CN108273760A - 一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统及检测方法，该检测系统包括底板、架体、背光运行机构、照相机、真空吸盘机械手和主控设备，真空吸盘机械手包括第一驱动机构、第二驱动机构和抓取装置，第一驱动机构与架体连接，照相机设置于架体上部，第一驱动机构与第二驱动机构连接，抓取装置包括真空吸盘、第一传感器、真空管和吸盘支架，真空吸盘固定安装于真空管的一端，真空管可活动地与吸盘支架连接，吸盘支架与第二驱动机构连接，第一传感器设置于吸盘支架上；主控设备分别与背光运行机构、照相机、第一驱动机构、第二驱动机构、第一传感器电连接。本发明的检测系统具有生产效率高和检测合格率高的优点。

Description

一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，具体涉及一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统及检测方法。

背景技术

随着微电子技术的进步，微加工工艺的特征线宽已达亚微米级，一块基板上可以集成106～109个以上元件，电路工作的速度越来越快、频率越来越高，这对基板材料的性能提出了更高的要求。作为混合集成电路(HIC)和多芯片组件(MCM)的关键材料之一，陶瓷基板占其总成本的60％左右。陶瓷基片发展的总方向是低介电常数、高热导率和低成本化。

陶瓷基片，又称陶瓷基板，是以电子陶瓷为基底，对膜电路元件及外贴切元件形成一个支撑底座的片状材料。陶瓷基片已经广泛应用于汽车电路、仪器仪表、电源调节器、电位器式扭矩传感器等。作为一个电子部件，它是在三氧化二铝陶瓷基板或FR4等PCB板上，通过厚膜混合集成电路经过丝网印刷、摊平、烧制等生产工艺技术，在基板表面形成良好表面接触电阻、高耐磨寿命的电路图形。陶瓷基板性能的好坏直接决定着整个电器系统的质量和使用寿命。

现有的陶瓷基片检测技术都是通过人工拿取陶瓷基片，再使用高倍显微镜或放大镜进行检测，在检测过程中，通过人工在高倍显微镜或放大镜下来回移动陶瓷基片进行观察，由于每个人的技能存在差异，致使检测的效率低和产品的合格率差异较大，人工检测的效率低，而且人眼长期观测高倍显微镜，容易出现视觉疲劳，造成误检，导致不必要的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统及检测方法，用以解决现有检测技术中人工检测效率低和产品的合格率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，所述用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统包括底板、架体、背光运行机构、照相机、真空吸盘机械手和主控设备，所述架体、背光运动机构均设置于所述底板的上表面，所述真空吸盘机械手包括第一驱动机构、第二驱动机构和抓取装置，所述第一驱动机构与所述架体连接，所述照相机设置于所述架体上部且位于所述背光运行机构的上方，所述第一驱动机构与所述第二驱动机构连接，所述抓取装置包括真空吸盘、第一传感器、真空管和吸盘支架，所述真空吸盘固定安装于所述真空管的一端，并与所述真空管连通，所述真空管可活动地与所述吸盘支架连接，所述吸盘支架与所述第二驱动机构连接，所述第一传感器设置于所述吸盘支架上，用于感应陶瓷基片与所述吸盘支架之间的距离；所述主控设备分别与背光运行机构、照相机、第一驱动机构、第二驱动机构、第一传感器电连接。

优选的，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构分别为第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机，所述第一丝杆步进电机的滑块与所述第二丝杆步进电机连接，所述第二丝杆步进电机的滑块与所述吸盘支架连接。

优选的，所述吸盘支架上设置有固定套管，所述真空管可活动地穿设于所述固定套管中。

优选的，所述第一传感器为电感式接近开关，所述真空管的另一端设置有第一感应块。

优选的，所述第二丝杆步进电机上设置有与所述主控设备电连接的第二传感器，所述第二传感器为电感式接近开关，所述第二丝杆步进电机的滑块上设置有第二感应块。

优选的，所述背光运行机构包括第三驱动机构、第四驱动机构和检测平台，所述第三驱动机构设置于所述底板的上表面，所述第三驱动机构与所述第四驱动机构连接，所述主控设备分别与第三驱动机构、第四驱动机构电连接，所述第三驱动机构驱动所述第四驱动机构沿方向X运动，所述检测平台包括壳体、半透明导光板和光源，所述壳体上部设置有透光窗，所述壳体的底部与所述第四驱动机构连接，所述第四驱动机构驱动所述检测平台沿方向Y运动，所述光源安装于所述壳体的内部，所述半透明导光板安装于所述壳体的内部或外部并将所述透光窗全部覆盖。

