CN109211182B - 一种电路板形变度测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路板形变度测量装置和方法，所述装置包括设备平台、电子测距仪、控制模块、多个顶针和多个固定压块，所述多个顶针竖直安装在设备平台上，所述顶针用于与电路板上的定位点接触，从而承载电路板；所述固定压块的数量和位置均与顶针相对应，所述固定压块用于对电路板上的各定位点所在位置施力，从而使电路板被压紧在顶针上；所述电子测距仪的输出端与控制模块的输入端连接；所述控制模块用于对电子测距仪的测量数据进行处理，计算电路板形变度。本发明设备结构简单，性能稳定，易于通过自动化实现，能够适应各种不同结构的电路板。本发明广泛应用于印刷电路板技术领域。

Description

一种电路板形变度测量装置和方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板技术领域，尤其是一种电路板形变度测量装置和方法。

背景技术

术语解释

PCBA：印刷电路板组件(Printed Circuit Board Assembly)的简称，一般特指表面已经贴装好电子元器件的电路板；

PCB：印刷电路板(Printed Circuit Board)的简称，作为PCBA的对称时，特指表面未贴装电子元器件的电路板。

PCBA是电子设备的重要组成部分，PCBA的质量与电子设备的质量直接相关。实践当中，PCBA的一个最常见的问题是基板发生弯曲变形，导致元件断裂、焊点脱落和线路断开等故障或隐患，严重影响了电子设备的使用。针对PCBA的形变指标，业内有IPC-A-610工艺标准，但是未有广泛应用的有效的PCBA形变度测量方法。

当发生变形时，PCBA所受到的负面影响比PCB更大。这是因为，PCBA上已经安装了电子元件，基板变形将会直接对电子元件造成影响。另一方面，不同于PCB具有平整的表面，由于PCBA表明安装了不同种类和型号的电子元件，PCBA的表面是凹凸不平的，这使得PCBA难以在任何平面上平稳放置，更难以对PCBA的形变度进行测量。

公开号为CN1508509A的专利文件公开了一种测量印刷电路板变形的方法，其多个实施例均要求电路板上的至少一部分，即电路板的边、角落或者整个面与大理石平台有良好的接触。由于电路板本身不是一个绝对的平面，要保证电路板上的非离散点，即电路板上的线或面与一个平面贴合，会难以避免地造成电路板新的变形，给测量工作带来误差。而且，PCBA上已经贴装了电子元件，PCBA的表面是凹凸不平的，甚至会安装尺寸比基板本身还要大的电容和散热器等元件，因此PCBA很难与大理石平台进行接触，该专利技术实际上难以在PCBA上实施。同时由于该专利技术在测量过程中带来新的变形，可能会对PCBA上的电路造成破坏，使得该专利技术的实用价值被降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目在于提供一种电路板形变度测量装置和方法。

本发明所采取的第一技术方案是：

一种电路板形变度测量装置，包括设备平台、电子测距仪、控制模块、多个顶针和多个固定压块；

所述多个顶针竖直安装在设备平台上，所述顶针的数量和位置均与电路板上选定的定位点相对应，所述多个顶针的顶端位于同一平面上，所述顶针用于与电路板上的定位点接触，从而承载电路板；

所述固定压块的数量和位置均与顶针相对应，所述固定压块用于对电路板上的各定位点所在位置施力，从而使电路板被压紧在顶针上；

所述电子测距仪的输出端与控制模块的输入端连接；所述控制模块用于对电子测距仪的测量数据进行处理，计算第一距离和第二距离的差，从而得到电路板形变度；所述第一距离为设置在控制模块中的预设高度，所述第二距离为电路板上选定的测量点与设备平台之间的距离。

进一步地，所述第一距离为顶针高度，所述第二距离通过以下方式获得：

在判断测量点处于稳定状态后，电子测距仪对所述测量点与设备平台之间的距离测量至少三次，从而获得至少三个读数；

控制模块计算所述至少三个读数的平均值作为第二距离。

进一步地，所述测量点处于稳定状态的判断通过以下方式进行：

电子测距仪对测量点与设备平台之间的距离进行连续多次采样，从而得到多个采样值；

控制模块计算所述多个采样值形成的波动，当所述波动处于预设的范围内时，判断测量点处于稳定状态。

进一步地，所述电路板的形状为矩形，所述电路板的四个角落分别设有一个定位孔，所述定位点为其中任意三个定位孔，所述测量点为剩余一个定位孔；所述顶针顶端的形状和尺寸与定位孔相匹配。

