CN103176121A - 飞针测试机 - Google Patents
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Abstract
一种飞针测试机，其包括：基体；两个X轴，平行相对设置，每个X轴包括第一导轨、第一电机及第一丝杆，第一丝杆与第一导轨平行相对设置，两个第一电机分别位于两个第一丝杆相对远离的一端，每个第一电机的驱动轴与第一丝杆共轴连接；两个Y轴，每个Y轴包括第二导轨、两个连接板及两个第一滑块，第二导轨的两端分别与两个连接板固定连接，两个第一滑块分别固定于两个连接板与第二导轨相对的表面上，第一滑块沿第一导轨可滑动，第一丝杆穿过第一滑块；两个Z轴，分别设于两个Y轴上；其中，每个Y轴靠近第一电机的一个第一滑块设有与第一丝杆相螺合的螺孔，另外一个第一滑块设有供第一丝杆穿过的导向孔。上述飞针测试机成本较低、并且运动精度较高。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种印制电路板测试装置，特别是涉及一种飞针测试机。
【背景技术】
飞针测试机是在X轴与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轴方向的可控移动和PCB板的焊点进行接触，并进行电气测量的设备。由于飞针测试机的功能要求，其Y轴的两端一般分别架设在两个X轴上，其跨距比较大，由两个X轴上的电机驱动（双驱）或者由单个X轴的电机驱动（单驱）。为了提高测试效率，飞针测试机一般都有多个探针，X-Y轴也随之增多。正是飞针测试机的轴数较多，Y轴采用双驱的成本很高，再加上安装空间的限制，多个Y轴一般需要共用X轴（即一个X轴上安装有多个Y轴），Y轴采用双驱的可行性受到很大的制约。随着PCB板的线宽及线距越来越小，对飞针测试机的运动精度要求越来越高，而传统飞针测试机的运动精度越来越不能满足要求。对飞针测试机运动精度影响最大的是其采用单驱的X-Y轴结构，因此，采用单驱的X-Y轴的运动精度变得越来越重要。
【发明内容】
鉴于上述状况，有必要提供一种成本较低、运动精度较高的飞针测试机。
一种飞针测试机，其包括：
基体；
两个X轴，设于所述基体上，并且平行相对设置，每个所述X轴包括第一导轨、第一电机及第一丝杆，所述第一丝杆与所述第一导轨平行相对设置，所述两个第一电机分别位于所述两个第一丝杆相对远离的一端，使所述两个第一电机交叉相对设置，并且每个第一电机的驱动轴与所述第一丝杆共轴连接；
两个Y轴，与所述X轴连接，每个所述Y轴的两端分别设于所述两个X轴上，并且每个所述Y轴包括第二导轨、两个连接板及两个第一滑块，所述第二导轨的两端分别与所述两个连接板固定连接，所述两个第一滑块分别固定于所述两个连接板与所述第二导轨相对的表面上，并且所述第一滑块沿所述第一导轨可滑动，所述第一丝杆穿过所述第一滑块；及
两个Z轴，分别设于所述两个Y轴上，并且所述Z轴沿所述第二导轨可滑动；
其中，每个所述Y轴靠近所述第一电机的一个所述第一滑块设有与第一丝杆相螺合的螺孔，另外一个所述第一滑块设有供所述第一丝杆穿过的导向孔；所述第一电机驱动所述第一丝杆转动，使靠近所述第一电机的所述第一滑块沿所述第一导轨滑动。
上述飞针测试机采用的X轴采用一个第一电机驱动单个Y轴，形成单驱结构，从而避免采用成本较高的双驱结构，进而降低成本；同时，每个Y轴靠近X轴的第一电机的第一滑块设有与第一丝杆相螺合的螺孔，另外一个第一滑块设有供所述第一丝杆穿过的导向孔，使得每个Y轴一端起驱动及导向作用，另一端起导向作用，从而提高Y轴的驱动精度，进而提高飞针测试机的运动精度。因此，上述飞针测试机成本较低、并且运动精度较高。
在其中一个实施例中，所述Y轴还包括第二丝杆及第二电机，所述第二丝杆与所述第二导轨平行相对设置，所述第二电机安装于其中一个所述连接板上，并且所述第二电机的驱动轴与所述第二丝杆共轴连接，所述第二丝杆带动所述Z轴沿所述第二导轨滑动。
