CN112692451A - Pcb板的裁切系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及PCB电路板加工技术领域，具体涉及一种PCB板的裁切系统，包括：绘制单元，用于获取PCB板的多个局部点云数据，并根据局部点云数据得到PCB板的切边轮廓线；确定单元，用于根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，并根据PCB板的切割路径确定切割参数；指令单元，用于根据切割参数生成相应的切割指令，并发送切割指令；切割单元，用于接收切割指令，并根据切割指令沿切割路径对PCB板进行切割。本发明在对PCB板进行裁切之前，预先得到PCB板的轮廓线，从而精确地获得切割路径与切割参数，解决了现有技术虽然能够平整地对PCB板进行裁切，但是裁切的尺寸精度不高的技术问题。

Description

PCB板的裁切系统
技术领域
本发明涉及PCB电路板加工技术领域，具体涉及一种PCB板的裁切系统。
背景技术
目前，根据PCB板的基材的柔软性能，可将PCB板分为两类，也即硬性PCB板与柔性PCB板。与硬性PCB板相比，柔性PCB板其抗挠曲性能优异，被广泛应用于部件在工作时需要产生相对运动的电子产品中，比如说折叠式手机。随着电子产品向小型化方向发展，柔性PCB板的结构也越来越复杂，传统的冲孔技术难以处理结构复杂的柔性PCB板，比如说切边不平整、不平滑、存在毛刺；反之，激光切割技术由于其具有高准确度的优势，逐渐得到应用。
比如说，文件CN106271096A公开了一种PCB板的加工方法，该加工方法包括如下步骤：预设PCB板上切割区域的形状；将PCB板放置在加工平台上；采用激光束沿PCB板上切割区域的边界进行切割，并采用分层以及正反面加工；其中激光束的功率为8～12W，激光束相对PCB板的移动速率为100～300mm/s，激光束的脉冲频率为30～60KHz，脉冲时间为1～4um。通过这样的方式，采用激光束沿着切割区域的边界进行切割，切割边缘平整、无粉尘；采用分层和正反面进行切割，提高切割品质，降低生产成本，提升效率，从而提升PCB板的竞争力。
在对PCB板进行切割作业之前，需要根据PCB板被要求切割成的尺寸及形状，预设PCB板上的切割区域。也就是说，在PCB板的布线设计的过程中，同时完成切割线的绘制。就目前而言，大多数切割线都是人工进行绘制，这使得绘制出的切割线误差较大，难以精确地设定PCB板上的切割区域，从而导致切割出的PCB板的尺寸精度达不到相关的要求。也就是说，现有技术虽然能够平整地对PCB板进行裁切，但是裁切的尺寸精度不高。
发明内容
本发明提供一种PCB板的裁切系统，解决了现有技术虽然能够平整地对PCB板进行裁切，但是裁切的尺寸精度不高的技术问题。
本发明提供的基础方案为：PCB板的裁切系统，包括：
绘制单元，用于获取PCB板的多个局部点云数据，并根据局部点云数据得到PCB板的切边轮廓线；
确定单元，用于根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，并根据PCB板的切割路径确定切割参数；
指令单元，用于根据切割参数生成相应的切割指令，并发送切割指令；
切割单元，用于接收切割指令，并根据切割指令沿切割路径对PCB板进行切割。
本发明的工作原理及优点在于：首先，根据获取的PCB板的多个局部点云数据得到PCB板的切边轮廓线；然后，根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，并在PCB板的切割路径的基础上确定切割参数；最后，根据切割参数生成相应的切割指令，并根据切割指令沿切割路径对PCB板进行切割。通过这样的方式，预先得到PCB板的轮廓线，有利于精确地获得切割路径与切割参数，从而提高裁切的准确性；当裁切PCB板时，能够自动确定PCB板的切割路径以及切割参数，并根据切割参数自动生成相应的切割指令，从而能够对PCB板自动地进行裁切，既能够提高效率，又可以降低成本。
本发明在对PCB板进行裁切之前，预先得到PCB板的轮廓线，从而精确地获得切割路径与切割参数，解决了现有技术虽然能够平整地对PCB板进行裁切，但是裁切的尺寸精度不高的技术问题。
进一步，指令单元包括：
提取子单元，用于提取切割参数中的切割长度和切割拐点；
生成子单元，用于根据切割长度和切割拐点生成切割任务序列，切割任务序列中包含偏移角度和偏移速度；
排序子单元，用于按照预设的执行时间对切割任务序列进行排序，生成被排序的切割任务的集合；
