一种PCB板自动测试设备的制作方法

一种pcb板自动测试设备
技术领域
1.本发明涉及智能制造测试设备技术领域，尤其是一种pcb板自动测试设备。


背景技术：

2.随着各种高科技战略计划的提出，自动化技术的应用也越来越广泛。以plc、运动控制器、工控机为控制基础，以伺服电机、导轨和高精度丝杆为运动基础的生产设备，也得以在我国批量生产、大量引进和推广应用。这些设备能够提高生产效率、提升生产质量，它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在设计、研发、安装、调试上都发生了飞跃的变化。
3.目前在各种智能化设备上都离不开集成电路板即pcb板，不同的设备功能不同，其集成电路板的结构也是各不相同的，集成电路板广泛应用在各种电子产品中，pcb板生产完成的空板及焊接集成电路后的成板均需测试所有布线的导通性（集成电路功能性测试），以测试产品是否合格，目前在进行集成电路板的导通性检测时大都是人工检测，即人工一块一块的将集成电路板放在检测平台的治具上，通过一个个销钉定位，再人工手动压合进行测试，然后由操作人员直观判断产品是否合格，这种方式需要工人连续不断的工作，是非常消耗人工体力的，同时检测效率也非常低，不利于现代化的智能生产线上的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对上述情况，提供一种pcb板自动测试设备，通过设计一种全新的测试设备，实现了完全自动化、高效化的集成电路板测试操作。
5.本发明的具体方案是：一种pcb板自动测试设备，具有控制柜，所述控制柜上设置有上料台、成板台、坏板台、上下料模块、治具模块、测试仪和工控计算机；所述上料台、成板台、坏板台依次布置在一条行进线上方便进行pcb检测工艺流程，所述上料台上设置有定位插销，开展粗定位；所述上下料模块包括有上导轨、横向驱动机构、升降导轨、升降驱动机构以及吸嘴机构，升降导轨与横向驱动机构相连接并在横向驱动机构的驱动下沿着上导轨移动；所述升降驱动机构安置在所述升降导轨上，升降驱动机构的下端安置所述的吸嘴机构，吸嘴机构的侧部还设有拍照定位相机；所述治具模块包括有上治具、下治具、下导轨、下治具横移驱动机构和上治具升降驱动机构，所述下导轨与上导轨相互平行布置，下导轨对接在坏板台的侧部位置，所述下治具在下治具横移驱动机构的驱动下沿着下导轨运动，所述上治具驱动机构通过支架设置在下导轨的正上方，所述上治具安置在上治具升降驱动机构的下端；所述测试仪安装在控制柜内以用于读取集成电路板通断，测试仪测得的集成电路板通断情况反馈到工控计算机上；所述控制柜分别与横向驱动机构、升降驱动机构、吸嘴机构、拍照定位相机、下治具横移驱动机构、上治具升降驱动机构控制连接。
6.进一步的，本发明中所述吸嘴机构包括有负压吸板，负压吸板内部为空腔，负压吸板的底面设有若干吸气孔，负压吸板通过升降滑座与所述升降导轨连接并在所述升降驱动
机构的带动下上下移动，负压吸板内的空腔通过真空泵以及电磁阀控制提供负压。
7.进一步的，本发明中所述负压吸板的侧部还安装有位移传感器，所述负压吸板的底面上还内嵌设有压力传感器。
8.进一步的，本发明中所述拍照定位相机为工业定位相机。
9.进一步的，本发明中所述横向驱动机构是由伺服电机和横向进给丝杆组成，所述横向进给丝杆沿着所述上导轨设置，所述升降导轨的背部通过丝杆座与所述横向进给丝杆传动连接；所述升降驱动机构为伺服电机驱动的同步升降带机构或者为升降气缸机构，同步升降带机构或者升降气缸机构驱动所述吸嘴机构上下运动。
10.进一步的，本发明中所述下治具横移驱动机构包括有下治具驱动电机、下治具横移丝杆和下治具移动座，下治具移动座与所述下治具横移丝杆传动连接并沿着所述下导轨移动，下治具驱动电机带动所述下治具横移丝杆转动；所述上治具升降驱动机构为步进电机，步进电机的活塞杆朝下布置，步进电机的活塞杆下端连接所述的上治具。
11.进一步的，本发明中所述上治具和下治具各自均是由玻璃纤维板制成，所述玻璃纤维板上设有若干测试针，每根测试针上均设有编号，上治具和下治具共同压合电路板上的线路孔实现导通测试。
12.进一步的，本发明中所述测试仪为pcb板线路通断测试仪，该测试仪读取集成电路板的通短路电流电压值和输出的时序信号，并将测试结果传输至工控计算机上实时显示。
13.进一步的，本发明中所述控制柜的底部四角安装有可折叠的行走万向轮，位于每个万向行走轮的内侧还设有橡胶支撑脚。
