CN111578843A - 一种pcb钻刀检测装置及方法、pcb钻孔设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCB钻刀检测装置及方法、PCB钻孔设备。所述PCB钻刀检测装置包括：光源、主透镜、线阵CCD以及主控单元；其中，所述主透镜和所述线阵CCD依次排列于所述光源出射的平行光的光路上；所述主控单元与所述线阵CCD以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理所述线阵CCD输出的图像信号；沿所述光源的出光方向，待检测PCB钻刀设置于所述光源和所述主透镜之间。本发明实施例提供的技术方案，能够通过线阵CCD便捷准确的获取PCB钻刀的长度、直径以及偏摆，进而提高了PCB钻刀的检测精度。

Description

一种PCB钻刀检测装置及方法、PCB钻孔设备

技术领域

本发明实施例涉及PCB加工领域，尤其涉及一种PCB钻刀检测装置及方法、PCB钻孔设备。

背景技术

随着元器件集成度的不断提高，普通线路板对钻孔直径要求为0.1mm以上，对于高端线路板，其钻孔直径要求通常小于0.1mm，对钻孔精度的要求更高，而钻刀的直径、长度以及偏摆直接影响连接孔的形成，因此对钻刀上述参数的测量尤为重要。现有技术中钻刀测量装置对小尺寸钻刀参数的测量精度不够，急需提出一种检测精度更高的PCB钻刀检测装置。

发明内容

本发明提供一种PCB钻刀检测装置及方法、PCB钻孔设备，以提高PCB钻刀检测精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种PCB钻刀检测装置，包括：

光源、主透镜、线阵CCD以及主控单元；

其中，所述主透镜和所述线阵CCD依次排列于所述光源出射的平行光的光路上；

所述主控单元与所述线阵CCD以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理所述线阵CCD输出的图像信号；

沿所述光源的出光方向，待检测PCB钻刀设置于所述光源和所述主透镜之间。

第二方面，本发明实施例还提供了一种PCB钻孔设备，包括上述第一方面所述的PCB钻刀检测装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种PCB钻刀检测方法，采用上述第一方面所述的PCB钻刀检测装置实施，该PCB钻刀检测方法包括：

所述线阵CCD检测到PCB钻刀开始进入其取景面时，通知所述主控单元记录所述PCB钻刀的第一位置；

所述主控单元获取所述PCB钻刀的基准位置以及所述PCB钻刀的标准长度，并根据所述基准位置、所述PCB钻刀的标准长度以及所述第一位置计算所述PCB钻刀的长度；

所述线阵CCD拍摄静止状态的所述PCB钻刀的第一图像；

所述主控单元根据所述第一图像计算所述PCB钻刀的直径；

所述线阵CCD拍摄转动状态的所述PCB钻刀的第二图像；

所述主控单元根据所述第二图像以及所述直径，确定所述PCB钻刀的偏摆；

其中，所述第一位置与所述基准位置的排列方向垂直于所述光源的出光方向。

本发明实施例提供的PCB钻刀检测装置包括光源、主透镜、线阵CCD以及主控单元，其中，主透镜和线阵CCD依次排列于光源出射的平行光的光路上，主控单元与线阵CCD以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理线阵CCD输出的图像信号，沿光源的出光方向，待检测PCB钻刀设置于光源和主透镜之间，使得能够通过线阵CCD便捷准确的获取PCB钻刀的长度、直径以及偏摆，进而提高了PCB钻刀的检测精度。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种PCB钻刀检测装置的结构示意图；

图2是图1中PCB钻刀检测装置测量PCB钻刀直径时的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种线阵CCD的结构示意图；

图4是图3中线阵CCD在未检测PCB钻刀时的输出信号图像；

图5是图3中线阵CCD在对PCB钻刀进行检测时的输出信号图像；

图6是本发明实施例提供的一种PCB钻孔设备的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种PCB钻刀检测方法的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的一种PCB钻刀检测装置测量PCB钻刀长度时的结构示意图；

图9是图8中虚线框K中的局部放大图；

图10是本发明实施例提供的一种PCB钻刀的检测流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种PCB钻刀检测装置及方法、PCB钻孔设备的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

本发明实施例提供了一种PCB钻刀检测装置，包括：

光源、主透镜、线阵CCD以及主控单元；

其中，所述主透镜和所述线阵CCD依次排列于所述光源出射的平行光的光路上；

所述主控单元与所述线阵CCD以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理所述线阵CCD输出的图像信号；

