用于检测导电管脚相对于电路板位置的设备和方法

摘要

一种设备40，使用按压工具以使电路板(12)和导电管脚(18)匹配，在组装过程中检测导电管脚(18)相对于电路板(12)的位置，所述设备包括：检测壳体(54)，保持多个开关(63)与相应导电管脚(18)对准，检测壳体(54)构造为安装到在组装过程中使用的按压工具。基于导电管脚(18)相对于电路板(12)的位置，开关(63)改变状态。设备还包括传感器(56)，与多个开关(63)电耦联，传感器(56)监测每个开关(65)的状态改变，以指示相应导电管脚(18)正确地与电路板(12)匹配。

权利要求

1.一种检测设备(40)，使用按压工具以使电路板(12)和导电管脚(18)匹配，在组装过程中检测导电管脚(18)相对于电路板(12)的位置，所述设备包括：检测壳体(54)，保持多个开关(63)与相应导电管脚(18)对准，检测壳体(54)构造为安装到在组装过程中使用的按压工具，其中，当导电管脚(18)穿透电路板(12)一预定量时，开关(63)改变状态；和传感器(56)与多个开关(63)电耦联，传感器(56)监测每个开关(65)的状态改变，以指示相应导电管脚(18)正确地与电路板(12)匹配。

2.如权利要求1所述的设备，其中，开关(63)包括位于接地板(44)上的电探针(94)，电探针(94)与接地板(44)接地，每个电探针(94)电连接至传感器(56)。

3.如权利要求1所述的设备，其中，开关(63)通常关闭，开关(63)在相应导电管脚(18)穿透电路板(12)时改变为打开状态。

4.如权利要求1所述的设备，还包括接地板(44)，每个开关(63)通常位于接地板(44)上，其中，开关(63)机械地提离接地板(44)，以改变开关(63)的状态。

5.如权利要求1所述的设备，还包括可移动地耦联在检测壳体中的传递元件(88)，所述传递元件(88)构造成在导电管脚(18)穿透电路板(12)时接合导电管脚(18)。

6.如权利要求1所述的设备，还包括传递元件(88)，其在管脚端(72)和开关端(86)之间延伸，每个管脚端(72)构造成在组装过程中导电管脚(18)穿透电路板(12)时接合相应一个导电管脚(18)的尖端，且每个开关端构造为接合开关(63)中相应的一个，其中，导电管脚(18)的穿透沿穿透方向移动传递元件(88)，且传递元件(88)的运动传递至开关(63)，以改变开关(63)的状态。

7.如权利要求6所述的设备，其中，开关(63)包括位于接地板(44)上的电探针(94)，电探针(94)与接地板(44)接地，其中当导电管脚(18)穿透电路板(12)时，传递元件(88)将电探针(94)提离接地板(44)，以形成开路，其中传感器(56)检测每个相应电探针(94)的开路。

8.如权利要求6所述的设备，其中，每个传递元件(88)包括在管脚端(72)处的接口管脚(70)和在接口管脚(70)和开关端(86)之间的绝缘管脚(82)，绝缘管脚(82)将导电管脚(18)从开关(63)电绝缘。

9.如权利要求1所述的设备，其中，开关(63)物理地被相应传递元件(88)移动，该传递元件(88)构造为在组装过程中接合导电管脚(18)，开关(63)从接地状态运动到顺应状态，在接地状态中开关(63)电接地，在顺应状态中开关(63)不再电接地，传感器(56)检测每个开关的状态。

10.如权利要求1所述的设备，其中，按压工具包括按压块(42)，按压块(42)具有构造为与电路板(12)接合并将其按压到导电管脚(18)上的电路板接合表面(66)，检测壳体安装到与电路板接合表面(66)相对的按压块(42)。

11.如权利要求6所述的设备，其中，按压工具包括按压块(42)，按压块(42)具有构造为与电路板(12)接合并将其按压到导电管脚(18)上的电路板接合表面(66)，按压块(42)具有穿过其中的孔(68)，其中传递元件(88)容纳在相应的一个孔(68)中。

说明书

用于检测导电管脚相对于电路板位置的设备和方法

技术领域

[0001] 本发明通常涉及将电子部件组装到印刷电路板(PCB)，且更具体地说，涉及一种用于在组装过程中检测顺应管脚(compliant pins)对PCB的穿透的设备和方法。

