CN100513992C

CN100513992C - 激光检测仪

Info

Publication number: CN100513992C
Application number: CNB2006101568347A
Authority: CN
Inventors: 郑青焕
Original assignee: SHENZHEN SHENLAN PRECISION MACHINERY CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN SHENLAN PRECISION MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: CN1952593A

Abstract

本发明公开了一种激光检测仪，包括机体、激光头、机械手、送料机构、收料机构、检测夹具、激光控制器，所述激光头安装于可供其沿Z轴垂直方向移动的激光升降机构上，激光升降机构安装于机体支撑板上，送料机构、收料机构、检测夹具设在机体支撑板上，机械手包括机械手指、Y轴支持机构、X轴支持机构，机械手指设于供其沿Y轴方向移动的Y轴支持机构上，Y轴支持机构安装于X轴支持机构上，X轴支持机构安装于机体支撑板支撑整个机械手，激光检测仪还包括控制以上所述激光头、激光控制器、机械手、送料机构、收料机构、检测夹具运动的控制装置。本发明检测精度高，速度快，参数设置灵活，操作简单方便，具有宽广的市场与较高的经济效益。

Description

激光检测仪

技术领域

本发明涉及一种激光检测仪，尤其涉及一种用于检测轴类的外径及形状公差的激光检测仪。

背景技术

随着电子工业的不断发展，对PCB板的需求也相应大增，因此PCB微钻制造商不断增加，相应对各种微钻检测设备需求量不断增大，而传统人工检测的方法速度慢，精度不高，而在这方面的激光检测仪器还是空白。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种快速准确多功能检测PCB微钻半成品及成品等轴类产品的激光检测仪。

本发明所述的激光检测仪包括机体、激光头、机械手、送料机构、收料机构、检测夹具和激光控制器，所述激光头安装于可供其沿Z轴垂直方向移动的激光升降机构上，激光升降机构安装于机体支撑板上，送料机构、收料机构和检测夹具设在机体支撑板上，机械手包括机械手指、Y轴支持机构和Z轴支持机构，机械手指设于供其沿Y轴方向移动的Y轴支持机构上，Y轴支持机构安装于Z轴支持机构上，Z轴支持机构安装于机体支撑板支撑整个机械手，激光检测仪还包括控制以上所述激光头、激光控制器、机械手、送料机构、收料机构和检测夹具运动的控制装置。

上述方案中，所述机械手包括有伺服电机，Y轴支持机构内装有同步皮带及可沿Y轴向前后自由滑动的滑块，伺服电机驱动同步轮转动带动同步皮带的转动，滑块滑动带动机械手的手指部位动作，从而实现机械手指的移动，Y轴支持机构上还装有多个气缸以分别控制机械手指的升降动作及夹料和放料动作。

上述方案中，所述送料机构、收料机构均包括伺服电机、同步皮带、滑块及放置待测产品的托盘架，由控制装置控制伺服电机带动同步皮带从而带动托盘架实现送料收料。

上述方案中，所述激光升降机构内设有滚珠丝杆，滚珠丝杆在伺服电机的驱动下可正反向旋转，带动与滚珠丝杆连接的激光头沿Z轴方向上下移动，从而使激光头上下扫描待测产品的不同位置实现多点检测功能。

上述方案中，所述检测夹具包括V形槽及压轮、步进电机，压轮压紧待测产品并在步进电机驱动下带动待测产品旋转。

上述方案中，所述控制装置以CPU-PLC作为检测仪主控制单元，还包括如下部分：

1)、检测部分：通过激光测量仪即激光头来获得检测数据；

2)、数据通讯部分：CPU-PLC通过通讯线从激光控制系统读出检测数据；

3)、气动部分：通过CPU-PLC控制电磁阀、气缸，从而控制机械手的升降，机械手指的开合及压轮的松紧等动作；

4)、伺服运行部分：通过PLC控制各个伺服系统的位置及速度。

所述控制装置还外接计算机，通过数据通讯部分将处理后检测数据传送到计算机，计算机中包括对非接触式的激光头扫描所得的扫描数据进行软件处理的处理单元，所述处理单元包括检测数据判定、公式演算、工程能力报表，并根据所检测的数据生成的波形图，能直观的看出所检测项目形成的波形分布情况，由计算机实现数据的保存，统计，工程能力运算及报表打印。