14.本发明具有以下有益效果：1.本发明设备的使用，很好地解决了pcb板大批量检测测试导通性操作的繁重、重复性的工作，极大地解放了人工，减轻了测试操作人员的劳动量。
15.2.本发明设备将集成电路板从上料、pcb板精确定位转移放置、产品检测测试、合格品与不合格品的分类放置以及显示等等步骤均是自动化智能化动作，检测更加高效可靠，为大批量测试提供了可靠的设备支撑。
16.3.本发明设备针对不同批次、不同产品型号的电路板只需更换不同的上下治具即可快速适应，调整灵活便捷，适应性广泛，一套设备可用于多种产品的检测，大大降低了设备投入和使用成本。
17.4.本发明的设备运作协调，运行速度快，检测效率相较于传统的人工检测提升数倍。
18.5.本发明的控制模块完全开源，适用性强，该设备的应用广，综合机械、电气、电子信息、计算机等知识既解决了工厂的pcb板高效检测的问题，又能够作为职业学校实训教学的工具，让学生更直观、更清晰的学习自动化设备设计和研发的整个过程，做到学习与实际应用相结合。
附图说明
19.图1是本发明的第一斜向视角结构示意图；图2是本发明的第二斜向视角结构示意图；图3是本发明的主视方向结构示意图；
图4是本发明的侧视方向结构示意图；图5是本发明的俯视方向结构示意图。
20.图中：1—橡胶支撑脚，2—行走万向轮，3—控制柜，4—上料台，5—成板台，6—坏板台，7—工控计算机，8—拍照定位相机，9—上导轨，10—伺服电机，11—升降滑座，12—伺服电机，13—下治具，14—上治具，15—下导轨，16—下治具驱动电机，17—负压吸板，18—升降导轨，19—丝杆座，20—步进电机。
具体实施方式
21.下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.参见图1～图5，本发明是一种pcb板自动测试设备，具有控制柜3，所述控制柜的底部四角安装有可折叠的行走万向轮2，位于每个万向行走轮的内侧还设有橡胶支撑脚1，所述控制柜上设置有上料台4、成板台5、坏板台6、上下料模块、治具模块、测试仪和工控计算机7；所述上料台、成板台、坏板台依次布置在一条行进线上，所述上料台上设置有定位插销，上料台、成板台、坏板台均采用聚酯塑料材料制成；所述上下料模块包括有上导轨9、横向驱动机构、升降导轨18、升降驱动机构以及吸嘴机构，升降导轨与横向驱动机构相连接并在横向驱动机构的驱动下沿着上导轨移动；所述升降驱动机构安置在所述升降导轨上，升降驱动机构的下端安置所述的吸嘴机构，吸嘴机构的侧部还设有拍照定位相机8；所述治具模块包括有上治具14、下治具13、下导轨15、下治具横移驱动机构和上治具升降驱动机构，所述下导轨与上导轨相互平行布置，下导轨对接在坏板台的侧部位置，所述下治具在下治具横移驱动机构的驱动下沿着下导轨运动，所述上治具驱动机构通过支架设置在下导轨的正上方，所述上治具安置在上治具升降驱动机构的下端；所述测试仪安装在控制柜内以用于读取集成电路板通断，测试仪测得的集成电路板通断情况反馈到工控计算机上；所述控制柜分别与横向驱动机构、升降驱动机构、吸嘴机构、拍照定位相机、下治具横移驱动机构、上治具升降驱动机构控制连接。
25.进一步的，本实施例中所述吸嘴机构包括有负压吸板17，负压吸板内部为空腔，负压吸板的底面设有若干吸气孔，负压吸板通过升降滑座11与所述升降导轨连接并在所述升
降驱动机构的带动下上下移动，负压吸板内的空腔通过真空泵以及电磁阀控制提供负压。
26.进一步的，本实施例中所述负压吸板的侧部还安装有位移传感器，所述负压吸板的底面上还内嵌设有压力传感器。
27.进一步的，本实施例中所述拍照定位相机8为工业定位相机。
28.进一步的，本实施例中所述横向驱动机构是由伺服电机12和横向进给丝杆组成，所述横向进给丝杆沿着所述上导轨设置，所述升降导轨的背部通过丝杆座19与所述横向进给丝杆传动连接；所述升降驱动机构为伺服电机10驱动的同步升降带机构或者为升降气缸机构，同步升降带机构或者升降气缸机构驱动所述吸嘴机构上下运动。
29.进一步的，本实施例中所述下治具横移驱动机构包括有下治具驱动电机16、下治具横移丝杆和下治具移动座，下治具移动座与所述下治具横移丝杆传动连接并沿着所述下导轨15移动，下治具驱动电机带动所述下治具横移丝杆转动；所述上治具升降驱动机构为步进电机20，步进电机的活塞杆朝下布置，步进电机的活塞杆下端连接所述的上治具14。
30.进一步的，本实施例中所述上治具和下治具各自均是由玻璃纤维板制成，所述玻璃纤维板上设有若干测试针，每根测试针上均设有编号，上治具和下治具共同压合电路板上的线路孔实现导通测试。
