TWI798692B - 用於加工板狀工件的加工站及在加工站中用於監控或識別板狀工件的方法 - Google Patents

用於加工板狀工件的加工站及在加工站中用於監控或識別板狀工件的方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種用於借助至少一個工具加工板狀的工件(1)的加工站、尤其是用於加工至少一個印刷電路板的鏜削站以及一種用於識別和/或監控板狀的工件(1)的方法。該加工站具有至少一個X射線源(3)、至少一個感測器(4)以及定位於X射線源(3)與感測器(4)之間的工作臺(2)，待加工的工件(1)可固定在該工作臺(2)上。工作臺(2)具有由可透射X射線(5)的材料、尤其是塑膠製成的接納板(6)。該接納板(6)具有用於抽吸空氣的至少一個抽吸接頭(11)以及與至少一個抽吸接頭(11)流通連接的分佈柵格，該分佈柵格由多個在支承面(9)中單側開口的通道(10)與倒角和/或倒圓的邊稜(13)和/或由傾斜的通孔(14)組成。

Description

用於加工板狀工件的加工站及在加工站中用於監控或識別板 狀工件的方法
本發明涉及一種用於借助工具加工板狀的工件的加工站、例如用於加工印刷電路板的鏜削站或銑削站以及一種用於監控或識別板狀的工件的方法。
原則上，在許多應用中已知借助X射線進行材料測試。為此，在X射線管中產生X射線並引導其穿過工件。根據被照材料的密度和厚度，將這種射線減弱到不同的程度。相對較軟的材料(諸如用於製造印刷電路板的環氧樹脂和玻璃纖維織物(FR4)製成的複合材料)吸收的射線少，而相對較硬的材料(諸如銅)吸收的射線多。根據所測試的材料的密度和厚度，可以在X射線圖像上區分從暗到明的結構。
目前，機床工作臺上使用鋁製接納板來監控印刷電路板，該接納板用於夾緊印刷電路板。可以借助真空將印刷電路板保持在接納板上。這種已知的接納板基本上由例如約40mm厚的鋁製框架、測量區域和真空區域組成。 厚鋁會完全吸收X射線，因此可能無法在框架區域中生成X射線圖像。只能在構造為自由空間(框架內的開口)的測量區域中生成X射線圖像，X射線可以不受阻礙地穿過該測量區域並生成X射線圖像。由於測量範圍有限，無法對印刷電路板進行完整的分析。真空場不能分佈到整個板上，而僅位於框架中。結果，只能在部分階段夾緊印刷電路板。這些已知的鋁製框架狀的接納板一般不能用於鏜削站或銑削站中的進一步處理，從而在檢查X射線之後必須重新夾緊工件。
有鑑於此，本發明的目的是提供一種加工站，諸如X射線鏜削機，其中能夠借助X射線為了材料測試對印刷電路板進行全面檢查，並快速又可靠地對其進行固定。本發明的另一目的是提供一種方法，利用該方法能夠快速又可靠地監控或識別印刷電路板。
根據本發明的用於借助至少一個工具加工板狀的工件的加工站，例如是鏜削站，尤其是X射線鏜削機，用於加工至少一個印刷電路板，該加工站附加地具有X射線機。換而言之，該加工站具有至少一個X射線源、至少一個感測器以及可定位在X射線源與感測器之間的工作臺，可以將待加工的工件緊固在該工作臺上。工作臺優選地具有接納板，該接納板由可透射X射線的材料(諸如塑膠)製成。這樣就能借助X射線來監控或檢查待加工的工件，而接納板不會阻擋X射線。
此外，接納板設置有至少一個用於抽吸空氣的抽吸接口。在此情形下，抽吸接頭與由多個通道和/或通孔形成的分佈柵格流通連接。這些通道例如在接納板的支承面中構造為例如面向X射線源的單側開口的凹槽。這樣，真空接納板可以具有用於真空泵的側面接頭。通過真空分佈柵格，可產生全表面 真空場。替選地或附加地，可以通過由多個例如圓形的通孔組成的柵格來形成工件的表面吸力。
根據本發明，界定通道的邊稜具有倒角或倒圓，以便不產生銳棱。其目的是在評估期間不在邊棱處產生可見的過渡。原則上，通道會導致材料厚度差異，使得通道之間的區域會在圖像轉換器中產生對比度。例如在探測邊棱期間，由於倒角或倒圓，邊棱不會突顯成像，並且影像處理不受干擾。
如果在工作臺中接納工件的支承面中使用通孔，則這些通孔優選地傾斜於該支承面。這樣也會避免材料厚度差異，從而避免圖像轉換器中的對比度。
