CN101422825B - 测钻头磨损程度和临界温度的方法及钻头发射率确定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种检测微型钻头磨损程度的方法、使用此方法的装置和钻机。用于检测微型钻头磨损程度的方法，包括以下步骤：A：检测微型钻头温度；B：将步骤A中检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则认定此微型钻头的磨损程度严重；若温度小于预设的磨损临界温度，则认为此微型钻头的磨损程度在正常范围内。本发明通过检测微型钻头的温度来检测微型钻头的磨损程度，因此不需要将钻头卸下就可以得知微型钻头的磨损程度，检测非常方便。

Description

测钻头磨损程度和临界温度的方法及钻头发射率确定装置

技术领域

本发明涉及印刷电路板的制造领域，更具体的说，涉及一种检测微型钻头磨损程度的方法、及使用了此方法的装置和钻机。 

背景技术

我们通常使用微型钻头对印刷电路板进行钻孔，以进行进一步的加工。 

微型钻头在对PCB板钻孔的时候，随着钻孔的数目的逐渐增多，微型钻头的磨损会逐渐加剧。当微型钻头的磨损情况到达一定程度时，微型钻头就不能很好的完成钻削工作，反过来会进一步加快钻头的磨损程度，而钻得的钻孔的质量也会下降，此时微型钻头则需要更换新钻头或卸下，进行返磨。 

现阶段，微型钻头在加工过程中产生磨损的程度尚没有很好的预估的方法，微型钻头在钻孔过程中会在何时磨损到何种地步只能通过实验来判别。 

目前，生产厂家判断一个钻头的磨损情况的方法完全是离线式的，只有停机后，把微型钻头卸下，放到显微镜下观测钻头部分切削面的磨损的面积，来判断此钻头是否磨损过于严重，并推断出钻头处于磨损的临界状态时的钻孔数目，如1500孔，将此数目作为此类微型钻头的出现磨损的钻孔数目的经验值。这种判断磨损的效率较低。 

而通常情况下，PCB板的加工厂商并不会在PCB板上钻孔时检测微型钻头的磨损情况，而只是根据微型钻头的生产厂家提供给PCB板的加工厂商的微型钻头的出现磨损的钻孔数目的经验值来估计钻头的磨损情况，在微型钻头完成了此经验值的钻孔数目后，并不检测此微型钻头的磨损情况，而是直接将微型钻头换下，进行返磨。而这就可能造成，当用户换下某微型钻头时，可能出现有两种的情况：一种是此微型钻头的磨损情况并没有达到最严重的情况，还可以在保证钻孔质量的前提下继续钻孔，我们 却将其提前换下，进行返磨了，浪费了钻头的寿命；另一种是此微型钻头已经磨损非常严重，提前耗尽了使用寿命，可能在之前的一段时间内所钻出的孔质量并不能达到要求标准，也是一种浪费。 

发明内容

为克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种检测更为方便的检测微型钻头磨损程度的方法、及使用了此方法的装置和钻机。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

一种用于检测微型钻头磨损程度的方法，包括以下步骤： 

A：检测微型钻头温度； 

B：将步骤A中检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则认定此微型钻头的磨损程度严重；若温度小于预设的磨损临界温度，则认为此微型钻头的磨损程度在正常范围内。 

所述的步骤B中，当检测到微型钻头的磨损程度在正常范围内时，立刻重新执行步骤A。这是一种对微型钻头的磨损程度进行实时检测的方法。当微型钻头的使用者可以使用这种方法对微型钻头的磨损程度进行实时检测，充分的利益最大化的使用了微型钻头，既不会提前返磨，浪费钻头的寿命，又能保证此微型钻头钻出的孔都是达标的。 

所述的步骤B中，当检测到微型钻头的磨损程度在正常范围内时，在一预设的间隔时间段后，重新执行步骤A。在经过了间隔时间段后就重新检测一次当前钻头的磨损程度，通过设置合适的间隔时间段，可以在保证检测微型钻头的磨损情况的效果的前提下简化检测和判断的过程。 

