CN108844483A - 控深孔的测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

一种控深孔的测量方法及测量装置，其中控深孔的测量方法，包括如下步骤：采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。上述控深孔的测量方法，通过采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。如此，通过激光传感器非接触式即可测出控深孔的深度，相较于传统采用切片测定控深孔深度的方法，上述控深孔的测量方法，直接将激光传感器对准控深孔测定即可，操作过程较为简单便捷，测量时间较短，能够缩短控深钻的测量等待时间，从而能够提高生产效率。

Description

控深孔的测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及钻孔技术领域，特别是涉及一种控深孔的测量方法及测量装置。

背景技术

控深孔，即采用控深钻在PCB产品指定位置上钻要求深度的孔，有严格的深度要求，并不要求钻穿。

然而，在采用控深钻进行钻孔作业时，为了精确地控制钻孔的深度，通常控深钻以板面导电介质，如基板的铝片、铜面等，接触初始位置为零点开始计算深度h，再继续按机器计算给定值往下钻到目标深度H。此控制关键为接触触发信号翻转时的Z轴位置，信号未到达提前触发则漏孔或孔浅，信号滞后触发则导致孔过深乃至于钻成通孔。

为了校正控深钻实际使用中的误差，目前需要通过预先采用控深钻进行试钻，根据试钻出来的孔深来对控深钻进行变更补偿，补偿之后再进行批量作业。而在对试钻出的控深孔进行分析的过程中，对于孔径较小的孔，通常只能沿孔直径方向切开工件，即采取切片的操作，对孔的剖面进行测量得到孔深。切片分析的过程，操作过程较为繁琐，且需要耗费大量的时间与人员精力，并且在切片结果出来之前，控深钻无法继续作业，严重影响生产效率。

发明内容

基于此，有必要提供一种操作过程较为便捷、能够缩短测量等待时间以及能够提高生产效率的控深孔的测量方法及测量装置。

一种控深孔的测量方法，包括如下步骤：

采用激光传感器采集控深孔的光学图像；

根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。

在其中一个实施例中，所述激光传感器为激光测距传感器。

在其中一个实施例中，所述激光测距传感器发射的激光的波长为670纳米。

在其中一个实施例中，所述激光测距传感器为LMS型双脉冲激光测距传感器。

在其中一个实施例中，所述控深孔的光学图像为控深孔的激光光斑图像。

在其中一个实施例中，所述根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度，具体为：

对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像；

根据背景抑制图像，确定控深孔的深度。

一种控深孔的测量装置，包括：激光传感器及确定模块；

所述激光传感器用于采集控深孔的光学图像；

所述确定模块用于根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。

在其中一个实施例中，所述激光传感器为激光测距传感器。

在其中一个实施例中，控深孔的测量装置还包括背景抑制处理模块，所述背景抑制处理模块用于对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像；

所述确定模块用于根据背景抑制图像，确定控深孔的深度。

在其中一个实施例中，所述激光传感器用于采集控深孔的激光光斑图像。

上述控深孔的测量方法，通过采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。如此，通过激光传感器非接触式即可测出控深孔的深度，相较于传统采用切片测定控深孔深度的方法，上述控深孔的测量方法，直接将激光传感器对准控深孔测定即可，操作过程较为简单便捷，测量时间较短，能够缩短控深钻的测量等待时间，从而能够提高生产效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的控深孔的测量方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，附图中给出了本发明的较佳实施方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。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，并不表示是唯一的实施方式。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。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，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。

一个实施例中，一种控深孔的测量方法，包括如下步骤：采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。上述控深孔的测量方法，通过采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。如此，通过激光传感器非接触式即可测出控深孔的深度，相较于传统采用切片测定控深孔深度的方法，上述控深孔的测量方法，直接将激光传感器对准控深孔测定即可，操作过程较为简单便捷，测量时间较短，能够缩短控深钻的测量等待时间，从而能够提高生产效率。又如，所述控深孔也可理解为盲孔。

为了进一步说明上述控深孔的测量方法，又一个例子是，请参阅图1，控深孔的测量方法，包括如下步骤：

S100：采用激光传感器采集控深孔的光学图像；

在其中一个实施例中，所述激光传感器为激光测距传感器。又如，采用激光测距传感器采集控深孔的光学图像。又如，所述控深孔的光学图像为控深孔的激光光斑图像。又如，采用激光测距传感器的控深孔的激光光斑图像。

