CN202928521U - 一种smt网板厚度测量用接触式测头 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于SMT网板测量设备领域，具体涉及一种SMT网板厚度测量用接触式测头。包括上固定板、底板、下固定板、空气导轨、探针、上连接件、下连接件、高分辨率镭射尺、位移传感器、气管接头和数据线缆；该测头采用接触式测量原理，即通过垂直与SMT网板表面的探针端部探球与SMT网板表面接触，探针仅具有唯一的上下运动自由度，即其仅能上下运动，自身重量通过内部精密弹簧抵消，而探针的另一端连接着与探针垂直方向平行安装的高分辨率镭射尺，通过其内部小型激光位移传感器实时检测探针在垂直方向上的位移变化。

Description

一种SMT网板厚度测量用接触式测头

技术领域

本实用新型属于SMT网板测量设备领域，具体涉及一种SMT网板厚度测量用接触式测头。

背景技术

在SMT加工制程工艺中，针对来料网板测量成为确保SMT后续加工质量的关键工序。SMT来料网板由于厚度一般在0.3mm以下、幅面通常在300mm×300mm以上，这种网板均具有材料薄、精度高、幅面大、高柔性、材料种类多等特点。随着市场对SMT网板加工效率和成本的要求逐渐提高，SMT网板的幅面越来越大，对其配套的专业测量设备，要求保证足够测量精度前提下，尽可能降低设备自身成本。SMT来料网板一般均未进行后续的激光加工，整幅网板无任何镂空加工特征，表面平整无明显起皱现象。在进行厚度测量时，仅需要在同一张网板上测量若干点处厚度以初步判断该网板厚度均匀性及实际厚度是否相对名义值有超差等情况即可。

以往SMT领域网板厚度测量设备，一般均采用非接触式测头来进行测量，该测头内部安装有精密激光位移传感器，测量时先将厚度为A的标准块放置在测量平台上，测得激光位移传感器出光口距离标准块上表面的高度值为h1，将该值设定为零点。再将标准块移开，将SMT网板放置在测量平台上，测得激光位移传感器出光口距离SMT网板高度值为h2，则被测量SMT网板的厚度D=A+h1-h2。采用这种测量方法对SMT网板厚度进行测量时，原理上固然可行，但存在如下问题：

一、SMT网板原材料表面往往并不洁净，无规则地存在一些灰尘，此时如采用激光位移传感器对其进行测量，这些灰尘会对激光光束发射方向造成影响，从而影响测量精度的稳定性；

二、测量设备所处环境灯光会对测量点处材料表面亮度产生影响，从而间接影响测量精度。

三、SMT网板原材料种类凡多，除以往最常见的不锈钢外，还有镍片、镍合金片、电铸片等多种不同种类材料。而且，SMT行业中网板在不同加工工序中均需要进行厚度的测量，以提高对网板加工过程中质量监控。而SMT网板不同工序可能产生不同表面特性的网板，如电铸表面、电镀表面、抛光表面、蚀刻表面等。材料表面特性多样化，在微观结构上表现为类似“皱纹”状表面，这种微观结构尺寸往往在10um甚至更小范围内，但足以对激光光束反射角度造成较大影响，直接导致测量精度下降，难以满足SMT网板厚度高精度测量需求。

四、激光位移传感器多为精密部件，尤其是高精度激光位移位移传感器几乎全是依赖进口，价格昂贵。

由于上述问题的影响，导致对SMT网板厚度测量精度难以控制在1um以内，一般仅能稳定在5um甚至更大，否则某些网板材表面整体较为光洁，可能测量精度会较好，但整体测量精度及稳定性均不能满足SMT网板厚度测量精度1um的要求。另外，在满足测量精度前提下降低测头自身成本，是SMT网板厚度测量领域的普遍期望。

实用新型内容

本实用新型所公开的SMT网板测厚用接触式测头，很好地解决了采用以往非接触式测头中激光位移传感器测量光束因SMT网板表面不洁净及微观结构对测量精度及测量稳定性等方面的影响，并避免采用高精密激光位移传感器，降低了测头成本，为SMT网板厚度测量设备提供了一款性价比更高的精密测头。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种SMT网板厚度测量用接触式测头，包括上固定板、底板、下固定板、空气导轨、探针、上连接件、下连接件、高分辨率镭射尺、位移传感器、气管接头和数据线缆；

