CN103231400A - Pcb钻锣机及其盲锣加工方法 - Google Patents

Abstract

一种PCB钻锣机，其包括：主轴；刀具，固定在主轴的驱动端，主轴带动刀具上下移动；气缸，安装在主轴上；压脚，与气缸的驱动轴固定连接，气缸驱动压脚相对于主轴上下移动，压脚用于抵接PCB板的加工表面；读数头，安装在压脚上，用于测量压脚相对于主轴的位移值；其中，主轴可带动刀具、压脚及读数头一起向下移动，并且主轴在压脚被抵接物所阻挡时可继续向下移动。上述PCB钻锣机通过在主轴位于刀具的下方设置压脚，压脚抵接PCB板的加工表面，并在压脚上设置读书头，用于实时监控压脚的位移值，从而实时对主轴的高度进行补充，以提高PCB钻锣机的加工精度。本发明还提供一种PCB钻锣机的盲锣加工方法。

Description

PCB钻锣机及其盲锣加工方法

【技术领域】

本发明涉及一种PCB板加工装置，特别是涉及一种PCB钻锣机及其盲锣加工方法。

【背景技术】

目前，典型的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的生产流程如下所示：下料→内层制作→压合→钻孔→镀铜→外层制作→防焊漆印刷→文字印刷→表面处理→外形加工。由于有些产品需要将部分的元器件安装到PCB板内，因此，在这些PCB的外形加工过程中，需要对PCB板进行锣槽，即进行盲锣加工。

当前PCB锣板加工盲锣功能一般采用电主轴下钻到设定固定Z值作为控深方法，或者采用气浮主轴用接触式电信号传递进行检测，但这两种方式不能有效地对加工表面进行实时的监控，且受外界因素影响很大，例如加工板的垫纸板和电木板，以及PCB加工板自身的平整度，因此需要一种更加有效更高精度的方式对盲锣进行加工操作，满足PCB板加工的市场新需求。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种加工精度较高的PCB钻锣机及其盲锣加工方法。

一种PCB钻锣机，其包括：

主轴；

刀具，固定在所述主轴的驱动端，所述主轴带动所述刀具上下移动；

气缸，安装在所述主轴上；

压脚，与所述气缸的驱动轴固定连接，所述气缸驱动所述压脚相对于所述主轴上下移动，所述压脚用于抵接PCB板的加工表面；及

读数头，安装在所述压脚上，用于测量所述压脚相对于所述主轴的位移值；

其中，所述主轴可带动所述刀具、所述压脚及所述读数头一起向下移动，并且所述主轴在所述压脚被抵接物所阻挡时可继续向下移动。

上述PCB钻锣机通过在主轴位于刀具的下方设置压脚，压脚抵接PCB板的加工表面，并在压脚上设置读书头，用于实时监控压脚的位移值，从而实时对主轴的高度进行补充，以提高PCB钻锣机的加工精度。

在其中一个实施例中，所述压脚包括筒体及设于所述筒体的外表面的连接凸耳，所述气缸的驱动轴与所述连接凸耳连接，所述刀具可穿过所述筒体。

在其中一个实施例中，所述连接凸耳为两个，并且相对设置在所述筒体的一端开口的外表面，另一端为抵接端；所述气缸为两个，并且所述两个气缸的驱动轴分别与所述两个连接凸耳连接。

一种PCB钻锣机的盲锣加工方法，其采用上述的PCB钻锣机，所述盲锣加工方法包括如下步骤：

获取所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值；

预设盲锣深度值，当所述压脚刚好接触到所述PCB板的加工表面时，所述读数头发送一个突变触发信号至所述PCB钻锣机的控制系统，所述控制系统将所述读数头的初始化值归零；及

所述控制系统控制所述主轴朝向所述PCB板的加工表面下移，下移的高度值等于所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值与所述预设盲锣深度值之和，并开始进行盲锣加工。

在其中一个实施例中，所述获取刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值的步骤包括：

提供一刀具检测器，所述刀具检测器包括壳体及用于发射一束光线的检测光源，所述壳体具有平直的上表面，所述检测光源发射出的光束平行于所述壳体的上表面，并且所述壳体的上表面与所述光束之间的距离值为固定值；

