CN104280398A - 一种电子元器件的自动测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电子元器件的自动测试方法和装置，所述方法包括：将待测电子元器件插到电子切换工装板上的通用测试插座阵列上，机械臂运动平台带动其上的图像获取模块进行精密的位置移动；当图像获取模块到达某一个待测试元器件上方时，电子切换工装板上的控制电路启动工作，控制电子切换矩阵将该待测器件与所述电子切换工装板上的控制电路及电性能测量电路连通，同时控制被测器件进入运行状态；图像获取模块对所述位置的待测器件进行拍照，获取被测器件的外观图像及被测发光器件的发光图像，所获取的图像由主控模块中的图像处理模块进行分析处理，识别缺陷品；电性能测量电路对所述位置的待测器件进行电性能测试，测试结果由主控模块中的测量结果分析模块进行分析处理，识别缺陷品。

Description

一种电子元器件的自动测试装置

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及电子元器件的自动测试、工业机器人、图像设别、电子测量。

背景技术

在电子元器件制造领域，需要对已制造完成的元器件进行批量化的生产测试，测试元器件的电气性能、功能参数、外观等，针对发光显示的电子元器件，除测试前述功能性能外，还需要对发光显示器件的光性能参数进行测试。

目前技术情况下，电子元器件制造过程中的前端工序，如晶片的固定、晶片的焊接等，都已由自动化机器来完成，而电子元器件的检测工序，自动化程度较低，尤其针对部分领域的电子元器件或非标准封装的电子元器件。

非标准封装的电子元器件难以实现自动化测试的主要原因是，这些电子元器件的外形和引脚尺寸不规则，不同种类的器件之间封装差异性大，而自动化机器需要首先对被测对象的特征进行提炼和学习，才能实现标准化和重复性的测试动作，但被测对象特征的不确定性使提炼和学习的难度大大增加。

对非标准封装的电子元器件大都采用人工测试方法，即由测试人员对元器件进行手工逐个测试，测试的过程是将每个元器件依次装载到测试插座上，结合仪器仪表读取电性能测试参数，而器件的外观及发光显示器件的光性能参数，由测试人员用眼睛进行人工判断，以区分出有缺陷的器件。依靠人工及肉眼观测的测试项目，存在主观性和测试结果的不一致性，同时，这些测试项目对测试人员的技能要求很高，测试人员需要经过较长期的学习和训练才能上岗。

这种测试方法测试效率低，测试的准确性差，耗费的人力大，对人员的技能要求高，并且测试时间长容易造成测试人员的疲劳损伤及降低测试质量。

发明内容

为解决针对电子元器件尤其是非标准封装电子元器件测试中人工依赖度大、测试效率低、测试准确率低的问题。本发明实施例提供了一种电子元器件的自动测试装置、一种电子元器件的自动测试方法。

本发明实施例提供了一种电子元器件的自动测试装置，包括：

机械臂运动平台，机械臂运动平台也称为工业机器人，其中一个实施例是由两根或三根直线机械臂构成一个二维度或三维度的直角坐标机器人，可以在所覆盖的二维或三维空间里实现高精度的位置移动。在机械臂运动平台的滑块上装上执行机构，执行机构就能在机械臂运动平台所覆盖的区域内进行移动，本实施例中，安装在机械臂运动平台的滑块上的执行机构是图像获取模块；

图像获取模块，图像获取模块包括工业相机、光源、微型吹风机，工业相机安装于光源的上方、微型吹风机安装在光源的下方，工业相机、光源、微型吹风机作用范围均可覆盖被测器件表面；当机械臂运动平台将图像获取模块移动到被测元器件上方时，光源负责照亮被测元器件，工业相机负责拍摄被测元器件，微型吹风机负责吹去被测元器件表面的尘埃，图像获取模块所获取的图像提供给主控模块中的图像处理模块进行分析处理，从而实现对被测元器件外观及光性能的测试；

电子切换工装板，电子切换工装板和电子元器件自动测试装置主体结构可以快速分离或接合，其功能是一定数量的待测元器件一次性装载到电子切换工装板上后，将电子切换工装板与电子元器件自动测试装置的主体结构相结合，电子切换工装板对所承载被测器件管脚进行切换，同时机械臂运动平台带动图像获取模块在不同位置进行移动，在协同的控制下，实现对电子切换工装板上不同位置待测元器件的自动测试；当装载在工装板上的所有待测器件被测试完成后，将工装板和电子元器件自动测试装置的主体结构分离，即可更换下一批次的待测元器件；电子切换工装板包括通用测试插座阵列、电子切换矩阵、电性能测量电路、控制电路、工装板通信接口；

