CN101281145B - 一种x射线检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种X射线检测设备，包括机架以及放置待测物的工作台，工作台下方设置有X射线发生器，工作台上方设置有X射线影像增强器，X射线影像增强器通过数据控制线路以及控制主机与一显示部件联接，工作台水平安装于机架中，工作台可垂直X射线影像增强器中心作横向、纵向平面移动，工作台与机架之间安装有承载工作台相对于机架做横向和纵向移动的X轴移动机构和Y轴移动机构，X射线发生器则安装于可相对工作台垂直移动的Z轴移动机构上，在X射线发生器、工作台以及X射线影像增强器外围均设置有防止X射线对外界造成辐射危害的屏蔽部件。简而言之，本发明具有使用安全，通过三维立体定位，检测精度高，操作方便等优点。

Description

一种X射线检测设备

技术领域：

本发明涉及一种可对PCB板检测等精密部件进行三维立体检测的X射线检测设备。

背景技术：

在现在高精度加工生产领域，由于所采用的设备以及物料比较昂贵，使生产的成本都较高，在生产过程中，如果不能及时发现中间产品的缺陷，不仅会造成最终产品废品率的提高，也会使生产效率降低、成本进一步提高。

如在高性能、高复杂性、高质量PCB(印刷电路板)的生产中，除了应保证优良的原材料、具备先进的生产工艺、设备和先进的管理模式之外，还必须具备完备的技术质量保证体系和先进检测设备。目前，印刷电路板的设计、加工水平已达到0.15～0.12mm(线条宽度和间距)，层数已经达到46层(富士公司)甚至更多，可以说PCB的高技术和高复杂性已经达到一个相当高的水平，但在生产过程中，如何提高中间过程产品品质，如何减少废品率，如何提高PCB质量是各PCB生产厂家一直不懈追求的目标。但目前的PCB的质量情况不容乐观。因为印刷电路板品质的好坏，取决于印制电路板上每根线条、每个孔品质的好坏。而一块板上数以千计的线条和孔中任意一个发生过细、过粗、残缺、针孔、粘连、断开、错位等质量问题，都会影响最终产品质量，或导致产生废品。电路板的层数越多，问题越突出，造成的废品率越高。以20层板为例，若单层正品率约为98％，20层时正品率不足67％。

PCB行业是依靠规模效益的行业，竞争相对来说比较激烈，产品利润率相对较低，如此高的不合格率，使企业无法维持生产。实际上，仅需对多层板的每一层，在生产过程中进行检验，将不合格品予以剔除，正品率即可达98％。电路板在生产过程中各种不确定因素的影响(如原材料、设备稳定性、环境、温度和人为操作等因素)，造成上述缺陷很难避免，必须实施严格的中间检验。因而印刷电路板的生产在线检测已成为PCB板生产企业的共识。但真正实现中间检验和在线检验，难度很大。因此，研发一种高效、高速、高精度的印刷电路板缺陷自动检测设备已经成为PCB行业迫切的需要。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种检测方便、检测精度高的X射线检测设备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种X射线检测设备，包括机架以及放置待测物的工作台，在工作台下方设置有发射X射线的X射线发生器，在工作台上方设置有接受X射线的X射线影像增强器，X射线影像增强器通过数据控制线路以及控制主机与一显示部件联接，工作台水平安装于机架中，工作台可垂直X射线影像增强器中心作横向、纵向平面移动，工作台与机架之间安装有承载工作台相对于机架做横向和纵向移动的X轴移动机构和Y轴移动机构，X射线发生器则安装于可相对工作台垂直移动的Z轴移动机构上，在X射线发生器、工作台以及X射线影像增强器外围均设置有防止X射线对外界造成辐射危害的屏蔽部件。

作为对上述方案的改进，上述的Y轴移动机构包括一Y轴运动台架，工作台通过滑轨安装于Y轴运动台架中，在Y轴运动台架侧边安装有通过一Y向步进电机驱动的Y向丝杆，Y向丝杆两端的丝杆固定座固定于Y轴运动台架上，Y向丝杆的滑块与工作台固接。所述的X轴移动机构包括一X轴运动台架、驱动X轴运动台架横向移动的X向步进电机以及与X向步进电机同轴连接的X向丝杆，Y轴运动台架通过滑轨安装于X轴运动台架上，X向丝杆两端的丝杆固定座安装于机架或X轴运动台架上，X轴运动台架固定于机架上，X向丝杆的滑块与与Y轴运动台架固接。所述的Z轴移动机构包括安装于工作台下方机架上的Z向丝杆以及驱动丝杆转动的Z向步进电机，Z向丝杆和Z向步进电机均垂直工作台平面安装，X射线发生器安装于Z向丝杆的滑块上。