背景技术

[0002] 在许多目前的电子组件、电子部件——诸如连接器和插入模式的壳体——附接或安装到PCB上。这些组件需要在部件和PCB之间的合适机械附接以及合适电子接触。各种机器和制造过程自动地将电子部件组装或附接到PCB上。一种用于将部件附接到PCB的手段是通过按压装配管脚或顺应管脚。顺应管脚被按压装配到PCB中的开口或孔中，以提供部件和PCB之间的电子和机械安装。顺应管脚应用的例子是用在汽车中的电控模块。控制模块通过将PCB按压到模块壳体的顺应管脚上来组装，直到PCB完全落座。其他类型的顺应管脚产品——诸如连接器——以类似的方式制造。典型的部件包括点接触管脚的阵列，其具有在管脚尖端的顺应部分。该管脚的顺应部分大于PCB中的容纳孔，与PCB的容纳孔形成相干配合，由此产生牢固的电接触。

[0003] 为了校验合适的组装，制造过程必需包括反馈，以确保管脚的顺应部分正确地穿过PCB并与PCB有良好的电接触。目前，反馈是通过在组装过程中或之后视觉检验组装来进行的，这通过手动或视觉检验设备。问题是，手动方法很主观，因为这是操作者决定的且穿透的量无法量化，且因为PCB的部件必需被制造设备或工具支承，所以更加难以在组装过程中进行视觉检验。由此，必需在组装过程之后进行额外的视觉检查的步骤。同样，使用视觉检查设备是二次制造工作且很昂贵。

发明内容

[0004] 当前所公开的设备和方法提供的技术方案是在制造过程中使用按压工具来配合电路板从而检测导电管脚相对于电路板的位置。所述设备包括承装多个与相应导电管脚对准的开关的检测器壳体，其中检测器壳体构造为安装到在组装过程中使用的按压工具。所述开关在导电管脚穿透电路板一预定距离时改变状态。所述设备还包括电耦联至多个开关的传感器，其中所述传感器监测每个开关的改变状态，以指示相应导电管脚是否正确匹配电路板。

附图说明

[0005] 参考所附附图，通过示例来描述本发明，其中；

[0006] 图1为要被组装的典型部件和PCB的透视图；

[0007] 图2为检测设备的示例性实施例的分解透视图；

[0008] 图3为图2所示的检测设备可操作地相对于图1所示的PCB定位的截面图。

具体实施方式

[0009] 图1为例如控制模块或其他类型的电连接器的典型部件10和将要被安装到部件10上的印刷电路板(PCB)12的透视图。部件10包括模制的塑料壳体14，其限定了腔室16。
多个导电管脚18以预定方向定位在腔室16中。在所示实施例中，导电管脚18为顺应管脚，且后文成为顺应管脚18。各种实施例并不限制为顺应管脚18，且检测设备40(图2所示)可用于检测任何类型的管脚相对于PCB12的相对位置。在所示实施例中，每个顺应管脚18的顺应部分设置在顺应管脚18的尖端。顺应管脚18布置为成组的顺应管脚18，其中每组包括两排顺应管脚18。其他布置可取决于具体的应用。顺应管脚18具有预定的间距，例如顺应管脚18之间有两毫米间距。在备选实施例中间距可以大于或小于两毫米。

[0010] 壳体14包括开口端部20，其为腔室16和顺应管脚18提供操作入口。唇状物22沿壳体14靠近顶部20的内周边延伸。PCB 12穿过顶部20装载在腔室16中，如沿箭头A的方向，并座落在唇状物22上。可选地，对齐部件24从唇状物22延伸以将PCB 12对齐排布在腔室16中。紧固件(未示出)可用于将PCB紧固在腔室16中。

[0011] PCB12包括面向内的表面26和面向外的表面28。面向内的表面26在PCB12安装到部件10上时面向腔室16的内部。面向外的表面28在PCB12安装到部件10时通过壳体14的顶部20暴露。可选地，面向外的表面28在PCB12安装到部件10时可大致与顶部20齐平。PCB12包括多个延伸穿过PCB12的通孔30。在示例性实施例中，通孔30被电镀并且方位为在PCB12装在腔室16中时与顺应管脚18匹配并电连接。在组装过程中，当PCB12被按压定位到壳体14中时，每个顺应管脚18穿过相应通孔18且顺应管脚18的尖端32延伸到PCB12上方一预定量。可选地，顺应管脚18的顺应部分略微大于PCB12的通孔30，以使得在顺应管脚18和PCB12之间形成按压配合或干涉配合。在二者之间形成牢固的电接触，且PCB12通过这种装配被保持在壳体14中。