換而言之，本發明的主要方面在於，在X射線檢查期間用作工件支撐的工作臺在放置工件的區域中不具有任何銳稜的材料厚度差異並且不具有材料差異，否則這會在圖像轉換器中產生邊稜突顯的對比度。這一點可以通過在線性通道中倒角或倒圓的邊稜和/或通過傾斜孔來實現。
與已知的鋁製框架相比，根據本發明的工作臺設計為使得框架、測量區域和真空區域彼此搭接，而仍能不受限制地充分利用所有功能。換而言之，整個工作臺可以用作測量區域，同時具有用於夾持印刷電路板的全表面真空。
這樣還能直接在該工作臺上執行進一步的加工步驟，而不必將工件調換到另一個工作臺上。為此有利的是，在X射線檢查期間，在工件與工作臺之間設置所謂的背襯層。經證實出人意料的是，該背襯層不會妨礙X射線檢查，甚至可能改善工件在工作臺上的固定。為此，背襯層優選為透氣層，例如呈壓制木材層的形式。
分佈柵格例如在通道之間以倒角或倒圓的邊稜界定長方體或立方體的支承件。這裡，倒角的邊稜首先應理解為所有非直角的邊稜，即倒角或 倒折的邊稜和倒圓的邊稜及其組合。通道尤其是可以從單側開口的側面朝向槽底漸縮。在優選的實施方式中，通道的深度可以為約3mm至約10mm，尤其是約5mm。由通道形成的真空分佈柵格尤其是可以由互成直角或相互平行的通道形成。但也可能有通道的其他取向來產生全表面真空場。
對於某些應用情況，有利的是，接納板可以具有承載框架，該承載框架包圍設置有分佈柵格的支承面。這樣框架就能有利於構造抽吸接頭。還可以在框架區域內設置密封機構。優選地，承載框架與支承面一體成型。替選地，接納板也可以由多部分組成。
根據某一優選實施方式，工作臺由兩個板組成。安裝位置下方的板是(真空)接納板，上方的板是蓋板。為了使X射線不被板吸收，這些板例如由塑膠製成。在根據本發明的加工站中，如果工作臺附加地具有可固定在接納板上的蓋板，則該蓋板有利地設置有與分佈柵格流通連接的多個通孔(真空孔)。這樣就能通過通孔將空氣吸入通道中，並通過抽吸接頭自此抽吸空氣。這樣將放置在蓋板上的工件吸附到蓋板上，並因此使其固定。
例如用塑膠螺絲將蓋板組裝到真空接納板上。這樣密封真空接納板。為了確保真空回路完全閉合並且不會吸入外界空氣，優選地在真空分佈柵格周圍鋪設橡膠密封條。
蓋板也不應在X射線圖像中產生任何會影響評估的銳稜對比度。因此，真空孔優選地並非垂直引入到蓋板中，而是以約45°角製作。通孔能夠以20°至70°傾斜延伸至蓋板。
垂直孔會造成材料厚度差異，進而在圖像轉換器中產生圓形的對比度。相比之下，傾斜引入的孔會減小材料厚度差異，並改變圖像轉換器中產生的對比度形狀。所得的X射線圖像不具有圓形的形狀，而是長孔的形狀。圓 形的套准標記通常用於分析印刷電路板。真空孔的長孔形X射線圖像不會例如圓檢測時那樣干擾這類影像處理。
如果在工作臺上加工(例如鏜削)工件，則可以在工作臺上的孔位置處提供開口。由此，從工件退出的工具不會損傷工作臺。這些開口可以是通孔或盲孔。為了避免因這類開口形成對比度，可以借助可移動襯套封閉開口。
加工站還可以具有與感測器連接的評估裝置，其具有圖像轉換器和/或影像處理裝置。替選地或附加地，加工站具有資料處理裝置，用於根據從感測器接收到的訊號對工件進行配准。
根據本發明的方法用於尤其是在上述類型的加工站中監控或識別板狀的工件，諸如印刷電路板。換而言之，該方法可以用於配准和識別工件，具體方式是，基於發現的銅墊和鏜孔，利用從外部不可見的內部結構進行識別，以及監控和檢查先前的加工步驟，或者針對將來的加工步驟進行校準。
該方法優選地包括以下步驟：a)將工件放置在工作臺中由可透射X射線的材料製成的接納板上，其中，該接納板具有至少一個抽吸接頭以及與該至少一個抽吸接頭流通連接的分佈柵格，該分佈柵格由多個單側開口的通道與倒角或倒圓的邊稜組成；b)通過從抽吸接頭和分佈柵格抽吸空氣，將工件固定在工作臺上；c)將工作臺和工件定位在至少一個X射線源與至少一個感測器之間；d)借助至少一個X射線源產生X射線，並借助感測器探測未被工作臺和工件吸收的X射線；以及e)在資料處理裝置中評估來自感測器的訊號，以監控或識別工件。
該方法的步驟優選地按時間順序以上述循序執行。但在某些情況下合理的是，交換順序中的單個步驟，例如步驟b)和步驟c)，和/或重複單個或多個步驟。隨後，例如按照步驟d)和步驟e)，可以借助至少一個工具加工工件。在加工工件之後重複步驟d)和步驟e)。