所述的步骤A包括以下步骤： 

A1：标定被检测的微型钻头的发射率； 

A2：根据步骤A1中标定的发射率，通过红外热像仪检测微型钻头当前的温度。 

所述的步骤A1包括以下步骤： 

A11：将被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头一同放入可调式加热器中；

A12：通过红外热像仪检测贴有黑色胶布的微型钻头的温度，将黑色胶布的微型钻头的发射率E＝0.95输入红外热像仪，检测贴有黑色胶布的微型钻头的温度；调节可调式加热器的加热温度，直至红外热像仪检测到的贴有黑色胶布的微型钻头的温度恒定为一预设的测试温度； 

A13：保持可调式加热器的加热温度，通过红外热像仪观察被检测的微型钻头的温度，调节红外热像仪上输入的发射率，直到红外热像仪显示的被检测的微型钻头的温度也恒定在预设的测试温度，标定此时红外热像仪上的发射率为被检测的微型钻头的发射率。由于加热器上标示的温度和加热器内部的微型钻头真正的温度之间是存在误差的，因此，通过贴有黑色胶布的微型钻头来对比标定被检测的微型钻头的发射率，使得我们得到的发射率更加精确。 

一种确定磨损临界温度的方法，包括以下步骤： 

O：在微型钻头钻孔的过程中，通过红外热像仪检测微型钻头钻孔后退钻时的温度； 

P：预估一个估计温度，当到红外热像仪检测到的温度到达此估计温度时，微型钻头停止钻孔，取下检查此微型钻头磨损的面积判断此微型钻头的磨损状况：若磨损状况严重，则减小预估温度，更换一同样型号的微型钻头重新开始步骤O；若磨损状况较轻，则增高预估温度，更换一同样型号的微型钻头重新开始步骤O；若磨损状况处于临界状态，则记录此时的临界温度为此种型号的微型钻头的磨损临界温度。 

一种检测钻头磨损的检测装置，包括： 

钻头温度检测模块，用于检测微型钻头的温度； 

磨损程度判断模块，用于将钻头温度检测模块检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则磨损程度判断模块认定此微型钻头的磨损程度严重；若温度小于预设的磨损临界温度，则磨损程度判断模块认为此微型钻头的磨损程度在正常范围内。 

所述检测钻头磨损的检测装置还包括一停钻控制模块，用于当磨损程度判断模块认定此微型钻头的磨损程度严重时动作，控制微型钻头停止工作。 

所述的钻头温度检测模块为可直接观测微型钻头的温度的红外热像 仪。 

一种微型钻头发射率确定装置，包括：被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头、用于加热被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头的可调式加热器，和用于观测被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头的温度的红外热像仪。 

一种钻机，包括钻机主轴、与钻机主轴相连接的钻机控制装置和微型钻头；所述的钻机主轴控制微型钻头高速转动进行钻孔；其特征在于，所述的钻机还包括检测钻头磨损的检测装置，所述的检测钻头磨损的检测装置，包括： 

钻头温度检测模块，用于检测微型钻头的温度； 

磨损程度判断模块，用于将钻头温度检测模块检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则磨损程度判断模块认定此微型钻头的磨损程度严重；若温度小于预设的磨损临界温度，则磨损程度判断模块认为此微型钻头的磨损程度在正常范围内。 

本发明通过检测微型钻头的温度来检测微型钻头的磨损程度，因此不需要将钻头卸下就可以得知微型钻头的磨损程度，检测非常方便；另外，这样的方法还可以检测到微型钻头是否处于磨损的临界状态，因此，既不会在微型钻头的磨损情况并没有达到最严重时将其提前换下，导致浪费，也不会因微型钻头磨损严重却没有即时换下，导致在之前的一段时间内所钻出的孔质量不能达标，造成浪费。 