优选的，所述第三驱动机构和第四驱动机构分别为第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机，所述第三丝杆步进电机沿方向X设置，所述第四丝杆步进电机沿方向Y设置，所述第三丝杆步进电机的滑块与所述第四丝杆步进电机连接，所述第四丝杆步进电机的滑块与所述壳体的底部连接。

优选的，所述底板的上表面还设置有陶瓷基片收纳盒，所述陶瓷基片收纳盒内部设置有合格产品料盒、次品料盒和待检测物料盒。

优选的，所述半透明导光板的材质为亚克力。

相对应的，本发明还提供一种用于陶瓷基片厚膜线路板印刷质量检测的检测方法，所述用于陶瓷基片厚膜线路板印刷质量检测的检测方法包括以下步骤：

步骤a，所述真空吸盘机械手将待检测物料盒中的陶瓷基片放入所述壳体的上部，所述光源对陶瓷基片进行打光，使陶瓷基片的轮廓和线路清晰；

步骤b，所述照相机获取陶瓷基片的图像信息，并将其转化成数字信号发送至相机控制模块；

步骤c，所述相机控制模块提取目标特征信息，并将目标特征信息与预先设定好的标准特征信息进行比对；若目标特征信息与标准特征信息之间的差异小于预设阀值，则所述主控设备控制所述真空吸盘机械手将陶瓷基片放入所述合格产品料盒中；若目标特征信息与标准特征信息之间的差异大于预设阀值，则将陶瓷基片放入次品料盒中。

本发明具有如下优点：

1、自动化程度高和效率高

本发明的用于陶瓷基片检测的背光运行机构从开始的取料，移动至工业相机检测位置，再到按程序设定要求移动至拍摄位置，以及最后移动至放料位置，全部由步进伺服系统完成，无需人工参与，降低人力成本，提高生产效率的同时，还提高了产品的合格率。

2、智能化程度高

本发明的用于陶瓷基片检测的背光运行机构可以通过修改软件和控制程序改变检测位置和检测范围大小，便于检测不同尺寸的基片，满足不同精度的要求。

附图说明

图1为本发明用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统的立体结构示意图。

图2为本发明用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统的主视结构示意图。

图3为本发明用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统的侧视结构示意图。

图4为本发明真空吸盘机械手的结构示意图。

图5为本发明用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统去掉部分金属杆后的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，该用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统包括底板16、架体17、背光运行机构18、照相机21、真空吸盘机械手19和主控设备20。

底板16呈矩形板状结构，架体17是由多根设置于底板16上表面的金属杆构成，金属杆与底板16通过螺栓或焊接连接，金属杆与金属杆之间通过螺钉或焊接连接。

主控设备20安装于架体17上部的机箱内，主控设备20包括电源模块、可编程控制器、电机驱动模块、相机控制模块、光源控制模块和气动控制模块，可编程控制器即PLC，可编程控制器分别与电机驱动模块、相机控制模块、气动控制模块电连接，可编程控制器通过电机驱动模块分别与四个丝杆步进电机电连接，可编程控制器按照程序指令控制四个丝杆电机转动。电源模块分别与可编程控制器、电机驱动模块和光源控制模块电连接，电源模块用于输出不同的低压直流电。光源控制模块与光源电连接，光源控制模块用于输出特定的电压电流以驱动光源工作。

如图2、3、5所示，真空吸盘机械手19包括第一驱动机构7、第二驱动机构8和抓取装置15，第一驱动机构7和第二驱动机构8分别为第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机，第一丝杆步进电机沿方向U设置架体17的上部，第一丝杆步进电机的基座通过螺钉与金属杆连接，螺钉连接可方便丝杆步进电机的拆卸和安装，第二丝杆步进电机沿方向Z设置，第一丝杆步进电机的滑块与第二丝杆步进电机的基座通过螺栓连接，方向U与方向Z垂直，方向U与方向X平行，当第一丝杆步进电机转动时，第一丝杆步进电机可驱动第二丝杆步进电机及抓取装置15沿方向U运动。第二丝杆步进电机的滑块与吸盘支架154通过螺栓连接，当第二丝杆步进电机转动时，第二丝杆步进电机可驱动抓取装置15沿方向Z运动。