主控模块，所述主控模块包括主机处理模块、图像处理模块、机械臂运动平台控制模块、测量结果分析模块、主控通信接口；主控模块通过电缆和机械臂运动平台、图像获取模块、电子切换工装板相连，主控模块实现对上述组件的控制以及对所获取图像及所采集测试数据进行分析处理。

本发明实施例还提供了一种电子元器件的自动测试方法，包括：

将待测电子元器件插到电子切换工装板上的通用测试插座阵列上，机械臂运动平台带动其上的图像获取模块在机械臂运动平台所能达到的区域中移动；当图像获取模块到达某一个待测试元器件上方时，电子切换工装板上的控制电路启动工作，控制电子切换矩阵将该待测器件所在的通用测试插座与所述电子切换工装板上的控制电路及电性能测量电路连通，同时控制被测器件进入运行状态；图像获取模块对所述位置的待测器件进行拍照，所获取的图像由主控模块中的图像处理模块进行分析处理；电性能测量电路对所述位置的待测器件进行电性能测试，测试结果由主控模块中的测量结果分析模块进行分析处理。

当待测器件所在的测试插座位于图像获取模块下方时，图像获取模块中的光源照亮被测器件表面，图像获取模块中的工业相机拍摄器件表面的照片，所获取的图像送到所述主控模块中的图像处理模块进行外观及表面缺陷的分析处理。

针对发光显示类的电子元器件，待测器件所在的通用测试插座通过电子切换矩阵连通到所述有源工装板上的控制电路时，所述电子切换工装板上的控制电路同时产生激励信号点亮被测的发光显示器件，所述图像获取模块中的工业相机拍摄器件发光后的照片，所获取的图像被送到所述主控模块中的图像处理模块进行光性能的分析处理。

图像获取模块所拍摄的被测器件的照片经过图像处理模块分析后，如果分析的结果指示存在缺陷，则图像获取模块上的微型吹风机被启动运行，吹拂器件的表面，经过吹风后重新进行拍照和分析处理，如同一部位的缺陷依然存在，则判定为器件缺陷，如同一部位的缺陷消失，则判定为器件表面所附灰尘导致的测量干扰。

在完成一个器件的测试后，主控模块控制机械臂运动平台将图像获取模块移到下一个被测器件上方，同时电子切换工装板进行对应的切换，并重复前一个器件的测试过程。当电子切换工装板上的所有器件都被测完后，将电子切换工装板从自动测试装置的主体结构上分离，卸载电子切换工装板上的已测器件，装载新的待测器件，即可开始新一批次的测试。

附图说明

图1电子元器件自动测试装置整体结构示意图；

图2机械臂运动平台示意图；

图3图像获取模块示意图；

图4电子切换工装板实体结构示意图；

图5电子切换工装板功能模块示意图；

图6主控模块示意图。

具体实施方式

下面结合图对本发明实施例所提供的装置和方法进行详细的描述。

本发明实施例的***构成如图1所示，从图1可以看到，电子元器件自动测试装置主要由以下儿部分构成：机械臂运动平台101，图像获取模块102，电子切换工装板103，主控模块104。

机械臂运动平台101，机械臂运动平台也称作工业机器人，图2表述的是其中一个实施例，是由三根直线机械臂构成一个三维度的直角坐标机器人，这样的工业机器人可以在所覆盖的三维空间里实现高精度的位置移动，一般情况下，定位的精度可达0.02mm以上。在机械臂运动平台的滑块上装上执行机构，执行机构就能在机械臂运动平台所覆盖的区域内进行移动，本实施例中，安装在机械臂运动平台的滑块上的执行机构是图像获取模块。

机械臂运动平台的详细构成如图2所示，主要由以下及部分构成：X轴机械臂201，Y轴机械臂202，Z轴机械臂203，每条机械臂上都包含一个滑块204，驱动电机205，以及约束电缆运行轨迹的履带206。滑块204的作用是，机械臂在驱动电机205的作用下，推动滑块产生精密的位移，从而使固定在滑块上的执行机构产生移动。本方案的一个实施例中，Y轴机械臂固定在X轴机械臂的滑块上，Z轴机械臂固定在Y轴机械臂的滑块上，图像获取模块固定在Z轴机械臂的滑块上。在本方案的另一个实施例中，不需要Z轴方向的移动，则Y轴机械臂固定在X轴机械臂的滑块上，图像获取模块固定在Y轴机械臂的滑块上，三维运动简化为二维运动。

