用于电路板测试的三轴定位平台探针运动研究

摘要

随着电子科学技术的发展，电路板测试系统正逐步从半自动化测试系统向全自动化测试系统转变。在全自动化的电路板测试系统中，三轴定位平台的作用是：驱动测试探针移动到待测点处，并完成相应电气测量任务。本课题在对三轴定位平台进行研究之后，针对平台探针运动存在的缺陷，设计了探针运动反馈系统并进行了探针运动轨迹规划。主要工作如下： 首先，针对三轴定位平台XY平面探针运动精度不高的问题，设计了XY平面的探针运动反馈系统。该系统以光栅尺作为位置检测元件，采用STM32对光栅尺的输出信号进行处理，获取探针的实际位置信息，并将其与预设位置信息进行比较，若二者存在误差，则进行误差校正；另外，为了进一步提高探针的运动精度，从探针运动轨迹出发，研究直线插补算法，将探针运动轨迹拟合成一条直线，同时针对原有插补算法导致探针运动不均匀的问题，改进了插补算法的给进规则及插补点的选择规则。 其次，为解决定位平台Z轴运动开环问题，设计了探针Z轴的运动反馈系统。该系统采用红外测距传感器测量探针与电路板间的实时距离，一旦检测到距离达到阈值范围，立刻停止探针的运动。该系统能够使探针停止在一个合适的位置，该位置既能保证探针与电路板待测点的可靠接触，又减少探针对电路板的冲击。 最后，在现有三轴定位平台上搭建上述反馈系统，进行实验测试以验证各系统的精度，并将改进后的三轴定位平台应用于电路板自动测试系统，进行联合测试。测试结果表明，改进后的三轴定位平台能准确完成探针的定位测试任务，实现电路板的自动测试功能。

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Abstract

第一章绪论

1.1课题背景

1.2相关技术的综述

1.2.1电路板测试技术概述

1.2.2三轴定位平台概述

1.3论文的研究内容及意义

1.4论文主要内容和章节安排

第二章探针运动反馈系统设计

2.1现有电路板自动测试系统技术

2.1.1电路板自动测试系统

2.1.2三轴定位平台

2.2探针运动系统存在问题

2.3探针XY平面运动解决方案

2.4探针Z轴运动解决方案

2.5本章小结

第三章XY平面运动反馈系统设计

3.1XY平面运动反馈系统硬件设计

3.1.1反馈系统硬件总体结构

3.1.2光栅尺结构及原理

3.1.3光栅尺信号接收与处理

3.1.4硬件连接设计

3.2XY平面运动反馈系统软件设计

3.2.1反馈系统软件总体设计

3.2.2光栅尺信号采集

3.2.3串口通讯

3.2.4XY平面误差校正

3.2.5坐标显示界面实现

3.3本章小结

第四章XY平面运动轨迹规划

4.1探针运动方式

4.2插补算法

4.3直线插补运动

4.3.1逐点比较法

4.3.2算法改进

4.4算法应用

4.5软件设计

4.6本章小结

第五章Z轴运动反馈系统设计

5.1Z轴运动反馈系统整体设计

5.2Z轴运动反馈系统硬件设计

5.2.1红外收发接收模块

5.2.2信号处理模块

5.2.3嵌入式处理器模块

5.2.4硬件连接设计

5.3Z轴运动反馈系统软件实现

5.3.1STM32编程实现

5.3.2PC机端编程实现

5.3.3距离显示界面实现

5.4本章小结

第六章实验及数据分析

6.1XY平面运动反馈系统

6.2Z轴运动反馈系统

6.2.1红外测距传感器精度测试

6.2.2Z轴运动反馈系统测试

6.3联合测试

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文