上述方案中，数据通讯部分采用RS232通讯。

本发明的有益效果是：本发明是一种集光、机、电、算一体化的非接触性的测量仪器，可完成轴类产品如PCB微钻半成品的外径值、外径最大值、外径最小值、平均值、锥度、真圆度、同心度的检测及PCB微钻成品的外径值大小检测，解决传统人工检测的速度慢，精度不高的难题，检测的多功能化，检测精度高，速度快，参数设置灵活，操作简单方便，本发明能很大的满足PCB微钻行业生产的需求，具有宽广的市场与较高的经济效益。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪整机的主视图；

图2为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪整机的左视图；

图3为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪整机的俯视图；

图4为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪整机控制系统图；

图5为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪运行特性参数关系图；

图6为本发明的具体实施方式中的激光微钻检测仪中机械手及料盘运行轨迹图；

图7为本发明的具体实施方式中的激光微钻检测仪中激光头升降示意图；

图8为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪中激光检测产品时控制原理图；

图9为本发明具体实施方式中的激光微钻检测仪中检测产品两点不同位置的真圆度波形图。

其中：

1--脚轮，脚杯 2--机体 3--键盘 4--检测部主支撑板 5--激光头

6--显示器支撑架 7—显示器 8--机械手 9--Z轴支持机构

10--Y轴支持机构 11--气缸I 12--气缸II 13--气缸III 14--气缸IV

15--机械手指I 16--机械手指II 17--同步皮带 18--滑块 19--伺服电机I

20--指示灯 21--控制按钮开关 22--激光控制器 23--计算机 24--鼠标

25--X1轴向送料机构 26--X1轴向驱动箱 27--X向同步皮带 28--滑块

29--X1方向托盘架 30--伺服电机II 31--X2轴向收料机构

32--X2轴向驱动箱 33--同步皮带 34--滑块 35--X2方向托盘架

36--伺服电机III 37--激光升降机构 38--Z轴驱动箱 39--滚珠丝杆

40--伺服马达IV 41—V形槽支持部 42--气缸43--压轮 44—V形槽 45--合格料盘

46--原料盘 47--不良品料盘I 48--不良品料盘II 49--不良品料盘III

50--CPU-PLC 51--伺服放大器I 52--伺服放大器II 53--伺服放大器III

54--伺服放大器IV 55--步进马达驱动器 56--步进电机

具体实施方式

本发明可用作多种轴类检测，在本具体实施方式以PCB微钻检测仪为例进行说明。

如图1、图2、图3所示，本具体实施方式的激光微钻检测仪由机体2支撑着整个检测部位的零部件及整体的控制电箱，设置在地面上，由4个脚轮及4脚杯1支撑；机体2上支撑板4上设有：设置在检测部主支撑板4上可自由滑动的机械手8、X1轴向送料机构25、X2轴向收料机构31、沿Z轴垂直方向移动的非接触式的激光头5及显示检测数据及设在显示器支撑架6上显示软件判定结果的显示器7、无料或是异常时报警指示灯20、检测夹具。

另外，在主支撑板4的正前方设有手动操作方面的控制按钮开关21及控制操作软件处理单元的键盘3及鼠标24，在控制按钮开关21的正下方设有用于读取激光检测值及设置激光头参数值的激光控制器22。

图1、图2所示，机械手8由沿Y轴方向及Z轴方向延伸的各个机体组成，z轴方向设有支撑整个机械手的Z轴支持机构9，Z轴支持机构9设置在支撑板4的上面；Y轴方向设有可供机械手指沿Y轴方向自由移动的Y轴支持机构10，Y轴方向支撑机构10设在Z轴支持机构9上，直接与Z轴支持机构9连接，Y轴支持机构10支持整个机械手8的可活动部分；Y轴支持机构10内部装有可转动的同步皮带17及可沿Y轴向前后自由滑动的滑块18，滑块滑动带动机械手的手指部位动作，气缸11 I及气缸II 12分别控制机械手指I 15及机械手指II 16的升降动作，气缸III13及气缸IV14控制机械手指I 15及机械手指II 16的夹料及放料动作。另外，机械手8上设有可驱动整个机械手指沿Y轴方向前后移动的移动单元，即伺服电机I19，伺服电机I 19驱动同步轮转动带动同步皮带17的转动，从而实现机械手指的移动。