31.进一步的，本实施例中所述测试仪为pcb板线路通断测试仪，该测试仪读取集成电路板的通短路电流电压值和输出的时序信号，并将测试结果传输至工控计算机上实时显示。
32.上下料模块具体实施时是由步进电机、伺服电机、抽负压的气缸、吸嘴机构、相关的控制电磁阀、接近开关、压力传感器等等部件组成。伺服电机控制吸嘴机构垂直方向位移，抽负压的气缸给负压吸板提供负压吸住pcb板。整个上下料过程基本相似，下面介绍上料工作流程。
33.上料台由聚酯塑料制作而成，上面布置有定位插销固定pcb板，多块pcb板打孔叠放在上料台上，由上方的步进电机控制整个吸嘴机构横移到上料台上方，通过拍照定位相机进行拍照定位，这样就能够准确的控制负压吸板到达pcb板的正上方，为后续将pcb板一次性准确放置在下治具上特定位置提供了保障，定位好之后，伺服电机运行将负压吸板下降到pcb板上面，负压吸板通过负压（通过抽负压的气缸和相关的电磁阀以及气管控制）取出pcb板。因为伺服电机控制负压吸板吸取pcb过程中，叠放pcb板的厚度发生变化，所以在负压吸板旁加装位移传感器，当位移传感器抵住pcb板且压力传感器同时显示压力值超过预设值时才会打开通气管电磁阀，这样负压吸板才能产生足够强的负压吸取pcb板。吸住pcb板后伺服电机带动pcb板上移，回到一定高度后，负压吸板吸取pcb放置到下治具处。为保证pcb板能准确的放置，可以采用两种方案。一是利用拍照定位相机进行光学定位，二是利用机械的方法进行定位，定位完成后负压吸板下移将pcb板放至下治具的正确位置上。
34.下治具上接收到pcb板之后，通过下治具横移驱动机构将下治具以及其上的pcb板移动至上治具的正下方，然后上治具在步进电机的驱动下下行与下治具压合，上下治具中的测试针与电路板上的线路孔贴合实现导通，测试仪就会将该块电路板的导通性反馈到工控计算机中并加以显示测试是否通过，合格的产品就会被运送返回，通过吸嘴机构将合格的产品放置在成板台上工作人员将其收集走，不合格的产品吸嘴机构就会将其放置在坏板台上，工作人员将坏的pcb板取走另作处理。
35.本发明中的测试仪内部由stm32主控芯片控制最大5096点的输入输出信号的读取，通过时序信号的输入和防干扰措施，可以读取集成电路（pcb板）的通短路的电流电压值和输出的时序信号。
36.本发明中的上下治具是一种以pcb板为模型而设计的、用于电性能通断测试的一种专用夹具，有单面治具、双面治具之分（针对单面和双面电路板）。治具的主要结构为玻璃纤维板和测试针，测试针编好号码贴合电路板上线路上所开的小孔（孔径为0.2mm左右）方便以后的电路板电阻测试工作。
37.编好号码的测试针压合电路板后，测试仪感应到电路接通，瞬间提供相应的电压产生电流。测试仪为一小型嵌入式设备内含屏蔽多路大电流互相干扰功能，可测量多路（最多1280路）的电流，从而计算出电路板的导通性来，并在上位计算机显示出来。
38.测试过程：当上导轨带动吸嘴机构将pcb板放置在下治具后，下导轨将下治具前送到上治具处，这时气缸阀门打开使得上治具向下压合。测试治具需根据每个具体的pcb单独制作。治具上有128到1280个点，每个点可以测试pcb板内同一根线的导通情况。为了将测试结果迅速和准确的传输到电脑中，所以还需在控制柜体内配置专业的pcb测试仪。
39.测试完成后，下治具台将pcb送至原位。根据pcb板连线的导通性会出现fail或者pass两种测试结果。如果想在测试时将程序烧录进pcb板，可选择单独的烧录器边检测变烧录。如果是pass，回程吸嘴机构将pcb板放置于成板台。如果是fail回程吸嘴机构将pcb板放置坏板台。
40.运动结构模块：运动结构模块分别由两个伺服电机带动丝杆控制做水平运动和竖直运动，其中伺服电机通过同步带可控制上下运动，上治具的上下运动距离是一定的，由步进电机控制。为了保证吸嘴机构在吸取pcb板时位置准确，可在运动行程中放置一个照相机精确控制位移，照相机还可以起到扫描pcb板的条形码记录生产数据上传至服务器的作用。
41.控制模块：逻辑控制模块主要由电源、plc（或者运动控制器）、驱动器、工控计算机、传感器和电磁阀等组成。工控计算机安装上位机程序可根据照相机定位数据在线通信plc等自动设备，控制电机的运动脉冲得到准确位移，使得pcb板可以准确放在治具上，这样可以节省通过一个个销钉定位，再手动压合测试的大量人力。
42.生产监控计算机：拍照定位相机可读取pcb板上的条形码，（条形码可由激光雕刻机打印）通信到工控计算机上并通过程序解码读出数据，数据含有测试时间、测试片数、测试结果等内容。