进一步地，所述测量装置还包括气缸和气管，所述气缸通过气管向各固定压块供气，从而驱动固定压块。

进一步地，所述测量装置还包括与控制模块连接的显示屏，所述显示屏用于显示控制模块计算所得的电路板形变度。

本发明所采取的第二技术方案是：

一种电路板形变度测量方法，所述方法包括以下步骤：

选定电路板上至少三个共面的定位点，对各定位点所在位置施力从而固定电路板；

选定电路板上的一个测量点；

分别测量第一距离和第二距离；所述第一距离为所述各定位点所在平面与基准平面之间的距离，所述第二距离为所述测量点与基准平面之间的距离；

计算第一距离和第二距离的差，从而得到电路板形变度。

进一步地，所述第二距离的测量步骤如下：

在判断测量点处于稳定状态后，对所述测量点与基准平面之间的距离测量至少三次，从而获得至少三个读数；

计算所述至少三个读数的平均值作为第二距离。

进一步地，所述测量点处于稳定状态的判断步骤如下：

对测量点与基准平面之间的距离进行连续多次采样，从而得到多个采样值；

当连续多个采样值形成的波动处于预设的范围内时，判断测量点处于稳定状态。

进一步地，所述电路板的形状为矩形，所述电路板的四个角落分别设有一个定位孔，所述定位点为其中任意三个定位孔，所述测量点为剩余一个定位孔。

本发明的有益效果是：设备结构简单，性能稳定，易于通过自动化实现；测量装置与电路板的接触程度小，能够适应各种不同结构的电路板；具有一定高度的顶针与设备平台之间形成较大空间，使得本发明能对安装了复杂元件的PCBA进行精确测量。

附图说明

图1为本发明所测量的电路板的结构图；

图2为本发明装置的结构图。

具体实施方式

图1所示为电路板基板的常见结构。电路板基板100一般为矩形，每个角落分别加工得到一个定位孔200，但电路板基板100的形状不影响本发明的应用。无论是电路板基板、在基板基础上加工得到的PCB或PCBA，均可以应用本发明进行测量。本发明针对图1所示的常见电路板进行说明，本领域技术人员无需创造性劳动便可以将本发明应用到其他形状和结构的电路板。

针对图1所示的电路板，本发明将定位点选定为电路板上其中三个定位孔，将测量点选定为另外一个定位孔。在不影响使用的情况下，也可以将定位点选定为电路板上定位孔以外的其他位置，或者把测量点选定为其他位置。

图2所示为本发明装置的其中一种结构，其包括设备平台1、三个顶针2、三个固定压块3、电子测距仪4和控制模块；

三个顶针2竖直安装在设备平台1上，顶针2的位置排布使得每根顶针2分别与所要安放的电路板5上的定位孔6一一对应。为了能够更稳定地固定电路板5，顶针2顶端的形状和尺寸应该设计成与定位孔6的形状和尺寸相匹配。三个顶针2的顶端位于同一平面上，也就是在设备平台1为平面的情况下，三个顶针2顶端的高度是相同的。三个顶针2分别对电路板5上的三个定位孔6提供支持力，从而承载电路板5。

三个固定压块3与三个顶针2配合使用，三个固定压块3在平面上的位置分布与顶针2相同，且每个固定压块3分别位于对应的顶针2的上方，使得电路板5放置到顶针2上之后，电路板5在垂直高度上位于固定压块3与顶针2之间。固定压块3本身可以施加压力，或者可以另外设置驱动装置驱动固定压块3，令到固定压块3可以对电路板5上的各定位点所在位置施力，从而使电路板5被压紧在顶针2上。

电子测距仪4的输出端与控制模块的输入端连接，使得控制模块可以读取电子测距仪4测量到的数据并进行处理。

所述第一距离为预先设定在控制模块中的预设高度，优选地预设高度等于定位点平面与设备平台之间的距离，优选的选取顶针高度作为第一距离。如果顶针高度是不可调的，可以在生产本发明装置时根据产品规格将顶针高度数据写入控制模块中，在每次测量时进行调用；如果顶针高度是可调的，可以在顶针上安装位移传感器，实时检测顶针高度并将数据写入控制模块中，在每次测量时调用最新的顶针高度值作为第一距离。