如图3所示，X1轴向送料机构25及X2轴向收料机构31沿X轴方向左右移动，两者都设在主支撑板4上，X1轴向送料机构及X2轴向收料机构沿X轴平行排列，现以键盘这一面为整个激光微钻检测仪的正面，称之为X1方向；它的对面为整个检测仪的后面，称之为X2方向；设在主支撑板4 X1方向上，现称X1方向上的支撑机构为X1轴向驱动箱26；X1轴向驱动箱26内部装有同步皮带27及滑块28，X1轴向驱动箱上设有沿X轴方向上左右自由滑动的X1方向托盘架29，用于装产品的料盘直接卡入托盘架上即可达到支撑固定作用；X1轴向上设有两个料盘托盘架即用于装合格料盘45及装原料盘46，另外，在整个检测仪机体的右侧前部设有作为X1轴向移动的伺服电机II 30。

X2轴向收料机构31设在主支撑板4 X2方向上，现称X2方向上的支撑机构为X2轴向驱动箱32。X2轴向驱动箱32内部装有同步皮带33及滑块34，X2轴向驱动箱32上面设置有沿X轴方向上自由滑动的X2轴向托盘架35，X2轴向上设有三个料盘托盘架即用于放不良品料盘I 47、不良品料盘II 48、不良品料盘III49，装产品的料盘直接卡入托盘架上即可达到支撑固定作用。另外，在整个检测仪机体的右侧后部设有作为X2轴向移动的伺服电机III36。

激光升降机构37设在主支撑板4中间(主支撑板中间开孔)，激光升降机构设有Z轴向的驱动箱38，该Z轴向驱动箱内装有旋转z轴方向移动的滚珠丝杆39，伺服电机IV40利用伺服放大器的控制，能正反自由的驱动，当伺服电机IV40一驱动，就能使设置在Z轴驱动箱内的滚珠丝杆正反自由的旋转驱动，通过这样与该滚珠丝杆39相连的激光头5沿着Z轴方向上下移动，从而使激光头5上下扫描微钻产品的不同位置达到多点检测功能。

图3所示，检测夹具包括设于V形槽支持部41上的V形槽44及压轮43，压轮43由气缸42驱动压紧待测产品并在需要时由步进电机56驱动下带动待测产品旋转。

图4为激光微钻检测仪的控制系统图，激光检测仪控制装置以CPU-PLC作为检测仪主控制单元，还包括如下部分：检测部分、伺服运行部分、数据通讯部分、气动部分。

1)、检测部分：主要靠激光测量仪即激光头5来完成，本检测仪选用LS-7010作为激光检测头，LS-7001作为激光控制器22，该激光头能测量物体外径在0.04-6mm范围，测量的精确度高达±0.5μm。

2)、数据通讯部分：其核心是通过RS232通讯将数据传送，CPU-PLC通过RS232通讯线从激光控制系统读出检测数据，并进行处理后又将其通过RS232传送到计算机软件，软件中实现数据的保存，统计，工程能力运算及报表打印。

3)、气动部分：主要是利用CPU-PLC控制电磁阀、气缸等，从而控制机械手的升降，机械手指的开合及压轮的松紧等动作。

4)、伺服运行部分：通过PLC控制各个伺服系统的位置及速度，本控制系统共用4轴伺服电机驱动其它的执行机构。

图4中，CPU-PLC作为检测仪主控制单元，CPU-PLC直接连接伺服放大器51(控制机械手移动)，伺服放大器52(控制原料盘移动)，伺服放大器53(控制不良品料盘移动)，伺服放大器54(控制激光头升降)、步进马达驱动器55(控制压轮旋转)及激光控制器22(控制激光头)。

现以四个部分分别说明各个部位的伺服控制动作：

1、机械手运行

运行的特性参数(目标位置，启动速度，运行速度，加减时间)

图5为检测时机械手、料盘等运行特性参数关系图。

现对上述的四个参数进行简单的解释：

目标位置：指的是伺服所要到达的位置，有绝对位置与相对位置之分，本系统中产品竖向间距与横向间距用相对位置，其余全部用绝对位置。

启动速度：指伺服启动的速度

运行速度：伺服匀速运行的速度

加减速时间：分加速时间和减速时间，加速时间指的是伺服从启动到匀速运行所需的时间，减速时间指的是从运行到停止的时间。

机械手运行轨迹(参见图6)：

(1)取料位置：开始检测时通过PLC发信号给伺服放大器51，伺服放大器51接收到信号后给伺服电机发出脉冲量，伺服电机I19利用伺服放大器51的控制能正反自由的旋转即控制机械手指I从a位置(原点位置)移动到a1位置(设定的目标取料位置)