抓取装置15包括真空吸盘5、第一传感器152、真空管153和吸盘支架154，真空吸盘5呈圆柱形或圆锥形，真空吸盘5的外周面开设有三条凹槽14，当然也可以根据实际需要设置四条、五条或更多的凹槽14，三条凹槽14由真空吸盘5的一端向另一端依次排列。每条凹槽14的宽度相同，且每条凹槽14的中心轴与真空吸盘5的中心轴在同一直线上。真空吸盘5的上端和下端均开设有端口，真空吸盘5的材质为橡胶或硅胶，真空吸盘5的上端口套设于真空管153的一端，并使用螺母固定，真空吸盘5与真空管153连通，真空管153的另一端通过管线与真空机或负压设备连接。当真空吸盘5受到挤压时，凹槽14挤压变形，真空吸盘5内的空气被排出。吸盘支架154为L型金属构件，吸盘支架154通过螺栓与第二丝杆步进电机的滑块连接，吸盘支架154上设置有通孔，固定套管12为一段空心的金属管，固定套管12的外周面设置有螺纹，固定套管12通过与螺母配合固定安装于通孔内，真空管153的外径小于固定套管12的内径，真空管153可活动地穿设于固定套管12中，真空管153可在固定套管12中上下活动，第一感应块155通过螺栓固定于真空管153的另一端，第一感应块155为金属块，第一感应块155可防止真空管153从固定套管12中掉落。第一传感器152用于感应物件与吸盘支架154之间的距离，第一传感器152通过螺钉安装于吸盘支架154上，第一传感器152为电感式接近开关，第一传感器152与可编程控制器电连接，当第一感应块155进入第一传感器152的感应范围时，第一传感器152导通并向可编程控制器发送电信号，可编程控制器通过气动控制模块控制真空控制阀打开或关闭，从而使真空吸盘5将陶瓷基片吸合在其下端口或将陶瓷基片放置于检测平台3上。进一步的，第二传感器13通过螺钉固定安装于第二丝杆步进电机的基座上，第二传感器13同样也为电感式接近开关，型号为SN04-N，第二传感器13与可编程控制器电连接，第二丝杆步进电机的滑块上设置有第二感应块156。第二丝杆步进电机的滑块向上运动，当第二感应块156进入第二传感器13的感应范围时，第二传感器13导通并向可编程控制器发送电信号，主控控制第二丝杆步进电机停止转动，此时，真空吸盘5停留在预设的高度。

如图4所示，背光运行机构18包括第三驱动机构1、第四驱动机构2和检测平台3。第三驱动机构1和第四驱动机构2在本实施例中分别为第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机，丝杆步进电机具有噪音小和精度高的优点，当然也可以使用直线电机或气缸，优先项为丝杆步进电机。可编程控制器通过电机驱动模块分别控制第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机的转动。第三丝杆步进电机沿方向X设置与底板16的上表面，并通过螺钉固定，第四丝杆步进电机沿方向Y设置，第三丝杆步进电机的滑块4通过螺钉与第四丝杆步进电机连接，当第三丝杆步进电机转动时，第三丝杆步进电机可驱动第四丝杆步进电机和检测平台3沿方向X运动，第四丝杆步进电机的滑块4通过螺钉与壳体31的底部连接。当第四丝杆步进电机转动时，第四丝杆步进电机可驱动壳体31沿方向Y运动，无论是第三丝杆步进电机还是第四丝杆步进电机，其转动的速度、滑块4移动的位置和范围可通过修改软件和控制程序进行设定，从而提高其智能化水平，便于检测不同尺寸的基片，满足不同精度的要求。

检测平台3包括壳体31、半透明导光板32和光源，壳体31呈长方体或正方体，光源安装于壳体31的内部，壳体31上开设有穿线孔，光源通过穿线孔中的导线与光源控制模块电连接，光源为多颗LED灯珠组成环形光源，型号为RIN-90-4R-0B，该光源具有体积小、能耗低和亮度高的优点。壳体31的上部设置有透光窗，透光窗为矩形透光窗，透光窗的尺寸大于基于陶瓷基片的尺寸，当然透光窗的形状也可以为圆形或多边形，具体根据陶瓷基板的形状确定。半透明导光板32通过胶粘、螺钉或卡件固定安装于壳体31的内部或外部并将透光窗全部覆盖，半透明导光板32的材质为亚克力。LED灯珠发出的光线透过半透明导光板32后从底部照射陶瓷基板，使陶瓷基板的轮廓和线条清晰，方便照相机21对陶瓷基板进行拍摄。