附图说明

图1是本发明实施例的检测微型钻头磨损程度的流程图； 

图2是本发明实施例的可检测钻头磨损的钻机的结构示意图； 

图3是本发明实施例的微型钻头发射率确定的流程图； 

图4是本发明实施例的微型钻头发射率确定装置的结构示意图。 

其中：1、钻机主轴；2、微型钻头；3、PCB板；4、红外热像仪；5、微距镜头；6、可调式加热器。 

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。 

微型钻头在钻孔过程中由于与PCB板材的材料进行摩擦，对钻头材料有一定的消耗，造成磨损，使钻头的切削变钝；而变钝后的微型钻头反而使得摩擦更加剧烈，摩擦越剧烈，就越容易加剧磨损，产生的热就越多，温度就越高，钻头的磨损情况与钻头的温度是息息相关的，因此，我们可以通过捕捉微型钻头的温度，来检测微型钻头此时的磨损状态。 

本发明所述的检测微型钻头磨损程度的方法，如图1和图2所示，包括以下步骤： 

A：检测微型钻头2温度； 

B：将步骤A中检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则认定此微型钻头2的磨损程度严重，控制微型钻头2停止工作；若温度小于预设的磨损临界温度，则认为此微型钻头2的磨损程度在正常范围内。当检测到微型钻头2的磨损程度在正常范围内时，可以立刻重新执行步骤A，对微型钻头2的磨损程度进行实时检测。也可以在过了一段时间(如1分钟)后，再重新执行步骤A，每间隔一段时间就重新检测一次当前钻头的磨损程度，可以在保证检测微型钻头2的磨损情况的效果的前提下简化检测和判断的过程。 

使用了上述方法的钻机的结构如图2所示，包括： 

包括钻机主轴1、与钻机主轴1相连接的钻机控制装置(图中未示出)和微型钻头2；所述的钻机主轴1控制微型钻头2在PCB板3上高速转动进行钻孔；其特征在于，所述的钻机还包括检测钻头磨损的检测装置，所述的检测钻头磨损的检测装置，包括： 

红外热像仪4，用于检测微型钻头2的温度； 

磨损程度判断模块，用于将钻头温度检测模块检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则磨损程度判断模块认定此微型钻头2的磨损程度严重；若温度小于预设的磨损临界温度，则磨损程度判断模块认为此微型钻头2的磨损程度在正常范围内； 

停钻控制模块，与钻机的钻机控制装置相连接，用于当磨损程度判断模块认定此微型钻头2的磨损程度严重时动作，控制微型钻头2停止工作。 

其中，预设的磨损临界温度的确定是非常重要的。我们采用以下步骤 来实现： 

O：在微型钻头2钻孔的过程中，通过红外热像仪4检测微型钻头2钻孔后退钻时的温度； 

P：预估一个估计温度，当到红外热像仪4检测到的温度到达此估计温度时，微型钻头2停止钻孔，取下检查此微型钻头2磨损的面积判断此微型钻头2的磨损状况：若磨损状况严重，则减小预估温度，更换一同样型号的微型钻头2重新开始步骤O；若磨损状况较轻，则增高预估温度，更换一同样型号的微型钻头2重新开始步骤O；若磨损状况处于临界状态，则记录此时的临界温度为此种型号的微型钻头2的磨损临界温度； 

我们可以将我们所使用的所有不同型号的微型钻头所对应的磨损临界温度一一检测出来，将型号与其对应的磨损临界温度输入神经网络，在需要调用磨损临界温度时，就可以通过神经网络根据不同型号的微型钻头自行调节设置其磨损临界温度，以检测不同的微型钻头的磨损程度，使用非常方便。 

其中，步骤A中可以采用很多种方法来测量温度。常用的用于测量温度的装置通常有以下几种： 

热电偶，接触式测温，测温的准确度高，测量的温度误差较小，但埋入电路板比较困难，安装、定位比较麻烦，只能针对单个孔钻削时进行测温，测温范围：—50℃～1600℃，无需人为触发，响应时间较短，最快为10毫秒，主要以数据形式记录； 