沿所述光源的出光方向，待检测PCB钻刀设置于所述光源和所述主透镜之间。

本发明实施例提供的PCB钻刀检测装置包括光源、主透镜、线阵CCD以及主控单元，其中，主透镜和线阵CCD依次排列于光源出射的平行光的光路上，主控单元与线阵CCD以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理线阵CCD输出的图像信号，沿光源的出光方向，待检测PCB钻刀设置于光源和主透镜之间，使得能够通过线阵CCD便捷准确的获取PCB钻刀的长度、直径以及偏摆，进而提高了PCB钻刀的检测精度。

以上是本申请的核心思想，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，都属于本发明保护的范围。

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，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他实施方式来实施，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推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1是本发明实施例提供的一种PCB钻刀检测装置的结构示意图。图2是图1中PCB钻刀检测装置测量PCB钻刀直径时的结构示意图。如图1和图2所示，PCB钻刀检测装置包括光源100、主透镜200、线阵CCD300以及主控单元400。其中，主透镜200和线阵CCD300依次排列于光源100出射的平行光的光路上，主控单元400与线阵CCD300以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理线阵CCD300输出的图像，沿光源100的出光方向X，如图2所示，待检测PCB钻刀500设置于光源100和主透镜200之间。

需要说明的是，本实施例提供的PCB钻刀检测装置能够对待测PCB钻刀的长度、直径以及偏摆进行检测，且适用于现有技术中难以准确检测的小尺寸PCB钻刀。

本实施例对光源100的具体结构不做限定，凡是能够发出平行光束的光源均在本实施例的保护范围内。

CCD通过光敏元件将光信号转换为电信号，经存储、传输和检测输出视频信号，进而呈现出人眼可见的图像。具体的，CCD分为面阵CCD和线阵CCD300，其中，线阵CCD300具有结构简单且成本低的特点，其可同时存储一行电视信号，由于单排感光元件的数量可以做的很多，因此，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大。此外，线阵CCD300能够实时传输光电变换信号且自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能够在低照度下工作。基于上述优势，线阵CCD300常被应用于高精度、高速度的检测技术领域。因此，本实施例采用了线阵CCD300测量PCB钻刀的长度、直径和偏摆，以提高检测精度。

示例性的，本实施例采用的线阵CCD可以为TCD1304AP，该线阵CCD的灵敏度高且暗电流低。图3是本发明实施例提供的一种线阵CCD的结构示意图。具体的，图3对应TCD1304AP。如图3所示，该线阵CCD包括3648个像素701，每个像素701的尺寸为8×20μm，其具有22个引脚702。

下面以直径测量为例对TCD1304AP的功能进行说明。图4是图3中线阵CCD在未检测PCB钻刀时的输出信号图像。图5是图3中线阵CCD在对PCB钻刀进行检测时的输出信号图像。如图4和图5所示，TCD1304AP根据光线强度输出不同的信号，PCB钻刀遮挡部分光线时，被遮挡部分的输出信号强度减小，即图5中区间H对应PCB钻刀的直径。

本实施例提供的PCB钻刀检测装置包括光源100、主透镜200、线阵CCD300以及主控单元400，其中，主透镜100和线阵CCD300依次排列于光源100出射的平行光的光路上，主控单元400与线阵CCD300以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理线阵CCD300输出的图像，沿光源100的出光方向X，待检测PCB钻刀设置于光源100和主透镜200之间，使得能够通过线阵CCD300便捷准确的获取PCB钻刀的长度、直径以及偏摆，进而提高了PCB钻刀的检测精度。

示例性的，继续参见图2，光源100可以包括点光源110以及位于点光源110靠近主透镜200一侧的光源透镜120，光源透镜120用于将点光源110出射的光线调节为平行光束。

需要说明的是，点光源110的结构简单且成本低，采用图2所示光源100结构有利于降低PCB钻刀检测装置的成本。

在本实施例的其他实施方式中，光源100还可以为出射预设直径激光束的激光光源。

其中，预设直径激光束为具有预设直径的激光束，设计人员能够根据实际需要对上述预设直径的具体数值进行合理设置。

需要说明的是，激光光源可以直接出射平行光束，光源100仅包括此一个部件即可，减小了光源100的占用空间。

继续参见图2，PCB钻刀检测装置还可以包括光路调节部600，光路调节部600用于对光源100出射的平行光的光路进行调节，主透镜200和线阵CCD300的排列方向Y垂直于光源的出光方向X，主透镜200、光路调节部600以及线阵CCD300依次排列于光源100出射的平行光的光路上。