其中，空气导轨由空气导轨安装板和两个空心管组成，在所述空气导轨安装板垂直方向开有两个安装孔；所述空心管为圆形结构；

其连接关系在于：在所述底板的上端和下端垂直方向安装上固定板和下固定板，所述空气导轨安装板固定安装在所述底板上，所述两个空心管穿过所述空气导轨安装板的两个安装孔，所述两个空心管通过气管接头通气，两个空心管的上端和下端分别固定安装在上连接件和下连接件上，下连接件下端与探针连接，所述探针的端部穿过所述下固定板并伸出，上连接件的上端与高分辨率镭射尺连接，在所述上固定板下端安装有位移传感器，所述数据线缆与位移传感器连接并伸出上固定板将数据传输入控制系统。

还包括设有精密弹簧，采用精密弹簧穿过探针分别固定在下连接件下部和下固定板上部。

在所述底板后端设有测头连接板用于固定。

本实用新型的优点和有益效果在于：该测头采用接触式测量原理，即通过垂直与SMT网板表面的探针端部探球与SMT网板表面接触，探针仅具有唯一的上下运动自由度，即其仅能上下运动，自身重量通过内部精密弹簧抵消，而探针的另一端连接着与探针垂直方向平行安装的高分辨率镭射尺，通过其内部小型激光位移传感器实时检测探针在垂直方向上的位移变化。测量过程中，探针端部的探球一直与SMT网板表面接触，从而确保测量过程中，在垂直方向上位移变化完全由SMT网板厚度决定，因此能非常精确、真实地反映出SMT网板自身的厚度，而不会受SMT网板表面灰尘影响。且无论环境灯关如何照射，测量值均是从测头内部的传感器内读取，不会受环境灯关影响。另外，由于探针端部的探球直径一般在500um以上，其与SMT网板表面接触仅能接触上微观结构的最高点，而不会手微观结构自身的影响，真实反映出SMT网板的厚度及均匀变化值。，通过采用该测头确保了对来料网板厚度测量的高精度要求，重复测量精度达到±1um甚至更小；在保证测量精度前提下，避免了传统方式中采用非接触式测量方法因SMT网板表面灰尘、环境灯光及表面微观结构导致发射光束误差，直接影响到测量精度和稳定性等问题。充分考虑到SMT行业对来料网板的检测需求，即要求保证高精度条件下，尽可能降低设备成本，设备操作方便等，为SMT网板厚度测量领域所用精密测头提供结构简单、性价比更高、更能满足市场需求的产品。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的安装盖和安装座装配图；

图3为本实用新型工作原理图。

其中，1-上固定板；2-底板；3-下固定板；4-空气导轨安装板；5-空心管；6-探针；7-上连接件；8-下连接件；9-高分辨率镭射尺；10-位移传感器；11-气管接头；12-数据线缆；13-精密弹簧；14-测头连接板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1至图3所示，本实用新型具体实施的技术方案是：一种SMT网板厚度测量用接触式测头，包括上固定板1、底板2、下固定板3、空气导轨、探针6、上连接件7、下连接件8、高分辨率镭射尺9、位移传感器10、气管接头11和数据线缆12；

其中，空气导轨由空气导轨安装板4和两个空心管5组成，在所述空气导轨安装板垂直方向开有两个安装孔；所述空心管5为圆形结构；

其连接关系在于：在所述底板2的上端和下端垂直方向安装上固定板1和下固定板3，所述空气导轨安装板4固定安装在所述底板2上，所述两个空心管5穿过所述空气导轨安装板4的两个安装孔，所述两个空心管5通过气管接头11通气，两个空心管5的上端和下端分别固定安装在上连接件7和下连接件8上，下连接件8下端与探针6连接，所述探针6的端部穿过所述下固定板3并伸出，上连接件7的上端与高分辨率镭射尺9连接，在所述上固定板1下端安装有位移传感器10，所述数据线缆12与位移传感器10连接并伸出上固定板1将数据传输入控制系统。

