CN102901439A

CN102901439A - 一种smt网板测厚用接触式测头

Info

Publication number: CN102901439A
Application number: CN2012104419689A
Authority: CN
Inventors: 夏发平
Original assignee: Kunshan Yunco Precision Co Ltd
Current assignee: Kunshan Yunco Precision Co Ltd
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明属于测量工具技术领域，具体涉及一种SMT网板测厚用接触式测头。包括壳体、空气导轨、探针、连接件、高分辨率镭射尺、位移传感器、气管接头和数据线缆；该测头采用接触式测量原理，即通过垂直与SMT网板表面的探针端部探球与SMT网板表面接触，探针仅具有唯一的上下运动自由度，即其仅能上下运动，自身重量通过内部精密弹簧抵消，而探针的另一端连接着与探针垂直方向平行安装的高分辨率镭射尺，通过其内部小型激光位移传感器实时检测探针在垂直方向上的位移变化。

Description

一种SMT网板测厚用接触式测头

技术领域

[0001] 本发明属于测量工具技术领域，具体涉及一种SMT网板测厚用接触式测头。

背景技术

[0002] 在SMT加工制程工艺中，针对来料网板测量成为确保SMT后续加工质量的关键工序。SMT来料网板由于厚度一般在O. 3mm以下、幅面通常在300mmX 300mm以上，这种网板均具有材料薄、精度高、幅面大、高柔性、材料种类多等特点。随着市场对SMT网板加工效率和成本的要求逐渐提高，SMT网板的幅面越来越大，对其配套的专业测量设备，要求保证足够测量精度前提下，尽可能降低设备自身成本。SMT来料网板一般均未进行后续的激光加工，整幅网板无任何镂空加工特征，表面平整无明显起皱现象。在进行厚度测量时，仅需要在同一张网板上测量若干点处厚度以初步判断该网板厚度均匀性及实际厚度是否相对名义值有超差等情况即可。

[0003] 以往SMT领域网板厚度测量设备，一般均采用非接触式测头来进行测量，该测头内部安装有精密激光位移传感器，测量时先将厚度为A的标准块放置在测量平台上，测得激光位移传感器出光口距离标准块上表面的高度值为hl，将该值设定为零点。再将标准块移开，将SMT网板放置在测量平台上，测得激光位移传感器出光口距离SMT网板高度值为h2，则被测量SMT网板的厚度D=A+hl-h2。采用这种测量方法对SMT网板厚度进行测量时，原理上固然可行，但存在如下问题：

[0004] 一、SMT网板原材料表面往往并不洁净，无规则地存在一些灰尘，此时如采用激光位移传感器对其进行测量，这些灰尘会对激光光束发射方向造成影响，从而影响测量精度的稳定性；

[0005] 二、测量设备所处环境灯光会对测量点处材料表面亮度产生影响，从而间接影响测量精度。

[0006] 三、SMT网板原材料种类凡多，除以往最常见的不锈钢外，还有镍片、镍合金片、电铸片等多种不同种类材料。而且，SMT行业中网板在不同加工工序中均需要进行厚度的测量，以提高对网板加工过程中质量监控。而SMT网板不同工序可能产生不同表面特性的网板，如电铸表面、电镀表面、抛光表面、蚀刻表面等。材料表面特性多样化，在微观结构上表现为类似“皱纹”状表面，这种微观结构尺寸往往在IOum甚至更小范围内，但足以对激光光束反射角度造成较大影响，直接导致测量精度下降，难以满足SMT网板厚度高精度测量需求。

[0007] 四、激光位移传感器多为精密部件，尤其是高精度激光位移位移传感器几乎全是依赖进口，价格昂贵。

[0008] 由于上述问题的影响，导致对SMT网板厚度测量精度难以控制在Ium以内，一般仅能稳定在5um甚至更大，否则某些网板材表面整体较为光洁，可能测量精度会较好，但整体测量精度及稳定性均不能满足SMT网板厚度测量精度Ium的要求。另外，在满足测量精度前提下降低测头自身成本，是SMT网板厚度测量领域的普遍期望。发明内容

[0009] 本发明所公开的SMT网板测厚用接触式测头，很好地解决了采用以往非接触式测头中激光位移传感器测量光束因SMT网板表面不洁净及微观结构对测量精度及测量稳定性等方面的影响，并避免采用高精密激光位移传感器，降低了测头成本，为SMT网板厚度测量设备提供了一款性价比更高的精密测头。

