袁具富，常福松

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊 050081）

目前，電子產(chǎn)品種類繁多、形狀各異，測(cè)試項(xiàng)目多且復(fù)雜，以往僅有少部分的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)試，且僅實(shí)現(xiàn)了軟件層面的自動(dòng)化，即半自動(dòng)化，依然需要依靠人工進(jìn)行取放料和線纜連接的動(dòng)作。尤其是PCBA 工件，需要與測(cè)試儀器通過(guò)線纜連接的工作，在電子產(chǎn)品智能測(cè)試過(guò)程中，線纜連接器的類型繁多且位置不固定，從而導(dǎo)致模仿人工全過(guò)程操作的智能化工序難以順利開(kāi)展。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，需要設(shè)計(jì)一種適用于智能化測(cè)試的一體化治具。

1 治具定義及重要作用

治具，又稱夾具，是一種用于輔助工程師進(jìn)行PCBA（Printed Circuit Board Assembly）類工件測(cè)試的工具[1]。其通過(guò)連接工件與測(cè)試儀器，能在測(cè)試過(guò)程中起到定位和電信號(hào)傳輸?shù)淖饔?。通常情況下，測(cè)試一個(gè)工件需要使用多臺(tái)儀器及相應(yīng)數(shù)量的線纜進(jìn)行連接。治具的設(shè)計(jì)和制備旨在提高工作效率，方便工程師快速進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。該工具具有固定工件和測(cè)試儀器能使其保持正確的位置，且能可靠地傳輸電信號(hào)。在批量生產(chǎn)中，常見(jiàn)的治具設(shè)計(jì)為針床形式，其中探針的數(shù)量和位置是固定的。然而，考慮到現(xiàn)有單位產(chǎn)品種類繁多，且以小批量生產(chǎn)為主，傳統(tǒng)的針床治具所需成本過(guò)高，無(wú)法滿足多種連接型號(hào)的需求。為避免成本過(guò)高及提高效率，需探索可調(diào)式治具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用?？烧{(diào)式治具具有靈活性，能適應(yīng)不同連接型號(hào)的測(cè)試需求。通過(guò)使用可調(diào)式治具可更改位置和數(shù)量的探針，工程師可根據(jù)具體測(cè)試要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而滿足不同工件的定位和測(cè)試需求。

2 新型一體化治具特點(diǎn)

新型一體化治具與常規(guī)治具有著非常明顯的區(qū)別，其主要具備以下特點(diǎn)。

（1）全自動(dòng)控制。新型一體化治具的全自動(dòng)控制功能體現(xiàn)在其可與機(jī)械臂或PLC 等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行集成，能接收機(jī)械臂或PLC 的控制指令，并根據(jù)指令完成相應(yīng)的操作[2]。該特點(diǎn)使得新型一體化治具能實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的測(cè)試流程，提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。

（2）可調(diào)節(jié)探針位置和數(shù)量。通過(guò)在邊框范圍內(nèi)的任意位置調(diào)節(jié)探針的位置和數(shù)量，可滿足不同工件的定位和測(cè)試需求，提升治具的通用性和適應(yīng)性。對(duì)于不同規(guī)格、形狀和尺寸的工件，只需調(diào)整探針的位置和數(shù)量，就能滿足其測(cè)試要求，而無(wú)需重新設(shè)計(jì)或購(gòu)買(mǎi)不同的治具。

（3）采用高可靠性硬質(zhì)金屬探針。相比傳統(tǒng)的探針材料，硬質(zhì)金屬探針不易氧化且壽命長(zhǎng)，能提供更穩(wěn)定和可靠的電信號(hào)傳輸，減少了維護(hù)和更換的頻率。

（4）節(jié)約成本。傳統(tǒng)治具對(duì)加工精度要求較高，制造成本較高，而新型一體化治具不僅降低了制造成本，還能保證測(cè)試準(zhǔn)確性。

新型一體化治具的以上特點(diǎn)能滿足不同工件的測(cè)試需求，提高測(cè)試效率和可靠性，并且減少制造成本。這一創(chuàng)新將為工程師們?cè)诩庸ぁ⒔M裝和檢驗(yàn)工藝中的應(yīng)用提供更便捷和可靠的解決方案。

3 新型一體化治具結(jié)構(gòu)

新型一體化治具由自動(dòng)測(cè)試治具底座、氣缸推動(dòng)組件、治具體、工件夾具、探針組等多個(gè)部分組成。其中，氣缸推動(dòng)組件負(fù)責(zé)控制治具探針與PCBA 工件的接觸和釋放，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試線的插拔功能。通過(guò)機(jī)械臂或PLC 發(fā)送的指令，氣動(dòng)控制和執(zhí)行裝置可精確操作治具探針的上下運(yùn)動(dòng)，使其與PCBA 工件建立良好的接觸，并在測(cè)試完成后可靠地釋放，確保測(cè)試線的穩(wěn)定連接和斷開(kāi)，提供可靠的電信號(hào)傳輸。為滿足PCBA 工件兩面都需要進(jìn)行連接的需求，新型一體化治具設(shè)計(jì)為能同時(shí)與PCBA 的兩面接觸的結(jié)構(gòu)，由左右兩組推動(dòng)組件和治具體組成。新型一體化治具整體工作原理如圖1所示。