作为对上述方案进一步改进，X射线影像增强器与X射线发生器同轴心设置，在工作台斜上方还安装有影射待测物体位置由一导航CCD和十字线光源激光器组成的导航装置，导航装置位于X射线影像增强器侧边，十字线光源激光器发出的光线经待测物体反射后射入X射线影像增强器中。X射线发生器、X射线影像增强器、导航装置、显示部件以及各步进电机均通过控制主机协调控制，在控制主机上还联接有键盘以及鼠标，通过鼠标和键盘的控制可方便对设备的控制。

为了防止操作者受到X射线辐射伤害，在X射线发生器、工作台以及X射线影像增强器外围均设置有屏蔽部件。该屏蔽部件包括安装于X射线发生器外围的铅箱、安装于工作台外围的铅帘、铅罩、安装于X射线影像增强器外周的铅筒，在铅罩上设置有铅制透明观察窗。

作为对上述方案机架为铝型材固接而成的框架结构，在机架下方设置有高度可调的固定脚以及便于整体移动的脚轮，固定脚以螺纹形式与机架活动连接。当需要将整个设备固定于某位置时，调节固定脚高度使之超过脚轮高度即可。在机架外周包裹有外壳，外壳上设置有取放待测物的活动门。

为了更进一步增加设备的使用安全性，在外壳活动门位置上设置有串联于X射线发生器电源控制线路中用于在打开活动门时使X射线发生器关闭的常开触发开关。

本发明所述的多层印制线路板检测机的有益效果是：

1.采用X光透射成像原理，并通过三维立体定位，非常方便地对PCB板等待测物进行圆心位置、点与点距离、圆形面积等元素的测量和空间定位；

2.整套设备通过控制主机配合鼠标、键盘操作，操作方便、简单；

3.采用了导航装置以及显示部件进行可视化动态观察，可非常方便快速捕捉待测物任何一个位置进行检测；

4.采用X射线发生器以及可在控制主机中安装图像功能处理软件，使图像变形失真减小；

5.该设备具有高可靠性X射线防护措施及控制系统，提供安全可靠操作环境，X射线剂量当量不超过2mSv/年，复合国家标准GBZ117《X光泄漏标准要求》要求，同时在机器外壳前部外壳上活动门位置也安装了X射线的防护机构，即不论X射线发生器是否正在发射X射线，只要一开启活动门，X射线发生器就立即停止发射X射线，当关闭活动门后，要重新开启X射线发射器电源控制开关后，X射线发生器才会发射X射线，这样就最大限度的保证了操作人员的安全。

附图说明：

附图1为本发明实施例整体结构示意图；

附图2为本实施例除掉外壳后结构示意图；

附图3为附图2中A部放大结构示意图；

附图4为本实施例除掉外壳后侧面视角结构示意图；

附图5为本实施例X射线发生器、X轴移动机构、Y轴移动机构以及Z轴移动机构结构示意图；

附图6为本实施例X射线发生器、X轴移动机构、Y轴移动机构以及Z轴移动机构另一视角结构示意图；

附图7为本实施例机架结构示意图。

具体实施方式：

为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明结构原理作进一步详细描叙：

如附图1所示，本方案所揭示的X射线检测设备主要用于对PCB各层上孔、线路等元素的形位进行检测，并将检测的结果输出。该设备包括机架1以及安装于机架1外部的外壳13、固定于机架1中的各个控制、机械机构。在外壳13外部设置有便于控制的控制面板15、键盘81、鼠标82以及显示检测影像以及参数的显示部件83。其中，键盘81、鼠标82以及显示部件83与安装于机架1内的控制主机8联接，控制面板15上也设置与控制按钮。

本实施例采用X光透射成像原理对待测物进行透视检测，所以，该设备中包括X射线发生器5以及X射线影像增强器6，两部件分别安装于机架1的下部和上部，在X射线发生器5和X射线影像增强器6之间则设置有放置待测物的工作台2，参照附图2～7所示。X射线影像增强器6通过数据控制线路与控制主机8联接，X射线穿过待测物形成的影像通过X射线影像增强器6通过控制主机8将影像在显示部件83上显示出来。同时，为了便于捕捉和定位待测物上元素的位置，在X射线增强器6旁边还设置有导航装置、驱动工作台2横向、纵向精确移动的X轴移动机构3、Y轴移动机构4以及驱动X射线发生器5垂直工作台2上下移动的Z轴移动机构7。