除了按直角坐标方向进行位移的机械臂运动平台外，还有一种能实现三维空间位移的运动平台是多关节机械臂，这种机械臂的特点是通过多个关节的旋转，带动最末端关节上的执行机构在三维空间里进行移动。和直角坐标机械臂运动平台不同的是，多关节机械臂运动平台能实现任意轨迹的运动。

图像获取模块102，图像获取模块102安装在所机械臂运动平台的滑块204上，能被机械臂运动平台带动，到达所要进行测试的待测器件的上方，在主控模块104的控制下，完成对被测元器件图像的获取，图像获取模块102的详细构成如图3所示，包括工业相机301、光源302、微型吹风机303，工业相机301安装于光源302的上方、微型吹风机303安装在光源302的下方，工业相机301、光源302、微型吹风机303作用范围均可覆盖被测器件表面；当机械臂运动平台101带动图像获取模块102到达被测元器件上方时，图像获取模块102中的光源302照亮被测器件表面，图像获取模块中的工业相机301拍摄器件表面的图片；针对发光显示类的电子元器件，图像获取模块102中的光源302被关闭，工业相机301拍摄待测器件发光的图片；图像获取模块102中的微型吹风机303，可在被测元器件表面有灰尘时，吹去元器件表面的灰尘，以避免元器件表面的灰尘影响到所获取图像的质量。

电子切换工装板103，电子切换工装板的实体结构如图4所示，由通用测试插座401、PCB电路板402、电路403、承载结构404、把手405几部分构成。通用测试插座401的实体结构为406，其上有插槽407，插槽407有一定的宽度，因此能适配不同管脚排间距的器件，通用测试插座401上端有锁紧杆408，当器件管脚放入插槽后，压下锁紧杆即可压紧器件管脚，保证良好接触。

电子切换工装板103的功能模块构成如图5所示，由通用测试插座阵列501、电子切换矩阵502、电性能测量电路503、控制电路504、工装板通信接口505组成；电子切换工装板103通过其上的电子切换矩阵502可以将通用测试插座阵列501中的任一个通用测试插座上的全部引脚与电性能测量电路503以及控制电路504相连通。控制电路504对已连通的通用测试插座上的被测器件施加激励信号，由电性能测量电路503测量被测器件的输出信号，根据器件测试内容的不同，测试的电参数可以是电流值、电压值、电阻值、电容值、电感值、频率值、功率值，在另一个实施例中，电性能测量电路503也可以被商用的测试仪表代替。

主控模块104，主控模块104是电子元器件自动测试装置的控制和数据处理中心，主控模块104的硬件载体是工控机，如图6所示，主控模块104包括主机处理模块601、图像处理模块602、机械臂运动平台控制模块603、测量结果分析模块604、主控通信接口605；主机处理模块601是整个电子元器件自动测试装置的控制和数据处理核心，负责对图像处理模块602、机械臂运动平台控制模块603、测量结果分析模块604的协同控制；机械臂运动平台控制模块603实现对机械臂运动平台101的控制和驱动，将电子切换工装板上的待测元器件位置坐标，转换成机械臂运动平台101能够识别的脉冲驱动信号，驱动机械臂运动平台101上的图像获取模块102移动到该被测元器件的上方。图像处理模块602实现对图像获取模块102所获取的图像进行分析，给出被测元器件表面缺陷的分析结果以及被测发光显示器件的光性能分析结果；测试结果分析模块604将所有测试所得信息进行分析对比，并给出缺陷统计和分析结果。