照相机21与相机控制模块电连接，照相机21用于获取陶瓷基片的图像信息，并将其转化成数字信号发送至相机控制模块，照相机21通过螺钉固定于架体17上部且位于背光运行机构18的上方，照相机21与检测平台3的上表面垂直。在本实施例中照相机21选用大恒相机，其型号为MER-1070-14U3M-L，该相机采用Opencv软件编制图形分析程序进行分析运算，相机具有500万像素，可保证检测系统的检测精度可以达到0.0129mm，该相机的光学镜头为Computar镜头，焦距为200mm，型号为M2514-MP2。为了进一步提高检测系统的检测精度，也可选用像素为1000万像素的相机，或者采用两台或多台照相机21组合，以便获取更清晰的陶瓷基片图像信息。

陶瓷基片收纳盒呈长方体，陶瓷基片收纳盒的内部通过隔板分隔成三个仓室，既左侧的合格产品料盒、中间的次品料盒和右侧的待检测物料盒。陶瓷基片收纳盒可保证陶瓷基片整齐叠放在其内部，方便陶瓷基片的存取。

用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统的工作过程：

1、检测前将待检测的陶瓷基片放入中间的待检测物料盒6工位中。

2、启动电源系统，所有伺服电机回归零点。

3、第二丝杆步进电机转动，第二丝杆步进电机的滑块带动吸盘支架154向下运动。

4、当真空吸盘5碰到陶瓷基片时，真空吸盘5与真空管153停止运动，此时，第二丝杆步进电机的滑块以及吸盘支架154还在继续向下运动。

5、当第一感应块155进入第一传感器152的感应范围时，可编程控制器控制真空控制阀打开，使得真空吸盘5内处于真空状态，从而使真空吸盘5将陶瓷基片吸合在真空吸盘5的下端口。

6、第二丝杆步进电机反向转动，第二丝杆步进电机转动的带动吸盘支架154向上运动。

7、当第二感应块156进入第二传感器13的感应范围时，可编程控制器控制第二丝杆步进电机停止转动，此时，真空吸盘5停留在预设的高度。

8、背光运行机构18的第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机工作，驱动检测平台3移动至真空吸盘5的下方。

9、第二丝杆步进电机转动，第二丝杆步进电机的滑块带动吸盘支架154向下运动，陶瓷基片接触到检测平台3时，真空吸盘5与真空管153停止运动，此时，第二丝杆步进电机的滑块带动吸盘支架154继续向下运动。

10、当第一感应块155进入第一传感器152的感应范围时，可编程控制器控制真空控制阀关闭，使得真空吸盘5内部的真空消失，从而将陶瓷基片放置在检测平台3的上部。

11、第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机工作驱动检测平台3移动至照相机21的下方，照相机21拍照获取陶瓷基片的图像信息。

12、第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机工作驱动检测平台3再次移动至真空吸盘5的下方。

13、吸盘吸取检测完毕后的陶瓷基片后，第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机工作驱动真空吸盘5将陶瓷基片移动至完工工位的上方，如果系统检测陶瓷基片合格，将陶瓷基片放入左侧的合格产品料盒10中；如果系统检测陶瓷基片不合格，则将陶瓷基片放入右侧的次品料盒11中。

本发明的还提供一种用于陶瓷基片厚膜线路板印刷质量检测的检测方法，用于陶瓷基片厚膜线路板印刷质量检测的检测方法包括以下步骤：

步骤a，真空吸盘机械手19将待检测物料盒中的陶瓷基片放入壳体的上部，光源对陶瓷基片进行打光，使陶瓷基片的轮廓和线路清晰；

在执行步骤a之前，还需要建立标准特征信息，具体步骤如下：将一个合格的陶瓷基片放入壳体的上部，照相机21获取陶瓷基片的图像信息，并将其转化成数字信号发送至相机控制模块，相机控制模块提取目标特征信息，并将目标特征信息存储在相机控制模块的存储模块中，作为后续判断的依据。

