CN109099849A - 对射激光测高机构及对射激光测高方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对射激光测高机构及对射激光测高方法，所述对射激光测高机构包括基座、滑动安装于基座上的框架、及滑动安装于框架上且相对设置第一测高组件和第二测高组件，所述第一测高组件包括第一激光传感器，第二测高组件包括第二激光传感器，当所述第一激光传感器和第二激光传感器的激光点对中后对位于第一测高组件和第二测高组件之间的待测产品进行高度测量。本发明具有检测速度快、检测精度高、电气外部反馈控制、多轴运动、通用性等优点。

Description

对射激光测高机构及对射激光测高方法

技术领域

本发明涉及表面贴装检测技术领域，特别是涉及一种对射激光测高机构及对射激光测高方法。

背景技术

表面贴装技术，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。PCB(PrintedCircuit Board，印刷电路板)上电子元件需贴装电子元器件，例如芯片、电阻、电容等，贴片质量好坏可通过在线检测，即通电试跑PCB的方式进行贴片工艺质量检测。

贴片生产过程中，同样会有辅助材料的贴片，比如FPC(Flexible PrintedCircuit，柔性电路板)补强贴片(如贴钢片等)，这种类型的贴片无法通过电测的形式进行检测，目前电子厂较为常见的是人工目检，有的厂商也通过视觉测偏移以及测高传感器检测重贴漏贴。

然而针对PCB(印刷电路板)与FPC(柔性电路板)结合的软硬结合电路板，该电路板由于被测对象(即钢片等)是在产品悬空位置贴片，所以高度测量无法通过接触式测高传感器进行，会将产品基材损坏。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种对射激光测高机构及对射激光测高方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对射激光测高机构及对射激光测高方法，以实现软硬结合电路板等的厚度测量。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种对射激光测高机构，所述对射激光测高机构包括基座、滑动安装于基座上的框架、及滑动安装于框架上且相对设置第一测高组件和第二测高组件，所述第一测高组件包括第一激光传感器，第二测高组件包括第二激光传感器，当所述第一激光传感器和第二激光传感器的激光点对中后对位于第一测高组件和第二测高组件之间的待测产品进行高度测量。

作为本发明的进一步改进，所述第一测高组件包括沿X轴方向滑动安装于框架上的第一安装座、及固定安装于第一安装座上的第一激光传感器，第二测高组件包括沿X轴方向滑动安装于框架上的第二安装座、及固定安装于第二安装座上的第二激光传感器，所述框架上固定安装有X轴传动机构，所述X轴传动机构用于驱动第一测高组件和第二测高组件在X轴方向沿相反方向运动。

作为本发明的进一步改进，所述框架内侧沿X轴方向固定安装有第一滑轨和第二滑轨，所述第一安装座和第二安装座上分别固定安装第一滑块和第二滑块，所述第一激光传感器和第二激光传感器分别在第一滑轨和第二滑轨上沿X轴滑动。

作为本发明的进一步改进，所述对射激光测高机构还包括第一光栅尺和第二光栅尺，第一光栅尺包括固定安装于框架上的第一标尺光栅和固定安装于第一安装座上的第一光栅读数头，第二光栅尺包括固定安装于框架上的第二标尺光栅和固定安装于第二安装座上的第二光栅读数头，所述第一光栅尺和第二光栅尺分别用于获取第一激光传感器和第二激光传感器在X轴上的位置信息。

作为本发明的进一步改进，所述X轴传动机构包括固定安装于框架上的传动轴、驱动所述传动轴的伺服电机、固定安装于传动轴上的第一同步带轮、固定安装于框架上的若干固定轴、固定安装于固定轴上的第二同步带轮、及设于第一同步带轮和第二同步带轮上的同步带，所述第一安装座和第二安装座固定安装于同步带上。

作为本发明的进一步改进，所述X轴传动机构还包括安装于框架上的调整轴及调整块，通过调整块及调整轴进行同步带的张紧调节。

作为本发明的进一步改进，所述基座上设有直线导轨，框架的下方设有滑动安装于直线导轨上的导轨滑块，所述框架通过导轨滑块和直线导轨滑动安装于基座上，基座上还固定安装有用于驱动框架沿直线导轨滑动的驱动电机。