进一步地，在其中一个实施例中，采用激光传感器采集控深孔的光学图像之前，所述测量方法还包括步骤：采用控深钻进行试钻；进一步地，采用控深钻进行试钻之后，以及采用激光传感器采集控深孔的光学图像之前，所述测量方法还包括步骤：负压清理控深孔。

需要说明的是，激光测距传感器，其为现有技术，其测定原理是，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。需要说明的是，如何采用激光测距传感器获取控深孔的激光光斑图像，请参见现有技术。例如，可以参阅知网文献“基于图像传感器的激光测距方法研究”，苏煜伟等，《机械与电子》，2013-01-24。

在其中一个实施例中，所述激光测距传感器发射的激光的波长为670纳米。又如，所述激光测距传感器为LMS型双脉冲激光测距传感器。如此，能够较为精准地获取控深孔的光学图像，能够提高后续得到的控深孔的深度的精度。

在其中一个实施例中，激光传感器用于对准控深孔的位置。又如，激光传感器距离探深孔的距离为0.01米～1米，优选的，光传感器距离探深孔的距离为0.01米～0.5米，如此，能够更为精准地获取控深孔的光学图像，能够提高后续得到的控深孔的深度的精度。

S200：根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。

例如，将激光传感器连接到主机，主机根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。主机来对控深孔的光学图像进行分析，从而能够确定控深孔的深度。又如，所述主机也可理解为处理器或者控制器。

需要说明的是，在确定控深孔的深度之后，可以根据控深孔的深度来对控深钻进行补偿，从而来校正控深钻。

上述控深孔的测量方法，通过采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。如此，通过激光传感器非接触式即可测出控深孔的深度，相较于传统采用切片测定控深孔深度的方法，上述控深孔的测量方法，直接将激光传感器对准控深孔测定即可，操作过程较为简单便捷，测量时间较短，能够缩短控深钻的测量等待时间，从而能够提高生产效率。

为了进一步提高上述控深孔的测量方法测定控深孔的深度的精度，一实施例中，所述根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度，具体为：

对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像；

根据背景抑制图像，确定控深孔的深度。

如此，通过对控深孔的光学图像进行背景抑制处理，然后根据背景抑制处理后的背景抑制图像，确定控深孔的深度，从而能够减少背景的影响，从而进一步提高上述控深孔的测量方法测定控深孔的深度的精度。需要说明的是，如何采用背景抑制，可以参照现有技术。

一实施例中，所述激光传感器为背景抑制光电传感器，采用背景抑制光电传感器采集控深孔的光学图像；所述背景抑制光电传感器还用于对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像。又如，所述背景抑制光电传感器为深浦光电传感器背景抑制型PH-G系列，又如，所述背景抑制光电传感器的型号为PH-GB010N、PH-GB010P、PH-GS010N或者PH-GS010P。

其它实施例中，在主机或者处理器中对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像，如此，背景抑制效果更好，能够进一步提高上述控深孔的测量方法测定控深孔的深度的精度。一个实施例是，所述对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像，具体为：

S310:对所述控深孔的光学图像进行迭代滤波处理，生成背景估算图像；

其中，所述迭代滤波的迭代方程为：

其中，t为迭代次数，是第t次迭代计算得到的像素点(x，y)的灰度值，λ是常量，其λ∈(0,1)，像素点(x，y)在上、右、下、左方向的梯度 为：

微分系数 微分系数

微分系数 微分系数

当迭代次数达到迭代次数给定值时，迭代终止。

在其中一个实施例中，所述迭代次数给定值N＝行像素+列像素，其中“行像素”为所述控深孔的光学图像中的探深孔所占行像素数，“列像素”为所述控深孔的光学图像中的探深孔所占列像素数。如此，能够较好地抑制背景的干扰，且对探深孔的图像干扰较小，能够较少破坏探深孔的图像的结构性纹理。

S320：对所述控深孔的光学图像与背景估算图像作邻域差分处理，得到背景抑制图像。

其中邻域差分处理采用如下方程实现：

为背景估算图像的像素点(x，y)的灰度值，u(x,y)为所述控深孔的光学图像的像素点(x，y)的灰度值，u'(x,y)为背景估算图像的像素点(x，y)的灰度值。

如此，能够较好地抑制探深孔外的图像背景，从而能够突出探深孔图像目标，通过本算法使得探深孔的特征信息丰富，可识别率高，使得激光聚光点精度可小至0.01mm，测量的深度适用于0.4mm～3mm，能够较为精确地测出探深孔的深度。