组合子单元，用于将被排序的切割任务的集合组合为整体切割任务，确定整体切割任务为切割参数对应的切割指令。
有益效果在于：先根据切割长度和切割拐点得到切割任务序列，再按照预设的执行时间对切割任务序列进行排序，得到被排序的切割任务的集合；通过这样的方式，有利于按照裁切的时间先后顺序生成切割指令，使得切割指令具有条理性，从而降低裁切过程中的误差，提高裁切的精确性。
进一步，绘制单元包括：
预判子单元，用于判断切割区域是否存在待切割的PCB板；
采集子单元，用于采集PCB板的多个局部点云数据；
拼接子单元，用于拼接局部点云数据，得到PCB板的实际模型数据；
拟合子单元，用于拟合实际模型数据，得到PCB板的模型轮廓线；
对比子单元，用于获取PCB板的理想轮廓线，并将理想轮廓线与模型轮廓线进行比对，得到PCB板的切边轮廓线。
有益效果在于：通过这样的方式，PCB板的模型轮廓线由实际模型数拟合而成，切边轮廓线由模型轮廓线与理想轮廓线进行比对得到，这样可以使得切边轮廓线更加的精确，有利于提高裁切的精度。
进一步，对比子单元得到PCB板的切边轮廓线，具体步骤为：将模型轮廓线围成的面作为定位面，将与定位面垂直的模型轮廓线作为定位线；将定位面与理想轮廓线的基准面进行重合，将定位线与理想轮廓线的基准线进行重合，并根据理想轮廓线得到PCB板的切边轮廓线。
有益效果在于：先确定好定位面和定位线，在此基础上采用重合的方法根据理想轮廓线得到PCB板的切边轮廓线；通过这样的方式，预先实现了定位，有利于切边轮廓线的准确性与精确性。
进一步，拼接子单元还用于在对局部点云数据进行拼接之前，对局部点云数据进行降噪处理。
有益效果在于：在对局部点云数据进行拼接之前，对局部点云数据进行去噪处理，去除掉不准确、甚至错误的局部点云数据，有利于提高拼接的准确性，避免某个不准确、甚至错误的数据造成太大的误差，从而降低系统误差。
进一步，拟合子单元还用于对得到PCB板的模型轮廓线进行平滑处理。
有益效果在于：在得到PCB板的模型轮廓线后进行平滑处理，可将某些细微曲折处平滑过度，避免曲率突变，有利于提高裁切的精度。
进一步，预判子单元判断切割区域是否存在待切割的PCB板，具体为，在切割区域设置压力传感器，获取压力传感器传来的数值，并判断压力传感器传来的数值是否为零：若数值为零，判定切割区域不存在待切割的PCB板；若数值不为零，判定切割区域存在待切割的PCB板。
有益效果在于：通过压力判断切割区域是否存在待切割的PCB板，操作起来比较方便、准确度高，而且结构简单、不需要过多的额外的结构。
进一步，预判子单元判断切割区域是否存在待切割的PCB板，具体为，采集切割区域的图像，判断图像的像素值是否与预设的像素值相同：若图像的像素值与预设的像素值相同，判定切割区域存在待切割的PCB板；若图像的像素值与预设的像素值不相同，判定切割区域不存在待切割的PCB板。
有益效果在于：在PCB板的质量很轻，或者压力传感器的灵敏度不高时，通过检测压力并不能准确地判定切割区域是否存在待切割的PCB板；通过这样的方式，即使PCB板的质量很轻，或者压力传感器的灵敏度不高，也能够准确地进行判定。
附图说明
图1为本发明PCB板的裁切系统实施例的系统结构框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例1
本发明PCB板的裁切系统实施例基本如附图1所示，包括：
绘制单元，用于获取PCB板的多个局部点云数据，并根据局部点云数据得到PCB板的切边轮廓线；
确定单元，用于根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，并根据PCB板的切割路径确定切割参数；
指令单元，用于根据切割参数生成相应的切割指令，并发送切割指令；
切割单元，用于接收切割指令，并根据切割指令沿切割路径对PCB板进行切割。
在本实施例中，绘制单元、确定单元和指令单元集成在服务器上，通过软件/程序/代码(包括硬件)实现其功能，切割单元为激光切割器。
具体实施过程如下：
S1、获取PCB板的多个局部点云数据，并根据局部点云数据得到PCB板的切边轮廓线。
在本实施例中，绘制单元包括预判子单元、采集子单元、拼接子单元、拟合子单元和对比子单元。首先，预判子单元判断切割区域是否放置有待切割的PCB板，切割区域也就是激光切割器能够进行切割的区域。比如说，预判子单元包括压力传感器和单片机，在切割区域内安装压力传感器，压力传感器将检测到的压力值发送到单片机，并由单片机判断压力传感器传来的数值是否为零：若数值为零，判定切割区域不存在待切割的PCB板；若数值不为零，判定切割区域存在待切割的PCB板。