作为本发明的进一步改进，所述框架包括框架底板、固定安装于框架底板两侧的框架侧板、及固定连接两个框架侧板的框架连接板，每个框架侧板上分别安装有一组对应设置的第一测高组件和第二测高组件。

作为本发明的进一步改进，所述待测产品包括夹具及固定夹持于夹具上的产品，夹具上固定安装有标定块，所述产品的厚度位于标定块的厚度范围之内。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种应用上述对射激光测高机构的对射激光测高方法，所述对射激光测高方法包括：

S1、将第一激光传感器和第二激光传感器的激光点对中；

S2、通过第一激光传感器和第二激光传感器发射至厚度为D的标定块上，将当前第一激光传感器和第二激光传感器的位置记为基准点；

S3、通过第一激光传感器和第二激光传感器发射至产品上，获取当前第一激光传感器和第二激光传感器的位置相对于基准点的位置分别为d1和d2；

S3、计算产品厚度为Dx＝D-d1-d2。

本发明的有益效果是：

检测速度快，相对于传统测高停顿打点，本发明可以快速移动取点；

检测精度高，本发明中对射激光传感器的精度可达到0.013mm；

电气外部反馈控制，针对传感器取点位置采取的电气补偿的形式消除误差；

多轴运动，通过一个伺服电机驱动两组测高组件，能够节能降本；

通用性，本机构在产品过薄、测点基准无法固定的测试条件下都可适用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例中对射激光测高机构的立体结构示意图；

图2为本发明一具体实施例中对射激光测高机构的爆炸结构示意图；

图3为本发明一具体实施例中对射激光测高机构另一视角的爆炸结构示意图；

图4为本发明一具体实施例中对射激光测高机构的内部结构示意图；

图5为本发明一具体实施例中对射激光测高机构另一视角的内部结构示意图；

图6为本发明一具体实施例中对射激光测高机构再一视角的内部结构示意图；

图7a为本发明一具体实施例中对射激光测高机构的测量原理图；

图7b为图7a中A处的局部结构放大图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本文使用的例如“左”、“左侧”、“右”、“右侧”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“左侧”的单元将位于其他单元或特征“右侧”。因此，示例性术语“左侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

参图1所示，本发明一具体实施例中公开了一种对射激光测高机构，包括基座10、滑动安装于基座10上的框架20、及滑动安装于框架20上且相对设置测高组件30，测高组件包括第一测高组件和第二测高组件，第一测高组件包括第一激光传感器，第二测高组件包括第二激光传感器，当第一激光传感器和第二激光传感器的激光点对中后对位于第一测高组件和第二测高组件之间的待测产品进行高度测量。

本实施例中的基座10上设有直线导轨11，框架20的下方设有滑动安装于直线导轨上的导轨滑块12，框架20通过导轨滑块12和直线导轨11滑动安装于基座10上，基座10上还固定安装有用于驱动框架沿直线导轨滑动的驱动电机13。

参图2至图6所示，本实施例中的第一测高组件位于第二测高组件下方，且第一测高组件和第二测高组件上下对称设置。第一测高组件包括沿X轴方向滑动安装于框架20上的第一安装座31、及固定安装于第一安装座31上的第一激光传感器32，对应地，第二测高组件包括沿X轴方向滑动安装于框架上的第二安装座(未标号)、及固定安装于第二安装座上的第二激光传感器(未标号)，框架20上固定安装有X轴传动机构，X轴传动机构用于驱动第一测高组件和第二测高组件在X轴方向沿相反方向运动。

具体地，X轴传动机构包括固定安装于框架上的传动轴41、驱动传动轴的伺服电机42、固定安装于传动轴上的第一同步带轮43、固定安装于框架上的若干固定轴44、固定安装于固定轴上的第二同步带轮45、及设于第一同步带轮和第二同步带轮上的同步带46，第一安装座31和第二安装座(未标号)固定安装于同步带46上，优选地，伺服电机42通过联轴器49与传动轴41固定安装。

进一步地，X轴传动机构还包括安装于框架上的调整轴47及调整块48，通过调整块48及调整轴47进行同步带46的张紧调节。

另外，框架20内侧沿X轴方向固定安装有第一滑轨21，第一安装座上固定安装第一滑块33，第一激光传感器32在第一滑轨21上沿X轴滑动。

对应地，框架内侧沿X轴方向还固定安装有第二滑轨，第二安装座上固定安装第二滑块，第二激光传感器在第二滑轨上沿X轴滑动，第二滑轨和第二滑块与第一滑轨和第一滑块的安装方式完全相同，此处不再进行赘述。