上述控深孔的测量方法中采用上述数字化背景抑制技术，能够较好地抑制探深孔外的图像背景，从而能够突出探深孔图像目标，通过本算法使得探深孔的特征信息丰富，可识别率高，使得激光聚光点精度可小至0.01mm，测量的深度适用于0.4mm～3mm，能够较为精确地测出探深孔的深度。

本发明还提供一种控深孔的测量装置，所述控深孔的测量装置采用如上任一实施例中所述的控深孔的测量方法实现。在其中一个实施例中，所述控深孔的测量装置，包括：激光传感器和确定模块，其中，所述激光传感器用于采集控深孔的光学图像；所述确定模块用于根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。

一实施例中，所述激光传感器为激光测距传感器。

一实施例中，所述控深孔的测量装置还包括背景抑制处理模块，所述背景抑制处理模块用于对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像；

所述确定模块用于根据背景抑制图像，确定控深孔的深度。

一实施例中，所述激光传感器用于采集控深孔的激光光斑图像。

一实施例中，所述背景抑制处理模块还用于执行如下步骤：

对所述控深孔的光学图像进行迭代滤波处理，生成背景估算图像；

对所述控深孔的光学图像与背景估算图像作领域运算，得到背景抑制图像。

其中，所述迭代滤波的迭代方程为：

其中，t为迭代次数，是第t次迭代计算得到的像素点(x，y)的灰度值，λ是常量，其λ∈(0,1)，像素点(x，y)在上、右、下、左方向的梯度 为：

微分系数 微分系数

微分系数 微分系数

当迭代次数达到迭代次数给定值时，迭代终止。

其中邻域差分处理采用如下方程实现：

为背景估算图像的像素点(x，y)的灰度值，u(x,y)为所述控深孔的光学图像的像素点(x，y)的灰度值，u'(x,y)为背景估算图像的像素点(x，y)的灰度值。

如此，能够较好地抑制探深孔外的图像背景，从而能够突出探深孔图像目标，通过本算法使得探深孔的特征信息丰富，可识别率高，使得激光聚光点精度可小至0.01mm，测量的深度适用于0.4mm～3mm，能够较为精确地测出探深孔的深度。

上述控深孔的测量装置通过采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。如此，通过激光传感器非接触式即可测出控深孔的深度，相较于传统采用切片测定控深孔深度的方法，上述控深孔的测量装置，直接将激光传感器对准控深孔测定即可，操作过程较为简单便捷，测量时间较短，能够缩短控深钻的测量等待时间，从而能够提高生产效率。

本发明还提供一种控深孔的钻孔系统，用于制作探深孔并对探深孔进行测量。又如，如上任一实施例中所述的控深孔的测量装置应用于所述控深孔的钻孔系统。又如，所述控深孔的钻孔系统包括第一机械手、第二机械手、控深钻、测量装置及控制器，其中，所述测量装置为如上任一实施例中所述的控深孔的测量装置，又如，所述测量装置为如上任一实施例中所述的控深孔的测量方法实现。所述第一机械手连接所述控深钻，所述第二机械手连接所述测量装置，具体的，所述第二机械手连接所述测量装置的激光传感器。所述第一机械手、第二机械手、控深钻及测量装置均分别电连接所述控制器，即，所述控制器分别电连接所述第一机械手、第二机械手、控深钻及测量装置，所述控制器分别电连接所述控深孔的测量装置中的激光传感器、背景抑制处理模块及确定模块，即，所述激光传感器、背景抑制处理模块及确定模块分别电连接所述控制器。又如，所述激光传感器、背景抑制处理模块及确定模块依次顺序电连接。

上述控深孔的钻孔系统，当需要对指定PCB区域进行钻孔作业时，预先通过控制器控制第一机械手将控深钻移到指定位置，然后对实验板进行钻孔作业,在实验板上制备钻深孔之后，控制器控制第二机械手带动测量装置的激光传感器对准钻深孔，进行测量，然后测量装置的确定模块将测量深度传输给控制器，控制器根据测量深度对控深钻进行补偿，然后控制器通过控制第一机械手和控深钻来对指定PCB区域进行钻孔作业。如此，上述控深孔的钻孔系统集钻孔作业、测量、补偿操作为一体，自动化性能较好，能够连续钻孔作业，还能够进一步提高生产效率。

