一種smt網板測厚用接觸式測頭的製作方法

2023-10-27 01:12:17

專利名稱：一種smt網板測厚用接觸式測頭的製作方法
技術領域：
本發明屬於測量工具技術領域，具體涉及一種SMT網板測厚用接觸式測頭。
背景技術：
在SMT加工製程工藝中，針對來料網板測量成為確保SMT後續加工質量的關鍵工序。SMT來料網板由於厚度一般在O. 3mm以下、幅面通常在300mmX 300mm以上，這種網板均具有材料薄、精度高、幅面大、高柔性、材料種類多等特點。隨著市場對SMT網板加工效率和成本的要求逐漸提高，SMT網板的幅面越來越大，對其配套的專業測量設備，要求保證足夠測量精度前提下，儘可能降低設備自身成本。SMT來料網板一般均未進行後續的雷射加工，整幅網板無任何鏤空加工特徵，表面平整無明顯起皺現象。在進行厚度測量時，僅需要在同一張網板上測量若干點處厚度以初步判斷該網板厚度均勻性及實際厚度是否相對名義值有超差等情況即可。 以往SMT領域網板厚度測量設備，一般均採用非接觸式測頭來進行測量，該測頭內部安裝有精密雷射位移傳感器，測量時先將厚度為A的標準塊放置在測量平臺上，測得雷射位移傳感器出光口距離標準塊上表面的高度值為hl，將該值設定為零點。再將標準塊移開，將SMT網板放置在測量平臺上，測得雷射位移傳感器出光口距離SMT網板高度值為h2，則被測量SMT網板的厚度D=A+hl-h2。採用這種測量方法對SMT網板厚度進行測量時，原理上固然可行，但存在如下問題一、SMT網板原材料表面往往並不潔淨，無規則地存在一些灰塵，此時如採用雷射位移傳感器對其進行測量，這些灰塵會對雷射光束髮射方向造成影響，從而影響測量精度的穩定性；二、測量設備所處環境燈光會對測量點處材料表面亮度產生影響，從而間接影響測量精度。三、SMT網板原材料種類凡多，除以往最常見的不鏽鋼外，還有鎳片、鎳合金片、電鑄片等多種不同種類材料。而且，SMT行業中網板在不同加工工序中均需要進行厚度的測量，以提高對網板加工過程中質量監控。而SMT網板不同工序可能產生不同表面特性的網板，如電鑄表面、電鍍表面、拋光表面、蝕刻表面等。材料表面特性多樣化，在微觀結構上表現為類似「皺紋」狀表面，這種微觀結構尺寸往往在IOum甚至更小範圍內，但足以對雷射光束反射角度造成較大影響，直接導致測量精度下降，難以滿足SMT網板厚度高精度測量需求。四、雷射位移傳感器多為精密部件，尤其是高精度雷射位移位移傳感器幾乎全是依賴進口，價格昂貴。由於上述問題的影響，導致對SMT網板厚度測量精度難以控制在Ium以內，一般僅能穩定在5um甚至更大，否則某些網板材表面整體較為光潔，可能測量精度會較好，但整體測量精度及穩定性均不能滿足SMT網板厚度測量精度Ium的要求。另外，在滿足測量精度前提下降低測頭自身成本，是SMT網板厚度測量領域的普遍期望。

發明內容
本發明所公開的SMT網板測厚用接觸式測頭，很好地解決了採用以往非接觸式測頭中雷射位移傳感器測量光束因SMT網板表面不潔淨及微觀結構對測量精度及測量穩定性等方面的影響，並避免採用高精密雷射位移傳感器，降低了測頭成本，為SMT網板厚度測量設備提供了一款性價比更高的精密測頭。為了實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種SMT網板測厚用接觸式測頭，包括殼體、空氣導軌、探針、連接件、高解析度鐳射尺、位移傳感器、氣管接頭和數據線纜；其中，殼體由頂蓋、安裝蓋和底蓋組成，所述安裝蓋的頂端和底端分別垂直安裝頂蓋和底蓋，在所述頂蓋和底蓋上均開有通孔；所述空氣導軌由空氣導軌導芯和空氣導軌導套組成，在所述空氣導軌導套垂直位置開有安裝孔，所述空氣導軌導芯為方形結構；