本实施例中对射激光测高机构还包括第一光栅尺和第二光栅尺，第一光栅尺包括固定安装于框架上的第一标尺光栅51和固定安装于第一安装座31上的第一光栅读数头52，对应地，第二光栅尺包括固定安装于框架上的第二标尺光栅和固定安装于第二安装座上的第二光栅读数头，第一光栅尺和第二光栅尺分别用于获取第一激光传感器和第二激光传感器在X轴上的位置信息。

本实施例中的框架20包括框架底板201、固定安装于框架底板201两侧的框架侧板202、及固定连接两个框架侧板202的框架连接板203，每个框架侧板上分别安装有一组对应设置的第一测高组件和第二测高组件。

本实施例中的待测产品包括夹具及固定夹持于夹具上的产品，夹具上固定安装有标定块，产品的厚度位于标定块的厚度范围之内。

参图7a、7b所示，第一激光传感器32和第二激光传感器32’对齐后，将待测产品放置于两个传感器之间，产品52的厚度位于标定块51的厚度范围内，即产品52的上表面低于标定块51的上表面，产品52的下表面高于标定块51的下表面，且标定块51的厚度D为已知数据。

具体的对射激光测高方法包括：

S1、将第一激光传感器32和第二激光传感器32’的激光点对中；

S2、通过第一激光传感器’和第二激光传感器32’发射至厚度为D的标定块51上，将当前第一激光传感器32和第二激光传感器32’的位置记为基准点；

S3、通过第一激光传感器32和第二激光传感器32’发射至产品52上，获取当前第一激光传感器32和第二激光传感器32’的位置相对于基准点的位置分别为d1和d2；

S3、计算产品52厚度为Dx＝D-d1-d2。

本发明中的产品可以为PCB(印刷电路板)与FPC(柔性电路板)结合的软硬结合电路板，上述实施例中的对射激光测高机构为双工位设备，若产品总计12个钢片点，也就是总计24个检测点。如检测节拍为6s，也就是说需要通过伺服电机带动测头以极快的线速度扫过所有测点，必须在移动过程中将高度数据全部采集。为满足以上要求选用了业内速度最快的中型PLC，搭配Keyence LK系列激光测距传感器，扫描周期可达50K/s，完全满足使用需求。

对射激光测高机构的核心部件为一套丝杠和同步带组成的X/Y平面伺服运动系统，激光传感器集成在该系统上，快速对夹具上的产品测点进行扫描，测量时产品及夹具固定不动。

本发明中的对射激光测高机构有两个核心点，一是为了保证上下传感器同时打到产品同一测试点，必须保证上下传感器的对中位置度；二是提高检测效率，提高生产节拍。

传感器对中的目的是为了保证上下激光点能测试到同一位置，只有采集的数据在空间上Z向共线，这个数据才是可靠数据。即使产品本身在夹具上有所翘起，只要激光点对中良好，所产生的偏差是极其微小的，这个偏差远大于重漏贴检测的厚度。

要保证Z轴的对中，实际就是上下激光传感器X/Y方向位置度要好。其中Y轴方向的对中可以通过调整安装面的零件来进行，难度在于X轴的对中调整，因为X轴是快速运动方向，如何保证快速移动过程中其测点不产生偏差是本发明的关键。

针对上述问题，本发明选用了同步带轮系作为X轴传动机构，同步带有传动效率高、精度好、柔性高等特点，适用于本发明的需求。通过将上下激光传感器的动力分别连接到同步带同向运动的两边，实现同步运动。

由于同步带具有一定的延展性，为了保证快读运动时皮带的延展不对激光传感器对中产生的影响，本发明采用了电气补偿的形式消除误差。同步带动力电机我们选用了外部反馈控制的伺服电机，伺服电机的位置反馈不采用其原装的编码器，而是通过外部安装的光栅尺(标尺光栅和光栅读数头)来反馈位置信号，且上下激光传感器分别对应一个光栅尺，这样即使上下测头位置产生偏差，取点的位置永远是在光栅尺的某个绝对位置。