主控通信接口605与电子切换工装板103上的工装板通信接口505连接，实现主控模块104与电子切换工装板103之间的数据交互，主控模块104通过此接口将控制被测器件进行切换和测量的命令下发到电子切换工装板103，电子切换工装板103将命令响应以及测试结果通过此接口上传到主控模块104；主控通信接口605和工装板通信接口505之间的连接有固定电缆连接和可分离电缆连接两种，固定连接即用电缆和连接器将主控通信接口605和工装板通信接口505连接，在电子元器件自动测试装置使用过程不会断开此连接，同时，电缆连接线长度较长，易于在不断开连接的情况下在一定范围内移动电子切换工装板103；可分离电缆连接是指，为了使电子切换工装板103可以灵活方便地从电子元器件测试装置的主体结构上分离及结合，主控通信接口605和工装板通信接口505之间的连接电缆中间增加可分离对接部件，根据该对接部件结构的不同，可分离电缆连接又分为接插件连接，顶针式连接，光电耦合连接三种实现方式；接插件连接方式的优点是实现简单，但因是接触式连接，电子切换工装板103插拔次数越多，接插件的磨损越大，顶针式连接方式采用弹性探针和导电体相接触的方式来连通电缆，因弹性探针具有一定的伸缩量，故能够吸收电子切换工装板103和电子元器件自动测试装置主体结构在接合时的结构误差；光电耦合连接方式采用光电耦合对管来传送主控通信接口605和工装板通信接口505之间的信号，因而能实现无接触的连接，其可靠性不受电子切换工装板103插拔次数的限制。

基于如上装置的测试方法如下：

将待测电子元器件插到电子切换工装板103上的通用测试插座阵列501上，机械臂运动平台101带动其上的图像获取模块102在机械臂运动平台101所能达到的区域中移动；当图像获取模块102到达某一个待测试元器件上方时，电子切换工装板103上的控制电路504启动工作，控制电子切换工装板103上的电子切换矩阵502将该待测器件所在的一个通用测试插座与电子切换工装板103上的控制电路504及电性能测量电路503连通，同时控制被测器件进入运行状态；图像获取模块102中的光源302照亮被测器件表面，图像获取模块102中的工业相机301拍摄器件表面的照片，所获取的图像送到主控模块104中的图像处理模块602进行外观及表面缺陷的分析处理；电性能测量电路503对所述位置的待测器件进行电性能测试，测试结果由主控模块104中的测量结果分析模块604进行分析处理。

针对发光显示类的电子元器件，待测器件所在的测试插座通过电子切换矩阵被连通到所述电子切换工装板103上的控制电路504时，控制电路504同时产生激励信号点亮被测的发光显示器件，图像获取模块102中的工业相机301拍摄器件发光后的照片，所获取的图像被送到主控模块104中的图像处理模块602进行光性能的分析处理。

图像获取模块102所拍摄的被测器件的照片经过主控模块104中的图像处理模块602分析后，如果分析结果指示存在缺陷，则图像获取模块102上的微型吹风机303被启动运行，吹拂器件的表面，经过吹风后重新进行拍照和分析处理，如同一部位的缺陷依然存在，则判定为器件缺陷，如同一部位的缺陷消失，则判定为器件表面所附灰尘导致的测量干扰。

在完成一个器件的测试后，主控模块104控制机械臂运动平台101将图像获取模块102移到下一个被测器件上方，并重复前一个器件的测试过程。当电子切换工装板103上的所有器件都被测完后，将电子切换工装板103从电子元器件自动测试装置的主体结构上分离，卸载工装板上的已测器件，装载新的待测器件，即可开始新一批次器件的测试。

进一步阐述本实施例的工作流程：

第一步，将被测器件装载在电子切换工装板103上的通用测试插座上，将装载完的工装板放入到电子元器件自动测试装置的相应区域中，电子切换工装板103上的工装板通信接口505和主控模块104上的主控通信接口605连通；

第二步，在软件界面上对主控模块104完成相应的测试参数设定后，启动测试；

第三步，机械臂运动平台101的各个机械臂进行协同的位置移动，带动机械臂滑块上的图像获取模块102移动到第一个待测元器件的上方；

第四步，电子切换工装板103上的控制电路504对电子切换矩阵502进行控制，使通用测试插座阵列501中的第一个通用测试插座的全部引脚被连通到控制电路505及电性能测量电路503；

第五步，启动电性能测试，控制电路504将相关激励信号通过通用测试插座施加到待测器件上，同时待测器件的输出信号通过通用测试插座及电子切换矩阵传送到电性能测量电路503，由电性能测量电路503完成电性能的测试；

第六步，图像获取模块102中的光源302被开启，由图像获取模块102中的工业相机301对待测元器件拍照，所拍摄的图像传送到主控模块104中的图像处理模块602，进行外形尺寸和表面缺陷的分析；