其連接關係在於所述空氣導軌導套固定安裝在所述安裝蓋上，所述空氣導軌導芯穿過空氣導軌導套的安裝孔，所述空氣導軌導芯通過氣管接頭通氣，所述空氣導軌導芯的下端與探針連接，所述探針的端部穿過所述底蓋的通孔並伸出，在所述空氣導軌導芯的上端通過連接件與高解析度鐳射尺連接，在所述頂蓋下端安裝有位移傳感器，所述數據線纜與位移傳感器連接並伸出頂蓋的通孔將數據傳輸入控制系統。還包括設有精密彈簧，採用精密彈簧穿過探針分別固定在空氣導軌導芯下部和底蓋上部。在所述安裝蓋後端設有安裝座用於固定。本發明的優點和有益效果在於本發明公開一種SMT網板測厚用接觸式測頭，該測頭採用接觸式測量原理，即通過垂直與SMT網板表面的探針端部探球與SMT網板表面接觸，探針僅具有唯一的上下運動自由度，即其僅能上下運動，自身重量通過內部精密彈簧抵消，而探針的另一端連接著與探針垂直方向平行安裝的高解析度鐳射尺，通過其內部小型雷射位移傳感器實時檢測探針在垂直方向上的位移變化。測量過程中，探針端部的探球一直與SMT網板表面接觸，從而確保測量過程中，在垂直方向上位移變化完全由SMT網板厚度決定，因此能非常精確、真實地反映出SMT網板自身的厚度，而不會受SMT網板表面灰塵影響。且無論環境燈關如何照射，測量值均是從測頭內部的傳感器內讀取，不會受環境燈關影響。另外，由於探針端部的探球直徑一般在500um以上，其與SMT網板表面接觸僅能接觸上微觀結構的最高點，而不會手微觀結構自身的影響，真實反映出SMT網板的厚度及均勻變化值。，通過採用該測頭確保了對來料網板厚度測量的高精度要求，重複測量精度達到±lum甚至更小；在保證測量精度前提下，避免了傳統方式中採用非接觸式測量方法因SMT網板表面灰塵、環境燈光及表面微觀結構導致發射光束誤差，直接影響到測量精度和穩定性等問題。充分考慮到SMT行業對來料網板的檢測需求，即要求保證高精度條件下，儘可能降低設備成本，設備操作方便等，為SMT網板厚度測量領域所用精密測頭提供結構簡單、性價比更高、更能滿足市場需求的產品。


圖I為本發明的結構示意圖2為本發明的安裝蓋和安裝座裝配圖；圖3為本發明工作原理圖。其中，I-頂蓋；2_安裝蓋；3-底蓋；4_空氣導軌導套；5_空氣導軌導芯；6-探針；
7-連接件；8_高解析度鐳射尺；9_位移傳感器；10-氣管接頭；11-數據線纜；12-安裝座；13-精密彈簧。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式
作進一步描述，以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。如圖I至圖3所示，本發明具體實施的技術方案是一種SMT網板測厚用接觸式測頭，包括殼體、空氣導軌、探針6、連接件7、高解析度鐳射尺8、位移傳感器9、氣管接頭1 0和數據線纜11 ;其中，殼體由頂蓋I、安裝蓋2和底蓋3組成，所述安裝蓋2的頂端和底端分別垂直安裝頂蓋I和底蓋3，在所述頂蓋I和底蓋3上均開有通孔；所述空氣導軌由空氣導軌導芯5和空氣導軌導套4組成，在所述空氣導軌導套4垂直位置開有安裝孔，所述空氣導軌導芯5為方形結構；其連接關係在於所述空氣導軌導套4固定安裝在所述安裝蓋2上，所述空氣導軌導芯5穿過空氣導軌導套4的安裝孔，所述空氣導軌導芯5通過氣管接頭10通氣，所述空氣導軌導芯5的下端與探針6連接，所述探針6的端部穿過所述底蓋3的通孔並伸出，在所述空氣導軌導芯5的上端通過連接件7與高解析度鐳射尺8連接，在所述頂蓋I下端安裝有位移傳感器9，所述數據線纜11與位移傳感器9連接並伸出頂蓋I的通孔將數據傳輸入控制系統。還包括設有精密彈簧13，採用精密彈簧13穿過探針6分別固定在空氣導軌導芯5下部和底蓋3上部。在所述安裝蓋2後端設有安裝座12用於固定。隨著空氣導軌導芯5在空氣導軌導套4內無摩擦上下運動，同時通過內置小型雷射位移傳感器9實時讀取探針6在垂直方向上的位移變化。在空氣導軌導芯5和底蓋3之間，採用精密彈簧13穿過探針6分別固定在空氣導軌導芯5下部和底蓋3上部，空氣導軌導芯5因重力向下運動時，精密彈簧13能抵消空氣導軌導芯5的重力影響，而多餘重力會保持探針6端部探球與SMT網板測量表面接觸。