[0010] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种SMT网板测厚用接触式测头，包括壳体、空气导轨、探针、连接件、高分辨率镭射尺、位移传感器、气管接头和数据线缆；

[0011] 其中，壳体由顶盖、安装盖和底盖组成，所述安装盖的顶端和底端分别垂直安装顶盖和底盖，在所述顶盖和底盖上均开有通孔；

[0012] 所述空气导轨由空气导轨导芯和空气导轨导套组成，在所述空气导轨导套垂直位置开有安装孔，所述空气导轨导芯为方形结构； [0013] 其连接关系在于：所述空气导轨导套固定安装在所述安装盖上，所述空气导轨导芯穿过空气导轨导套的安装孔，所述空气导轨导芯通过气管接头通气，所述空气导轨导芯的下端与探针连接，所述探针的端部穿过所述底盖的通孔并伸出，在所述空气导轨导芯的上端通过连接件与高分辨率镭射尺连接，在所述顶盖下端安装有位移传感器，所述数据线缆与位移传感器连接并伸出顶盖的通孔将数据传输入控制系统。

[0014] 还包括设有精密弹簧，采用精密弹簧穿过探针分别固定在空气导轨导芯下部和底盖上部。

[0015] 在所述安装盖后端设有安装座用于固定。

[0016] 本发明的优点和有益效果在于：本发明公开一种SMT网板测厚用接触式测头，该测头采用接触式测量原理，即通过垂直与SMT网板表面的探针端部探球与SMT网板表面接触，探针仅具有唯一的上下运动自由度，即其仅能上下运动，自身重量通过内部精密弹簧抵消，而探针的另一端连接着与探针垂直方向平行安装的高分辨率镭射尺，通过其内部小型激光位移传感器实时检测探针在垂直方向上的位移变化。测量过程中，探针端部的探球一直与SMT网板表面接触，从而确保测量过程中，在垂直方向上位移变化完全由SMT网板厚度决定，因此能非常精确、真实地反映出SMT网板自身的厚度，而不会受SMT网板表面灰尘影响。且无论环境灯关如何照射，测量值均是从测头内部的传感器内读取，不会受环境灯关影响。另外，由于探针端部的探球直径一般在500um以上，其与SMT网板表面接触仅能接触上微观结构的最高点，而不会手微观结构自身的影响，真实反映出SMT网板的厚度及均匀变化值。，通过采用该测头确保了对来料网板厚度测量的高精度要求，重复测量精度达到±lum甚至更小；在保证测量精度前提下，避免了传统方式中采用非接触式测量方法因SMT网板表面灰尘、环境灯光及表面微观结构导致发射光束误差，直接影响到测量精度和稳定性等问题。充分考虑到SMT行业对来料网板的检测需求，即要求保证高精度条件下，尽可能降低设备成本，设备操作方便等，为SMT网板厚度测量领域所用精密测头提供结构简单、性价比更高、更能满足市场需求的产品。

附图说明

[0017] 图I为本发明的结构示意图；[0018] 图2为本发明的安装盖和安装座装配图；

[0019] 图3为本发明工作原理图。

[0020] 其中，I-顶盖；2_安装盖；3-底盖；4_空气导轨导套；5_空气导轨导芯；6-探针；

7-连接件；8_高分辨率镭射尺；9_位移传感器；10-气管接头；11-数据线缆；12-安装座；13-精密弹簧。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0022] 如图I至图3所示，本发明具体实施的技术方案是：一种SMT网板测厚用接触式测头，包括壳体、空气导轨、探针6、连接件7、高分辨率镭射尺8、位移传感器9、气管接头1 0和数据线缆11 ;

[0023] 其中，壳体由顶盖I、安装盖2和底盖3组成，所述安装盖2的顶端和底端分别垂直安装顶盖I和底盖3，在所述顶盖I和底盖3上均开有通孔；

[0024] 所述空气导轨由空气导轨导芯5和空气导轨导套4组成，在所述空气导轨导套4垂直位置开有安装孔，所述空气导轨导芯5为方形结构；

[0025] 其连接关系在于：所述空气导轨导套4固定安装在所述安装盖2上，所述空气导轨导芯5穿过空气导轨导套4的安装孔，所述空气导轨导芯5通过气管接头10通气，所述空气导轨导芯5的下端与探针6连接，所述探针6的端部穿过所述底盖3的通孔并伸出，在所述空气导轨导芯5的上端通过连接件7与高分辨率镭射尺8连接，在所述顶盖I下端安装有位移传感器9，所述数据线缆11与位移传感器9连接并伸出顶盖I的通孔将数据传输入控制系统。