[0012] 图2为用于检测顺应管脚18(图1所示)相对于PCB12(图1所示)的位置的检测设备40的示例性实施例分解透视图。可选地，检测设备40可用于在组装过程中检测PCB12在顺应管脚18上的顺应装载。例如，检测设备40可用于检测每个顺应管脚18穿入并穿过PCB12的量。检测设备40可关联于诸如按压工具这样的用于将PCB12按压到顺应管脚18上的组件，或备选地检测设备40可用作诸如按压工具这样的用于将PCB12按压到顺应管脚18上的组件。例如，检测设备40可接收沿诸如箭头B方向从诸如按压机这样的机器(未示出)而来的按压力，该机器将PCB12按压到位，将在后面更详细的解释。可选地，检测设备
40可改进为现有的按压工具，以有助于在组装过程中监测顺应管脚18的穿透位置和/或穿透量。备选地，监测设备40可用作支承部，诸如支承PCB12，且按压工具可用于将部件10下放到PCB12上。

[0013] 检测设备40包括在其底部的按压块42。按压块42作为用于在组装过程中将PCB12装配在顺应管脚18的组件。使用紧固件46将接地板44支承或耦联至按压块42。使用紧固件50将壳罩48耦联至接地板44和/或按压块42。壳罩48包括在其中的内空腔52。检测器壳体54和传感器56定位在内空腔52中。使用紧固件58将检测器壳体54支承到或耦联至接地板44上。使用紧固件60将传感器56支承到并耦联至检测器壳体54上。顶板62耦联至壳罩48并覆盖内空腔52。可选地，除了紧固件之外可使用销钉，以用于相对于彼此排布和/或稳定各种部件。

[0014] 在工作中，通过诸如按压机这样的机器施加力到顶板62，以及该力通过壳罩48和接地板44传递到按压块42。力随后通过按压块42施加到PCB12(图1所示)，PCB12被降低到顺应管脚18。为了检测顺应配合或PCB12在顺应管脚18上的装载，可以使用检测设备40。例如，在示例性实施例中，检测器壳体54包括多个开关63，开关电连接至传感器56，且传感器56用于监测每个开关的状态。开关63检测顺应管脚18相对于PCB12的位置，诸如通过检测顺应管脚18穿过PCB12的量。例如，当顺应管脚18穿过一预定量时，开关63可改变状态。在示例性实施例中，管脚18露出PCB12的量使用开关63来测量。可选地，开关
63通常可关闭且具有关闭状态，该状态下开关63接地，以及具有打开状态，该状态下开关
63不再接地并形成开路。备选地，开关63通常是打开的，且传感器56可检测何时形成闭合电路。在示例性实施例中，开关63可包括电探针94，其与接地板44协作并与之形成开关。
在这种实施例中，检测器壳体54用作探针保持器，其构造为将多个探针94保持在其中，检测器54有时被称为探针保持器54。

[0015] 按压块42包括相对的顶表面64和底表面66。底表面66限定了电路板接合表面且布置成与PCB12的顶表面接合。可选地，按压块42可具有外周边，该外周边形状大致类似于PCB12。备选地，按压块42可仅接合PCB12的一部分。可选地，按压块42的一部分可在PCB12与部件10装配的过程中装配在部件10(图1所示)的腔室16(图1所示)中。

[0016] 多个容纳孔68延伸穿过顶表面64和底表面66之间的按压块42。接口管脚70装在容纳孔68中。在所示实施例中，显示了四个接口管脚70，但是可以取决于具体应用使用任何数量的接口管脚70。接口管脚70可相对于按压块42沿管脚的轴向方向或平行于管脚轴线的方向运动，这通常显示为箭头C。接口管脚70在相对端部之间延伸。如图2所示的方位，底端限定了顺应管脚端72且在容纳孔68中被定向成在顺应管脚穿过PCB12时与顺应管脚18接合(图1所示)。与顺应管脚18的接合显示于图3，且将在后面详细描述。如图2所示的方位，顶端限定了具有比接口管脚70直径更大直径的带头端74。带头端74具有的直径大于容纳孔68，以使得带头端74置于按压快42的顶表面64上且限制接口管脚70的进一步向下运动。接口管脚70自由地大致朝向顶板62向上运动，将在后面详细描述。