測量時，將測頭立式安裝在測量設備的Z軸上，讓Z軸垂直向下運動，直到測頭底部的探針6端部的探球與被測SMT網板表面接觸，此時記錄Z軸位移量和探針6垂直方向的位移量，測量原理如圖3所示，SMT網板測厚用接觸式測頭被固定在Z軸上，測量步驟如下I)先在測量平臺對應的測頭正下方放置一塊具有標準高度的標準塊，其高度值為XOo2)Z軸帶動測頭在垂直方向上的起始位ZO開始向下運動，測量中安裝有探針6和高解析度鐳射尺8的空氣導軌導芯5在重力作用下垂直向下運動，下向運動的同時，壓縮其正下方的精密彈簧13，從而抵消一部分重力作用，但由於其總重力比彈簧反作用力略大，因此在探針6端部探球未接觸到標準塊前，探針6 —直處於最小下方不動，此時小型雷射位移傳感器9對應的讀數值為HO。3)當探針6端部碰到標準塊後，向上的反作用增大，探針6會向上運動到H1，此時Z軸下將到Zl位置。將此時Hl設置為測量零點，對應的是標準塊厚度為X0，控制系統記下該數值。4)將Z軸從Zl運動回ZO位置，將標準塊移開，放置上Xl厚度SMT網板，讓Z軸重新從ZO位置帶動測頭向下運動，直到探針6接觸到SMT網板，並讓測頭中的小型雷射位移傳感器9讀數正好處於HTl位置時，則Z軸立即停止運動，此時Z軸向下運動到Z2位置。5)通過上述數據，則可計算得出標準塊厚度後SMT網板厚度之間的高度差Λ Z= IΖ2-Ζ1 I，而被測量的SMT網板厚度L= I XO-Λ Z I。當SMT網板比標準塊高度XO大時，則Ζ2〈Ζ1 ;當SMT網板比標準塊高度XO小時，則 Ζ2>Ζ1 ；
以上所述僅是本發明的優先實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種SMT網板測厚用接觸式測頭，其特徵在於包括殼體、空氣導軌、探針(6)、連接件(7 )、高解析度鐳射尺(8 )、位移傳感器(9 )、氣管接頭(10 )和數據線纜(11); 其中，殼體由頂蓋(I)、安裝蓋(2)和底蓋(3)組成，所述安裝蓋(2)的頂端和底端分別垂直安裝頂蓋(I)和底蓋(3 )，在所述頂蓋(I)和底蓋(3 )上均開有通孔； 所述空氣導軌由空氣導軌導芯(5)和空氣導軌導套(4)組成，在所述空氣導軌導套(4)垂直位置開有安裝孔，所述空氣導軌導芯(5)為方形結構； 其連接關係在於所述空氣導軌導套(4)固定安裝在所述安裝蓋(2)上，所述空氣導軌導芯(5)穿過空氣導軌導套(4)的安裝孔，所述空氣導軌導芯(5)通過氣管接頭(10)通氣，所述空氣導軌導芯(5)的下端與探針(6)連接，所述探針(6)的端部穿過所述底蓋(3)的通孔並伸出，在所述空氣導軌導芯(5)的上端通過連接件(7)與高解析度鐳射尺(8)連接，在所述頂蓋(I)下端安裝有位移傳感器(9 )，所述數據線纜(11)與位移傳感器(9 )連接並伸出頂蓋(I)的通孔將數據傳輸入控制系統。
2.根據權利要求I所述的一種SMT網板測厚用接觸式測頭，其特徵在於還包括設有精密彈簧(13)，採用精密彈簧(13)穿過探針(6)分別固定在空氣導軌導芯(5)下部和底蓋(3)上部。
3.根據權利要求I或2所述的一種SMT網板測厚用接觸式測頭，其特徵在於在所述安裝蓋(2)後端設有安裝座(12)用於固定。
全文摘要
本發明屬於測量工具技術領域，具體涉及一種SMT網板測厚用接觸式測頭。包括殼體、空氣導軌、探針、連接件、高解析度鐳射尺、位移傳感器、氣管接頭和數據線纜；該測頭採用接觸式測量原理，即通過垂直與SMT網板表面的探針端部探球與SMT網板表面接觸，探針僅具有唯一的上下運動自由度，即其僅能上下運動，自身重量通過內部精密彈簧抵消，而探針的另一端連接著與探針垂直方向平行安裝的高解析度鐳射尺，通過其內部小型雷射位移傳感器實時檢測探針在垂直方向上的位移變化。
文檔編號G01B7/06GK102901439SQ201210441968
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者夏發平 申請人:崑山允可精密工業技術有限公司