接着，采集子单元采集PCB板的多个局部点云数据。比如说，采集子单元为摄像头，在切割区域内存在或者放置有待切割的PCB板时，摄像头对PCB板进行拍摄，得到多个局部点云数据，局部点云数据是以为点数据的形式组成PCB板的局部轮廓。
再接着，拼接子单元拼接局部点云数据，得到PCB板的实际模型数据。拼接子单元集成在服务器上，先对局部点云数据进行降噪处理，比如，剔除高于一个数量级的数据；再将局部点云数据拼接起来，从而得到PCB板的实际模型数据。
然后，拟合子单元拟合实际模型数据，得到PCB板的模型轮廓线。比如说，采用多项式拟合实际模型数据，从而得到PCB板的模型轮廓线；并在局部曲率突变的地方进行平滑处理。
最后，对比子单元获取PCB板的理想轮廓线，并将理想轮廓线与模型轮廓线进行比对，得到PCB板的切边轮廓线。具体而言，PCB板的理想轮廓线(也即设计的轮廓线)预先储存在服务器上，获取到PCB板的理想轮廓线后，将模型轮廓线围成的面作为定位面，将与定位面垂直的模型轮廓线作为定位线。将定位面与理想轮廓线的基准面进行重合，将定位线与理想轮廓线的基准线进行重合，并将理想轮廓线垂直投影到定位面上，理想轮廓线在定位面上的投影线即为PCB板的切边轮廓线。
S2、根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，并根据PCB板的切割路径确定切割参数。
具体而言，根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，首先，获取需要输入切割形状和切割尺寸，比如说10mm×5mm的长方形；然后，根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的尺寸、形状，比如说80mm×40mm的长方形；最后，根据需要的切割形状和切割尺寸以及PCB板的形状、尺寸确定PCB板的切割路径，比如说，以10mm为间距在PCB板长的方向切8刀，以5mm为间距在PCB板宽的方向切8刀；或者以5mm为间距在PCB板长的方向切16刀，以10mm为间距在PCB板宽的方向切4刀；最终可以得到8×8或者16×4，共64个小块。
根据PCB板的切割路径确定切割参数，包括切割长度和切割拐点，比如说，切割长度为10mm，切割拐点为沿着切割路径前进10mm、转角90度；或者，切割长度为5mm，切割拐点为沿着切割路径前进5mm、转角90度。
S3、根据切割参数生成相应的切割指令。
具体而言，指令单元包括提取子单元、生成子单元、排序子单元和组合子单元，首先，提取子单元提取切割参数中的切割长度和切割拐点，比如说，切割长度为10mm，切割拐点为沿着切割路径前进10mm、转角90度。然后，生成子单元根据切割长度和切割拐点生成切割任务序列，切割任务序列中包含偏移角度和偏移速度，比如说，第1秒内，也即第1秒初～第1秒末，以10mm/s的偏移速度、0度的偏移角度前进；第2秒内，也即第2秒初～第2秒末，以5mm/s的偏移速度、90度的偏移角度前进，也即进行90度的转弯。
接着，排序子单元按照预设的执行时间对切割任务序列进行排序，生成被排序的切割任务的集合，比如说，切割任务的集合为{(第1秒，以10mm/s的偏移速度、0度的偏移角度前进)；(第2秒，以5mm/s的偏移速度、90度的偏移角度前进)}。最后，组合子单元将被排序的切割任务的集合组合为整体切割任务，确定整体切割任务为切割参数对应的切割指令，并将切割指令发送到激光切割器。
S4、根据切割指令沿切割路径对PCB板进行切割。
激光切割器接收到切割指令后，按照切割指令沿切割路径对PCB板进行切割，比如说，第1秒，以10mm/s的偏移速度、0度的偏移角度前进；最后将80mm×40mm的PCB切割成64个10mm×5mm的小块。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，预判子单元包括摄像机，摄像机采集切割区域的图像，并将采集的图像发送到服务器，服务器调用图形对比算法判断图像的像素值是否与预设的像素值相同：若图像的像素值与预设的像素值相同，判定切割区域存在，也即放置了待切割的PCB板；若图像的像素值与预设的像素值不相同，则判定切割区域不存在，也即暂时还没有放置待切割的PCB板。
实施例3
与实施例2不同之处仅在于，在采集PCB板的多个局部点云数据之前，先判断是否可以启动采集。也即，先对PCB板进行吹风除尘，然后检测PCB板表面附近灰尘的浓度，并判断是否低于浓度阈值：如果PCB板表面附近灰尘的浓度低于浓度阈值，则可以启动采集；如果PCB板表面附近灰尘的浓度不低于浓度阈值，则不可以启动采集。
