CN115876080A

CN115876080A - 激光钻孔机孔位加工精度的测试方法

Info

Publication number: CN115876080A
Application number: CN202211228164.0A
Authority: CN
Inventors: 张益辉; 潘自平; 杨朝辉
Original assignee: Shenzhen Hans CNC Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Hans CNC Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-08
Filing date: 2022-10-08
Publication date: 2023-03-31

Abstract

本发明公开了一种激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，包括：将双面覆铜板平放于载台，在所述双面覆铜板的第一面上加工多个第一盲孔；将所述双面覆铜板翻面，在所述双面覆铜板的第二面上加工直径小于所述第一盲孔的第二盲孔，所述第二盲孔与所述第一盲孔的轴线重合，加工所述第二盲孔直至所述第二盲孔与所述第一盲孔贯穿，得到阶梯孔；用光源照射所述双面覆铜板，所述光源透过所述阶梯孔形成光斑，通过相机识别所述光斑；根据所述光斑计算激光钻孔机孔位的加工精度。本发明能高效、准确地得到设备的加工精度结果，且能最大程度的减少外界影响因素。

Description

激光钻孔机孔位加工精度的测试方法

技术领域

本发明涉及激光钻孔技术领域，更具体地，涉及一种激光钻孔机孔位加工精度的测试方法。

背景技术

现有激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，包括以下步骤：

1)提供双面覆铜板，在双面覆铜板的正面重复加工多个盲孔；

2)对双面覆铜板进行酸洗，以去除双面覆铜板表面的棕化涂层，露出亮铜色的覆铜层；

3)盲孔内为黑色，利用盲孔内的黑色与露出的亮铜色的明显色差，识别盲孔；

4)根据识别的盲孔计算激光钻孔机孔位的加工精度。

上述现有技术具有以下缺点：第一，上述步骤2)的酸洗必须采用人工操作，无法自动完成加工精度的整个测试过程，导致测试效率降低；第二，酸洗会对覆铜板造成一定的形变，使得加工精度测试过程中引入了清洗的外界影响因素，从而无法准确得到激光钻孔机的孔位加工精度情况；第三，盲孔内以及周围易残留加工残渣和毛刺，该方法加工的盲孔孔型极差，导致AOI识别的盲孔形状不规则，影响加工精度结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，能高效、准确地得到设备的加工精度结果，且能最大程度的减少外界影响因素。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，包括以下过程：

将双面覆铜板平放于载台，在所述双面覆铜板的第一面上加工多个第一盲孔；

将所述双面覆铜板翻面，在所述双面覆铜板的第二面上加工直径小于所述第一盲孔的第二盲孔，所述第二盲孔与所述第一盲孔的轴线重合，加工所述第二盲孔直至所述第二盲孔与所述第一盲孔贯穿，得到阶梯孔；

用光源照射所述双面覆铜板，所述光源透过所述阶梯孔形成光斑，通过相机识别所述光斑；

根据所述光斑获取激光钻孔机孔位的加工精度。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本发明实施例通过钻阶梯孔，避免孔内残留残渣和产生毛刺，使阶梯孔形状更规则；通过将透过阶梯孔的光斑作为识别对象，光斑和双面覆铜板表面的棕化涂层能形成强烈的色差，因此，无需使用酸蚀剂对双面覆铜板进行清洗去除棕化涂层，不仅提高激光钻孔的效率，而且避免酸蚀剂对覆铜板造成形变，从而影响加工精度结果；通过先在双面覆铜板的第一面加工直径较大的第一盲孔，再在双面覆铜板的第二面加工直径较小的第二盲孔，并使第二盲孔与第一盲孔贯穿形成阶梯孔，使得第二盲孔的底部的边界图案(即阶梯孔的边界图案)的实际中心点W₁的坐标值更接近第二盲孔的实际中心点W的坐标值，尽可能的降低计算误差，提高加工精度结果的准确度。