(2)放料到激光处：和上面第(1)点的原理一样，通过伺服控制机械手指I把待检测的钻头夹放到激光处即从a1位置到a2位置(固定待检测料的V槽处)。

(3)到激光处取料：当钻头检测完成，和上述原理一样通过伺服控制则机械手指II把料从a2位置夹放到b3位置(收料设定目标位置)。

备注：上述是机械手检测产品时的运行轨迹简述说明，本激光检测仪所述的机械手包含机械手指I及机械手指II。

2、原料盘运行

原料盘运行前也需设定原料盘运行的参数即目标位置，启动速度，运行速度，加减时间等。

通过PLC发信号给伺服放大器52，伺服电机II30利用伺服放大器52的控制能正反自由的旋转即控制机械手沿着X方向左右移动。移动的量由PLC控制伺服放大器，再由伺服放大器控制原料盘。

3、不良品料盘运行

运行原理和原料盘运行原理一样。

4、激光头升降

激光头在运行前先设定激光头升降的运行参数即运行的目标，启动速度，运行速度，加减时间等。

图7为激光头升降的运行轨迹。通过PLC发信号给伺服放大器54，伺服电机IV40利用伺服放大器54的控制能正反自由的旋转即控制激光头沿着待检测产品的垂直方向上下移动，移动的量由PLC控制。

图7中显示激光头检测钻头两点位置上的外径值、同心度、真圆度值时的移动轨迹示意图：当检测A点位置时激光头从原点位置①移到②位置，检测完成A点后检测B点时则激光头从②移动到③位置。检测完成所设的点后，激光头回到原点位置即①处，检测的目标点可设置。

下面结合图6综合说明整个检测控制过程：

确认气动部分动作，软件通讯部分及其它部分无误后，在自动状态下按下“启动”按钮后开始检测，通过CPU-PLC与各个动作的伺服放大器连接，PLC发信号给伺服放大器51，伺服放大器接收信号后驱动伺服电机I19转动，伺服电机I19驱动能使Y向同步皮带17开始转动，与同步皮带连接的滑块18沿着Y方向前后自由移动，即控制机械手指I从原点位置a处移动到目标位置a1处。同时伺服放大器52接收到PLC信号后驱动伺服电机II30转动，根据预先设定的目标量，伺服控制原料盘从原点位置移到a1位置。(机械手及原料盘同时移动达到设定目标点)通过气动部分的气动元件控制机械手指I降到原料盘夹取待检测的钻头，再通过气缸控制机械手指I升起。伺服放大器51驱动伺服电机I19自由旋转，控制机械手指I由a1位置移动到a2位置，在PLC控制下，机械手指完成升降及开合动作。被检测钻头放置于a2位置后，PLC发信号给步进驱动器55，驱动器驱动步进电机56转动从而带动压轮43转动，因压轮43直接与被检测的钻头接触，则压轮转动带动钻头转动。

激光头5中激光发射器发出激光束，接收器接收光束，当检测钻头时，钻头挡住激光发射器的光束，接收器接收到的光束有变化，从而得出所检测钻头的外径值，激光检测产品控制原理图如图8所示。

因为检测的产品旋转，通过激光的扫描，就可以检测出产品某点的外径值，同心度值及真圆度值，图9为测量产品两点不同位置时的真圆度波形图。

外径值通过激光扫描后可以直接读出数值。

真圆度值是以检测产品旋转一周以上通过激光扫描并经数据处理后得出该点的外径最大值_D大及最小值_D小，真圆度值_△D经过软件里的公式运算得到：△D＝D_大-D_小

同心度值是以检测产品旋转一周以上，通过激光扫描产品某点的径向跳动所得出该点的最大径向跳动值r₁，最小径向跳动值r₂，通过公式△r＝r₁-r₂运算，从而得出该点的同心度值△r。

锥度值是通过激光扫描钻头斜度部分中不同的两点位置，得出这两点的外径值，这两点的外径差值即为这两点的锥度值。

因为可检测产品的不同位置的外径值，同心度，真圆度值(检测的点数在PLC里设定)，如设置的是多点检测，检测完上一点后，通过PLC给信号伺服放大器54，通过驱动伺服电机IV40(图上未标识)，伺服电机IV40带动滚珠丝杆上下旋转(检测的目标点在PLC里设定，也可要软件里设定)。在检测过程中，机械手指来回在原料盘上夹取待检测产品，伺服放大器51驱动伺服电机II30，从而使托盘架29沿X1方向左右移动，托盘架带动原料盘46及合格料盘45在X1方向上左右移动，从而使机械手夹取到原料盘后排的待检测产品，及达到机械手把已检测0K的产品放入到合格料盘中(备注：原料盘与产品合格料盘同放在X1托盘架29上)根据预先设定好的产品级别料盘，伺服放大器53驱动伺服电机IV36，从而使托盘架沿X2方向左右自由移动，托盘架带动料盘(不良品料盘I47、不良品料盘II48、不良品料盘III49)沿X2方向左右自由移动，伺服放大器51驱动伺服电机I19，带动机械手指沿Y方向前后移动，从而使机械手指把检测完毕的产品放置于选定的料盘(一般情况下，在检测前都会定义料盘装料的级别，且定义的优先级别不能重复)。