将所述刀具检测器的壳体的上表面与所述压脚正对设置，所述控制系统控制所述主轴带动所述压脚、读数头及刀具整体下移，直至所述压脚的下表面刚好接触到所述壳体的上表面，同时所述读数头发送一个突变触发信号给所述控制系统，所述控制系统将所述读数头的初始化值归零；

所述控制系统控制所述主轴继续下移，所述压脚与所述壳体的上表面抵接而停止移动，当所述刀具的刀尖刚好接触到所述检测光源发射的光束时，所述刀具检测器反馈一个触控信号给所述控制系统，所述控制系统记录所述读数头的当前累加值，所述当前累加值为所述压脚刚好接触到所述刀具检测器的壳体的上表面后，所述主轴继续下移至所述刀具的刀尖接触到所述检测光源发射的光束时的距离值；

获取所述壳体的上表面与所述光束之间的距离值，并计算所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值，所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值为所述当前累加值与所述壳体的上表面与所述光束之间的距离值的差值。

在其中一个实施例中，所述检测光源为设于所述壳体内部的激光发射器，所述刀具检测器还包括用于接收所述激光的光电开关接收器及用于根据所述光电开关接收器的信号接收状况计算所述刀具直径的控制模块。

在其中一个实施例中，所述壳体内设置有挡板，所述挡板上开设有用于限制所述激光通过量的小孔；所述壳体上还开设有便于所述激光射出的出光孔和便于所述光电开关接收器接收所述激光的接收孔；在所述出光孔和所述接收孔处分别设置有用于遮挡粉尘的透明窗口片。

在其中一个实施例中，所述壳体的上表面开设有供所述刀具插入的检测口，所述壳体对应所述检测口的内侧壁上设有加强筋。

在其中一个实施例中，所述压脚上设有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述压脚施加给所述PCB板的加工表面或所述刀具检测器的壳体的上表面的压力，当所述压力传感器检测到的压力值大于预设压力值，所述控制系统控制所述气缸停止驱动所述压脚下移。

在其中一个实施例中，还包括：

如果所述PCB板的加工表面不平整，所述压脚会沿着所述PCB板的加工表面上下移动，同时所述读数头实时检测所述压脚的高度值，并将信号的变化反馈给所述控制系统，所述控制系统根据所述压脚的位移值对所述主轴的高度值进行自动补偿，达到实时监控盲锣加工功能。

【附图说明】

图1为本发明实施方式的PCB钻锣机的主轴所在部分的结构示意图；

图2为图1所示的PCB钻锣机的另一视角的结构示意图；

图3至图8为本发明实施方式的PCB钻锣机盲锣加工方法的各步骤的示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1、图2及图8，本发明实施方式的PCB钻锣机100，包括主轴110、刀具120、气缸130、压脚140及读数头150。刀具120固定在主轴110的驱动端，主轴110带动刀具120上下移动。气缸130安装在主轴110上。压脚140与气缸130的驱动轴固定连接，气缸130驱动压脚140相对于主轴110上下移动，压脚140用于抵接PCB板200的加工表面201。读数头150安装在压脚140上，用于测量压脚140相对于主轴110的位移值。

具体在一个实施例中，压脚140包括筒体141及设于筒体141的外表面的连接凸耳143，气缸130的驱动轴与连接凸耳143连接，刀具120可穿过筒体141。例如，连接凸耳143为两个，并且相对设置在筒体141的一端开口的外表面，另一端为抵接端。气缸130为两个，并且两个气缸130的驱动轴分别与两个连接凸耳143连接。

其中，主轴110可带动刀具120、压脚140及读数头150一起向下移动，并且主轴110在压脚140被抵接物所阻挡时可继续向下移动。

另外，本发明还提供一种PCB钻锣机的盲锣加工方法。该PCB钻锣机的盲锣加工方法，其采用上述PCB钻锣机100。请参阅图3，具体的，该PCB钻锣机的盲锣加工方法包括如下步骤：

步骤a，获取刀具120的刀尖至压脚140的下表面145的高度值h；

步骤b，预设盲锣深度值K，当压脚140刚好接触到PCB板200的加工表面201时，读数头150发送一个突变触发信号至PCB钻锣机100的控制系统（图未示），控制系统将读数头150的初始化值归零；

步骤c，控制系统控制主轴110朝向PCB板200的加工表面201下移高度值h+K，并开始进行盲锣加工；

步骤d，如果PCB板200的加工表面201不平整，压脚140会沿着PCB板200的加工表面201上下移动，同时读数头150实时检测压脚140的高度值，并将信号的变化反馈给加工表面201控制系统，控制系统根据压脚140的位移值对主轴110的高度值进行自动补偿，达到实时监控盲锣加工功能。

