CN102294622B - Pcb钻刀检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PCB钻刀检测方法及其装置，其特点是通过数字信号处理器在数控机床控制系统设定的主轴转子的转速周期内捕捉镭射装置接收端的输出信号，根据该输出信号的跳变周期来判定刀具是否存在偏摆，读取并保存工作台沿钻刀Y轴方向移动过程中的Y轴光栅尺计数值。由此，可以根据保存的光栅尺计数值来计算刀径和偏摆。采用本方法和装置后，能够准确测量钻刀的刀径及偏摆值，并将检测结果反馈给钻孔机控制系统，从而判断该刀具是否符合生产要求。

Description

PCB钻刀检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种检测方法及其装置，尤其涉及一种PCB钻刀检测方法及其装置。

背景技术

随着PCB板的集成度越来越高，使得在钻孔过程中所需的刀径越来越小，且已低至0.1mm的数量级，而刀具的直径也以0.05为间隔单位，靠人的肉眼很难区分，而靠人工使用一般的测量工具进行测量，不仅极易损坏刀具，而且误差较大，一旦使用错误刀径的刀具开始钻板，将导致被加工的PCB板报废，造成资源浪费，工作效率低下。另外由于主轴夹头精度以及钻孔时主轴高速旋转影响，主轴所夹钻刀出现偏摆，若偏摆较大，将直接影响钻孔定位精度，甚至导致PCB板报废。

并且，现有的检测功能通常是采用红外检测技术来实现的，在刀具不旋转的状态下，根据红外光束是否被遮挡来计算刀具的刀径，这种方法的优点是成本较低。但是该测量方法不但忽略了刀具在高速旋转状态下的偏摆，且红外光束本身的缺点是精度低，距离近，方向性差。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种PCB钻刀检测方法及其装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

PCB钻刀检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤①，数字信号处理器接收数控机床控制系统发出的主轴转速信息计算转速周期，进入准备测刀状态；

步骤②，数字信号处理器发出选择信号命令，点亮镭射装置发射端的镭射光；

步骤③，待主轴夹持刀具达到系统设定测刀转速后，主轴沿Z轴下降至刀径检测位置；工作台沿Y轴方向直线移动，令钻刀通过镭射光；数字信号处理器接收镭射装置发出的信号波形，根据该波形变化计算相邻跳变沿的脉冲宽度，保存工作台沿Y轴移动过程中的Y轴光栅尺信号；

步骤④，数字信号处理器根据保存跳变沿宽度和光栅尺计数值，计算所测刀具的刀径及偏摆值；

步骤⑤，数字信号处理器将计算所得的刀径和偏摆信息输出至数控机床控制系统；

步骤⑥，数字信号处理器发出关闭镭射装置信号，关闭镭射装置发射端的镭射光。

上述的PCB钻刀检测方法，其中：步骤③所述的数字信号处理器接收数控机床控制系统发出的主轴转速信息，计算转速周期，即主轴旋转一周所需的时间；根据波形变化计算相邻跳变沿的脉冲宽度为，数字信号处理器检测到第一次下跳沿开始，连续计算并保存相邻两个下跳沿的脉冲宽度，在每个下跳沿保存工作台沿Y轴移动过程中的Y轴光栅尺信号。

进一步地，上述的PCB钻刀检测方法，其中：步骤④所述的据保存跳变沿宽度和光栅尺计数值计算为：记录第一个下跳沿时刻的光栅尺值为D1，从检测到的第一个下跳沿起依次检测保存的下跳沿脉冲宽度，直到脉冲宽度小于二分之一个转速周期，记录此跳变沿时刻光栅尺值为D2，记录最后一个跳变沿时刻的光栅尺值为D4，自最后一个下跳沿起向前检测保存的下跳沿脉冲宽度，直到脉冲宽度小于二分之一个转速周期，记录此跳变沿时刻光栅尺值为D3；刀径值为D3与D2之差，偏摆值为[(D2-D1)+(D4-D3)]/2。

