電子產品智能測試的一體化治具研究

袁具富，常福松

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081）

目前，電子產品種類繁多、形狀各異，測試項目多且復雜，以往僅有少部分的產品實現了自動測試，且僅實現了軟件層面的自動化，即半自動化，依然需要依靠人工進行取放料和線纜連接的動作。尤其是PCBA 工件，需要與測試儀器通過線纜連接的工作，在電子產品智能測試過程中，線纜連接器的類型繁多且位置不固定，從而導致模仿人工全過程操作的智能化工序難以順利開展。為應對這一挑戰，需要設計一種適用于智能化測試的一體化治具。

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行PCBA（Printed Circuit Board Assembly）類工件測試的工具[1]。其通過連接工件與測試儀器，能在測試過程中起到定位和電信號傳輸的作用。通常情況下，測試一個工件需要使用多臺儀器及相應數量的線纜進行連接。治具的設計和制備旨在提高工作效率，方便工程師快速進行測試作業。該工具具有固定工件和測試儀器能使其保持正確的位置，且能可靠地傳輸電信號。在批量生產中，常見的治具設計為針床形式，其中探針的數量和位置是固定的。然而，考慮到現有單位產品種類繁多，且以小批量生產為主，傳統的針床治具所需成本過高，無法滿足多種連接型號的需求。為避免成本過高及提高效率，需探索可調式治具的設計與應用。可調式治具具有靈活性，能適應不同連接型號的測試需求。通過使用可調式治具可更改位置和數量的探針，工程師可根據具體測試要求進行相應的調整，從而滿足不同工件的定位和測試需求。

2 新型一體化治具特點

新型一體化治具與常規治具有著非常明顯的區別，其主要具備以下特點。

（1）全自動控制。新型一體化治具的全自動控制功能體現在其可與機械臂或PLC 等自動化設備進行集成，能接收機械臂或PLC 的控制指令，并根據指令完成相應的操作[2]。該特點使得新型一體化治具能實現高度自動化的測試流程，提高測試效率和準確性。

（2）可調節探針位置和數量。通過在邊框范圍內的任意位置調節探針的位置和數量，可滿足不同工件的定位和測試需求，提升治具的通用性和適應性。對于不同規格、形狀和尺寸的工件，只需調整探針的位置和數量，就能滿足其測試要求，而無需重新設計或購買不同的治具。

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

（4）節約成本。傳統治具對加工精度要求較高，制造成本較高，而新型一體化治具不僅降低了制造成本，還能保證測試準確性。

新型一體化治具的以上特點能滿足不同工件的測試需求，提高測試效率和可靠性，并且減少制造成本。這一創新將為工程師們在加工、組裝和檢驗工藝中的應用提供更便捷和可靠的解決方案。

3 新型一體化治具結構

新型一體化治具由自動測試治具底座、氣缸推動組件、治具體、工件夾具、探針組等多個部分組成。其中，氣缸推動組件負責控制治具探針與PCBA 工件的接觸和釋放，從而實現對測試線的插拔功能。通過機械臂或PLC 發送的指令，氣動控制和執行裝置可精確操作治具探針的上下運動，使其與PCBA 工件建立良好的接觸，并在測試完成后可靠地釋放，確保測試線的穩定連接和斷開，提供可靠的電信號傳輸。為滿足PCBA 工件兩面都需要進行連接的需求，新型一體化治具設計為能同時與PCBA 的兩面接觸的結構，由左右兩組推動組件和治具體組成。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）自動測試治具底座：該部分是整個治具系統的基座，提供穩定的支撐平臺，同時具有自動夾緊工件的功能，防止工件在作業過程中意外移位。其是治具的基礎，確保整個治具系統的穩定性和可靠性。整體實物如圖2所示。

圖2 治具底座整體實物

（2）氣缸推動組件：該組件負責控制治具探針和PCBA 工件間的接觸和釋放。通過氣缸的推動，實現對探針的上下運動，確保與工件的良好接觸，并在測試完成后可靠地釋放。

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

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

（5）探針組：探針是連接測試儀器和PCBA 工件的關鍵部分，負責傳輸電信號。

經過設計和制造的新型一體化治具具備自動化測試功能，在電子產品智能測試中具備重要的功能和優勢。其能提高測試的效率和準確性，同時確保穩定可靠的電信號傳輸和測試結果的精確性。新型一體化治具對推動電子產品制造業的智能化和信息化發展具有積極意義，并為測試工藝的改進和優化提供了有效的解決方案，有助于提升整個產業的競爭力和技術水平，推動電子產品領域的進一步發展。

4 新型一體化治具的關鍵設計要點

（1）本設計中關鍵件為治具體，治具體治具主要由固定框架、可調探針桿、點觸探針、連接線等組成。其中，可調探針桿作用是調節探針的位置。在新型一體化治具中，可調探針桿使得探針的位置調節更加方便和準確，并且可調整覆蓋到工件的任意位置。工程師可根據實際需求，通過調節探針桿的長度或高度，來改變探針的位置，緊固后，即可完成一個治具的調節，確保探針能準確地與工件相應位置接觸，以完成相應的測試任務，并保證測試的準確性和穩定性。治具體實物圖如圖3所示。

圖3 治具體實物

（2）接觸探針也是治具系統中重要的組件，探針細節如圖4所示，用于與PCBA 工件進行接觸。該組件連接相應的測試儀器，可傳輸電阻、電壓信號、時鐘數據信號等電子特征的信號，通過與PCBA 工件的接觸，探針能進行該點位的電性能指標的測試和數據記錄。

圖4 探針細節

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

5 結束語

綜上所述，本研究設計的適用于電子產品智能測試的一體化治具，結合了機器人技術、工業視覺技術和智能化控制系統，具備可調整的功能，可智能化地完成PCBA 工件的測試。該一體化治具的應用能提高測試的效率和準確性，符合現代工業自動化向智能化和信息化發展的趨勢。隨著機器人技術、工業視覺技術和智能化控制系統的不斷發展和創新，一體化治具將能夠更好地滿足電子產品測試的需求，提高測試的效率和準確性，推動電子產品制造業向智能化和信息化方向發展，促進整個產業的升級和進步。