在其中一个实施例中，该步骤a进一步包括：

步骤a1，提供一刀具检测器160，刀具检测器160包括壳体161及用于发射一束光线的检测光源163，壳体161具有平直的上表面161a，检测光源163发射出的光束163a平行于壳体161的上表面161a，并且壳体161的上表面161a与光束163a之间的距离值为固定值；

步骤a2，将刀具检测器160的壳体161的上表面161a与压脚140正对设置，控制系统控制主轴110带动压脚140、读数头150及刀具120整体下移，直至压脚140的下表面145刚好接触到壳体161的上表面161a，同时读数头150发送一个突变触发信号给控制系统，控制系统将读数头150的初始化值归零；

步骤a3，控制系统控制主轴110继续下移，压脚140与壳体161的上表面161a抵接而停止移动，当刀具120的刀尖刚好接触到检测光源163发射的光束163a时，刀具检测器160反馈一个触控信号给控制系统，控制系统记录读数头150的当前累加值h1，当前累加值h1为压脚140刚好接触到刀具检测器160的壳体161的上表面161a后，主轴110继续下移至刀具120的刀尖接触到检测光源163发射的光束163a时的距离值；

步骤a4，获取壳体161的上表面161a与光束163a之间的距离值h2，并计算刀具120的刀尖至压脚140的下表面145的高度值h=h1-h2。

需要说明的是，刀具检测器160的具体结构在本发明中不受限制，其可以根据具体情况改变，例如，当检测光源163为设于壳体161内部的激光发射器，刀具检测器160还包括用于接收激光的光电开关接收器及用于根据光电开关接收器的信号接收状况计算刀具120直径的控制模块。

另外，壳体161内设置有挡板，挡板上开设有用于限制激光通过量的小孔；壳体161上还开设有便于激光射出的出光孔和便于光电开关接收器接收激光的接收孔；在出光孔和接收孔处分别设置有用于遮挡粉尘的透明窗口片。

窗口片的设置位置可不受限制，例如，窗口片设置在壳体161内侧，并且窗口片为采用熔石英制成的片状结构。或者，窗口片固定设置在出光孔与接收孔处。或者，窗口片可拆卸的设置在出光孔与接收孔处。

以下举例说明刀具检测器160的具体结构。

本实施例的刀具检测器160，包括壳体161，在壳体161内部设置有用于发射激光的激光发射器和用于接收激光的光电开关接收器。刀具检测器160还包括用于根据光电开关接收器的信号接收状况计算电路板钻孔机刀具120直径的控制模块。在壳体161内设置有挡板，挡板上开设有用于限制激光通过量的小孔，在壳体161上还开设有便于激光射出的出光孔和便于光电开关接收器接收激光的接收孔。其中，在出光孔和接收孔处分别设置有透明窗口片，该透明窗口片可供激光穿过，并能遮挡外界的粉尘。由于小孔直径很小，通过在壳体161上增设出光孔和接收孔，可以便于安装窗口片，不会堵住小孔。使用时，可定期对窗口片进行清洁，这样不仅解决了挡板上小孔堵塞及被风化的问题，且能提高刀具检测器160的测量精度。

进一步地，壳体161的上表面开设有供刀具120插入的检测口（图未标），壳体161对应所述检测口的内侧壁上设有加强筋，以提高壳体161的结构强度，防止压脚140施加过大的压力而压坏壳体161。

进一步地，压脚140上设有压力传感器，压力传感器用于检测压脚140施加给PCB板的加工表面或刀具检测器的壳体161的上表面的压力，当压力传感器检测到的压力值大于预设压力值，控制系统控制气缸130停止驱动压脚140下移，以避免压脚140下移过度而损坏刀具检测器或PCB板。

在进一步的实施例中，将窗口片设置在壳体161的内侧并遮挡住出光孔和接收孔，这样可以保证刀具检测器160壳体161外部看起来更加美观。但是由于将窗口片设置在壳体161内侧后，窗口片朝向壳体161外侧的部分分别与出光孔和接收孔的孔壁交接的地方为直角，其转角曲率半径小，曲率大，静电集中，导致灰尘容易附着在窗口片上，使得窗口片被污染的频率很高。因此，优选地，将窗口片设置在壳体161的外侧并遮挡住出光孔和接收孔，这样可将壳体161与窗口片交界处直角转移到窗口片侧面，而这个位置即使静电集中、灰尘重，也不会影响窗口片的清洁，使得窗口片不容易附着灰尘。