参照图2，第一距离为顶针2高度，第二距离为电路板5上选定的测量点，也就是未与顶针2接触的定位孔6，与设备平台1之间的距离。电子测距仪4本身及其使用方法属于现有技术，电子测距仪4的数量和位置设置与所用的具体型号有关。可以设置两个电子测距仪4，分别设置在待测电路板5未与顶针2接触的定位孔6附近以及其中一个顶针2附近，分别用于测量第一距离和第二距离。

控制模块从电子测距仪4中读取数据，获得第一距离和第二距离的数值，计算第一距离和第二距离的差，第一距离和第二距离的差就是本发明所要求得的电路板5形变度；

进一步作为优选的实施方式，所述第二距离的测量步骤如下：

在判断测量点处于稳定状态后，电子测距仪4对所述测量点与设备平台1之间的距离测量至少三次，从而获得至少三个读数；

控制模块计算所述至少三个读数的平均值作为第二距离。

第一距离为顶针2的高度，因此第一距离是稳定不变的，电子测距仪4容易读取到较精确的第一距离数值。但第二距离为电路板5上一个未固定的定位孔6的高度，由于电路板5本身具有弹性，第二距离的实测值容易受测量条件的影响，容易产生较大误差。通过对定位孔6与设备平台1之间的距离进行多次测量，求得多次测量的平均值，可以减小测量误差。

进一步作为优选的实施方式，所述测量点处于稳定状态的判断步骤如下：

电子测距仪4对测量点与设备平台1之间的距离进行连续多次采样，从而得到多个采样值；

控制模块计算所述多个采样值形成的波动，当所述波动处于预设的范围内时，判断测量点处于稳定状态。

在对电路板5的三个定位孔6进行施力固定的情况下，第四个定位孔6具有较高的自由度，其空间位置受电路板5弹性的影响，会发生振动，然而在测量第二距离过程中，需要定位孔6处于稳定状态，即保持在一个固定的空间位置点上，否则，将会产生较大的误差。

在正式测量第二距离之前，可以先对测量点的稳定状态进行判断。通过多次距离采样，可以得到一系列值，可以进一步计算出一系列采样值的波动，波动的具体数学形式可以是空间位置的方差或标准差。在波动小于预设的阈值时，便可以判断测量点稳定下来。在测量点稳定的状态下测量第二距离，能够取得更高精度。

进一步作为优选的实施方式，参照图2，所述测量装置还包括气缸7和气管8，所述气缸7通过气管8向各固定压块3供气，从而驱动固定压块3。

优选地，固定压块3是气动的，固定压块3包括了气动装置和压块本体。气缸7上设有阀门和压气机，阀门和压气机的泵气和放气可以由控制模块控制，当控制模块输出放气指令时，气缸7阀门打开，高压气体通过气管8传送到气动装置，从而驱动压块本体对电路板5施加压力。

进一步作为优选的实施方式，所述测量装置还包括与控制模块连接的显示屏9，所述显示屏9用于显示控制模块计算所得的电路板5形变度。

通过显示屏9，控制模块所测得的电路板5形变度可以实时显示出来，达到方便易用的效果。

进一步作为优选的实施方式，参照图2，所述测量装置还可以设有保护盖10。保护盖10通过连接装置安装在设备平台1上方，在使用测量装置过程中，保护盖10可以将待测电路板5与外界隔离开，使其免受外力干扰，减少测量误差。