本发明的测试方法的整个测量过程均可自动完成，无外界因素和人为操作影响，能更高效、更准确地得到设备的加工精度结果。

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。

其中：

图1是本发明一具体实施例的双面覆铜板的截面结构示意图。

图2是本发明一具体实施例的钻孔前的双面覆铜板的俯视结构示意图。

图3是本发明一具体实施例的钻孔前的双面覆铜板的俯视结构示意图。

图4是本发明一具体实施例的双面覆铜板涨缩前后的结构示意图。

其中，100、双面覆铜板；10、第一盲孔；20、第二盲孔；30、阶梯孔；40、视觉定位通孔；50、定位光斑。

具体实施方式

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作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。

本发明公开了一种激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，参考图1～图3，包括以下步骤：

1)将双面覆铜板100平放于载台上，激光钻孔机在双面覆铜板100的第一面上加工多个第一盲孔10。

第一盲孔10的数量至少为1000个，第一盲孔10的数量为1000～10000，考虑加工效率和测试精度，较优的，第一盲孔10的数量优选为9000～11000。第一盲孔的加工数量过少，则加工精度的计算结果不准确，第一盲孔的加工数量过多，则影响加工效率。

在本步骤中，激光钻孔机根据输入至激光钻孔机的第一盲孔10的理论加工数据文件加工第一盲孔10，第一盲孔10的理论加工数据文件包括各第一盲孔10的中心点坐标值和孔径。

加工第一盲孔10的过程具体包括：

首先，激光钻孔机对放置在载台上的双面覆铜板100进行坐标系定位，使理论加工数据文件的坐标系与双面覆铜板100的坐标系对准，坐标系对准包括坐标原点o对准和x轴、y轴对准。

出厂的双面覆铜板100上通常都设有用于被激光钻孔机定位用的视觉定位通孔40，如图2所示，双面覆铜板设置有四个边角，四个边角处分别对应设置有四个视觉定位通孔40，四个视觉定位通孔40中的相邻两视觉定位通孔的中心点的连线构成第二矩形，视觉定位通孔40内部的空间为激光加工区间。定位时，激光钻孔机的图像采集系统识别四个视觉定位通孔40，然后分别将处于第二矩形对角位置的两视觉定位通孔40的中心点进行连线，将两条连线的交叉点设置为坐标系xoy的原点o，第二矩形的两条相交边分别为x轴和y轴。

然后，激光钻孔机根据输入至激光钻孔机的第一盲孔10的理论加工数据文件加工第一盲孔10。

2)将双面覆铜板100翻面，激光钻孔机在双面覆铜板100的第二面上加工直径小于第一盲孔10的第二盲孔20，第二盲孔20与第一盲孔10的轴线重合，第二盲孔20的数量与第一盲孔10的数量相同，加工第二盲孔20直至第二盲孔20与第一盲孔10贯穿，得到阶梯孔30，加工后的双面覆铜板100如图3所示。本发明通过在双面覆铜板100的第一面先加工直径较大的第一盲孔10，避免第一盲孔10侧壁遮挡光源导致通过阶梯孔30的光斑边界不规则的问题。

参考图1，通常情况下，激光加工的盲孔/通孔的截面形状为梯形，且大部分情况下为非等腰梯形，图1中，第一盲孔10和第二盲孔20的截面形状均为非等腰梯形。第一盲孔10的直径为D1，第二盲孔20的直径为D2，第二盲孔20的位置与第一盲孔10的位置正对应，即第二盲孔20的中心点坐标与第一盲孔10的中心点坐标相同，第二盲孔20的中心点坐标与第一盲孔10的中心点坐标均为W，过第一盲孔10和第二盲孔20的实际中心点的中心线L1和L2是重合的，第二盲孔20与第一盲孔10贯穿形成的阶梯孔30实质是位于第二盲孔20的底部，阶梯孔30的直径为D3，阶梯孔30的中心点坐标为W₁。