在其中一个实施例中，每个所述第一滑块由一对滑块组成，所述第一丝杆穿过所述一对滑块，并且所述一对滑块固定在所述连接板上。
在其中一个实施例中，所述Y轴靠近所述第一电机的一端为主动端，远离所述第一电机的一端为从动端，所述Y轴的质心靠近所述主动端。
在其中一个实施例中，所述Y轴的质心与所述主动端的距离为80~100毫米。
在其中一个实施例中，所述Y轴的两端相对所述X轴的摩擦系数小于0.01，并且所述Y轴的两端相对所述X轴的摩擦系数相等。
在其中一个实施例中，所述Y轴两端的连接刚度为1千万牛顿每平方米以上。
在其中一个实施例中，所述连接板由复合材料制成。
在其中一个实施例中，所述基体为天然花岗石。
在其中一个实施例中，所述X轴与所述Y轴垂直相交，所述Z轴垂直于所述Y轴与所述X轴。
【附图说明】
图1为本发明实施方式的飞针测试机的结构示意图；
图2为图1所示的飞针测试机的左侧Y轴的结构示意图；
图3为图1所示的飞针测试机的右侧Y轴的结构示意图；
图4为图1所示的飞针测试机的Y轴的仿真流程图。
【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的实施例。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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图3，本发明实施方式的飞针测试机100，包括基体110、两个X轴120、两个Y轴130及两个Z轴140。基体110作为飞针测试机100的运动轴的载体，两个X轴120、两个Y轴130及两个Z轴140构成飞针测试机100的三维运动轴。其中，两个X轴120、两个Y轴130及两个Z轴140可以构成三维直角坐标系或三维斜角坐标系，例如，当构成三维直角坐标系时，X轴120与Y轴130垂直相交，Z轴140垂直于Y轴130与X轴120。
两个X轴120设于基体110上，并且平行相对设置。基体110可以为天然花岗石。
每个X轴120包括第一导轨121、第一电机123及第一丝杆125，第一丝杆125与第一导轨123平行相对设置，两个第一电机123分别位于两个第一丝杆125相对远离的一端，使两个第一电机123交叉相对设置。并且，每个第一电机123的驱动轴与第一丝杆125共轴连接。例如，第一电机123的驱动轴可以通过第一联轴器127与第一丝杆125连接。
两个Y轴130与X轴120连接。每个Y轴130的两端分别设于两个X轴120上，并且每个Y轴130包括第二导轨131、两个连接板133及两个第一滑块135。第二导轨131的两端分别与两个连接板133固定连接。两个第一滑块135分别固定于两个连接板133与第二导轨131相对的表面上，并且第一滑块135沿第一导轨121可滑动，第一丝杆125穿过第一滑块135。
两个Z轴140分别设于两个Y轴130上，并且Z轴140沿第二导轨131可滑动。其中，每个Y轴130靠近第一电机123的一个第一滑块135设有与第一丝杆125相螺合的螺孔，另外一个第一滑块135设有供第一丝杆125穿过的导向孔；第一电机123驱动第一丝杆125转动，使靠近第一电机123的第一滑块135沿第一导轨121滑动。
进一步地，Y轴130还包括第二丝杆137及第二电机138，第二丝杆137与第二导轨131平行相对设置，第二电机138安装于其中一个连接板133上，并且第二电机138的驱动轴与第二丝杆137共轴连接，第二丝杆137带动Z轴140沿第二导轨131滑动。例如，第二电机138的驱动轴可以通过第二联轴器139与第二丝杆137连接。连接板133可以由复合材料制成。
进一步地，每个第一滑块135由一对滑块组成，第一丝杆125穿过一对滑块，并且一对滑块固定在连接板133上。