另外，本实施例的激光微钻检测仪包括对非接触式的激光头扫描所得的扫描数据进行软件处理的处理单元，所述的单元包括软件所得的检测数据判定，公式演算，工程能力报表，并根据所检测的数据生成的波形图，能直观的看出所检测项目形成的波形分布情况。

本实施例中所述激光微钻检测仪的优点是检测的多功能化，检测精度高，速度快，参数设置灵活，操作简单方便，实行图形人-机界面，系统具有数据采集，存储，传输，处理，分析，统计，显示打印功能。本检测仪以上的这些特点能很大的满足PCB微钻行业生产的需求，具有宽广的市场与较高的经济效益。

以上具体实施方式中，主要是以激光来检测PCB微钻的半成品为例，成品的检测与半成品的检测方法类似。上述的激光微钻检测仪主要是用于PCB微钻头的检测，但与钻头类似的圆柱体的其它轴类产品也可用本检测仪进行检测。上述具体实施方式是针对激光微钻检测仪的结构与作业状态来说明，并不能限定本发明的保护范围，对于本领域的专业技术人员依照本发明的技术特征而进行的改变，也在本发明的权利要求保护范围内。

Claims

1、一种激光检测仪，包括机体、激光头、机械手、送料机构、收料机构、检测夹具和激光控制器，其特征在于：所述激光头安装于可供其沿Z轴垂直方向移动的激光升降机构上，激光升降机构安装于机体支撑板上，送料机构、收料机构和检测夹具设在机体支撑板上，机械手包括机械手指、Y轴支持机构和Z轴支持机构，机械手指设于供其沿Y轴方向移动的Y轴支持机构上，Y轴支持机构安装于Z轴支持机构上，Z轴支持机构安装于机体支撑板支撑整个机械手，激光检测仪还包括控制以上所述激光头、激光控制器、机械手、送料机构、收料机构和检测夹具运动的控制装置。

2、如权利要求1所述激光检测仪，其特征在于：所述机械手包括有伺服电机，Y轴支持机构内装有同步皮带及可沿Y轴向前后自由滑动的滑块，伺服电机驱动同步轮转动带动同步皮带的转动，滑块滑动带动机械手的手指部位动作，从而实现机械手指的移动，Y轴支持机构内还装有多个气缸以分别控制机械手指的升降动作及夹料和放料动作。

3、如权利要求2所述激光检测仪，其特征在于：所述送料机构、收料机构均包括伺服电机、同步皮带、滑块及放置待测产品的托盘架，由控制装置控制伺服电机带动同步皮带从而带动托盘架实现送料收料。

4、如权利要求3所述激光检测仪，其特征在于：所述激光升降机构内设有滚珠丝杆，滚珠丝杆在伺服电机的驱动下可正反向旋转，带动与滚珠丝杆连接的激光头沿Z轴方向上下移动，从而使激光头上下扫描待测产品的不同位置实现多点检测功能。

5、如权利要求4所述激光检测仪，其特征在于：所述检测夹具包括V形槽及压轮、步进电机，压轮压紧待测产品并在步进电机驱动下带动待测产品旋转。

6、如权利要求1至4任一权利要求所述激光检测仪，其特征在于：所述控制装置以CPU-PLC作为检测仪主控制单元，还包括如下部分：

1)、检测部分：通过激光测量仪即激光头来获得检测数据；

3)、气动部分：通过CPU-PLC控制电磁阀、气缸，从而控制机械手的升降、机械手指的开合及压轮的松紧等动作；

7、如权利要求6所述激光检测仪，其特征在于：所述控制装置还外接计算机，通过数据通讯部分将处理后检测数据传送到计算机，计算机中包括对非接触式的激光头扫描所得的扫描数据进行软件处理的处理单元，所述处理单元包括检测数据判定、公式演算、工程能力报表，并根据所检测的数据生成波形图。

8、如权利要求7所述激光检测仪，其特征在于：所述数据通讯部分采用RS232通讯。