[0017] 接地板44包括相对的顶表面76和底表面78。接地板44的底表面78置于按压块42的上表面64上。可选地，接地板44的底表面78可与按压块42的顶表面64隔开，或二者之间可设置间隔件。接地板44用导电材料制造，且用作用于与之附接的导电元件的接地面。在备选实施例中，接地板44可包括非导电的支撑部和限定了接地区域的导电插入物，在该插入物中导电元件附接至接地区域。可选地，接地板44可具有与按压块42大致相似的尺寸和具有形状的外周边。

[0018] 多个容纳孔80延伸穿过顶表面76和底表面78之间的接地板44。绝缘管脚82装在容纳孔80中。在所示实施例中，显示了四个绝缘管脚82，但是可以取决于具体应用使用任何数量的绝缘管脚82。绝缘管脚82可相对于接地板44沿管脚轴向方向或平行于管脚轴向的方向运动，这通常显示为箭头C。绝缘管脚82在相对端之间延伸。如图2所示的方位，底端84置于相应的一个接口管脚70的带头端74上并被其支承。如图2所示的方位，顶端86限定了开关端或探针端。绝缘管脚82用非导电材料制造，如塑料材料，且将接口管脚70与接地板44电绝缘。接口管脚70和绝缘管脚82协作来限定传递元件88。备选地，不是具有两个管脚，即接口管脚70和绝缘管脚72彼此结合形成每个传递元件88，而是传递元件可以是在顺应管脚18和开关63之间延伸的单个管脚。

[0019] 探针保持器54在底部90和顶部92之间延伸。传感器56耦联至顶部92。探针保持器54在其中保持多个电探针94。探针94用于检测顺应管脚18对PCB12的穿透，将在后面详细描述。在所示实施例中，显示了五个探针94，但是可以取决于具体应用使用任何数量的探针94。可选地，相比于顺应管脚18的数量，可以使用相等数量的探针94，且探针94的排布可以与顺应管脚18的排布相同，以使得每个顺应管脚18的穿透可用相应的探针94检测。备选地，可以使用比顺应管脚18的数量少的探针94，其中探针94选择性地定位成检测特定的一些顺应管脚18的穿透。探针94可与顺应管脚18的多个子组隔开并对其进行检测，或者探针可一起隔开，以便检测在顺应管脚18的内部子组处的穿透。可选地，探针保持器54可包括独立的至少部分地在其中穿过延伸的孔，用于容纳各个探针94并使之彼此电绝缘。备选地，一个开口可设置为容纳每个探针94或多个探针94。在示例性实施例中，探针94为弹簧加载的弹跳管脚(pogo pin)。

[0020] 探针94通常限定并代表一类开关63，其可与检测设备一起使用。但是，在备选实施例中，可以使用其他类的开关63，如管脚、trace、电路、装置、机构等来检测顺应管脚18相对于PCB12的位置，以判断顺应管脚18与PCB12的匹配。探针94电连接至传感器56。每个探针94的尖端96置于接地板44上且与之电接地。尖端96可移开接地板44，以形成开路。传感器56在探针94接地时且在探针提离接地板44时进行传感。探针保持器54位于壳罩48的内空腔52中，以将探针保持器54和传感器56与被机器施加在检测设备40上的力隔离开。顶板62还将探针保持器54和传感器56与机器施加的力隔离开。顶板62的底表面98置于壳罩48上。顶板62的顶表面100暴露。

[0021] 图3为检测设备40的截面图，其可操作地相对于PCB12和部件10定位。检测设备40显示为具有与顺应管脚18的数量相等的探针94，以使得每个管脚18的穿透可用相应探针94检测。部件10位于支承面110上。顺应管脚18从壳体14的基部112向上延伸。在所示实施例中，顺应管脚18在部件10的顶部20上方延伸一高度114。PCB12容纳在腔室16中并置于唇状物22上，以使得PCB12的顶表面28与部件10的顶部20齐平。在备选实施例中，PCB12可凹到顶部20之下，或可升到顶部20之上。如此，当PCB装在腔室16中时，顺应管脚18在顶表面28上方延伸相同的高度114。

[0022] 图3示出了组装状态下的检测设备40，为了清楚去掉了壳罩48(图2所示)和顶板62(图2所示)。在备选实施例中，检测设备40可在没有壳罩48或顶板62的情况下使用。如图3所示，按压块42与PCB12对准且接地板44设置在按压块42。

