设置有呈45度角设置的反光镜。

进一步地，所述影像单元还包括水平发光二极管和倾斜发光二极管，所述水平发光二极管发出的光水平射向所述反光镜，经所述反光镜反射后垂直射向被测产品；所述倾斜发光二极管发出的光呈倾斜角度射向被测产品。

进一步地，所述倾斜发光二极管发出的光与水平面的夹角为45度。

本发明的飞针测试设备，提高了飞针设备的测试效率、图像分析能力和被测产品在测试过程中的稳定性和安全性，并保证了足够的精度，且该精度可以长期保持。

附图说明

图1是本发明中测试梁结构一实施例的主视图。

图2是本发明中测试梁结构一实施例的立体图。

图3是本发明中测试轨道上安装通断测试单元后一实施例的结构示意图。

图4是本发明中夹板装置的一实施例的结构示意图。

图5是本发明中通断测试单元一实施例的结构示意图。

图6是本发明中影像单元一实施例的结构示意图。

图7是本发明中影像单元的照明光路的示意图。

图8是本发明中测试支架和飞针头的旋转扫描范围简化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的一实施例的飞针测试设备，包括2N（N≥1）个测试轨道，每个所述测试轨道上设置两个通断测试单元，同一轨道上的两个通断测试单元形成一组独立的通断测试系统，每个测试轨道的其中一个测试单元上设置有影像单元，所述通断测试单元包括X向运动机构、Y向运动机构和Z向运动机构，测试探针设置在所述Z向运动机构上。也就是说，在本发明中，测试轨道是成对配置的，每个测试轨道上设置两个通断测试单元，而在同一测试轨道上的两个通断测试单元中，仅在其中一个通断测试单元上设置影像单元。通断测试单元带动测试探针分别在X向、Y向和Z向上作动，以便实现对被测产品上任意点的检测。

如图1-3所示，在该实施例中，设置一测试梁1，在测试梁1上分别成对配置了上测试轨道2和下测试轨道3，两个上测试轨道2分别设置在测试梁1的两侧，两个下测试轨道3同样分别设置在测试梁1的两侧。每个上测试轨道2上设置两个通断测试单元，每个下测试轨道3上也设置两个通断测试单元，且上测试轨道2和下测试轨道3上的通断测试单元呈上下对称设置，即上测试轨道2上的通断测试单元朝向下方设置，而下测试轨道3上的通断测试单元朝向上方设置。两个上测试轨道2上的影像单元7交叉设置在两个通断测试单元上，两个下测试轨道3上的影像单元7交叉设置在两个通断测试单元上。即，如果前上测试轨道上的影像单元设置在左侧通断测试单元上，那么后上测试轨道上的影像单元就设置在右侧通断测试单元上；反之亦然。同样，如果前下测试轨道上的影像单元设置在左侧通断测试单元上，那么后下测试轨道上的影像单元就设置在右侧通断测试单元上；反之亦然。在其他实施例中，也可以仅设置上测试轨道。

如图4所示，本发明一实施例还包括夹板装置，夹板装置水平设置且位于上测试轨道2和下测试轨道3之间。当将被测产品夹设于夹板装置上后，上测试轨道上的通断测试单元用于分别从测试梁两侧检测被测产品的上表面，而下测试轨道上的通断测试单元用于分别从测试梁两侧检测被测产品的下表面。夹板装置的作用是支撑被测产品，保证在测试过程中被测产品安全、平稳地置于设备的中间，优选置于正中间。

如图4所示，夹板装置包括平行设置的两条滑轨12，两条滑轨12之间对称设置有两个夹紧机构；每个所述夹紧机构包括两端可在滑轨12上滑动的滑座14，以及用于夹持被测产品的夹持件16，所述滑座12与夹持件16之间设置有气囊15，气囊与提供压缩空气的气源连通。夹紧机构上设置有锁紧旋钮18；滑轨12内侧设置有多孔杆13。其工作原理是：根据被测产品的大小，调节前后两个夹紧机构，在滑轨12上滑动到合适的位置，旋转锁紧旋钮18，使夹紧机构紧密的固定在多孔杆13上。关闭压缩空气气源与气囊15之间的通路，并将气囊15内的压缩空气压出，此时可以将被测产品或辅助夹具放置在两个夹持件16之间，打开压缩空气气源与气囊之间的通路，使气囊15充气，此时被测产品就可以牢牢地固定在夹持件之间了。可以在夹板机构上设置微调杆17，以便对夹持力进行微调。

如图5所示，本发明的一实施例中X向运动机构和Z向运动机构分别采用直线电机，其中X向直线电机的定子4固定在测试梁1上，使直线电机与测试轨道分开设置，所述Y向运动机构设置在X向直线电机的动子5上；Z向直线电机10的动子一端设置有测试支架8，所述测试探针安装在所述测试支架8上；所述Y向运动机构为旋转电机9，所述旋转电机9带动Z向直线电机旋转连同所述测试支架及测试探针一起旋转。优选地，所述X向直线电机和Y向直线电机上分别设置有光栅尺11；所述旋转电机9上设置有旋转编码器6。上述结构可以使通断测试单元可以在X、Y、Z三个方向运动，其中，测试支架和测试探针在X方向通过水平安装的直线电机搭配光栅尺，移动到被测产品焊盘的X坐标位置。同时Y方向的旋转马达搭配旋转编码器，移动到被测产品焊盘的Y坐标位置。测试探针移动到被测产品焊盘的X、Y坐标正上方后， Z方向安装的直线电机搭配光栅尺，驱动测试支架和测试探针向下运动完成对应焊盘的接触测试。