进一步地，Y轴130靠近第一电机123的一端为主动端，远离第一电机123的一端为从动端，Y轴130的质心靠近主动端，优选地，Y轴130的质心与主动端的距离为80~100毫米。Y轴130两端相对X轴120的摩擦系数小于0.01，并且Y轴130两端相对X轴120的摩擦系数相等。Y轴130两端的连接刚度为1千万牛顿每平方米以上。
上述飞针测试机100采用的X轴120采用一个第一电机123驱动单个Y轴130，形成单驱结构，从而避免采用成本较高的双驱结构，进而降低成本；同时，每个Y轴130靠近X轴120的第一电机123的第一滑块135设有与第一丝杆125相螺合的螺孔，另外一个第一滑块135设有供所述第一丝杆125穿过的导向孔，使得每个Y轴130一端起驱动及导向作用，另一端起导向作用，从而提高Y轴130的驱动精度，进而提高飞针测试机100的运动精度。因此，上述飞针测试机100成本较低、并且运动精度较高。
下面结合具体实施例说明上述飞针测试机100。
本实施例中，飞针测试机100为六轴飞针测试机上，该飞针测试机100一共有六个轴，X轴120、Y轴130、Z轴140分别有两个，用于承载运动轴的基体110为天然花岗石结构，用于X轴120与Y轴130传动及导向的结构选用精密级别的丝杆导轨组合体，丝杆导轨组合体即为“丝杆与滑块中部相连，组合体的内侧面为导轨，与滑块外部相连”。Y轴130两端分别架设在两个X轴120上，每个X轴120上都架设有两个Y轴130的一端。因为每个X轴120上都有两个滑块，多轴耦合，靠近第一电机123一端的第一滑块135才与第一丝杆125相连，起传动及导向作用，Y轴130此端称为主动端，另外一个第一滑块135与第一丝杆125不相连，即第一滑块135中部的导向孔比丝杆直径大，只起导向作用，Y轴130此端称为从动端。也就是说，每个X轴120上的第一电机123只能驱动靠近其一端的Y轴130，此X轴120上对于另外一个Y轴130来说只是起到导向的作用，每个Y轴130都是采用单驱的形式在X轴120上水平运动。Z轴140安装在Y轴130上，通过精密级别的丝杆导轨组合体的传动和导向上下运动。
本实施例的飞针测试机100在保持功能的前提下尽量压缩Y轴130的跨距。为了降低Y轴130的质量，考虑到导轨丝杆组合体本身的刚度较大，将与组合体相连接的Y轴130底板分成三截，去掉中间一截，只保留两端的一截，即形成两个连接板133，保证了Y轴130的整体刚度，又降低了Y轴130质量。在此基础上建立初步的Y轴130仿真模型，并对此模型进行详细仿真，以便进一步设计，仿真流程如图4所示。
根据上述仿真结果，获取质心分布、摩擦分布及刚度大小对Y轴130的整体运动精度影响情况：
（1）Y轴130质心靠近主动端时比质量远离主动端时的运动精度要好很多；
（2）Y轴130运动方向的摩擦小时其运动精度更佳；
（3）Y轴130两端连接刚度一致并且比较大时对运动精度影响最大，其中与其运动方向相切的扭转刚度起决定性的作用。
在本实施例中，动态特性满足条件为Y轴130一阶模态为200Hz以上，其振型为沿着运动方向左右摆动；运动精度满足条件为Y轴130在1mm行程时整定时两端运动误差能在20ms内进入10um误差带。Y轴130质心靠近主动端80-100mm时运动精度比较好；Y轴130两端摩擦系数小于0.01且两端摩擦一致时运动精度比较好；Y轴130连接刚度在1千万牛顿每平方米以上且与其运动方向相切的扭转刚度越大时运动精度越好。
根据仿真结果，Y轴130的连接板133尺寸及安装空间受到严格限制，为了进一步减低其质量，并令整个Y轴130的质心分布达到要求，还要保证整个Y轴130刚度，Y轴130的上下两个连接板133均采用复合材料来制造，质量、质心及刚度情况都满足了要求。为了满足Y轴130两端的连接刚度的要求，本实施例所选取的传动及导向单元为高精密级别、预紧程度满足要求的丝杆导轨组合单元，以来可以保证Y轴130的连接刚度，并且其摩擦均为滚动摩擦，摩擦阻力小，满足摩擦大小分布的要求。由于与Y轴130运动方向相切的扭转刚度对其运动精度起决定性的作用，本实施例中Y轴130两端的第一滑块135选用了两个滑块，大大提高其扭转刚度，满足扭转刚度的要求。