第二盲孔20的加工过程与第一盲孔10的加工过程相同，在此不再赘述。激光钻孔机根据输入至激光钻孔机的第二盲孔20的理论加工数据文件加工第二盲孔20。第二盲孔20的理论加工数据文件包括各第二盲孔20的中心点坐标值和孔径。

3)用光源照射双面覆铜板100，光源透过阶梯孔30形成光斑，通过相机识别光斑。

参考图1，从双面覆铜板100的第一面正下方向上照射双面覆铜板100，可以得到直径为D3、中心点坐标为W₁的光斑。当然，也可以从双面覆铜板100的第二面正上方向下照射双面覆铜板100，也可以获得直径为D3、中心点坐标为W₁的光斑。光斑与双面覆铜板100的棕化涂层可以形成强烈的色差，色差越大，越有利于AOI检测设备自动识别光斑。

本发明通过设置阶梯孔30，识别透过阶梯孔30的光斑，一方面，避免现有技术中在盲孔周围以及盲孔内留下激光加工残渣，影响对盲孔边界图案的识别，另一方面，无需使用酸蚀剂对双面覆铜板100进行清洗，不仅提高激光钻孔的效率，而且避免酸蚀剂对覆铜板造成形变，从而影响加工精度测量的准确度。

在本步骤中，可以采用AOI检测设备识别光斑，避免引入人为操作误差，且提高检测效率。

在一具体实施例中，识别光斑，得到用光斑的中心点坐标表示的实际加工数据文件，具体包括以下过程：

S31，从双面覆铜板100的第二面上方对照射光源的双面覆铜板100进行拍照，得到双面覆铜板100的实际加工照片，实际加工照片中包括双面覆铜板100的图案和双面覆铜板100上各光斑的图案，该实际加工照片上的钻孔后的双面覆铜板100的图案与步骤2)加工后的双面覆铜板100的图案相同，即与图3所示的双面覆铜板100的图案相同。

S32，识别实际加工照片上的各光斑的边界图案。

S33，根据各光斑的边界图案，确定各光斑的中心点位置。

S34，选取四个光斑，以使四个光斑中的两两相邻光斑的中心点的连线构成第一矩形，将第一矩形的中心点作为原点o，将平行于第一矩形的长边的线作为x轴，将平行于第一矩形的短边的线作为y轴，以构建直角坐标系xoy。

参考图3，在本具体实施例中，将光斑图案的最外侧矩形四顶点上的四个光斑作为定位光斑50，四个光斑构成第一矩形，且第一矩形的中心点对应第二盲孔的理论加工数据文件的直角坐标系xoy的原点，将处于第一矩形对角位置的两定位光斑50进行连线，将两条连线的交叉点设置为坐标原点o，建立与第二盲孔20的理论加工数据文件相同的直角坐标系xoy。

在本步骤中，以四个光斑作为定位光斑来确定坐标原点o，而不以视觉定位通孔40来确定坐标原点o，是为了避免引入外界因素，避免引入计算误差。

S35：计算各光斑的中心点在直角坐标系xoy下的坐标，得到实际加工数据文件，实际加工数据文件包括各光斑的中心点坐标。

上述识别过程，由检测设备自动识别，最大限度的避免人工操作导致的人为误差。

4)根据光斑计算激光钻孔机孔位的加工精度。

在本步骤中，根据识别的光斑得到关于光斑的实际加工数据文件，即得到关于阶梯孔30的实际加工数据文件，等同于得到关于第二盲孔20的实际加工数据文件，将得到的实际加工数据文件与第二盲孔20的理论加工数据文件进行比较，计算激光钻孔机孔位的加工精度。