其中，该导航装置由一导航CCD61(电荷耦合器件)和十字线光源激光器62组成，整个导航装置位于工作台斜上方，其中，十字线光源激光器62采用红外线LD作为光源，使十字标记在显示中更加显眼，在对待测物元素位置的定位时更加清晰。工作时，十字线光源激光器62发出的红外线十字光线通过待测物表面反射进入X射线增强器62中，并连同待测物影像在显示部件83上显示出来。

上述的X轴移动机构3活动安装于机架1上，包括一X轴运动台架31、X向步进电机32以及与X向步进电机32通过联轴器同轴连接同步转动的X向丝杆33。X轴运动台架31通过滑轨与机架1连接，X向步进电机32和X向丝杆33固定于机架1上，同时X向丝杆33的滑块与X轴运动台架31固接，当X向步进电机32驱动X向丝杆33旋转时，X向丝杆33的滑块连同X向台架31横向移动，通过控制主机8对X向步进电机32的精确控制，可使X轴运动台架31按照预设的方式移动。

与X轴移动机构3的固定方式类似，Y轴移动机构4同样活动安装于X轴移动机构3的X轴运动台架31中，该移动机构包括可垂直X轴运动台架31方向移动的Y轴运动台架41。Y轴运动台架41同样通过滑轨与X轴运动台架31连接，在X轴运动台架31上还设置有驱动Y轴运动台架41移动的Y向步进电机42和Y向丝杆43，Y向步进电机42与Y向丝杆43通过联轴器同轴心安装，并同步转动。Y向步进电机42和Y向丝杆43两端的固定座均固定于X轴运动台架31上，Y向丝杆43的滑块则与工作台2固接，从而驱动工作台2相对X向工作台架31移动。

上述的Z轴移动机构7用于驱动X射线发生器5上下移动，从而达到调节穿透待测物的X射线在X射线影像增强器6成像大小的目的。该机构包括Z向步进电机72、与Z向步进电机72通过联轴器连接的Z向丝杆71，Z向步进电机72和Z向丝杆71两端的固定座均固定于机架1上，而X射线发生器5固定于Z向丝杆71的滑块上，并且X射线发生器5光线发射方向垂直工作台2向上，与X射线影像增强器6中心对齐。

检测时，首先通过十字线激光器62的十字线标记确定待测物元素的初始位置，调节X轴移动机构3和Y轴移动机构4，使十字线标记与待测物元素边界位置对齐，X轴移动机构3以及Y轴移动机构相对待测物元素两位置的位移即为待测物该元素的需要检测的比例尺寸，通过控制主机8中程序的计算即可在显示部件83上显示出结果。当需要检测类似于PCB板这种多层结构物体各层中元素相关数据时，也可通过调节Z轴移动机构7使各层均可在显示部件83上成清晰的影像，然后采用调节X轴移动机构3和Y轴移动机构4的方法获得相关数据。

由于X射线对人体危害很大，为了保护操作者，在X射线发生器5、工作台2以及X射线影像增强器6外周均设置有屏蔽部件，本实施例所采用的屏蔽部件均为铅制，可确保X射线不会向外界辐射。具体地说，位于X射线发生器5外围的屏蔽部件为一铅箱91，除在箱体91上方开有射线发射口外，该铅箱91几乎完全将X射线发生器5罩住并延伸至工作台2下方，可有效防止X射线向外界辐射，并且，为了便于对X射线发生器5进行维护或拆装，在铅箱91侧面设置有箱门。

位于工作台2周围的屏蔽部件包括位于工作台2周围的铅帘92，铅帘92安装于一铅罩93上，而铅罩93则固定于机架1上，这种结构形式在有效防止X射线向外辐射的前提下保证了工作台2移动不受限制，保证了检测时工作台2动作的灵活性。同时，为了便于查看工作台2上情况，在铅罩93上设置有铅制的透明观察窗95。

位于X射线影像增强器6外周的屏蔽部件为一包裹于X射线影像增强器6上的铅筒94。通过铅箱91、铅帘92、铅罩93以及铅筒94的屏蔽，从X射线发生、传输一直到接收位置形成了立体的全方位防护屏障，完全保证了设备使用者的安全。

整个设备通过机架1的支撑形成一个稳定的结构，机架1所采用的均为硬度较大的铝型材。同时，在机架1下方设置有高度可调的固定脚11以及脚轮12。当需要移动设备时，调节固定脚11高度使脚轮12着地作为支撑，此时即可通过脚轮12方便轻松的移动设备；当需要将设备固定于某位置时，只需调节固定脚11使之代替脚轮12支撑地面即可。