優選的是，在步驟d)和步驟e)的基礎上，對工件進行配准，其用於識別借助至少一個工具進行加工的工件。
下面結合實施例和附圖對本發明予以詳述。在本文中，即使與申請專利範圍中的概括或對其的引述無關，所有描述和/或圖示的特徵本身或任意組合也構成本發明的主題。
1:工件
2:工作臺
3:X射線源
4:感測器
5:X射線
6:接納板
7:蓋板
8:框架
9:支承面
10:通道
11:抽吸接頭
12:長方體元件
13:邊稜
14:通孔
15:密封條
16:長孔
17:過渡
圖1示出數字X射線的原理側視圖；圖2示出根據本發明某一實施方式的接納板的俯視圖；圖3示出圖2的細節放大圖；圖4示出根據本發明某一實施方式的工作臺的元件的透視圖；圖5示出圖4中的工作臺的蓋板的放大剖視圖；以及圖6示出根據本發明的工作臺的X射線圖像的局部圖。
圖1中示意性示出通過數位X射線進行無損材料測試的基本原理。為此，將工件1在工作臺2上定位於X射線源3與感測器4之間，使得X射線5可以射透工件1和工作臺2。X射線5被工件1和工作臺2部分地吸收。工件1內部的差異(例如不同的材料或空腔)導致X射線5的吸收度不同，因此借助感測器可將其識別為較明或較暗的結構。
從圖1的圖示可以看出，為了精確地檢查工件1，工作臺2應儘量均勻地吸收X射線5。這樣，工作臺2的厚度內的強烈差異和/或工作臺2的 材料的密度將在X射線圖像上顯現為從暗到明的結構，由於工件1內部的吸收，這將與相應更明或更暗的結構重疊。
在本發明某一實施方式中，工作臺2由兩部分構成，即接納板6和蓋板7，如圖4所示，它們可以彼此密封連接。圖2示出接納板6的俯視圖。本圖中，接納板6具有基本上閉合的外部的框架8以及該框架8圍繞的支承面9。支承面9具有在真空分佈柵格中相互平行和互成直角佈置的多個通道10。通道10與抽吸接頭11流通連接，從而可以通過通道10和抽吸接頭11抽吸空氣。
如圖3中的放大圖所示，通道10構造為朝向支承面9單側開口的槽狀凹槽。因此，通過通道10減小接納板6的材料強度，在所示的實施方式中，在通道10之間形成長方體元件12(立方體)。但這些長方體元件12的邊稜13不成直角，而是具有倒角或倒圓或者倒折。長方體元件12也不具有任何銳稜，而是具有斜面，由此在邊稜13處不產生X射線圖像中可見的過渡。圍繞長方體元件12的通道10的深度例如為約5mm，由此本應由於材料厚度差異而在圖像轉換器中產生對比度，但通過相應邊稜13處的斜面，它們就不會突顯地成像，影像處理不會受到干擾。這樣就能對工件1進行無誤差的邊稜探測。
圖5中示出蓋板7的局部橫截面圖。從本圖可以看出，蓋板7具有多個通孔14，這些通孔將接納板6的通道10與環境連接(圖5上側)。通孔14的橫截面遠小於通道10的寬度，使得通孔14用作小的噴嘴或真空孔，通過這些噴嘴或真空孔將空氣吸入通道10中。為此，可以在接納板6與蓋板7之間設置密封條15來進行密封。
在所示的實施方式中，蓋板7的特點是真空孔的定向。蓋板的這些通孔14並不垂直，而是成45°製作。垂直孔會造成材料厚度差異，進而在圖 像轉換器中產生圓形的對比度。例如，在通常也是基於圓形套准標記進行圓檢測來分析印刷電路板的情況下，這將具有干擾性。相比之下，傾斜引入的通孔14會減小材料厚度差異，並改變圖像轉換器中產生的對比度形狀。
所得的X射線圖像不具有圓形的形狀，而是圖6中較亮的長孔16。真空孔的長孔形X射線圖像不會干擾影像處理。此外，從圖6還可看出，由於倒角的邊稜13，在X射線圖像中未顯現通道10與長方體元件12之間的過渡17具有銳稜。
利用根據本發明的工作臺2，例如圖中所示，就能借助X射線5無損地檢查工件1，例如印刷電路板，並精確地識別出銅墊或空腔。同時，工作臺2的設計能夠實現借助真空將工件1快速又穩妥地固定在工作臺2上。這種固定十分牢固，從而也可以借助真空將工件1附接到工作臺2上進行加工，例如通過鑽孔。
借助X射線5對工件1的檢查不僅可以在加工之前和/或之後進行以監控工件1，而且還可以用於識別和配准工件1。這樣就能基於先前已知的有關工件1內部組成的訊息，例如空腔的數目和位置或材料差異，通過借助X射線5進行檢查來識別工件並針對後續加工步驟對其進行配准。