在一具体实施例中，上述步骤4)，根据光斑计算激光钻孔机孔位的加工精度，具体包括以下过程：

根据光斑的实际加工数据文件中的光斑的实际中心点坐标值和第二盲孔的理论加工数据文件中的第二盲孔20的理论中心点坐标值计算工程能力指数C_pk，以获得加工精度级别的表征数据。工程能力指数C_pk是受控状态下工序对加工精度的保证能力，是用来衡量工序加工内在一致性的指标，表征工序能力满足产品设计质量要求的程度。通过工程能力指数C_pk的结果可以评价设备批量生产过程的质量水平，质量水平高则继续保持，质量水平低则需对加工过程进行改进。

在一具体实施例中，工程能力指数C_pk的计算公式为：

C_pk＝C_p*(1-C_a)

其中，C_p代表制程精密度，C_a代表制程准确度，计算公式分别如下：

T为公差，即

T＝U_sl-L_sl

为样本的误差平均值，即/>

Δ为样本的误差标准差，即

δ_i为第i个光斑的中心点坐标值的偏差值，即

上式中，c为理论中值，U_sl为理论上限，L_sl为理论下限，n为光斑数量，x_实际为光斑的实际中心点的x坐标值，y_实际为光斑的实际中心点的y坐标值，x_理论是第二盲孔20的理论中心点的x坐标值，y_理论是第二盲孔20的理论中心点的y坐标值。

在本具体实施例中，理论上限U_sl＝15，理论下限L_sl＝-15，理论中值c＝0。

双面覆铜板100由于长时间存放以及温湿度差异，在进行激光钻孔前会产生一定量的涨缩形变，引起加工误差，如图4所示，为了避免涨缩原因导致的加工精度的测量误差，本申请在钻孔前先对第一盲孔10和第二盲孔20的理论加工数据文件分别进行涨缩补偿，即将适应初始双面覆铜板100的初始理论加工数据文件校正到适应涨缩后的双面覆铜板100的加工数据文件。加工第一盲孔10或第二盲孔20时，将校正后的理论加工数据文件输入至激光钻孔机进行钻孔。

在一具体实施例中，涨缩补偿包括以下过程：

1、获取涨缩后的双面覆铜板100的实际尺寸相对涨缩前的双面覆铜板100的初始尺寸的比例，得到双面覆铜板100的涨缩比例；

2、将第一盲孔10和第二盲孔20的理论加工数据文件中的坐标分别按双面覆铜板100的涨缩比例同比例涨缩，分别得到第一盲孔10的涨缩补偿后的理论加工数据文件和第二盲孔20的涨缩补偿后的理论加工数据文件。根据第一盲孔10的涨缩补偿后的理论加工数据文件加工第一盲孔10，根据第二盲孔20的涨缩补偿后的理论加工数据文件加工第二盲孔20。

在上述激光钻孔机孔位加工精度的测试方法的步骤4)中，将实际加工数据文件与第二盲孔20的涨缩补偿后的理论加工数据文件进行比较，计算激光钻孔机孔位的加工精度。

具体的，在一具体实施例中，在上述步骤1中，获取涨缩后的双面覆铜板100的实际尺寸相对涨缩前的双面覆铜板100的初始尺寸的比例，得到双面覆铜板100的涨缩比例，包括：

在双面覆铜板的第一面上加工多个第一盲孔之前，对钻孔前的双面覆铜板100进行拍照，得到涨缩后的双面覆铜板100的实际照片；

识别涨缩后的双面覆铜板100的实际照片上的第二矩形四顶角上的四个视觉定位通孔40的中心点位置，通过四个视觉定位通孔40的位置计算第二矩形四条边的实际长度；

计算四条边的实际长度相对其理论长度的比例(实际长度/理论长度)，分别得到双面覆铜板100的直角坐标系xoy的x方向的涨缩比例和y方向的涨缩比例。四条边的理论长度可以由双面覆铜板上各视觉定位通孔出厂时记载的中心点坐标值获得，也可以在涨缩前由测量获得。