进一步作为优选的实施方式，三个顶针2可以设计为位置和高度可调，同样地，三个固定压块3也可以设置为位置和高度可调，增强测量装置的易用性和对不同电路板5的适应性。

下面是本发明装置的一个工作流程。

①打开保护盖；

②放入待测电路板，将三个顶针的位置调整到与电路板的三个定位孔对应，使得三个顶针承载电路板；

③调整固定压块，使得三个固定压块分别位于对应顶针的上方；

④按下控制模块的启动开关，控制模块启动气缸工作，从而驱动固定压块对电路板进行固定；

⑤电子测距仪对第一距离和第二距离进行测量，并将数据传回到控制模块；

⑥控制模块计算出电路板形变度，并通过显示屏进行显示；

⑦按下控制模块的释放开关，控制模块控制气缸工作，从而控制固定压块释放对电路板的压力；

⑧打开保护盖；

⑨从测量装置取出电路板。

本发明的原理在于：通过顶针和固定压块的配合对电路板上的定位点施力，从而固定电路板；三个定位点不共线时确定一个平面，这个平面就是电路板的主要部分所在的平面。设备平台提供了一个基准平面。本发明所测量的第一距离是三个定位点所在平面到基准平面的距离，第二距离是测量点到基准平面的距离，第一距离与第二距离之差表示电路板形变部分偏离主要部分所在平面的程度，反映电路板的形变度。

综上，本发明的有益效果是：

设备结构简单，性能稳定，易于通过自动化实现；

测量装置与电路板的接触程度小，能够适应各种不同结构的电路板；

具有一定高度的顶针与设备平台之间形成较大空间，使得本发明能对安装了复杂元件的PCBA进行精确测量。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但对本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电路板形变度测量装置，其特征在于，包括设备平台、电子测距仪、控制模块、多个顶针和多个固定压块；

所述多个顶针竖直安装在设备平台上，所述顶针的数量和位置均与电路板上选定的定位点相对应，所述多个顶针的顶端位于同一平面上，所述顶针用于与电路板上的定位点接触，从而承载电路板；

所述固定压块的数量和位置均与顶针相对应，所述固定压块用于对电路板上的各定位点所在位置施力，从而使电路板被压紧在顶针上；

所述电子测距仪的输出端与控制模块的输入端连接；所述控制模块用于对电子测距仪的测量数据进行处理，计算第一距离和第二距离的差，从而得到电路板形变度；所述第一距离为设置在控制模块中的预设高度，所述第二距离为电路板上选定的测量点与设备平台之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种电路板形变度测量装置，其特征在于，所述第一距离为顶针高度，所述第二距离通过以下方式获得：

在判断测量点处于稳定状态后，电子测距仪对所述测量点与设备平台之间的距离测量至少三次，从而获得至少三个读数；

控制模块计算所述至少三个读数的平均值作为第二距离。

3.根据权利要求2所述的一种电路板形变度测量装置，其特征在于，所述测量点处于稳定状态的判断通过以下方式进行：

电子测距仪对测量点与设备平台之间的距离进行连续多次采样，从而得到多个采样值；

控制模块计算所述多个采样值形成的波动，当所述波动处于预设的范围内时，判断测量点处于稳定状态。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种电路板形变度测量装置，所述电路板的形状为矩形，所述电路板的四个角落分别设有一个定位孔，其特征在于，所述定位点为其中任意三个定位孔，所述测量点为剩余一个定位孔；所述顶针顶端的形状和尺寸与定位孔相匹配。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种电路板形变度测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括气缸和气管，所述气缸通过气管向各固定压块供气，从而驱动固定压块。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种电路板形变度测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括与控制模块连接的显示屏，所述显示屏用于显示控制模块计算所得的电路板形变度。

7.一种电路板形变度测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

选定电路板上至少三个共面的定位点，对各定位点所在位置施力从而固定电路板；

选定电路板上的一个测量点；

分别测量第一距离和第二距离；所述第一距离为所述各定位点所在平面与基准平面之间的距离，所述第二距离为所述测量点与基准平面之间的距离；

计算第一距离和第二距离的差，从而得到电路板形变度。

8.根据权利要求7所述的一种电路板形变度测量方法，其特征在于，所述第二距离的测量步骤如下：

在判断测量点处于稳定状态后，对所述测量点与基准平面之间的距离测量至少三次，从而获得至少三个读数；

计算所述至少三个读数的平均值作为第二距离。

9.根据权利要求8所述的一种电路板形变度测量方法，其特征在于，所述测量点处于稳定状态的判断步骤如下：

对测量点与基准平面之间的距离进行连续多次采样，从而得到多个采样值；

当连续多个采样值形成的波动处于预设的范围内时，判断测量点处于稳定状态。

10.根据权利要求7-9任一项所述的一种电路板形变度测量方法，所述电路板的形状为矩形，所述电路板的四个角落分别设有一个定位孔，其特征在于，所述定位点为其中任意三个定位孔，所述测量点为剩余一个定位孔。

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