PCB钻刀检测装置，包括有主轴，所述主轴内设有主轴转子，主轴转子上安装有刀具；所述主轴下方设有工作台，其特征在于：所述的工作台上设有镭射装置与光栅尺读数装置；所述镭射装置包括有发射端和接收端，所述发射端和接收端连入信号接口模块，所述光栅尺读数装置的输出端也连入信号接口模块；所述信号接口模块的被控端连接数字信号处理器的控制端；所述数字信号处理器通过通信模块连入钻孔机控制系统模块。

上述的PCB钻刀检测装置，其中：所述镭射装置的发射端和接收端分别位于沿刀具X轴方向的左侧与右侧。

本发明技术方案的优点主要体现在：能够在刀具高速旋转的情况下，利用镭射装置测量刀径，并根据镭射装置所输出的信号波形，利用数字信号处理器计算出高速旋转状态下被测刀具的偏摆，可提高刀具测量的精度。

附图说明

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。这些附图当中，

图1是带钻刀刀径及偏摆检测装置的PCB钻孔机构造示意图；

图2是刀具的构造示意图；

图3是图2沿A-A’的剖面构造示意图；

图4是刀具旋转且无偏摆状态下与镭射光的位置示意图；

图5是刀具出现偏摆的状态示意图；

图6是刀具的刀径测量过程中镭射光接收端输出的信号波形图。

具体实施方式

如图2～6所示的PCB钻刀检测方法，其与众不同之处在于包括以下步骤：

首先，数字信号处理器接收数控机床控制系统发出的主轴转速信息计算转速周期，进入准备测刀状态。接着，数字信号处理器发出选择信号命令，点亮镭射装置发射端的镭射光；

随后，待主轴夹持刀具达到系统设定测刀转速后，主轴沿Z轴下降至刀径检测位置；工作台沿Y轴方向直线移动，令钻刀通过镭射光；数字信号处理器接收镭射装置发出的信号波形，根据该波形变化计算相邻跳变沿的脉冲宽度，保存工作台沿Y轴移动过程中的Y轴光栅尺信号。

然后，数字信号处理器根据保存跳变沿宽度和光栅尺计数值，计算所测刀具的刀径及偏摆值。接着，数字信号处理器将计算所得的刀径和偏摆信息输出至数控机床控制系统；

最后，数字信号处理器发出关闭镭射装置信号，关闭镭射装置发射端的镭射光。

具体来说，数字信号处理器接收数控机床控制系统发出的主轴转速信息，计算转速周期，即主轴旋转一周所需的时间。并且，根据波形变化计算相邻跳变沿的脉冲宽度为，数字信号处理器检测到第一次下跳沿开始，连续计算并保存相邻两个下跳沿的脉冲宽度，在每个下跳沿保存工作台沿Y轴移动过程中的Y轴光栅尺信号。

进一步结合图2、图3来说将刀具沿A-A剖面，可以得到以截面中心点建立的一个外接圆，建立此虚拟圆的原因是，该外接圆的直径就是刀具的直径，具体的偏摆测量方法如下：

首先假设镭射光接收端如果接收到发射端发出的镭射光，输出高电平信号，接收不到则输出低电平信号。

图4中，假设刀具旋转且无偏摆，实线代表镭射光束，假设工作台沿Y轴方向移动，移动至刀径剖面a点与镭射光相切位置，那么镭射光自a点起将被刀具刀刃所挡到。由此，在镭射光接收端将接收不到镭射光，在镭射装置接收端将输出低电平信号。接着，当刀具转动至b点与镭射光相切，此刻之后，刀具将不能挡住镭射光，镭射光接收端将输出高电平信号。然后，当刀具旋转至c点，情况同a点，镭射光接收端再次输出低电平信号，直至刀具旋转至d点，镭射光再次输出高电平信号。之后，当刀具旋转360度再次至a点，镭射光接收端输将再次输出低电平信号。