本实施例中，在尽量压缩Y轴130跨距、降低Y轴130质量基础上建立初步仿真模型，通过仿真流程方法获取质心分布、摩擦分布及刚度大小对Y轴130的整体运动精度影响情况，并采用复合材料来制造Y轴130连接底板、选用高精密级别和预紧程度满足要求的丝杆导轨组合单元及Y轴130两端采用两个滑块连接以提高其扭转刚度，令X-Y轴130运动精度大大提高，进一步地提高飞针测试机100的运动精度，并解决若采用双驱而带来的成本问题。同时，改变了人们一直以来认为采用单侧驱动的长跨距结构难以应用到对于运动精度要求很高的机器上的看法。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种飞针测试机，其特征在于，包括：
基体；
两个X轴，设于所述基体上，并且平行相对设置，每个所述X轴包括第一导轨、第一电机及第一丝杆，所述第一丝杆与所述第一导轨平行相对设置，所述两个第一电机分别位于所述两个第一丝杆相对远离的一端，使所述两个第一电机交叉相对设置，并且每个第一电机的驱动轴与所述第一丝杆共轴连接；
两个Y轴，与所述X轴连接，每个所述Y轴的两端分别设于所述两个X轴上，并且每个所述Y轴包括第二导轨、两个连接板及两个第一滑块，所述第二导轨的两端分别与所述两个连接板固定连接，所述两个第一滑块分别固定于所述两个连接板与所述第二导轨相对的表面上，并且所述第一滑块沿所述第一导轨可滑动，所述第一丝杆穿过所述第一滑块；及
两个Z轴，分别设于所述两个Y轴上，并且所述Z轴沿所述第二导轨可滑动；
其中，每个所述Y轴靠近所述第一电机的一个所述第一滑块设有与第一丝杆相螺合的螺孔，另外一个所述第一滑块设有供所述第一丝杆穿过的导向孔；所述第一电机驱动所述第一丝杆转动，使靠近所述第一电机的所述第一滑块沿所述第一导轨滑动。
2.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述Y轴还包括第二丝杆及第二电机，所述第二丝杆与所述第二导轨平行相对设置，所述第二电机安装于其中一个所述连接板上，并且所述第二电机的驱动轴与所述第二丝杆共轴连接，所述第二丝杆带动所述Z轴沿所述第二导轨滑动。
3.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，每个所述第一滑块由一对滑块组成，所述第一丝杆穿过所述一对滑块，并且所述一对滑块固定在所述连接板上。
4.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述Y轴靠近所述第一电机的一端为主动端，远离所述第一电机的一端为从动端，所述Y轴的质心靠近所述主动端。
5.如权利要求4所述的飞针测试机，其特征在于，所述Y轴的质心与所述主动端的距离为80~100毫米。
6.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述Y轴的两端相对所述X轴的摩擦系数小于0.01，并且所述Y轴的两端相对所述X轴的摩擦系数相等。
7.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述Y轴两端的连接刚度为1千万牛顿每平方米以上。
8.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述连接板由复合材料制成。
9.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述基体为天然花岗石。
10.如权利要求1所述的飞针测试机，其特征在于，所述X轴与所述Y轴垂直相交，所述Z轴垂直于所述Y轴与所述X轴。
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