有別於圖1中待加工的工件1直接佈置在工作臺2上的圖示，可以在工作臺2與工件1之間設置所謂的背襯件，在加工工件1期間，鏜頭鑽入該背襯件中，但不會損傷工作臺2。經證實特別有利的是，背襯件為透氣層，例如作為由壓制木材製成的擴散層，從而工作臺2的真空抽吸將背襯件固定，而該背襯件將工件固定在工作臺上。
6:接納板
7:蓋板
10:通道
11:抽吸接頭
15:密封條

Claims (13)

  1. 一種用於加工板狀的工件(1)的加工站，該加工站是用於加工至少一個印刷電路板的鏜削站，其包括至少一個X射線源(3)、至少一個感測器(4)以及可定位在X射線源(3)與感測器(4)之間的工作臺(2)，待加工的工件(1)可固定在所述工作臺(2)上，其特徵在於：所述工作臺(2)具有由可透射X射線(5)的材料、尤其是塑膠製成的接納板(6)；並且所述接納板(6)具有用於抽吸空氣的至少一個抽吸接頭(11)以及與所述至少一個抽吸接頭(11)流通連接的分佈柵格，所述分佈柵格由多個在支承面(9)中單側開口的通道(10)與倒角和/或倒圓的邊稜(13)和/或由傾斜的通孔(14)組成，其中所述工作臺(2)附加地具有可固定在所述接納板(6)上的蓋板(7)，所述蓋板(7)設置有與所述分佈柵格流通連接的多個通孔(14)。
  2. 如請求項1所述的加工站，其中所述分佈柵格在所述通道(10)之間以倒角和/或倒圓的邊稜(13)界定長方體支承件(12)。
  3. 如請求項1或2所述的加工站，其中所述通道(10)的深度為約3mm至約10mm，尤其是約5mm。
  4. 如請求項1或2所述的加工站，其中所述接納板(6)具有承載框架(8)，所述承載框架(8)圍繞設置有所述分佈柵格的所述支承面(9)。
  5. 如請求項1所述的加工站，其中所述通孔(14)以20°至70°、例如以約45°傾斜延伸至所述蓋板(7)。
  6. 如請求項1或5所述的加工站，其中所述接納板(6)借助至少一個密封條(15)與所述蓋板(7)彼此密封。
  7. 如請求項1或2所述的加工站，其中所述工作臺(2)具有借助可移動襯套可封閉的開口。
  8. 如請求項1或2所述的加工站，所述加工站還具有與所述感測器(4)連接的評估裝置，其具有圖像轉換器和/或圖像處理裝置。
  9. 如請求項1或2所述的加工站，所述加工站還具有資料處理裝置，用於根據從所述感測器(4)接收到的訊號對工件進行配准。
  10. 一種用於加工站中監控或識別板狀的工件(1)的方法，其中該板狀的工件(1)包括印刷電路板，該方法包括以下步驟：a)將工件(1)放置在工作臺(2)中由可透射X射線(5)的材料製成的接納板(6)或蓋板(7)上，其中，所述接納板(6)具有至少一個抽吸接頭(11)以及與所述至少一個抽吸接頭(11)流通連接的分佈柵格，所述分佈柵格由多個在支承面(9)中單側開口的通道(10)組成，其中，界定所述通道(10)的邊稜(13)具有倒角和/或半徑，其中所述工作臺(2)附加地具有可固定在所述接納板(6)上的所述蓋板(7)，所述蓋板(7)設置有與所述分佈柵格流通連接的多個通孔(14)；b)通過從抽吸接頭(11)和分佈柵格抽吸空氣，將所述工件(1)固定在所述工作臺(2)上；c)將所述工作臺(2)和所述工件(1)定位在所述至少一個X射線源(3)與所述至少一個感測器(4)之間；d)借助所述至少一個X射線源(3)產生X射線(5)，並借助所述感測器(4)探測未被所述工作臺(2)和所述工件(1)吸收的X射線；e)在資料處理裝置中評估來自所述感測器(4)的信號，以監控或識別所述工件(1)。
  11. 如請求項10所述的方法，其中在借助所述至少一個工具加工所述工件(1)之前進行步驟d)和步驟e)。
  12. 如請求項10或11所述的方法，其中在加工所述工件(1)之後重複步驟d)和步驟e)。
  13. 如請求項10或11所述的方法，其中在步驟d)和步驟e)的基礎上，對所述工件(1)進行配准，其用於識別借助所述至少一個工具進行加工的工件(1)。
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