由此可见，假设无偏摆，进刀至与镭射光相切位置，那么每旋转一周，对于镭射光，就有挡住，露出两次。再假设转速一定，则待测刀具旋转一周的时间值一定，反应在SIG信号波形上，在一个转速周期T内，就有两个周期相同的跳变。

结合偏摆状态来看，刀具旋转情况如图5所示：由于刀具在高速旋转情况下，有偏摆，刀具的刀径外径将在原外径d的基础上增加了两个偏摆距离r，即偏摆状况下刀径值为d+2r。

假设在a点位置与镭射光相切，挡住镭射光，镭射接收端输出低电平，旋转至b位置，镭射接收端输出高电平，那么当a点沿外圆旋转至a’位置，c点即选装在c’位置，不能再次挡住镭射光，也就是说刀径旋转360度，即大约一个转速周期内，镭射光接收端输出的信号不能出现两次高低电平的跳变。

因此，只有当工作台沿Y轴方向继续移动，直至镭射光到达c’位置，即移动两个偏摆距离，此时将再次出现一个旋转周期两次挡住镭射光。镭射光接收端在每个旋转周期，就是刀具旋转360度的时间内出现两次高低电平的跳变，只是这时高低电平的占空比与无偏摆时有所不同。

综上，如果在一个刀具转速周期内，即刀具旋转360度的时间内，镭射光接收端输出的信号高低电平跳变只有一次，那么认为这个跳变是由偏摆造成的，如果能够稳定的接收到两次高低电平跳变，则认为工作台已经沿Y轴移动了两个偏摆距离r，据此可计算得出刀具的刀径值和偏摆值。

再结合本发明的实际测量过程来看：在整个刀径测量过程中，镭射光接收端输出的信号波形如图6所示。当检测到该的第一个下跳沿时，记录工作台移动的光栅尺读数头的读数D0。当数字信号处理器根据镭射光接收端输出的信号检测到跳变脉冲的宽度大于二分之一个转速周期即T/2，认为该跳变是由偏摆造成的，记录该点的光栅尺读数D1，那么D1和D0之差认为是偏摆值r的二倍。同时，镭射光沿Y轴移动，当镭射光完全被刀具挡住时，镭射光接收端输出的信号为全低电平，当镭射光继续移动逐渐离开刀具，再次出现与起始段波形相对称的波形，分别记录D2和D3位置光栅尺读数，那么数字信号处理器计算刀径值为D2-D1，偏摆值为(D1-D0)/2+(D3-D2)/2。

再进一步来看，本发明所述主轴夹持刀具达到系统设定测刀转速，该转速在实际应用中可以理解是任意转速，数字处理装置可以根据接收到的转速，该转速是由系统设定的主轴的转速，比如钻机可以在0-20万转/每分钟任意设定。根据转速，计算转速周期，即主轴旋转一周所需的时间。在钻刀通过镭射光时，由于是在设定的钻速下旋转，例如是60万转/每分，那么60K转/min＝1转/ms转速周期为1.00ms；即图4中显示的T为1ms，二分之一转速周期为：0.5ms，在钻刀没有偏摆的情况下，镭射装置发出的信号跳变一次周期应该为0.5ms，即图4中显示的t1+t2。在计算刀径和偏摆时，假设无偏摆，进刀至与镭射光相切位置，那么每旋转一周，对于镭射光，就有挡住，露出两次。再假设转速一定，则待测刀具旋转一周的时间值一定，反应在SIG信号波形上，在一个转速周期T内，就有两个周期相同的跳变。所以数字处理器计算相邻两次下跳沿的宽度(时间)，在测刀开始，如果相邻两次下跳沿的宽度大于二分之一转速周期，就认为是钻刀偏摆造成的镭射装置检测到信号，反应在波形上就是有跳变，直到检测到跳变宽度小于二分之一转速周期，认为镭射光挡住的是实际刀径，那么用光栅尺读数之差(Y轴行进的距离)就是偏摆值；当钻刀通过镭射光后，同样由偏摆造成的此种情况。