需要说明的是，这样的设置方式能够减小PCB钻刀检测装置在光源100的出光方向X上的长度，使得PCB钻刀检测装置中的部件更为集中的设置，便于PCB钻刀检测装置在PCB钻孔设备中的安装。

示例性的，继续参见图2，光路调节部600包括第一反射镜610和第二反射镜620，主透镜200、第一反射镜610、第二反射镜620以及线阵CCD300依次排列于光源100出射的平行光的光路上。

需要说明的是，上述光路调节部600在能够实现对应的光路调节功能的基础上，其结构简单，采用的部件成本低，有利于简化PCB钻刀检测装置的结构，降低PCB钻刀检测装置的成本。

在本实施例的其他实施方式中，光路调节部600还可以为其他结构，凡是能够实现对应的光路调节功能的结构均在本实施例的保护范围内。

图6是本发明实施例提供的一种PCB钻孔设备的结构示意图。如图6所示，PCB钻孔设备10包括本发明任意实施例所述的PCB钻刀检测装置11。由于本实施例提供的PCB钻孔设备10包括如本发明实施例提供的任意所述的PCB钻刀检测装置11，其具有其所包括的PCB钻刀检测装置11相同或相应的有益效果，此处不再赘述。

图7是本发明实施例提供的一种PCB钻刀检测方法的流程示意图。该PCB钻刀检测方法采用本发明任意实施例提供的PCB钻刀检测装置实施。如图7所示，PCB钻刀检测方法具体包括如下：

步骤1、线阵CCD检测到PCB钻刀开始进入其取景面时，通知主控单元记录PCB钻刀的第一位置。

步骤2、主控单元获取PCB钻刀的基准位置以及PCB钻刀的标准长度，并根据基准位置、PCB钻刀的标准长度以及第一位置计算PCB钻刀的长度，其中，第一位置与基准位置的排列方向垂直于光源的出光方向。

步骤3、线阵CCD拍摄静止状态的PCB钻刀的第一图像。

步骤4、主控单元根据第一图像计算PCB钻刀的直径。

步骤5、线阵CCD拍摄转动状态的PCB钻刀的第二图像。

步骤6、主控单元根据第二图像以及直径，确定PCB钻刀的偏摆。

需要说明的是，本实施例提供的PCB钻刀检测方法的测量顺序为：PCB钻刀的长度、PCB钻刀的直径、PCB钻刀的偏摆。

以下简单说明各参数的测量原理：

对于PCB钻刀的长度测量，比较标准长度的PCB钻刀和待测PCB钻刀从同一预设位置移动至同一指定位置的过程中两者分别移动的距离，确定待测PCB钻刀与标准长度的PCB钻刀的长度差，进而基于长度已知的标准长度的PCB钻刀的长度计算获得待测PCB钻刀的长度。

对于PCB钻刀的直径测量，采用线阵CCD获取静止状态下待测PCB钻刀的图像，基于该图像以及主透镜的相关成像公式计算获得待测PCB钻刀的直径。

对于PCB钻刀的偏摆测量，采用线阵CCD获取转动状态下待测PCB钻刀的图像，基于该图像以及主透镜的相关成像公式计算获得此状态下待测PCB钻刀的虚拟直径，并基于该虚拟直径以及已确定的待测PCB钻刀的真实直径计算获得待测PCB钻刀的偏摆。

本实施例提供的技术方案，通过线阵CCD检测到PCB钻刀开始进入其取景面时，通知主控单元记录PCB钻刀的第一位置，主控单元获取PCB钻刀的基准位置以及PCB钻刀的标准长度，并根据基准位置、PCB钻刀的标准长度以及第一位置计算PCB钻刀的长度，其中，第一位置与基准位置的排列方向垂直于光源的出光方向，线阵CCD拍摄静止状态的PCB钻刀的第一图像，主控单元根据第一图像计算PCB钻刀的直径，线阵CCD拍摄转动状态的PCB钻刀的第二图像，主控单元根据第二图像以及直径，确定PCB钻刀的偏摆，使得能够通过线阵CCD便捷准确的获取PCB钻刀的长度、直径以及偏摆，进而提高了PCB钻刀的检测精度。

具体的，根据基准位置、PCB钻刀的标准长度以及第一位置计算PCB钻刀的长度可以包括：计算基准位置与第一位置之间的距离A，获取基准位置与线阵CCD的信号触发点之间的距离B，第一位置、基准位置以及线阵CCD的信号触发点的排列方向与光源的出光方向垂直，获取PCB钻刀的标准长度C，PCB钻刀的实际长度D＝B-A+C。

