电子产品智能测试的一体化治具研究

摘 要：目前，电子产品种类繁多、形状各异，测试项目多且复杂，以往仅有少部分的产品实现了自动测试，且仅实现了软件层面的自动化，即半自动化，依然需要依靠人工进行取放料和线缆连接的动作。尤其是PCBA 工件，需要与测试仪器通过线缆连接的工作，在电子产品智能测试过程中，线缆连接器的类型繁多且位置不固定，从而导致模仿人工全过程操作的智能化工序难以顺利开展。为应对这一挑战，需要设计一种适用于智能化测试的一体化治具。

关键词：电信号;电子产品;探针。

01 治具定义及重要作用

治具，又称夹具，是一种用于辅助工程师进行PCBA（Printed Circuit Board Assembly）类工件测试的工具[1]。其通过连接工件与测试仪器，能在测试过程中起到定位和电信号传输的作用。通常情况下，测试一个工件需要使用多台仪器及相应数量的线缆进行连接。治具的设计和制备旨在提高工作效率，方便工程师快速进行测试作业。该工具具有固定工件和测试仪器能使其保持正确的位置，且能可靠地传输电信号。在批量生产中，常见的治具设计为针床形式，其中探针的数量和位置是固定的。然而，考虑到现有单位产品种类繁多，且以小批量生产为主，传统的针床治具所需成本过高，无法满足多种连接型号的需求。为避免成本过高及提高效率，需探索可调式治具的设计与应用。可调式治具具有灵活性，能适应不同连接型号的测试需求。通过使用可调式治具可更改位置和数量的探针，工程师可根据具体测试要求进行相应的调整，从而满足不同工件的定位和测试需求。

02 热翘曲实验及分析

新型一体化治具与常规治具有着非常明显的区别，其主要具备以下特点。

（1）全自动控制。新型一体化治具的全自动控制功能体现在其可与机械臂或PLC 等自动化设备进行集成，能接收机械臂或PLC 的控制指令，并根据指令完成相应的操作[2]。该特点使得新型一体化治具能实现高度自动化的测试流程，提高测试效率和准确性。

（2）可调节探针位置和数量。通过在边框范围内的任意位置调节探针的位置和数量，可满足不同工件的定位和测试需求，提升治具的通用性和适应性。对于不同规格、形状和尺寸的工件，只需调整探针的位置和数量，就能满足其测试要求，而无需重新设计或购买不同的治具。

（3）采用高可靠性硬质金属探针。相比传统的探针材料，硬质金属探针不易氧化且寿命长，能提供更稳定和可靠的电信号传输，减少了维护和更换的频率。

（4）节约成本。传统治具对加工精度要求较高，制造成本较高，而新型一体化治具不仅降低了制造成本，还能保证测试准确性。

新型一体化治具的以上特点能满足不同工件的测试需求，提高测试效率和可靠性，并且减少制造成本。这一创新将为工程师们在加工、组装和检验工艺中的应用提供更便捷和可靠的解决方案。

03 新型一体化治具结构

新型一体化治具由自动测试治具底座、气缸推动组件、治具体、工件夹具、探针组等多个部分组成。其中，气缸推动组件负责控制治具探针与PCBA 工件的接触和释放，从而实现对测试线的插拔功能。通过机械臂或PLC 发送的指令，气动控制和执行装置可精确操作治具探针的上下运动，使其与PCBA 工件建立良好的接触，并在测试完成后可靠地释放，确保测试线的稳定连接和断开，提供可靠的电信号传输。为满足PCBA 工件两面都需要进行连接的需求，新型一体化治具设计为能同时与PCBA 的两面接触的结构，由左右两组推动组件和治具体组成。新型一体化治具整体工作原理如图1所示。

（1）自动测试治具底座：该部分是整个治具系统的基座，提供稳定的支撑平台，同时具有自动夹紧工件的功能，防止工件在作业过程中意外移位。其是治具的基础，确保整个治具系统的稳定性和可靠性。整体实物如图2所示。

（2）气缸推动组件：该组件负责控制治具探针和PCBA 工件间的接触和释放。通过气缸的推动，实现对探针的上下运动，确保与工件的良好接触，并在测试完成后可靠地释放。

（3）治具体：治具体是整个治具系统的主体部分，固定了探针和其他组件。其提供稳定的支撑和定位功能，使探针能够精确插入和拔出被测工件上的测试点。

（4）工件夹具：该部分用于夹持工件，确保其稳定固定在治具上。工件夹具起到定位和支撑工件的作用，确保测试的准确性和可靠性。

（5）探针组：探针是连接测试仪器和PCBA 工件的关键部分，负责传输电信号。

经过设计和制造的新型一体化治具具备自动化测试功能，在电子产品智能测试中具备重要的功能和优势。其能提高测试的效率和准确性，同时确保稳定可靠的电信号传输和测试结果的精确性。新型一体化治具对推动电子产品制造业的智能化和信息化发展具有积极意义，并为测试工艺的改进和优化提供了有效的解决方案，有助于提升整个产业的竞争力和技术水平，推动电子产品领域的进一步发展。

04 新型一体化治具的关键设计要点

（1）本设计中关键件为治具体，治具体治具主要由固定框架、可调探针杆、点触探针、连接线等组成。其中，可调探针杆作用是调节探针的位置。在新型一体化治具中，可调探针杆使得探针的位置调节更加方便和准确，并且可调整覆盖到工件的任意位置。工程师可根据实际需求，通过调节探针杆的长度或高度，来改变探针的位置，紧固后，即可完成一个治具的调节，确保探针能准确地与工件相应位置接触，以完成相应的测试任务，并保证测试的准确性和稳定性。治具体实物图如图3所示。

（2）接触探针也是治具系统中重要的组件，探针细节如图4所示，用于与PCBA 工件进行接触。该组件连接相应的测试仪器，可传输电阻、电压信号、时钟数据信号等电子特征的信号，通过与PCBA 工件的接触，探针能进行该点位的电性能指标的测试和数据记录。

（3）另外，治具的设计和制造须考虑多个因素，如尺寸、形状、材料选择等。治具在尺寸和形状方面设计应尽量减少加工费用，控制成本。材料一般考虑铝合金材质，其是在重量和可靠性、耐久性及成本等因素中的一个折中选择。

05 结束语
综上所述，本研究设计的适用于电子产品智能测试的一体化治具，结合了机器人技术、工业视觉技术和智能化控制系统，具备可调整的功能，可智能化地完成PCBA 工件的测试。该一体化治具的应用能提高测试的效率和准确性，符合现代工业自动化向智能化和信息化发展的趋势。随着机器人技术、工业视觉技术和智能化控制系统的不断发展和创新，一体化治具将能够更好地满足电子产品测试的需求，提高测试的效率和准确性，推动电子产品制造业向智能化和信息化方向发展，促进整个产业的升级和进步。