液晶灰度自动测试设备的制作方法

1.本发明涉及液晶相控天线技术领域，具体涉及一种液晶灰度自动测试设备。


背景技术：

2.液晶相控天线因其特有性质决定了液晶相控阵天线具有功耗低、成本低和可批量生产等优势。现今低成本超材料天线已然成为行业热点，即液晶相控阵天线同样在成本及功耗上具有天然优势，其结构大致可分为如下几部分：液晶材料是组成液晶灰度的主要材料，在相控阵天线里液晶材料可以利用其固有特性通过电极施加不同的电压来改变液晶材料的相对介电常数，以完成移相灰度控制；其完成对液晶施加电压的部分为液晶灰度的控制电极；对于相控阵天线而言，灰度的频率响应曲线在天线波控系统及算法中尤为重要。频率响应曲线的产业化精确测量或者计算方法尚属空白。连续频率的频率响应曲线测量理论上无法实现，离散频率的频率测量会有测量时间与选频精度的矛盾。如何实现低选频精度与短测量时间的兼顾，急需解决。
3.现有技术中对于液晶灰度的产业化频率响应曲线测试尚无完整解决方案。工艺上，液晶相控阵天线具有高集成高密度特点，在实现单元测试上对整体工艺把控难度较大，如出现毫米级误差即可对测试曲线造成较大影响。同时液晶灰度单元均在液晶天线内部，从表面上看单元与单元间特征并不明显，所以普试性的人工测试方式已然无法使用且工作量巨大；科研上，通常采用离散频点测试方法，及在使用工作频段内选取适当的频率点数进行频率响应曲线测试。如需使用未被测试频率响应曲线的频点作为工作频点，则就近选择已被测试频率响应曲线频点的频率响应曲线，作为近似曲线进行使用。一方面，为尽可能实现频点覆盖的全面性和频率响应曲线的准确性，需要大量测试；另一方面，离散选取的测试方法不能从根本上解决使用连续工作频率的场景，特别是对于及集成化越来越高的灰度而言，由于高度集成化带来的频率响应曲线随频率变化较大，就近选取频点进行近似的方法引入的误差越来越大。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提供一种液晶灰度自动测试设备，以解决现有技术存在的液晶灰度的产业化频率响应曲线测试工作量大、误差大以及不能从根本上解决使用连续工作频率的场景的问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种液晶灰度自动测试设备，包括底座，所述底座上设有移动平台和升降平台，所述移动平台上方设有真空吸盘，所述升降平台上设有视觉对位系统和测试系统，所述视觉对位系统包括景深镜头，所述景深镜头与所述升降平台连接，所述测试系统包括水平移动机构和z轴升降电机、激光测距感应器和测试探针，所述水平移动机构与所述升降平台连接，所述z轴电机与所述水平移动机构连接，所述测试探针安装在所述z轴升降电机径向外围，所述激光测距感应器安装在所述z轴升降电机末端。
7.作为优选，所述升降平台包括竖直固定板和导轨，所述竖直固定板固定在所述底座上，所述导轨固定在所述竖直固定板上，所述导轨中间位于所述竖直固定板的上方设有电机和主动轮，所述电机的输出端与所述主动轮连接，所述导轨中间位于所述竖直固定板的下方设有从动轮，所述主动轮与所述从动轮之间通过皮带连接，所述导轨上设有滑块，所述景深镜头通过所述滑块与所述升降平台连接，所述水平移动机构通过所述滑块和所述皮带与所述升降平台连接。
8.作为优选，所述皮带与所述升降平台通过同步带夹板连接。
9.作为优选，所述水平移动机构包括水平电机、丝杆和水平滑块，所述丝杆与所述水平电机传动连接，所述水平滑块安装在所述丝杆上，所述滑块与所述z轴升降电机连接。
10.作为优选，所述丝杆为c3级的研磨滚珠丝杆。
11.作为优选，所述测试探针包括行探测结构接头或接触式测试接头。
12.作为优选，当所述测试探针为接触式测试接头时还包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述接触式测试接头上。