为了设备整体美观以及防止灰尘等杂物进入工作台2区域，在机架1外部包裹有外壳13。在外壳13上与工作台2对应位置设置有活动门14，并且在安装活动门14位置的外壳13上还安装有一常开的触发开关，触发开关串联于X射线发生器5电源控制线路中。当关闭活动门14时，触发开关闭合，此时X射线发生器5处于可启动状态，当打开活动门14时，触发开关断开，此时X射线发生器5处于安全关闭状态。这种设计可进一步保证使用者在进行待测物取放时免受X射线的伤害。

由上可知，该设备采用了一种全新的检测方式，特别是对PCB板的检测更显其先进之处，不仅操作方便，而且精度高，并且可对PCB板上各个元素进行检测，功能强大，实用性极强。同时，需要说明的是，上述方案为本发明较佳的实现方案之一，除此之外，本发明还可以其他实现方式，在没有脱离本发明发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种X射线检测设备，包括机架(1)以及放置待测物的工作台(2)，在工作台下方设置有发射X射线的X射线发生器(5)，在工作台上方设置有接受X射线的X射线影像增强器(6)，X射线影像增强器通过数据控制线路以及控制主机(8)与一显示部件(83)联接，所述的工作台水平安装于机架中，工作台可垂直X射线影像增强器中心作横向、纵向平面移动，工作台与机架之间安装有承载工作台相对于机架做横向和纵向移动的X轴移动机构(3)和Y轴移动机构(4)，X射线发生器则安装于可相对工作台垂直移动的Z轴移动机构(7)上，在X射线发生器、工作台以及X射线影像增强器外围均设置有防止X射线对外界造成辐射危害的屏蔽部件；所述的屏蔽部件包括安装于X射线发生器外围的铅箱(91)、安装于工作台外围的铅帘(92)、铅罩(93)、安装于X射线影像增强器外周的铅筒(94)，在铅罩上设置有铅制透明观察窗(95)；   其特征在于：所述的X射线影像增强器与X射线发生器同轴心设置，在工作台斜上方还安装有影射待测物体位置由一导航CCD(61)和十字线光源激光器(62)组成的导航装置，导航装置位于X射线影像增强器侧边，十字线光源激光器发出的光线经待测物体反射后射入X射线影像增强器中。

2.根据权利要求1所述的X射线检测设备，其特征在于：所述的Y轴移动机构包括一Y轴运动台架(41)，工作台通过滑轨安装于Y轴运动台架中，在Y轴运动台架侧边安装有通过一Y向步进电机(42)驱动的Y向丝杆(43)，Y向丝杆两端的丝杆固定座固定于Y轴运动台架上，Y向丝杆的滑块与工作台固接。

3.根据权利要求2所述的X射线检测设备，其特征在于：所述的X轴移动机构包括一X轴运动台架(31)、驱动X轴运动台架横向移动的X向步进电机(32)以及与X向步进电机同轴连接的X向丝杆(33)，Y轴运动台架通过滑轨安装于X轴运动台架上，X向丝杆两端的丝杆固定座安装于机架或X轴运动台架上，X轴运动台架固定于机架上，X向丝杆的滑块与与Y轴运动台架固接。

4.根据权利要求3所述的X射线检测设备，其特征在于：所述的Z轴移动机构包括安装于工作台下方机架上的Z向丝杆(71)以及驱动丝杆转动的Z向步进电机(72)，Z向丝杆和Z向步进电机均垂直工作台平面安装，X射线发生器安装于Z向丝杆的滑块上。

5.根据权利要求4所述的X射线检测设备，其特征在于：X射线发生器、X射线影像增强器、导航装置、显示部件以及各步进电机均通过控制主机协调控制，在控制主机上还联接有键盘(81)以及鼠标(82)。

6.根据权利要求5所述的X射线检测设备，其特征在于：所述的机架为铝型材固接而成的框架结构，在机架下方设置有高度可调的固定脚(11)以及便于整体移动的脚轮(12)，固定脚以螺纹形式与机架活动连接。

7.根据权利要求6所述的X射线检测设备，其特征在于：在机架外周包裹有外壳(13)，外壳上设置有取放待测物的活动门(14)。

8.根据权利要求7所述的X射线检测设备，其特征在于：在外壳活动门位置上设置有串联于X射线发生器电源控制线路中用于在打开活动门时使X射线发生器关闭的常开触发开关。

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