一实施例中，所述第一机械手和所述第二机械手均为六轴机械手，如此控制精度较好。

需要说明的是，控深钻为现有技术，其结构请参阅现有技术，本申请在此不再赘述。

一实施例中，所述控深孔的测量装置还包括显示屏，所述显示屏用于显示控深孔的深度。又如，所述显示屏电连接所述控制器。

上述控深孔的钻孔系统，其测量装置采用上述控深孔的测量方法，通过采用激光传感器采集控深孔的光学图像；根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。如此，通过激光传感器非接触式即可测出控深孔的深度，相较于传统采用切片测定控深孔深度的方法，上述控深孔的测量方法，直接将激光传感器对准控深孔测定即可，操作过程较为简单便捷，测量时间较短，能够缩短控深钻的测量等待时间，从而能够提高生产效率。上述控深孔的钻孔系统，集钻孔作业、测量、补偿操作为一体，自动化性能较好，能够连续钻孔作业，还能够进一步提高生产效率。

需要说明的是，控深钻即在PCB产品指定位置上钻要求深度的孔，有严格的深度要求，并不要求钻穿。目前控深钻的工作原理如下：机器以板面导电介质，如铝片、铜面等，接触初始位置为零点开始计算深度h，再继续按机器计算给定值往下钻到目标深度H，而控深钻深度的控制关键点为接触触发信号翻转时Z轴位置，信号未到达提前触发则漏孔或孔浅；信号滞后触发则孔深或钻成通孔。目前控深钻制造控深孔时主要有以下作用：钻掉没有起到任何连接或者传输作用的通孔段，避免造成高速信号传输的反射、散射、延迟等，给信号带来“失真”。研究表明：影响信号系统信号完整性的主要因素除设计、板材料、传输线、连接器、芯片封装等因素外，导通孔对信号完整性有较大影响。

目前控深钻的制作，需要通过试钻值来变更补偿，而变更补偿是通过切片的方式，在过程中机器需等待切片结果后补偿才能生产，耗费大量的时间与人员精力，现申请人设计研发出一款通过光学成像，具体利用红色激光成像将控深孔内的测量值转换成数据，一次性将需切片的测量值测出。其应用了当今先进的数字化背景抑制技术，大大提高了测量精度和抗干扰能力，EMI屏蔽，信号输出稳定，同时，测量装置结合结实的工业塑料外壳，抗冲击能力强。激光的波长670nm，激光聚光点精度可小至0.01mm，测量距离从0.4～3mm。如此能够大幅度提升工作效率，现场直接操作、补偿；且测量数据准确，不存在人为切片读数错误的可能性；使用方便，对操作人员要求较低，操作人员将测量装置的激光传感器对准孔位停留数秒即可，操作便捷性较好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是，本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等，旨在对本申请进行举例说明，而不是用于限制本申请。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)

1.一种控深孔的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用激光传感器采集控深孔的光学图像；

根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。

2.根据权利要求1所述的控深孔的测量方法，其特征在于，所述激光传感器为激光测距传感器。

3.根据权利要求2所述的控深孔的测量方法，其特征在于，所述激光测距传感器发射的激光的波长为670纳米。

4.根据权利要求2所述的控深孔的测量方法，其特征在于，所述激光测距传感器为LMS型双脉冲激光测距传感器。

5.根据权利要求1所述的控深孔的测量方法，其特征在于，所述控深孔的光学图像为控深孔的激光光斑图像。

6.根据权利要求1所述的控深孔的测量方法，其特征在于，所述根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度，具体为：

对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像；

根据背景抑制图像，确定控深孔的深度。

7.一种控深孔的测量装置，其特征在于，包括：

激光传感器，用于采集控深孔的光学图像；

确定模块，用于根据控深孔的光学图像，确定控深孔的深度。

8.根据权利要求7所述的控深孔的测量装置，其特征在于，所述激光传感器为激光测距传感器。

9.根据权利要求7所述的控深孔的测量装置，其特征在于，还包括背景抑制处理模块，所述背景抑制处理模块用于对控深孔的光学图像进行背景抑制，得到背景抑制图像；

所述确定模块用于根据背景抑制图像，确定控深孔的深度。

10.根据权利要求7所述的控深孔的测量装置，其特征在于，所述激光传感器用于采集控深孔的激光光斑图像。