[0023] 图3实施例中的地接板44与图2实施例中的接地板44不同，该不同之处在于接地板44由附接至间隔件118的薄导电体116代表。间隔件118可以是导电的或非导电的，这取决于应用。间隔件118具有顶部120和底部122，其中导电体116耦联至位于按压块42上的顶部120和底部122。间隔件118包括在按压块42中每个容纳孔68上方的底部122处的凹部124。凹部124提供了用于接口管脚70的带头端74的空间，以在接口管脚70提起时延伸。在所示实施例中，探针保持器54定位在导电体116的上方且传感器56定位在探针保持器54的上方。探针94位于导电体116上。可选地，探针94的一端限定了插座且可固定在探针保持器54中和/或焊接到传感器56。探针94的另一端可运动地容纳在插座中且可保持在其中，例如通过卡扣配合。

[0024] 顺应管脚18以彼此间具有间距或间隔的预定布局进行设置。可选地，顺应管脚18可布置在多以一组或子组中。传递元件88沿顺应管脚18的轴线对准，每个具有一个接口管脚70和一个绝缘管脚82。在备选实施例中，传递元件88可以是在顺应管脚18和探针94之间延伸的一个管脚。在这种实施例中，传递元件88可以是隔音的，或分离的隔音元件可定位在传递元件88和相应管脚18或探针94之间，以将顺应管脚18与探针94电绝缘。
探针94与相应的一个传递元件88和顺应管脚18对准。

[0025] 在工作中，PCB12与部件10对准且检测设备40将PCB12按下到顺应管脚18上。按压继续，直到顺应管脚18穿过PCB12并在PCB12的面向外的表面28上方暴露。在按压块42中的容纳孔68允许顺应管脚18穿过PCB12并进入按压块42。根据被组装的产品，穿透PCB12的量和按压块42可改变。但是，针对每个产品设定穿透的最小量以确保“良好”的组件。

[0026] 当顺应管脚18进入按压块42时，顺应管脚18的尖端32接触按压块42内的接口管脚70并将接口管脚72向上推，由箭头D显示。接着，接口管脚70将绝缘管脚82向上推。类似地，绝缘管脚82将探针94向上推，将探针94的尖端96提离接地板44。在示例性实施例中，接口管脚70从按压块42的底表面66抬起一距离130。距离130小于顺应管脚18的高度114，以使得顺应管脚18与接口管脚70接合且将接口管脚70抬起等于高度114和距离130之间差值的量。距离130决定必需产生多少的最小管脚穿透以便将探针94提离接地板44。可选地，距离130可取决与具体应用来调整。

[0027] 探针94还电连接至传感器56，其可包括具有微处理器的印刷电路板。传感器56总是通过探针94向接地板44发送信号。当探针94被提离接地板44，失去电接地，且通过传感器56感知开路。可选地，当通过在组装过程中提升探针94形成开路，传感器56感知这种事件并将之通信给中央处理器(未示出)，中央处理器告知操作者PCB12已经正确地装在并附接到部件10的顺应管脚18。每个探针94可同时地监测，且在每个顺应管脚18被相应探针94监测的实施例中，顺应管脚18的穿透量可被该系统监测。

[0028] 检测设备40由此提供在组装过程中校验多个顺应管脚18的正确穿透。检测设备40使用开关63，其已经在通过物理地传递探针94穿透量使探针94用于监测顺应管脚18穿透的实施例中进行了描述。在PCB12装在顺应管脚18时，传递元件88在检测设备中提升，且在传递元件88提升时，探针94提离接地板44。探针94从接地板44的移除通过传感器56传感且信号发送到中央处理器，告知操作者每个顺应管脚18已经正确地穿透PCB12。
因而，检测设备40可靠地在组装过程中检测顺应管脚18的正确穿透，且消除在组装过程之后检查部件10的需要。额外地，探针94允许彼此间的紧密间隔，其允许检测设备40直接地检测许多顺应管脚18的穿透，和/或检测顺应管脚18阵列的穿透。

[0029] 应理解，上述描述是示例性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。此外，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行其他修改，以使具体情况或材料适应于本发明的教导。各种部件的尺寸、材料类型和方位，以及本发明所述的各种部件的数量和位置意在限定特定实施例的具体参数，且绝不是限制性的且仅仅是示例性实施例。通过阅读上述说明，在所附权利要求的精神和范围内的许多其他实施例和修改例对本领域技术人员来说是明显的。因此，本发明的范围可参考所附权利要求以及与这些权利要求的等价例的全部范围决定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通英文含义。而且，在随后权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅是标号，且意在赋予它们目标数字需求。进而，所附权利要求的限制以多功能的模式书写且意在根据35U.S.C§112，第六段来解释，除非且直到这种权利要求的限制表属性地使用其他结构的功能的表述“用于......的装置”。