[0026] 还包括设有精密弹簧13，采用精密弹簧13穿过探针6分别固定在空气导轨导芯5下部和底盖3上部。

[0027] 在所述安装盖2后端设有安装座12用于固定。

[0028] 随着空气导轨导芯5在空气导轨导套4内无摩擦上下运动，同时通过内置小型激光位移传感器9实时读取探针6在垂直方向上的位移变化。在空气导轨导芯5和底盖3之间，采用精密弹簧13穿过探针6分别固定在空气导轨导芯5下部和底盖3上部，空气导轨导芯5因重力向下运动时，精密弹簧13能抵消空气导轨导芯5的重力影响，而多余重力会保持探针6端部探球与SMT网板测量表面接触。测量时，将测头立式安装在测量设备的Z轴上，让Z轴垂直向下运动，直到测头底部的探针6端部的探球与被测SMT网板表面接触，此时记录Z轴位移量和探针6垂直方向的位移量，测量原理如图3所示，SMT网板测厚用接触式测头被固定在Z轴上，测量步骤如下：

[0029] I)先在测量平台对应的测头正下方放置一块具有标准高度的标准块，其高度值为XOo

[0030] 2)Z轴带动测头在垂直方向上的起始位ZO开始向下运动，测量中安装有探针6和高分辨率镭射尺8的空气导轨导芯5在重力作用下垂直向下运动，下向运动的同时，压缩其正下方的精密弹簧13，从而抵消一部分重力作用，但由于其总重力比弹簧反作用力略大，因此在探针6端部探球未接触到标准块前，探针6 —直处于最小下方不动，此时小型激光位移传感器9对应的读数值为HO。

[0031] 3)当探针6端部碰到标准块后，向上的反作用增大，探针6会向上运动到H1，此时Z轴下将到Zl位置。将此时Hl设置为测量零点，对应的是标准块厚度为X0，控制系统记下该数值。

[0032] 4)将Z轴从Zl运动回ZO位置，将标准块移开，放置上Xl厚度SMT网板，让Z轴重新从ZO位置带动测头向下运动，直到探针6接触到SMT网板，并让测头中的小型激光位移传感器9读数正好处于HTl位置时，则Z轴立即停止运动，此时Z轴向下运动到Z2位置。

[0033] 5)通过上述数据，则可计算得出标准块厚度后SMT网板厚度之间的高度差Λ Z= IΖ2-Ζ1 I，而被测量的SMT网板厚度L= I XO-Λ Z I。

[0034] 当SMT网板比标准块高度XO大时，则Ζ2〈Ζ1 ;当SMT网板比标准块高度XO小时，则 Ζ2>Ζ1 ； [0035] 以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1. 一种SMT网板测厚用接触式测头，其特征在于：包括壳体、空气导轨、探针（6)、连接件（7 )、高分辨率镭射尺（8 )、位移传感器（9 )、气管接头（10 )和数据线缆（11); 其中，壳体由顶盖（I)、安装盖（2)和底盖（3)组成，所述安装盖（2)的顶端和底端分别垂直安装顶盖（I)和底盖（3 )，在所述顶盖（I)和底盖（3 )上均开有通孔；所述空气导轨由空气导轨导芯（5)和空气导轨导套（4)组成，在所述空气导轨导套（4)垂直位置开有安装孔，所述空气导轨导芯（5)为方形结构；其连接关系在于：所述空气导轨导套（4)固定安装在所述安装盖（2)上，所述空气导轨导芯（5)穿过空气导轨导套（4)的安装孔，所述空气导轨导芯（5)通过气管接头（10)通气，所述空气导轨导芯（5)的下端与探针（6)连接，所述探针（6)的端部穿过所述底盖（3)的通孔并伸出，在所述空气导轨导芯（5)的上端通过连接件（7)与高分辨率镭射尺（8)连接，在所述顶盖（I)下端安装有位移传感器（9 )，所述数据线缆（11)与位移传感器（9 )连接并伸出顶盖（I)的通孔将数据传输入控制系统。

2.根据权利要求I所述的一种SMT网板测厚用接触式测头，其特征在于：还包括设有精密弹簧（13)，采用精密弹簧（13)穿过探针（6)分别固定在空气导轨导芯（5)下部和底盖(3)上部。

3.根据权利要求I或2所述的一种SMT网板测厚用接触式测头，其特征在于：在所述安装盖（2)后端设有安装座（12)用于固定。