步骤b，照相机21获取陶瓷基片的图像信息，并将其转化成数字信号发送至相机控制模块；

步骤c，相机控制模块提取目标特征信息，并将目标特征信息与预先设定好的标准特征信息进行比对；若目标特征信息与标准特征信息之间的差异小于预设阀值，则主控设备20控制真空吸盘机械手19将陶瓷基片放入合格产品料盒中；若目标特征信息与标准特征信息之间的差异大于预设阀值，则将陶瓷基片放入次品料盒中。

预设阀值具体可以根据实际需要进行确定，预设阀值越大，检测的产品合格率也就越高。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，所述用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统包括底板、架体、背光运行机构、照相机、真空吸盘机械手和主控设备，其特征在于，所述架体、背光运动机构均设置于所述底板的上表面，所述真空吸盘机械手包括第一驱动机构、第二驱动机构和抓取装置，所述第一驱动机构与所述架体连接，所述照相机设置于所述架体上部且位于所述背光运行机构的上方，所述第一驱动机构与所述第二驱动机构连接，所述抓取装置包括真空吸盘、第一传感器、真空管和吸盘支架，所述真空吸盘固定安装于所述真空管的一端，并与所述真空管连通，所述真空管可活动地与所述吸盘支架连接，所述吸盘支架与所述第二驱动机构连接，所述第一传感器设置于所述吸盘支架上，用于感应陶瓷基片与所述吸盘支架之间的距离；所述主控设备分别与背光运行机构、照相机、第一驱动机构、第二驱动机构、第一传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构分别为第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机，所述第一丝杆步进电机的滑块与所述第二丝杆步进电机连接，所述第二丝杆步进电机的滑块与所述吸盘支架连接。

3.根据权利要求2所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述吸盘支架上设置有固定套管，所述真空管可活动地穿设于所述固定套管中。

4.根据权利要求2所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述第一传感器为电感式接近开关，所述真空管的另一端设置有第一感应块。

5.根据权利要求2所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述第二丝杆步进电机上设置有与所述主控设备电连接的第二传感器，所述第二传感器为电感式接近开关，所述第二丝杆步进电机的滑块上设置有第二感应块。

6.根据权利要求1所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述背光运行机构包括第三驱动机构、第四驱动机构和检测平台，所述第三驱动机构设置于所述底板的上表面，所述第三驱动机构与所述第四驱动机构连接，所述主控设备分别与第三驱动机构、第四驱动机构电连接，所述第三驱动机构驱动所述第四驱动机构沿方向X运动，所述检测平台包括壳体、半透明导光板和光源，所述壳体上部设置有透光窗，所述壳体的底部与所述第四驱动机构连接，所述第四驱动机构驱动所述检测平台沿方向Y运动，所述光源安装于所述壳体的内部，所述半透明导光板安装于所述壳体的内部或外部并将所述透光窗全部覆盖。

7.根据权利要求6所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述第三驱动机构和第四驱动机构分别为第三丝杆步进电机和第四丝杆步进电机，所述第三丝杆步进电机沿方向X设置，所述第四丝杆步进电机沿方向Y设置，所述第三丝杆步进电机的滑块与所述第四丝杆步进电机连接，所述第四丝杆步进电机的滑块与所述壳体的底部连接。

8.根据权利要求6所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述底板的上表面还设置有陶瓷基片收纳盒，所述陶瓷基片收纳盒内部设置有合格产品料盒、次品料盒和待检测物料盒。

9.根据权利要求6所述的用于厚膜线路板印刷质量检测的检测系统，其特征在于，所述半透明导光板的材质为亚克力。

10.一种用于陶瓷基片厚膜线路板印刷质量检测的检测方法，其特征在于，所述用于陶瓷基片厚膜线路板印刷质量检测的检测方法包括以下步骤：

步骤a，所述真空吸盘机械手将待检测物料盒中的陶瓷基片放入所述壳体的上部，所述光源对陶瓷基片进行打光，使陶瓷基片的轮廓和线路清晰；

步骤b，所述照相机获取陶瓷基片的图像信息，并将其转化成数字信号发送至相机控制模块；

步骤c，相机控制模块提取目标特征信息，并将目标特征信息与预先设定好的标准特征信息进行比对；若目标特征信息与标准特征信息之间的差异小于预设阀值，则所述主控设备控制所述真空吸盘机械手将陶瓷基片放入所述合格产品料盒中；若目标特征信息与标准特征信息之间的差异大于预设阀值，则将陶瓷基片放入次品料盒中。