在本发明中，测试支架和测试探针，在Y方向采用旋转定位方式，找到待测试焊盘的Y方向坐标。如图3结合图5及图8所示，位于左侧的测试支架和飞针头可以在该测试单元右侧进行0-180度旋转定位，位于右侧的测试支架和飞针头可以在该测试单元左侧进行0-180度旋转定位，从而实现该测试轨道区域100%全覆盖。

如图5和图6所示，本发明中的影像单元设置在Z向运动机构的底座上，所述影像单元包括镜头光轴水平设置的相机19，所述的镜头前方设置有呈45度角设置的反光镜20。所述影像单元还包括水平发光二极管和倾斜发光二极管22，所述水平发光二极管发出的光水平射向所述反光镜20，经所述反光镜20反射后垂直射向被测产品；所述侧斜发光二极22管发出的光呈倾斜角度射向被测产品。所述倾斜发光二极管发出的光与水平面的夹角优选为45度。其中相机优选采用工业相机。

本发明通过将工业相机横置，固定在Z向运动机构的底座上，使得工业相机可以在水平方向上可与测试支架同步运动，但不会随测试支架在Z向运动，从而可以查看实时的测试状况，并且具有良好的稳定性。横置相机是利用反光镜将待测电路板的图像，反射后通过透镜传达到工业相机。从而可以对不同厚度的产品进行精确对焦，可以适用于0~10mm厚度差的产品测试。

通断测试单元上的影像单元，是一个用于辅助测试系统精准扫描定位和查看实时图像/视频的工业相机配合光路结构组成。配备X方向焦距微调节功能和Z方向物距调节功能，X方向可调节0-10mm，Z方向可调节0-15mm。以适应不同产品的测试需求。

影像单元中的光路结构的一实施例如图7所示，包括至少2个水平发光二极管21将光照射到一个与水平面成45度角的反光镜20上，通过反光镜20将光照射到被测产品23的表面。另外，为了防止测试探针挡住被反光镜20反射下来的光线，还可以再设置至少2个倾斜发光二极管22，将光以与水平面呈45度角的方向照射到被测产品23的表面。被测产品23在2组光的照射下，工业相机可以采集到被测区域非常清晰的图像/视频。

工业相机可为该测试轨道所涵盖的测试区域，提供定位扫描、查看实时图像等功能。相邻测试轨道上的影像单元设计有高低差，以此确保同一面的影像单元在扫描对位和测试过程中不会与相邻测试轨道上的影像单元发生碰撞或者干扰。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种飞针测试设备，其特征在于，包括2N个测试轨道，每个所述测试轨道上设置两个通断测试单元，每个测试轨道的其中一个测试单元上设置有影像单元，所述通断测试单元包括X向运动机构、Y向运动机构和Z向运动机构，测试探针设置在所述Z向运动机构上，其中，N≥1；

所述设备包括测试梁，所述测试梁的两侧各设置有上测试轨道和下测试轨道，上测试轨道和下测试轨道上分别设置两个通断测试单元，且上测试轨道和下测试轨道上的通断测试单元呈上下对称设置，两个上测试轨道上的影像单元交叉设置在两个通断测试单元上，两个下测试轨道上的影像单元交叉设置在两个通断测试单元上。

2.如权利要求1所述的飞针测试设备，其特征在于，还包括夹板装置，所述夹板装置水平设置且位于所述上测试轨道和下测试轨道之间。

3.如权利要求2所述的飞针测试设备，其特征在于，所述夹板装置包括平行设置的两条滑轨，两条滑轨之间对称设置有两个夹紧机构；每个所述夹紧机构包括两端可在滑轨上滑动的滑座，以及用于夹持被测产品的夹持件，所述滑座与夹持件之间设置有气囊。

4.如权利要求3所述的飞针测试设备，其特征在于，所述夹紧机构上还设置有锁定旋钮和微调杆。

5.如权利要求1所述的飞针测试设备，其特征在于，X向运动机构和Z向运动机构分别采用直线电机，其中X向直线电机的定子设置在固定在测试梁上，所述Y向运动机构设置在X向直线电机的动子上；Z向直线电机的动子一端设置有测试支架，所述测试探针安装在所述测试支架上；所述Y向运动机构为旋转电机，所述旋转电机带动Z向直线电机旋转连同所述测试支架及测试探针一起旋转。

6.如权利要求5所述的飞针测试设备，其特征在于，所述X向直线电机和Y向直线电机上分别设置有光栅尺；所述旋转电机上设置有旋转编码器。

7.如权利要求5所述的飞针测试设备，其特征在于，所述影像单元设置在Z向运动机构的底座上，所述影像单元包括镜头光轴水平设置的相机，所述的镜头前方设置有呈45度角设置的反光镜。

8.如权利要求7所述的飞针测试设备，其特征在于，所述影像单元还包括水平发光二极管和倾斜发光二极管，所述水平发光二极管发出的光水平射向所述反光镜，经所述反光镜反射后垂直射向被测产品；所述倾斜发光二极管发出的光呈倾斜角度射向被测产品。

9.如权利要求8所述的飞针测试设备，其特征在于，所述倾斜发光二极管发出的光与水平面的夹角为45度。