测温仪，非接触式测温，测温的准确度高，测量的温度误差较小，对物体表面温度容易捕捉，但对体积非常小的物体，需要较为准确的定位，测温范围较大—50℃～3000℃，大多是人为触发，响应时间大约在150毫秒。在线式测温仪在钻机上安装较为复杂，操作性不高，主要以数据形式记录； 

热像仪，非接触式测温，测温的准确度高，测量的温度误差较小，无需安装，可在线连续拍摄记录20多小时以上(根据存储容量而定)，测温范围：—20℃～2000℃，响应时间：150毫秒，可手持或固定，由人为触发或电脑触发皆可，通过微距镜头5可测量小目标物体，以被测物的温度场图像的形式记录。

由此可见，与传统的测温方式(如热电偶、不同熔点的蜡片等放置在被测物表面或体内)相比，热像仪可在一定距离内实时、定量、在线检测发热点的温度，通过扫描，还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图，而且灵敏度高，不受电磁场干扰，便于现场使用，具有实时、遥测、直观和定量测温等优点。 

红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长为0.76μm～100μm，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。 

红外热像仪4是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图。 

因此，我们采用红外热像仪4检测微型钻头2温度时，需要先标定被检测的微型钻头2的发射率；再根据标定的发射率，通过红外热像仪4检测微型钻头2当前的温度。 

根据普朗克黑体辐射定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点。黑体被定义为吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过的物体，然而自然界中并不存在真正的黑体，它只是我们为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中所假象的一个理想化的辐射体的模型。 

我们定义黑体的发射率为1，其他的材料发射率取值都在0～1之间，就是描述该材料接近于黑体的程度。例如：合金A3003材料表面在波长为8～13μm的时候，氧化和抛光状态下的发射率分别为0.3，0.02～0.1。

红外热像仪4的测温就是基于上述原理实现的，红外热像仪4在测定目标物体的温度时，还需要用户在红外热像仪4上输入目标物体的发射率E作为测量参数。如果用户不设定，红外热像仪4则默认此发射率为1，即为黑体。 

对于采用红外测温仪来进行温度测量的方案来说，微型钻头2的发射率的确定是非常重要的。而影响材料发射率的因素有：材料种类、表面粗糙度、制备方法等，因此，为了进一步精确测量，我们需要对这种微型钻头2的发射率进行标定。 

如图3和图4所示，标定被检测的微型钻头2的发射率的步骤A1包括以下子步骤： 

A11：将被检测的微型钻头2和贴有黑色胶布的微型钻头一同放入可调式加热器6中进行预热； 

A12：通过红外热像仪4检测贴有黑色胶布的微型钻头的温度，由于贴有黑色胶布的微型钻头的发射率E＝0.95是已知确定的，将此发射率输入红外热像仪4，检测贴有黑色胶布的微型钻头的温度；调节可调式加热器6的加热温度，直至红外热像仪4检测到的贴有黑色胶布的微型钻头的温度恒定为100度； 

A13：保持可调式加热器6的加热温度，通过红外热像仪4观察被检测的微型钻头2的温度，调节红外热像仪4上输入的发射率，直到红外热像仪4显示的被检测的微型钻头2的温度也恒定为100度，标定此时红外热像仪4上的发射率为被检测的微型钻头2的发射率。 

由于加热器上标示的温度和加热器内部的微型钻头2真正的温度之间是存在误差的，因此，通过贴有黑色胶布的微型钻头来对比标定被检测的微型钻头2的发射率，使得我们得到的发射率更加精确。被检测的微型钻头2和贴有黑色胶布的微型钻头处于同样的加热环境下，因此我们认为它们的温度是相同的，即都是100度。 