13.作为优选，所述移动平台为uvw平台。
14.作为优选，所述视觉对位系统还包括同轴光源，所述同轴光源通过连接板固定在所述景深镜头下方，所述连接板与所述升降平台连接。
15.作为优选，所述同轴光源和所述景深镜头均设有两个。
16.本发明至少具有以下有益效果：本发明提供一种液晶灰度自动测试设备，包括底座，底座上设有移动平台和升降平台，移动平台上方设有真空吸盘，升降平台上设有视觉对位系统和测试系统，视觉对位系统包括景深镜头，景深镜头与升降平台连接，测试系统包括水平移动机构和z轴升降电机、激光测距感应器和测试探针，水平移动机构与升降平台连接，z轴电机与水平移动机构连接，测试探针安装在z轴升降电机径向外围，激光测距感应器安装在z轴升降电机末端；本发明通过视觉对位系统完成识别后通过上位机软件算法运算将控制信号传至机械结构部分，其机械结构部分会通过控制信号完成相应的高精度移动，使测试探针移动至对应单元位置实现对各单元的测试。
附图说明
17.为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。
18.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
19.图1为本发明实施例提供的液晶灰度自动测试设备整体结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的升降平台结构示意图；
21.图3为本发明实施例提供的视觉对位系统和测试系统安装结构示意图
22.图4为本发明实施例提供的测试系统安装结构示意图；
23.图5为本发明实施例提供的测试系统部分结构放大示意图；
24.图6为本发明实施例提供的液晶盒结构示意图；
25.图7为本发明实施例提供的耦合探测结构示意图；
26.图8为本发明实施例提供的单信号输入端口系统的测试示意图；
27.图9为本发明实施例提供的全息液晶阵列天线移相灰度测试结构示意图。
28.附图标记说明：
29.1-底座；2-移动平台；3-真空吸盘；4-测试系统；41-水平电机；42-丝杆；43-水平滑块；44-z轴升降电机；45-激光测距感应器；46-测试探针；47-压力传感器；5-视觉对位系统；51-景深镜头；52-同轴光源；53-连接板；6-升降平台；61-导轨；62-滑块；63-电机；64-主动轮；65-从动轮；66-皮带；67-竖直固定板；7-耦合探测结构；71-输出耦合探测结构；72-输入耦合探测结构；701-传输线缆；702-耦合探测接地片；703-耦合探测辐射片；704-信号探针引脚；705-接地探针引脚；8-液晶盒；81-顶层玻璃；82-移相器层；821-移相器；822-耦合辐射片；83-液晶层；84-金属地板层；841-耦合缝隙；8411-输出耦合缝隙；8412-输入耦合缝隙；842-对位标识；85-底层玻璃。
具体实施方式
30.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
31.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
32.此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
33.针对目前产业化液晶灰度频率响应曲线测试方法的空白及离散测试方法的不足，本发明提供了全套的液晶灰度频率响应曲线测试解决方案；其在液晶灰度科研领域及使用工艺领域提供了一种可高效产业化的测试及计算；并且为实现液晶灰度产业化调试提供了可能。
34.液晶相控阵天线系统中液晶灰度通常为组阵排布，由于生产工艺的原因，分布在不同位置的液晶灰度工艺存在偏差，如果使用单个灰度的灰度测试结果应用到所有灰度中，势必出现误差积累，并影响系统性能。