示例性的，图8是本发明实施例提供的一种PCB钻刀检测装置测量PCB钻刀长度时的结构示意图。图9是图8中虚线框K中的局部放大图。如图8和图9所示，测试开始后，首先调节PCB钻刀至基准位置J(图8和图9中以虚线标识的PCB钻刀位置)，然后控制PCB钻刀沿光源100的出光方向X的垂直方向Y向下运动，直至线阵CCD的检测信号发生变化，即直至PCB钻刀移动至第一位置Q(图8中以实线标识的PCB钻刀位置)，以上操作均针对实际PCB钻刀。值得说明的是，线阵CCD的信号触发点为标准长度的PCB钻刀使得线阵CCD的检测信号发生变化时所处位置。示例性的，图8和图9中的PCB钻刀的实际长度小于标准长度，图8和图9以阴影填充方式示意出标准长度的PCB钻刀位于线阵CCD的信号触发点时的位置R。需要说明的是，以上所述各位置均以PCB钻刀中距离其刀尖n长度的点的位置。示例性的，n＝0时，即以刀尖位置为测量位置是最常用的测量方式。继续参见图8和图9，基准位置J与第一位置Q之间的距离A，基准位置P与线阵CCD的信号触发点R之间的距离B，则PCB钻刀的标准长度C时，PCB钻刀的实际长度D＝B-A+C。较为通俗的理解如下：标准长度的PCB钻刀从基准位置J向下移动距离B时即达到线阵CCD的信号触发点R，而实际PCB钻刀向下移动了比B更长的距离A才触发线阵CCD的检测信号发生变化，可见PCB钻刀的实际长度是小于其标准长度的，具体比标准长度小了A-B，进而得到上述PCB钻刀的计算公式。值得注意的是，PCB钻刀的实际长度大于其标准长度时上述PCB钻刀实际长度的计算公式仍然成立，具体原理与PCB钻刀的实际长度小于其标准长度时的情况相同，此处不再赘述。

可选的，主控单元根据第一图像计算PCB钻刀的直径可以包括：主控单元确定第一图像中亮度低于基准亮度的像素数量m，将像素数量m代入PCB钻刀直径D的计算公式：D＝ump/f，以获得PCB钻刀的直径，其中，u为主透镜的物距，p为线阵CCD的像素宽度，f为主透镜的焦距。

需要说明的是，参见图2，线阵CCD 300拍摄的第一图像中亮度低于基准亮度的像素总宽度相当于PCB钻刀直径相对主透镜200的像，基于透镜成像公式：

以及线阵CCD的成像公式

其中，u为主透镜的物距；a+b为主透镜的像距；α为主透镜的放大倍率；m为像素数量；p为像间距；f为主透镜的焦距，D为PCB钻刀的直径。由上述两个公式可得：

当u>>f，前一公式可简化为

至此获得PCB钻刀的直径的计算公式。其中，u、p和f均为已知参数，因此在从第一图像中提取出亮度低于基准亮度的像素数量m后，即可根据上述PCB钻刀的直径计算公式计算获得PCB钻刀的实际直径。

在本实施例中，主控单元根据第二图像以及直径，确定PCB钻刀的偏摆可以包括：获取静止状态下PCB钻刀的直径D1，主控单元确定第二图像中亮度低于基准亮度的像素数量n，将像素数量n代入PCB钻刀直径D的计算公式：D＝unp/f，以获得转动状态下PCB钻刀的直径D2，其中，u为主透镜的物距，p为线阵CCD的像素宽度，f为主透镜的焦距，将直径D1和直径D2代入PCB钻刀偏摆T的计算公式：T＝(D2-D1)/2，以获得PCB钻刀偏摆。

需要说明的是，静止状态下PCB钻刀的直径D1即为上一步骤中已计算获得的PCB钻刀的实际直径。可以理解的是，PCB钻刀的主体结构实际为柱体，但出现偏移后，高速转动过程中其外轮廓构成锥体，同一位置处该椎体的直径大于PCB钻刀的实际直径。可设置PCB钻刀转动，然后采用获取静止状态下PCB钻刀直径的方法获取此时PCB钻刀对应的锥体同一位置处的直径，即D2。进而通过PCB钻刀偏摆T的计算公式：T＝(D2-D1)/2，获得PCB钻刀偏摆T。