第七步，针对发光显示的器件，如发光元件或发光显示模组，图像获取模块102关闭其上的光源302，由控制电路504施加激励信号点亮待测的发光器件，工业相机301拍摄器件发光的图片，所获取的图像送到主控模块104中的图像处理模块602进行光性能的测试分析；测试的内容包括发光亮度均匀性、发光体中隐含的杂质、以及是否被可靠点亮等特性；

第八步，将此器件的测试结果显示在电脑界面中，并同时存储在计算机的数据库中，用于测试结果的观测和统计分析；

第九步，单个器件测试完成后，机械臂运动平台101将图像获取模块102移动到下一个被测器件所在的位置上方，并重复第四步到第八步的步骤；

第十步，电子切换工装板103上的待测器件全部测试完成后，机械臂运动平台101回到初始位置，此时可把电子切换工装板103从电子元器件自动测试装置的主体结构中移出，卸载和归类已测试完成的器件，在电子切换工装板103上装载新一批次的待测器件，即可进行新一批次器件的测试。

Claims (9)

1.一种电子元器件的自动测试装置，其特征在于，包括：

机械臂运动平台、图像获取模块、电子切换工装板、主控模块，其中所述图像获取模块安装在所述机械臂运动平台上；所述机械臂运动平台和所述主控模块连接；所述电子切换工装板和所述主控模块连接；所述图像获取模块和所述主控模块连接。

2.根据权利要求1所述一种电子元器件的自动测试装置，其特征在于，所述电子切换工装板包括通用测试插座阵列、电子切换矩阵、电性能测量电路、控制电路、工装板通信接口。

3.根据权利要求1所述一种电子元器件的自动测试装置，其特征在于，所述主控模块包括主机处理模块、图像处理模块、机械臂运动平台控制模块、测量结果分析模块、主控通信接口。

4.根据权利要求1至3所述一种电子元器件的自动测试装置，其特征在于，所述工装板通信接口和所述主控通信接口连接，具体连接方式可分为固定连接方式和可分离连接方式两种；可分离连接方式可分为接插件连接方式，探针连接方式、光电耦合连接方式。

5.根据权利要求1所述一种电子元器件的自动测试装置，其特征在于，所述图像获取模块包括工业相机、光源、微型吹风机，工业相机安装于光源的上方、微型吹风机安装在光源的下方，工业相机、光源、微型吹风机作用范围均可覆盖被测器件表面。

6.一种电子元器件的自动测试方法，其特征在于，包括：

将待测电子元器件插到电子切换工装板上的通用测试插座阵列上，机械臂运动平台带动其上的图像获取模块在机械臂运动平台所能达到的区域中移动；当图像获取模块到达某一个待测试元器件上方时，电子切换工装板上的控制电路启动工作，控制电子切换矩阵将该待测器件所在的通用测试插座与所述电子切换工装板上的控制电路及电性能测量电路连通，同时控制被测器件进入运行状态；图像获取模块对所述位置的待测器件进行拍照，所获取的图像由主控模块中的图像处理模块进行分析处理；电性能测量电路对所述位置的待测器件进行电性能测试，测试结果由主控模块中的测量结果分析模块进行分析处理。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当待测器件所在的测试插座位于图像获取模块下方时，图像获取模块中的光源照亮被测器件表面，图像获取模块中的工业相机拍摄器件表面的照片，所获取的图像送到所述主控模块中的图像处理模块进行外观及表面缺陷的分析处理。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，针对发光显示类的电子元器件，待测器件所在的测试插座通过电子切换矩阵连通到所述有源工装板上的控制电路时，所述电子切换工装板上的控制电路同时产生激励信号点亮被测的发光显示器件，所述图像获取模块中的工业相机拍摄器件发光后的照片，所获取的图像被送到所述主控模块中的图像处理模块进行光性能的分析处理。

9.如权利要求6至8所述的方法，其特征在于，图像获取模块所拍摄的被测器件的照片经过图像处理模块分析后，如果分析的结果指示存在缺陷，则图像获取模块上的微型吹风机被启动运行，吹拂器件的表面，经过吹风后重新进行拍照和分析处理，如同一部位的缺陷依然存在，则判定为器件缺陷，如同一部位的缺陷消失，则判定为器件表面所附灰尘导致的测量干扰。