35.为解决上述问题本发明提供了一种涵盖算法、工艺、机械结构等全套的解决方案，首先在算法上本发明采用可移动式耦合探测结构及接触式探针探测结构，实现所有或大部分液晶灰度频率响应及灰度测试，通过对比分析及计算，筛选出两个或以上频率的灰度测试结果，并计算出工作频带内任意频点的灰度测试结果。实现连续频率的灰度测试结果表
格，提供给相控阵系统及算法需求。其次在工艺上本发明采用视觉对位系统通过不同角度的景深镜头实现对液晶灰度每个单元的识别，并通过相应软件进行靶标校对，以实现本发明对液晶灰度单元的精准对位；最后在上述视觉对位系统完成识别后通过上位机软件算法运算将控制信号传至机械结构部分，其机械结构部分会通过控制信号完成相应的高精度移动，使测试探针移动至对应单元位置实现对各单元的测试。
36.具体的，请参阅图1，本发明的实施例提供一种液晶灰度自动测试设备，包括底座1，底座1上设有移动平台2和升降平台6，移动平台2为uvw平台，移动平台2上方设有真空吸盘3，升降平台6上设有视觉对位系统5和测试系统4，视觉对位系统5包括景深镜头51，景深镜头51与升降平台6连接，测试系统4包括水平移动机构和z轴升降电机44、激光测距感应器45和测试探针46，水平移动机构与升降平台6连接，z轴电机44与水平移动机构连接，测试探针46安装在z轴升降电机44径向外围，激光测距感应器45安装在所述z轴升降电机44末端。
37.请参阅图2和图3，升降平台6包括竖直固定板67和导轨61，竖直固定板67固定在底座1上，导轨61固定在竖直固定板67上，导轨61中间位于竖直固定板67的上方设有电机63和主动轮64，电机63的输出端与主动轮64连接，导轨61中间位于竖直固定板67的下方设有从动轮65，主动轮64与从动轮65之间通过皮带66连接，导轨61上设有滑块62，景深镜头51通过滑块62与升降平台6连接，水平移动机构通过滑块62和皮带66与升降平台6连接，皮带66与升降平台6通过同步带夹板连接。
38.请参阅图4和图5，水平移动机构包括水平电机41、丝杆42和水平滑块43，丝杆42与水平电机41传动连接，水平滑块43安装在丝杆42上，滑块62与z轴升降电机44连接。水平移动机构可以实现液晶相控阵天线在测试过程中的精准运动，为保证水平移动机构的运动精度在5～10um，本结构的丝杆42采用c3级的研磨滚珠丝杆作为有效传动轴以替代传统传动结构。
39.测试探针46包括行探测结构接头或接触式测试接头；当测试探针46为接触式测试接头时还包括压力传感器47，压力传感器47安装在接触式测试接头上。
40.视觉对位系统5还包括同轴光源52，同轴光源52通过连接板53固定在景深镜头51下方，连接板53与升降平台6连接；同轴光源52和景深镜头51均设有两个。
41.请参阅图6和图7，本发明的实施例还提供一种液晶移相器移相灰度曲线测试装置，包括耦合探测结构7和液晶盒8，耦合探测结构7包括接地探针引脚705、耦合探测接地片702、信号探针引脚704和耦合探测辐射片703，耦合探测接地片702呈“u”型结构，耦合探测辐射片703设置在耦合探测接地片702中间，耦合探测辐射片703上设有传输线缆701；接地探针引脚705设有两个，两个接地探针引脚705与耦合探测接地片702的两端连接，信号探针引脚704与耦合探测辐射片703连接，组成完整的接地-信号-接地引脚结构；信号探针引脚704连接的耦合探测辐射片703，将耦合辐射片822辐射的信号能量捕获，并将信号传输至信号探针引脚704；耦合探测接地片702通过特殊长度设计(通常为工作频率介质波长的一半)，可等效为液晶盒8内金属地板层84相同的射频属性，通过接地-信号-接地引脚结构实现了信号的捕获与传输。在测试中耦合探测结构7可以包含多个输入耦合探测结构71和输出耦合探测结构。