在一具体实施例中，在上述步骤2中，将第一盲孔10和第二盲孔20的理论加工数据文件的坐标分别按双面覆铜板100的涨缩比例同比例涨缩，分别得到第一盲孔10的涨缩补偿后的理论加工数据文件和第二盲孔20的涨缩补偿后的理论加工数据文件，包括：

采用中心补偿算法分别将第一盲孔10和第二盲孔20的理论加工数据文件的坐标按双面覆铜板100的涨缩比例同比例涨缩，分别得到第一盲孔10的涨缩补偿后的理论加工数据文件和第二盲孔20的涨缩补偿后的理论加工数据文件。

在上述实施方式中，中心补偿算法即以理论加工数据文件的xoy坐标系的原点o为中心，从原点o向外的所有位置的x坐标均按双面覆铜板100的x方向的涨缩比例同比例涨缩，从原点o向外的所有位置的y坐标分别按双面覆铜板100的y方向的涨缩比例同比例涨缩，分别得到第一盲孔10的涨缩补偿后的理论加工数据文件和第二盲孔20的涨缩补偿后的理论加工数据文件。

值得注意的是，在上述各实施例中，理论加工数据文件、实际加工数据文件、以及双面覆铜板100第一面和第二面上的坐标系均为同一直角坐标系xoy。所有步骤中的识别装置也应相同，以保证数据获取的一致性。在本发明中，均通过AOI设备识别照片上的光斑或视觉定位通孔的边缘图案，然后用相同的算法计算图案的中心点位置，保证数据获取的一致性，使加工精度的测量方法更准确。

参考图1，将阶梯孔30等同于第二盲孔20，阶梯孔30越靠近双面覆铜板100的第二面，阶梯孔30的中心点坐标W₁越接近第二盲孔20的实际加工中心点坐标W。假设不加工第一盲孔10，仅从双面覆铜板100的第二面加工一贯穿双面覆铜板100的阶梯孔，将光源从双面覆铜板100的下方照射双面覆铜板100，光源透过阶梯孔30形成的光斑为图1中直径为D4、中心点坐标值为W₂的阶梯孔的边界图案，由于阶梯孔的截面为不等腰梯形，因此，识别直径为D4的阶梯孔的边界图案计算的实际中心点坐标值W₂会较大偏离W，因此，本发明通过先在双面覆铜板100的第一面加工第一盲孔10，使得第二盲孔20的底部的边界图案(即阶梯孔30的边界图案)的实际中心点W₁的坐标值更接近第二盲孔20的实际中心点W的坐标值，尽可能的降低加工精度的计算误差，提高加工精度计算的准确度。

在一具体实施例中，第一盲孔10的直径为第二盲孔20的直径的1.2倍～1.3倍，以避免第一盲孔10对第二盲孔20的底部形状造成影响，具体的，第一盲孔10的直径为120μm～130μm；第二盲孔20的直径为95μm～105μm。

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申请专利范围的限制。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

1.一种激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，包括以下过程：

将所述双面覆铜板翻面，在所述双面覆铜板的第二面加工直径小于所述第一盲孔的第二盲孔，所述第二盲孔与所述第一盲孔的轴线重合，加工所述第二盲孔直至所述第二盲孔与所述第一盲孔贯穿，得到阶梯孔；

根据所述光斑获取激光钻孔机孔位的加工精度。

2.根据权利要求1所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，所述第一盲孔的直径为所述第二盲孔的直径的1.2倍～1.3倍。

3.根据权利要求1或2所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，所述阶梯孔的数量为1000～10000。

4.根据权利要求3所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，所述通过相机识别所述光斑，包括：

从所述双面覆铜板的所述第二面上方对所述双面覆铜板进行拍照，得到所述双面覆铜板的实际加工照片；

识别所述实际加工照片上的所述光斑的边界图案；

根据所述光斑的边界图案，确定所述光斑的中心点位置；

选取四个所述光斑，以使四个所述光斑中的两两相邻光斑的中心点的连线构成第一矩形，将所述第一矩形的中心点作为原点，将平行于所述第一矩形的长边的线作为x轴，将平行于所述第一矩形的短边的线作为y轴，以构建直角坐标系；