通过伺服运行中不停顿取测试点数据的方式，可以提高生产效率。为了使生产节拍更快，上述实施例中追加了一组测高组件，追加的测高组件与固定的测高组件同时工作。由于每个产品Y轴方向相邻的两个钢片间距不一样，为了使测试头兼容更多的产品，追加的测高组件的上下测头分别可以通过一个丝杠电机带动做Y轴方向的运动。

两套测高组件动力同时来自于侧面的伺服电机，这样做一方面可以保证各激光测试头的同步运动，另一方面可以节约制造成本。

由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

检测速度快，相对于传统测高停顿打点，本发明可以快速移动取点；

检测精度高，本发明中对射激光传感器的精度可达到0.013mm；

电气外部反馈控制，针对传感器取点位置采取的电气补偿的形式消除误差；

多轴运动，通过一个伺服电机驱动两组测高组件，能够节能降本；

通用性，本机构在产品过薄、测点基准无法固定的测试条件下都可适用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种对射激光测高机构，其特征在于，所述对射激光测高机构包括基座、滑动安装于基座上的框架、及滑动安装于框架上且相对设置第一测高组件和第二测高组件，所述第一测高组件包括第一激光传感器，第二测高组件包括第二激光传感器，当所述第一激光传感器和第二激光传感器的激光点对中后对位于第一测高组件和第二测高组件之间的待测产品进行高度测量。

2.根据权利要求1所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述第一测高组件包括沿X轴方向滑动安装于框架上的第一安装座、及固定安装于第一安装座上的第一激光传感器，第二测高组件包括沿X轴方向滑动安装于框架上的第二安装座、及固定安装于第二安装座上的第二激光传感器，所述框架上固定安装有X轴传动机构，所述X轴传动机构用于驱动第一测高组件和第二测高组件在X轴方向沿相反方向运动。

3.根据权利要求2所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述框架内侧沿X轴方向固定安装有第一滑轨和第二滑轨，所述第一安装座和第二安装座上分别固定安装第一滑块和第二滑块，所述第一激光传感器和第二激光传感器分别在第一滑轨和第二滑轨上沿X轴滑动。

4.根据权利要求3所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述对射激光测高机构还包括第一光栅尺和第二光栅尺，第一光栅尺包括固定安装于框架上的第一标尺光栅和固定安装于第一安装座上的第一光栅读数头，第二光栅尺包括固定安装于框架上的第二标尺光栅和固定安装于第二安装座上的第二光栅读数头，所述第一光栅尺和第二光栅尺分别用于获取第一激光传感器和第二激光传感器在X轴上的位置信息。

5.根据权利要求2所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述X轴传动机构包括固定安装于框架上的传动轴、驱动所述传动轴的伺服电机、固定安装于传动轴上的第一同步带轮、固定安装于框架上的若干固定轴、固定安装于固定轴上的第二同步带轮、及设于第一同步带轮和第二同步带轮上的同步带，所述第一安装座和第二安装座固定安装于同步带上。

6.根据权利要求5所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述X轴传动机构还包括安装于框架上的调整轴及调整块，通过调整块及调整轴进行同步带的张紧调节。

7.根据权利要求1所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述基座上设有直线导轨，框架的下方设有滑动安装于直线导轨上的导轨滑块，所述框架通过导轨滑块和直线导轨滑动安装于基座上，基座上还固定安装有用于驱动框架沿直线导轨滑动的驱动电机。

8.根据权利要求1所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述框架包括框架底板、固定安装于框架底板两侧的框架侧板、及固定连接两个框架侧板的框架连接板，每个框架侧板上分别安装有一组对应设置的第一测高组件和第二测高组件。

9.根据权利要求1所述的对射激光测高机构，其特征在于，所述待测产品包括夹具及固定夹持于夹具上的产品，夹具上固定安装有标定块，所述产品的厚度位于标定块的厚度范围之内。

10.一种应用权利要求1～9中任一项所述对射激光测高机构的对射激光测高方法，其特征在于，所述对射激光测高方法包括：

S1、将第一激光传感器和第二激光传感器的激光点对中；

S2、通过第一激光传感器和第二激光传感器发射至厚度为D的标定块上，将当前第一激光传感器和第二激光传感器的位置记为基准点；

S3、通过第一激光传感器和第二激光传感器发射至产品上，获取当前第一激光传感器和第二激光传感器的位置相对于基准点的位置分别为d1和d2；

S3、计算产品厚度为Dx＝D-d1-d2。