如图1所示：为了更好的实现本方法，现提供一种PCB钻刀检测装置，包括有主轴1，所述主轴1内设有主轴转子2，主轴转子2上安装有刀具3；所述主轴1下方设有工作台4，其特别之处在于：所述的工作台4上设有镭射装置5与光栅尺读数装置6；所述镭射装置5包括有发射端7和接收端8，所述发射端7和接收端8连入信号接口模块9，所述光栅尺读数装置6的输出端也连入信号接口模块9；所述信号接口模块9的被控端连接数字信号处理器10的控制端；所述数字信号处理器10通过通信模块11连入钻孔机控制系统模块12。

并且，考虑到镭射装置5的发射端7和接收端8相互之间的有效配合，能够精确测量刀具3，发射端7和接收端8分别位于沿刀具3X轴方向的左侧与右侧。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，通过数字信号处理器在数控机床控制系统设定的主轴转子的转速周期内捕捉镭射装置接收端的输出信号，根据该输出信号的跳变周期来判定刀具是否存在偏摆，读取并保存工作台沿Y轴移动过程中的Y轴光栅尺计数值。由此，可以根据保存的光栅尺计数值来计算刀径和偏摆。更为重要的是，采用本发明后，能够准确测量钻刀的刀径及偏摆值，并将检测结果反馈给钻孔机控制系统，从而判断该刀具是否符合生产要求。本发明经济适用，检测迅速，节约资源，能够有效提高检测效率和精确度。

Claims (2)

1.PCB钻刀检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤①，数字信号处理器接收数控机床控制系统发出的主轴转速信息计算转速周期，进入准备测刀状态，所述转速周期为主轴旋转一周所需的时间；

步骤②，数字信号处理器发出选择信号命令，点亮镭射装置发射端的镭射光；

步骤③，待主轴夹持刀具达到系统设定测刀转速后，主轴沿Z轴下降至刀径检测位置；工作台沿Y轴方向直线移动，令钻刀通过镭射光；数字信号处理器接收镭射装置发出的信号波形，根据该波形的变化，数字信号处理器检测到第一次下跳沿开始，连续计算并保存相邻两个下跳沿的脉冲宽度，在每个下跳沿保存工作台沿Y轴移动过程中的Y轴光栅尺信号；

步骤④，数字信号处理器根据保存的所述脉冲宽度和所述光栅尺信号，计算所测刀具的刀径及偏摆值，其中：记录第一个下跳沿时刻的光栅尺值为D1，从检测到的第一个下跳沿起依次检测保存的下跳沿脉冲宽度，直到脉冲宽度小于二分之一个转速周期，记录此跳变沿时刻光栅尺值为D2，记录最后一个跳变沿时刻的光栅尺值为D4，自最后一个下跳沿起向前检测保存的下跳沿脉冲宽度，直到脉冲宽度小于二分之一个转速周期，记录此跳变沿时刻光栅尺值为D3；刀径值为D3与D2 之差，偏摆值为[（D2-D1）+（D4-D3）]/2；

步骤⑤，数字信号处理器将计算所得的刀径和偏摆信息输出至数控机床控制系统；

步骤⑥，数字信号处理器发出关闭镭射装置信号，关闭镭射装置发射端的镭射光。

2.用于实现权利要求1中所述 PCB钻刀检测方法的PCB钻刀检测装置，包括有主轴，所述主轴内设有主轴转子，主轴转子上安装有刀具；所述主轴下方设有工作台，其特征在于：所述的工作台上设有镭射装置与光栅尺读数装置；所述镭射装置包括有发射端和接收端，所述发射端和接收端连入信号接口模块，所述光栅尺读数装置的输出端也连入信号接口模块；所述信号接口模块的被控端连接数字信号处理器的控制端；所述数字信号处理器通过通信模块连入钻孔机控制系统模块；所述镭射装置的发射端和接收端分别位于沿刀具X轴方向的左侧与右侧，所述的工作台沿Y轴方向直线移动。

Images