经测试，将窗口片设置在壳体161外侧后，大概一个月才需要对窗口片清洁一次。

上述各实施例中，对窗口片在壳体161上的设置方式不作限制。可将窗口片固定设置在壳体161上的出光孔和接收孔处，例如采用胶水粘粘的方式进行固定；也可采用可拆卸的方式将窗口片设置在壳体161上的出光孔和接收孔处。当采用可拆卸的方式设置时，则可以定期将窗口片拆下，同时对窗口片和出光孔、接收孔进行清理。

优选地，上述各实施例中的窗口片为采用熔石英制成的片状结构。在清洁窗口片时可采用酒精，由于熔石英硬度大，不易出现擦伤现象，因此不会影响激光的发射及接收，保证了刀具检测器160测量的准确性。

综上所述，通过在刀具检测器160的壳体161上设置用于遮挡粉尘的窗口片，可以的定期清洁窗口片，解决了挡板上的小孔堵塞及被风化的问题，保证刀具检测器160能准确检测刀具120的直径。

以下结合附图具体说明上述PCB钻锣机的盲锣加工方法。

请参阅图3及图4，PCB钻锣机100先把压脚140、主轴110、读数头150、刀具120的整体结构移至刀具检测器160中心，压脚140、主轴110、读数头150、刀具120整体结构向下移动至压脚140下表面145刚好接触到刀具检测器160的上表面161a，同时读数头150有一个突变触发信号至PCB钻锣机100的控制系统，PCB钻锣机100的控制系统将读数头150的位移值初始化为零。

请参阅图5至图7，PCB钻锣机100的控制系统控制主轴110继续向下移动，压脚140已经接触到刀具检测器160，因此向下移动的只有主轴110和刀具120，直到刀具120的刀尖刚好接触刀具检测器160的光束163a，同时刀具检测器160会反馈一个信号给PCB钻锣机100的控制系统，控制系统会记录读数头150的当前累加值h1，即为压脚140碰到刀具检测器160后主轴110继续往下移动到刀尖接触刀具检测器160的光束163a的距离值。其中，刀具检测器160的上表面161a与光束163a之间的距离是一个已知固定值h2，因此控制系统会自动算出刀具120的刀尖至压脚140下表面145的高度值h=h1-h2。

请参阅图8，当PCB钻锣机100需要进行盲锣时，设定盲锣深度值为K，则当锣板时压脚140刚好接触到PCB板200的加工表面201时，读数头150有一个突变触发信号至控制系统，控制系统初始化读数头150的位移值为零，然后再向下移高度值h+k即可进行盲锣加工。

如果PCB板200的加工表面201不平整，在锣板的过程中，压脚140会沿着PCB板200的加工表面201上下移动，同时读数头150也会检测信号变化反馈给PCB钻锣机100的控制系统，控制系统对主轴110的高度值进行自动补偿，达到实时监控盲锣加工功能，例如：当在主轴110往PCB板200的右边盲锣运行时，PCB板200的加工表面201越来越低，压脚140受气缸130的作用力向下压也会跟随PCB板200的加工表面201向下移，因此读数头150同时也向下移动，读数头150将位移值反馈给控制系统，控制系统控制主轴110也往下移动相应的位移值，保持一致的盲锣深度k。

相较于传统的PCB钻锣机，上述PCB钻锣机及其盲锣加工方法至少具有以下优点：

（1）上述PCB钻锣机通过在主轴位于刀具的下方设置压脚，压脚抵接PCB板的加工表面，并在压脚上设置读书头，用于实时监控压脚的位移值，从而实时对主轴的高度进行补充，以提高PCB钻锣机的加工精度。

（2）通过刀具检测器在盲锣前对刀具的刀尖与压脚的下表面距离的检测，排出压脚磨损或刀具长度不一带来的精度误差，从而进一步地提高PCB钻锣机的加工精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种PCB钻锣机，其特征在于，包括：