42.请参阅图6，液晶盒8包括顶层玻璃81、移相器层82、液晶层83、金属地板层84和底层玻璃85，液晶层83位于移相器层82和金属地板层84之间，顶层玻璃81位于移相器层82上
层，底层玻璃85位于金属地板层84下层，移相器层82上设有移相器821和耦合辐射片822，移相器821与耦合辐射片822连接，金属地板层84设有耦合缝隙841和对位标识842，耦合缝隙841与耦合辐射片82的位置相对应，耦合缝隙841包括多个输入耦合缝隙8412和多个输出耦合缝隙8411与多个输入耦合探测结构81和输出耦合探测结构精准对位。
43.请参阅图7和图8，本发明提供的液晶移相器移相灰度曲线测试装置可应用在单信号输入端口系统的测试和全息液晶阵列天线移相灰度测试中。
44.本发明的实施例还提供一种液晶移相器移相灰度曲线测试方法，包括：
45.s1：将待测液晶盒固定在夹具上；
46.具体的，将待测液晶移相器面板固定在特制夹具平面上，确保面板水平放置，同时避免其在测试过程中产生位移。
47.s2：测试系统通过对位标识确定所述液晶盒的位置；
48.具体的，测试系统通过液晶移相器面板上的对位标识准确找到面板位置。
49.s3：根据所述对位标识和耦合缝隙的相对位置移动耦合探测结构，使所述耦合探测结构与所述耦合缝隙精准对位；
50.具体的，将带有传输线缆的输入输入耦合探测结构移动至需要测试的移相器的输入输出耦合缝隙的正上方且确保耦合探测结构的探针与耦合辐射片平行，将输入输入耦合探测结构向下移动至与顶层玻璃上层紧密贴合。
51.s4：测试系统对输入耦合探测结构输入特定频率的测试信号，并通过输出耦合探测结构测试输出信号；
52.具体的，传输线缆另一端与测试仪器连通，测试仪器通过线缆对输入耦合探测结构输入特定频率的测试信号，并通过与输出耦合探测结构连接的传输线缆测试输出信号。
53.s5：对移相器加载不同电压，进行移相灰度测试。
54.具体的，通过移相器电极加载控制电压，并确保加载的已知电压与仪器信号同步；测试完毕后，控制电机移动输入输出耦合探测结构位置，对下一个移相器进行特定频点的移相灰度。
55.测试时，测试两个以上频率时的移相灰度曲线；在移动耦合探测结构时，先向上移动探测结构，再将耦合探测结构移动至下一个待测移相器的正上方，重复上述s1-s5的步骤逐个测试各个移相器两个以上频率时的移相灰度曲线。
56.s6：计算指定区域内同频率的移相灰度曲线均值；
57.s7：计算所述指定区域内同频率的移相灰度曲线与所述均值的均方差；
58.s8：去除所述均方差超出阈值的移相灰度曲线；
59.s9：计算去除后剩余同频率的移相灰度曲线均值。
60.s10：根据公式计算出工作频段内任意频率的移相灰度曲线；
61.所述公式为：
[0062][0063]
其中fh为所测移相灰度曲线的高工作频点，f0为所需要计算移相灰度曲线的工作频点，φh为所测高工作频点时的移相灰度曲线。
[0064]
具体的，对于液晶微带传输线形式的移相器，不妨设
[0065][0066]
其中，fh为所测移相灰度曲线的高工作频点，f
l
为所测移相灰度曲线的低工作频点，φh为所测高工作频点时的移相灰度曲线，φ
l
为所测低工作频点时的移相灰度曲线。
[0067]
f0＝f
l
时，φ0＝φ
l
；fh＝f
l
时，φh＝φ
l
；
[0068]
因此
[0069]
a＝1
[0070][0071]
其中，f0为所需要计算移相灰度曲线的工作频点，对于工作频带内任意频点对应移相灰度关系为：
[0072][0073]
由上式可知，对于液晶移相器而言，最小值需要测试两个点移相灰度曲线，即可实现工作频带内任意频点移相灰度计算。
[0074]
s11：根据s6-s10测试和计算移相器面板不同区域内任意频率的移相灰度曲线；