计算各所述光斑的中心点在所述直角坐标系下的坐标，得到所述光斑的实际加工数据文件。

5.根据权利要求4所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，所述根据所述光斑计算激光钻孔机孔位的加工精度，包括：

根据所述光斑的实际加工数据文件中的所述光斑的实际中心点坐标值和所述第二盲孔的理论加工数据文件中的所述第二盲孔的理论中心点坐标值计算工程能力指数C_pk；

所述工程能力指数C_pk的计算公式为：

C_pk＝C_p*(1-C_a)

其中，

T为公差，即

T＝U_sl-L_sl

为样本的误差平均值，即

Δ为样本的误差标准差，即

δ_i为第i个光斑的中心点坐标值的偏差值，即

上式中，c为理论中值，U_sl为理论上限，L_sl为理论下限，n为光斑数量，x_实际为光斑的实际中心点的x坐标值，y_实际为光斑的实际中心点的y坐标值，x_理论是第二盲孔的理论中心点的x坐标值，y_理论是第二盲孔的理论中心点的y坐标值。

6.根据权利要求1所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，在所述双面覆铜板的第一面上加工多个第一盲孔之前，还包括：分别对所述第一盲孔的理论加工数据文件和所述第二盲孔的理论加工数据文件进行涨缩补偿。

7.根据权利要求6所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于：所述分别对所述第一盲孔的理论加工数据文件和所述第二盲孔的理论加工数据文件进行涨缩补偿，包括：

获取涨缩后的所述双面覆铜板的实际尺寸相对涨缩前的所述双面覆铜板的初始尺寸的比例，得到所述双面覆铜板的涨缩比例；

将所述第一盲孔的理论加工数据文件和所述第二盲孔的理论加工数据文件中的坐标按所述涨缩比例进行涨缩，分别得到所述第一盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件以及所述第二盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件；

根据所述第一盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件加工所述第一盲孔，根据所述第二盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件加工所述第二盲孔；

将所述实际加工数据文件与所述第二盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件进行比较，获取激光钻孔机孔位的加工精度。

8.根据权利要求7所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，所述双面覆铜板设置有四个边角，所述四个边角处分别对应设置有四个视觉定位通孔，所述四个视觉定位通孔中的相邻两视觉定位通孔的中心点的连线构成第二矩形；获取涨缩后的所述双面覆铜板的实际尺寸相对涨缩前的所述双面覆铜板的初始尺寸的比例，得到所述双面覆铜板的涨缩比例，包括：

在所述双面覆铜板的第一面上加工多个第一盲孔之前，对所述双面覆铜板进行拍照，得到涨缩后的所述双面覆铜板的实际照片；

识别所述实际照片上的四个所述视觉定位通孔的中心点位置，通过所述四个所述视觉定位通孔的位置，计算所述第二矩形的四条边的实际长度；

计算所述四条边的实际长度分别相对所述四条边理论长度的比例，分别得到所述双面覆铜板的直角坐标系的x方向的涨缩比例和y方向的涨缩比例。

9.根据权利要求7所述的激光钻孔机孔位加工精度的测试方法，其特征在于，将所述第一盲孔的理论加工数据文件和所述第二盲孔的理论加工数据文件的坐标按所述涨缩比例涨缩，分别得到所述第一盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件和所述第二盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件，包括

采用中心补偿算法将所述第一盲孔的理论加工数据文件和所述第二盲孔的理论加工数据文件的坐标按所述双面覆铜板的涨缩比例涨缩，分别得到所述第一盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件和所述第二盲孔的涨缩补偿后的理论加工数据文件。