主轴；

刀具，固定在所述主轴的驱动端，所述主轴带动所述刀具上下移动；

气缸，安装在所述主轴上；

压脚，与所述气缸的驱动轴固定连接，所述气缸驱动所述压脚相对于所述主轴上下移动，所述压脚用于抵接PCB板的加工表面；及

读数头，安装在所述压脚上，用于测量所述压脚相对于所述主轴的位移值；

其中，所述主轴可带动所述刀具、所述压脚及所述读数头一起向下移动，并且所述主轴在所述压脚被抵接物所阻挡时可继续向下移动。

2.如权利要求1所述的PCB钻锣机，其特征在于，所述压脚包括筒体及设于所述筒体的外表面的连接凸耳，所述气缸的驱动轴与所述连接凸耳连接，所述刀具可穿过所述筒体。

3.如权利要求2所述的PCB钻锣机，其特征在于，所述连接凸耳为两个，并且相对设置在所述筒体的一端开口的外表面，另一端为抵接端；所述气缸为两个，并且所述两个气缸的驱动轴分别与所述两个连接凸耳连接。

4.一种PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，其采用如权利要求1～3任一项所述的PCB钻锣机，所述盲锣加工方法包括如下步骤：

获取所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值；

预设盲锣深度值，当所述压脚刚好接触到所述PCB板的加工表面时，所述读数头发送一个突变触发信号至所述PCB钻锣机的控制系统，所述控制系统将所述读数头的初始化值归零；及

所述控制系统控制所述主轴朝向所述PCB板的加工表面下移，下移的高度值等于所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值与所述预设盲锣深度值之和，并开始进行盲锣加工。

5.如权利要求4所述的PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，所述获取刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值的步骤包括：

提供一刀具检测器，所述刀具检测器包括壳体及用于发射一束光线的检测光源，所述壳体具有平直的上表面，所述检测光源发射出的光束平行于所述壳体的上表面，并且所述壳体的上表面与所述光束之间的距离值为固定值；

将所述刀具检测器的壳体的上表面与所述压脚正对设置，所述控制系统控制所述主轴带动所述压脚、读数头及刀具整体下移，直至所述压脚的下表面刚好接触到所述壳体的上表面，同时所述读数头发送一个突变触发信号给所述控制系统，所述控制系统将所述读数头的初始化值归零；

所述控制系统控制所述主轴继续下移，所述压脚与所述壳体的上表面抵接而停止移动，当所述刀具的刀尖刚好接触到所述检测光源发射的光束时，所述刀具检测器反馈一个触控信号给所述控制系统，所述控制系统记录所述读数头的当前累加值，所述当前累加值为所述压脚刚好接触到所述刀具检测器的壳体的上表面后，所述主轴继续下移至所述刀具的刀尖接触到所述检测光源发射的光束时的距离值；

获取所述壳体的上表面与所述光束之间的距离值，并计算所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值，所述刀具的刀尖至所述压脚的下表面的高度值为所述当前累加值与所述壳体的上表面与所述光束之间的距离值的差值。

6.如权利要求5所述的PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，所述检测光源为设于所述壳体内部的激光发射器，所述刀具检测器还包括用于接收所述激光的光电开关接收器及用于根据所述光电开关接收器的信号接收状况计算所述刀具直径的控制模块。

7.如权利要求6所述的PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，所述壳体内设置有挡板，所述挡板上开设有用于限制所述激光通过量的小孔；所述壳体上还开设有便于所述激光射出的出光孔和便于所述光电开关接收器接收所述激光的接收孔；在所述出光孔和所述接收孔处分别设置有用于遮挡粉尘的透明窗口片。

8.如权利要求5所述的PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，所述壳体的上表面开设有供所述刀具插入的检测口，所述壳体对应所述检测口的内侧壁上设有加强筋。

9.如权利要求5所述的PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，所述压脚上设有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述压脚施加给所述PCB板的加工表面或所述刀具检测器的壳体的上表面的压力，当所述压力传感器检测到的压力值大于预设压力值，所述控制系统控制所述气缸停止驱动所述压脚下移。

10.如权利要求4所述的PCB钻锣机的盲锣加工方法，其特征在于，还包括：

如果所述PCB板的加工表面不平整，所述压脚会沿着所述PCB板的加工表面上下移动，同时所述读数头实时检测所述压脚的高度值，并将信号的变化反馈给所述控制系统，所述控制系统根据所述压脚的位移值对所述主轴的高度值进行自动补偿，达到实时监控盲锣加工功能。

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