[0075]
s12：将计算得到的所有区域任意频率的移相灰度曲线写入表格，待相控阵系统及算法控制调用。
[0076]
为了更加清楚的介绍本发明，下面具体结合算法、工艺、机械结构等全套来说明本发明。
[0077]
液晶盒固定于测试设备上的真空吸盘上，视觉对位系统通过动态调整景深镜头识别对位标识确认液晶盒的位置，根据对位标识与液晶灰度耦合缝隙的相对位置移动带有传输线缆的耦合探测结构，使耦合探测结构与耦合缝隙精准对位，同时探测结构带有激光测距传感器会对相应单元的z轴高度进行准确测量并将其转换为电信号传输给z轴升降电机用来调整探测结构在z轴方向的距离。另外在不同的测试环境下可以对探测结构接头进行更换转为探针接触式测试接头，同时探针接触式测试接头上设置有压力传感器在测试过程中会对接触压力实时回传，从而保证探针完全接触。线缆另一端与测试仪器连通。测试仪器通过线缆对输入耦合探测结构输入特定频率的测试信号，并通过与输出耦合探测结构连接的传输线缆测试输出信号，同时对液晶灰度加载不同电压，进而实现液晶灰度的灰度测试。该单元测试完毕后，测试仪器会将信号传递给控制系统，同时控制系统会将移动信号传递给控制电机，在视觉对位系统的辅助对位下，探测结构会移动到输入输出耦合探测结构位置，对下一个灰度进行特定频点的探测。
[0078]
实施例1：
[0079]
s1：将待测液晶灰度面板放置在真空吸盘上，同时打开真空吸盘，其产生的负压会将待测液晶灰度面板平整固定；
[0080]
s2：启动视觉对位系统，启动后可以通过升降平台手动调整两个景深镜头的高度以实现景深焦距的调整；
[0081]
s3：景深镜头调整完毕后会自动开始识别传输线附近的对位靶标，实现视觉定位；
[0082]
s4：视觉对位系统完成定位后，信号分别传递至测试系统，测试系统会调整移动平台将待测液晶灰度面板旋转至待测方向；
[0083]
s5：测试系统则会通过激光测距感应器和z轴电机调整耦合探测结构至适合高度；
[0084]
具体的，同理当设备配置为探针接触式测试探头时，测试系统会通过探头内部压力传感器和z轴电机调整接触测试探针与测试单元的接触压力，实现完全接触；
[0085]
s6：开启测试模式后，z轴电机会将输入耦合探测结构向下移动至与顶层玻璃上层紧密贴合；
[0086]
s7：测试仪器通过传输线缆加载输入和探测输出信号；
[0087]
s8：通过灰度电极加载控制电压，并确保加载的已知电压与仪器信号同步；
[0088]
s9：测试两个以上频率时的灰度曲线；
[0089]
s10：完成后z轴电机向上移动探测结构，同时移动结构会将探测结构移至下一单元，根据s3-s6步逐个测试各个灰度两个以上频率时的灰度曲线；
[0090]
s11：将指定区域内的同频率的灰度曲线计算均值；
[0091]
s12：将该区域内同频率的灰度曲线与所计算的均值计算出均方差，将均方差超出阈值的灰度曲线去除，余下的同频率的灰度曲线再计算均值得到该区域内该频率时的灰度曲线；
[0092]
s13：将计算得到的该区域内不同频率的灰度曲线通过本发明提出的理论计算公式，计算出工作频段内任意频率的灰度曲线；
[0093]
s14：根据3-10测试和计算灰度面板不同区域内任意频率的灰度曲线；
[0094]
s15：将计算得到的所有区域任意频率的灰度曲线写入表格，待相控阵系统及算法控制调用。
[0095]
以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0096]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
[0097]
上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。