圖1 新型一體化治具整體示意

（1）自動(dòng)測(cè)試治具底座：該部分是整個(gè)治具系統(tǒng)的基座，提供穩(wěn)定的支撐平臺(tái)，同時(shí)具有自動(dòng)夾緊工件的功能，防止工件在作業(yè)過(guò)程中意外移位。其是治具的基礎(chǔ)，確保整個(gè)治具系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。整體實(shí)物如圖2所示。

圖2 治具底座整體實(shí)物

（2）氣缸推動(dòng)組件：該組件負(fù)責(zé)控制治具探針和PCBA 工件間的接觸和釋放。通過(guò)氣缸的推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)探針的上下運(yùn)動(dòng)，確保與工件的良好接觸，并在測(cè)試完成后可靠地釋放。

（3）治具體：治具體是整個(gè)治具系統(tǒng)的主體部分，固定了探針和其他組件。其提供穩(wěn)定的支撐和定位功能，使探針能夠精確插入和拔出被測(cè)工件上的測(cè)試點(diǎn)。

（4）工件夾具：該部分用于夾持工件，確保其穩(wěn)定固定在治具上。工件夾具起到定位和支撐工件的作用，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。

（5）探針組：探針是連接測(cè)試儀器和PCBA 工件的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)傳輸電信號(hào)。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和制造的新型一體化治具具備自動(dòng)化測(cè)試功能，在電子產(chǎn)品智能測(cè)試中具備重要的功能和優(yōu)勢(shì)。其能提高測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)確保穩(wěn)定可靠的電信號(hào)傳輸和測(cè)試結(jié)果的精確性。新型一體化治具對(duì)推動(dòng)電子產(chǎn)品制造業(yè)的智能化和信息化發(fā)展具有積極意義，并為測(cè)試工藝的改進(jìn)和優(yōu)化提供了有效的解決方案，有助于提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)水平，推動(dòng)電子產(chǎn)品領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

4 新型一體化治具的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）本設(shè)計(jì)中關(guān)鍵件為治具體，治具體治具主要由固定框架、可調(diào)探針桿、點(diǎn)觸探針、連接線等組成。其中，可調(diào)探針桿作用是調(diào)節(jié)探針的位置。在新型一體化治具中，可調(diào)探針桿使得探針的位置調(diào)節(jié)更加方便和準(zhǔn)確，并且可調(diào)整覆蓋到工件的任意位置。工程師可根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò)調(diào)節(jié)探針桿的長(zhǎng)度或高度，來(lái)改變探針的位置，緊固后，即可完成一個(gè)治具的調(diào)節(jié)，確保探針能準(zhǔn)確地與工件相應(yīng)位置接觸，以完成相應(yīng)的測(cè)試任務(wù)，并保證測(cè)試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。治具體實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 治具體實(shí)物

（2）接觸探針也是治具系統(tǒng)中重要的組件，探針細(xì)節(jié)如圖4所示，用于與PCBA 工件進(jìn)行接觸。該組件連接相應(yīng)的測(cè)試儀器，可傳輸電阻、電壓信號(hào)、時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)等電子特征的信號(hào)，通過(guò)與PCBA 工件的接觸，探針能進(jìn)行該點(diǎn)位的電性能指標(biāo)的測(cè)試和數(shù)據(jù)記錄。

圖4 探針細(xì)節(jié)

（3）另外，治具的設(shè)計(jì)和制造須考慮多個(gè)因素，如尺寸、形狀、材料選擇等。治具在尺寸和形狀方面設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少加工費(fèi)用，控制成本。材料一般考慮鋁合金材質(zhì)，其是在重量和可靠性、耐久性及成本等因素中的一個(gè)折中選擇。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本研究設(shè)計(jì)的適用于電子產(chǎn)品智能測(cè)試的一體化治具，結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)視覺(jué)技術(shù)和智能化控制系統(tǒng)，具備可調(diào)整的功能，可智能化地完成PCBA 工件的測(cè)試。該一體化治具的應(yīng)用能提高測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，符合現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化向智能化和信息化發(fā)展的趨勢(shì)。隨著機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)視覺(jué)技術(shù)和智能化控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，一體化治具將能夠更好地滿足電子產(chǎn)品測(cè)試的需求，提高測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，推動(dòng)電子產(chǎn)品制造業(yè)向智能化和信息化方向發(fā)展，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和進(jìn)步。