还包括设有精密弹簧13，采用精密弹簧13穿过探针分别固定在下连接件8下部和下固定板3上部。

在所述底板2后端设有测头连接板14用于固定。

本实用新型公开的SMT网板厚度测量用接触式测头，采用立式结构布局方式，探针6位于测头底部，探针6另外一端连接着高分辨率镭射尺9，并通过内置小型激光位移传感器10实时读取探针6在垂直方向上的位移变化。探针6与高分辨率镭射尺9通过两根空心管5等连接件彼此连接起来，空心管5被插入空气导轨中，给空气导轨供气，则整个连接组件可无摩擦地在空气导轨中上下运动。而该连接组件底部，采用精密弹簧13来抵消部分自身的重力影响，而多余重力会保持探针6端部探球与SMT网板测量表面接触。测量时，将测头立式安装在测量设备的Z轴上，让Z轴垂直向下运动，直到测头底部的探针6端部的探球与被测SMT网板表面接触，此时记录Z轴位移量和探针6垂直方向的位移量，测量原理如图3所示，SMT网板厚度测量用接触式测头被固定在Z轴上，测量步骤如下：

1）先在测量平台对应的测头正下方放置一块具有标准高度的标准块，其高度值为X0。

2）Z轴带动测头在垂直方向上的起始位Z0开始向下运动，测量中探针6和高分辨率镭射尺9连接组件在重力被精密弹簧13抵消一部分重力，但由于总重力比精密弹簧13反作用力略大，因此在探针6端部探球未接触到标准块前，探针6一直处于最小下方不同，此时小型激光位移传感器10对应的读数值为H0。

3）当探针6端部碰到标准块后，向上的反作用增大，探针6会向上运动到H1，此时Z轴下将到Z1位置。将此时H1设置为测量零点，对应的是标准块厚度为X0，控制系统记下该数值。

4）将Z轴从Z1运动回Z0位置，将标准块移开，放置上X1厚度SMT网板，让Z轴重新从Z0位置带动测头向下运动，直到探针6接触到SMT网板，并让测头中的小型激光位移传感器10读数正好处于HT1位置时，则Z轴立即停止运动，此时Z轴向下运动到Z2位置。

5）通过上述数据，则可计算得出标准块厚度后SMT网板厚度之间的高度差

△Z=|Z2-Z1|，而被测量的SMT网板厚度L=|X0-△Z|。

当SMT网板比标准块高度X0大时，则Z2<Z1；当SMT网板比标准块高度X0小时，则Z2>Z1；

测量时，给通过气管接头给两个空气导轨供压缩空气，从而使得探针6和高分辨率镭射尺9等连接组件通过两个空心管5在空气导轨中无摩擦运动，且仅有一个向下的自由度，这是因为该组件被受空气导轨约束，并受重力作用，只能向下运动。而通过探针6下方的精密弹簧13，将抵消掉一部分重力影响，设计时，需要合理选择精密弹簧13的弹性系数K，以使该精密弹簧13向上的反作用力略小于探针6和高分辨率镭射尺9等连接组件自身的重力，以保证在测量过程中探针6端部探球与SMT网板表面保持接触。

以上所述仅是本实用新型的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种SMT网板厚度测量用接触式测头，其特征在于：包括上固定板（1）、底板（2）、下固定板（3）、空气导轨、探针（6）、上连接件（7）、下连接件（8）、高分辨率镭射尺（9）、位移传感器（10）、气管接头（11）和数据线缆（12）；

其中，空气导轨由空气导轨安装板（4）和两个空心管（5）组成，在所述空气导轨安装板垂直方向开有两个安装孔；所述空心管（5）为圆形结构；

其连接关系在于：在所述底板（2）的上端和下端垂直方向安装上固定板（1）和下固定板（3），所述空气导轨安装板（4）固定安装在所述底板（2）上，所述两个空心管（5）穿过所述空气导轨安装板（4）的两个安装孔，所述两个空心管（5）通过气管接头（11）通气，两个空心管（5）的上端和下端分别固定安装在上连接件（7）和下连接件（8）上，下连接件（8）下端与探针（6）连接，所述探针（6）的端部穿过所述下固定板（3）并伸出，上连接件（7）的上端与高分辨率镭射尺（9）连接，在所述上固定板（1）下端安装有位移传感器（10），所述数据线缆（12）与位移传感器（10）连接并伸出上固定板（1）将数据传输入控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种SMT网板厚度测量用接触式测头，其特征在于：还包括设有精密弹簧（13），采用精密弹簧（13）穿过探针分别固定在下连接件（8）下部和下固定板（3）上部。

3.根据权利要求1或2所述的一种SMT网板厚度测量用接触式测头，其特征在于：在所述底板（2）后端设有测头连接板（14）用于固定。

Images