值得注意的是，由于工艺以及操作等误差的存在，设置各参数的检测公差，在检测出的PCB钻刀的长度、直径以及偏摆在对应的公差范围内时，认为检测结果正确，否则重新开始测量，对应的PCB钻刀的测量方法的具体过程如图10所示。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种PCB钻刀检测装置，其特征在于，包括：

光源、主透镜、线阵CCD以及主控单元；

其中，所述主透镜和所述线阵CCD依次排列于所述光源出射的平行光的光路上；

所述主控单元与所述线阵CCD以及外部PCB钻刀控制模块电连接，用于接收并处理所述线阵CCD输出的图像信号；

沿所述光源的出光方向，待检测PCB钻刀设置于所述光源和所述主透镜之间。

2.根据权利要求1所述的PCB钻刀检测装置，其特征在于，所述光源包括点光源以及位于点光源靠近所述主透镜一侧的光源透镜，所述光源透镜用于将所述点光源出射的光线调节为平行光束。

3.根据权利要求1所述的PCB钻刀检测装置，其特征在于，所述光源为出射预设直径激光束的激光光源。

4.根据权利要求1所述的PCB钻刀检测装置，其特征在于，还包括光路调节部，所述光路调节部用于对所述光源出射的平行光的光路进行调节；

所述主透镜和所述线阵CCD的排列方向垂直于所述光源的出光方向；所述主透镜、所述光路调节部以及所述线阵CCD依次排列于所述光源出射的平行光的光路上。

5.根据权利要求4所述的PCB钻刀检测装置，其特征在于，所述光路调节部包括第一反射镜和第二反射镜，所述主透镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述线阵CCD依次排列于所述光源出射的平行光的光路上。

6.一种PCB钻孔设备，其特征在于，包括上述权利要求1-5任一项所述的PCB钻刀检测装置。

7.一种PCB钻刀检测方法，采用权利要求1-5任一项所述的PCB钻刀检测装置实施，其特征在于，包括：

所述线阵CCD检测到PCB钻刀开始进入其取景面时，通知所述主控单元记录所述PCB钻刀的第一位置；

所述主控单元获取所述PCB钻刀的基准位置以及所述PCB钻刀的标准长度，并根据所述基准位置、所述PCB钻刀的标准长度以及所述第一位置计算所述PCB钻刀的长度；

所述线阵CCD拍摄静止状态的所述PCB钻刀的第一图像；

所述主控单元根据所述第一图像计算所述PCB钻刀的直径；

所述线阵CCD拍摄转动状态的所述PCB钻刀的第二图像；

所述主控单元根据所述第二图像以及所述直径，确定所述PCB钻刀的偏摆；

其中，所述第一位置与所述基准位置的排列方向垂直于所述光源的出光方向。

8.根据权利要求7所述的PCB钻刀检测方法，其特征在于，根据所述基准位置、所述PCB钻刀的标准长度以及所述第一位置计算所述PCB钻刀的长度，包括：

计算所述基准位置与所述第一位置之间的距离A；

获取所述基准位置与所述线阵CCD的信号触发点之间的距离B；所述第一位置、所述基准位置以及所述线阵CCD的信号触发点的排列方向与所述光源的出光方向垂直；

获取所述PCB钻刀的标准长度C；

所述PCB钻刀的实际长度D＝B-A+C。

9.根据权利要求7所述的PCB钻刀检测方法，其特征在于，所述主控单元根据所述第一图像计算所述PCB钻刀的直径包括：

所述主控单元确定第一图像中亮度低于基准亮度的像素数量m；

将所述像素数量m代入PCB钻刀直径D的计算公式：D＝ump/f，以获得所述PCB钻刀的直径，其中，u为所述主透镜的物距，p为所述线阵CCD的像素宽度，f为所述主透镜的焦距。

10.根据权利要求7所述的PCB钻刀检测方法，其特征在于，所述主控单元根据所述第二图像以及所述直径，确定所述PCB钻刀的偏摆包括：

获取静止状态下所述PCB钻刀的直径D1；

所述主控单元确定所述第二图像中亮度低于基准亮度的像素数量n，将所述像素数量n代入PCB钻刀直径D的计算公式：D＝unp/f，以获得转动状态下所述PCB钻刀的直径D2，其中，u为所述主透镜的物距，p为所述线阵CCD的像素宽度，f为所述主透镜的焦距；

将所述直径D1和所述直径D2代入PCB钻刀偏摆T的计算公式：T＝(D2-D1)/2，以获得PCB钻刀偏摆。

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