为了进一步模拟真实的检测状态，可在上述标定发射率的过程中使被检测的微型钻头处于空转状态。 

这种微型钻头2发射率确定装置的结构如图4所示，包括：被检测的微型钻头2和贴有黑色胶布的微型钻头、用于加热被检测的微型钻头2和 贴有黑色胶布的微型钻头的可调式加热器6，和用于观测被检测的微型钻头2和贴有黑色胶布的微型钻头的温度的红外热像仪4。 

在通过红外热像仪4检测目标物体的温度时，从原理上讲，应当让目标物占据红外热像仪4的视场内的面积越大越好，在镜头的有限倍数内，热像仪离目标物越近越好；最好使目标物占据视场的50％以上。因此，对于较为大的微型钻头2，可采用常规镜头，并在最短有效测量距离内进行调焦，如，可对准钻头槽长部分进行调焦，直到画面中目标物显示清晰；对于较小的常规镜头不能显示清晰的微型钻头2，常规的红外热像仪4自带的镜头已经不能满足，需要使用微距镜头5，并移动红外热像仪4的测量距离，直到画面中目标物显示清晰。如可采用AVIO Close-up Lens(即56mm显微镜头)，在有效测量距离56mm时，可感知0.06mm大小物体的温度。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于检测微型钻头磨损程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：检测微型钻头温度；

B：将步骤A中检测到的温度与预设的磨损临界温度比较，若此温度大于或等于预设的磨损临界温度，则认定此微型钻头的磨损程度严重；若温度小于预设的磨损临界温度，则认为此微型钻头的磨损程度在正常范围内；

其中，所述的步骤A包括以下步骤：

A1：标定被检测的微型钻头的发射率；

A2：根据步骤A1中标定的发射率，通过红外热像仪检测微型钻头当前的温度；

所述的步骤A1包括以下步骤：

A11：将被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头一同放入可调式加热器中；

A12：通过红外热像仪检测贴有黑色胶布的微型钻头的温度，将黑色胶布的微型钻头的发射率E＝0.95输入红外热像仪，检测贴有黑色胶布的微型钻头的温度；调节可调式加热器的加热温度，直至红外热像仪检测到的贴有黑色胶布的微型钻头的温度恒定为一预设的测试温度；

A13：保持可调式加热器的加热温度，通过红外热像仪观察被检测的微型钻头的温度，调节红外热像仪上输入的发射率，直到红外热像仪显示的被检测的微型钻头的温度也恒定在预设的测试温度，标定此时红外热像仪上的发射率为被检测的微型钻头的发射率。

2.如权利要求1所述的用于检测微型钻头磨损程度的方法，其特征在于，所述的步骤B中，当检测到微型钻头的磨损程度在正常范围内时，立刻重新执行步骤A。

3.如权利要求1所述的用于检测微型钻头磨损程度的方法，其特征在于，所述的步骤B中，当检测到微型钻头的磨损程度在正常范围内时，在一预设的间隔时间段后，重新执行步骤A。

4.一种确定如权利要求1所述的检测微型钻头磨损程度的方法中所需要的磨损临界温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

O：在微型钻头钻孔的过程中，通过红外热像仪检测微型钻头钻孔后退钻时的温度；

P：预估一个估计温度，当到红外热像仪检测到的温度到达此估计温度时，微型钻头停止钻孔，取下检查此微型钻头磨损的面积判断此微型钻头的磨损状况：若磨损状况严重，则减小预估温度，更换一同样型号的微型钻头重新开始步骤O；若磨损状况较轻，则增高预估温度，更换一同样型号的微型钻头重新开始步骤O；若磨损状况处于临界状态，则记录此时的临界温度为此种型号的微型钻头的磨损临界温度。

5.一种权利要求1中所述的检测微型钻头磨损程度的方法中所使用的微型钻头发射率确定装置，其特征在于，包括：被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头、用于加热被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头的可调式加热器，和用于观测被检测的微型钻头和贴有黑色胶布的微型钻头的温度的红外热像仪。

Images