在本实施例中，对PCB板吹风除尘后，用平行单色光照射PCB板表面附近，并检测PCB板表面附近入射光的相对衰减率。由于灰尘在光的照射下会产生光的散射现象，同时吸收部分入射光的能量，入射光的光强将会衰减。此外，入射光的相对衰减率与灰尘的浓度成正比，入射光的光强大小与经过光电转换的电信号强弱成正比，故而电信号与灰尘浓度相互对应，检测到电信号后即可根据相应的换算关系计算出灰尘的浓度。
如果PCB板表面附近灰尘的浓度低于浓度阈值，则可以启动采集，此时，就采集PCB板表面的图像，并根据图像中PCB板的清晰度判断吹风除尘是否成功：
如果图像中PCB板的清晰度大于、等于预设阈值，表明除尘成功，可开始采集PCB板的多个局部点云数据；如果图像中PCB板的清晰度小于预设阈值，对清晰度小于预设阈值的局部区域进行标记，并通过图像识别算法对标记的局部区域进行识别，判断标记的局部区域是否为机械瑕疵(比如说划伤、刮痕)：如果标记的局部区域为机械瑕疵，则提示将PCB板报废，如果标记的局部区域不为机械瑕疵，则提示除尘失败，并再次进行除尘。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.PCB板的裁切系统，其特征在于，包括：
绘制单元，用于获取PCB板的多个局部点云数据，并根据局部点云数据得到PCB板的切边轮廓线；
确定单元，用于根据PCB板的切边轮廓线确定PCB板的切割路径，并根据PCB板的切割路径确定切割参数；
指令单元，用于根据切割参数生成相应的切割指令，并发送切割指令；
切割单元，用于接收切割指令，并根据切割指令沿切割路径对PCB板进行切割。
2.如权利要求1所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，指令单元包括：
提取子单元，用于提取切割参数中的切割长度和切割拐点；
生成子单元，用于根据切割长度和切割拐点生成切割任务序列，切割任务序列中包含偏移角度和偏移速度；
排序子单元，用于按照预设的执行时间对切割任务序列进行排序，生成被排序的切割任务的集合；
组合子单元，用于将被排序的切割任务的集合组合为整体切割任务，确定整体切割任务为切割参数对应的切割指令。
3.如权利要求2所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，绘制单元包括：
预判子单元，用于判断切割区域是否存在待切割的PCB板；
采集子单元，用于采集PCB板的多个局部点云数据；
拼接子单元，用于拼接局部点云数据，得到PCB板的实际模型数据；
拟合子单元，用于拟合实际模型数据，得到PCB板的模型轮廓线；
对比子单元，用于获取PCB板的理想轮廓线，并将理想轮廓线与模型轮廓线进行比对，得到PCB板的切边轮廓线。
4.如权利要求3所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，对比子单元得到PCB板的切边轮廓线，具体步骤为：将模型轮廓线围成的面作为定位面，将与定位面垂直的模型轮廓线作为定位线；将定位面与理想轮廓线的基准面进行重合，将定位线与理想轮廓线的基准线进行重合，并根据理想轮廓线得到PCB板的切边轮廓线。
5.如权利要求4所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，拼接子单元还用于在对局部点云数据进行拼接之前，对局部点云数据进行降噪处理。
6.如权利要求5所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，拟合子单元还用于对得到PCB板的模型轮廓线进行平滑处理。
7.如权利要求6所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，预判子单元判断切割区域是否存在待切割的PCB板，具体为，在切割区域设置压力传感器，获取压力传感器传来的数值，并判断压力传感器传来的数值是否为零：若数值为零，判定切割区域不存在待切割的PCB板；若数值不为零，判定切割区域存在待切割的PCB板。
8.如权利要求7所述的PCB板的裁切系统，其特征在于，预判子单元判断切割区域是否存在待切割的PCB板，具体为，采集切割区域的图像，判断图像的像素值是否与预设的像素值相同：若图像的像素值与预设的像素值相同，判定切割区域存在待切割的PCB板；若图像的像素值与预设的像素值不相同，判定切割区域不存在待切割的PCB板。
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