專利名稱：一種smt網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于SMT網(wǎng)板測量設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭。
背景技術(shù)：
在SMT加工制程工藝中，針對來料網(wǎng)板測量成為確保SMT后續(xù)加工質(zhì)量的關(guān)鍵工序。SMT來料網(wǎng)板由于厚度一般在0.3mm以下、幅面通常在300mmX 300mm以上，這種網(wǎng)板均具有材料薄、精度高、幅面大、高柔性、材料種類多等特點(diǎn)。隨著市場對SMT網(wǎng)板加工效率和成本的要求逐漸提高，SMT網(wǎng)板的幅面越來越大，對其配套的專業(yè)測量設(shè)備，要求保證足夠測量精度前提下，盡可能降低設(shè)備自身成本。SMT來料網(wǎng)板一般均未進(jìn)行后續(xù)的激光加工，整幅網(wǎng)板無任何鏤空加工特征，表面平整無明顯起皺現(xiàn)象。在進(jìn)行厚度測量時，僅需要在同一張網(wǎng)板上測量若干點(diǎn)處厚度以初步判斷該網(wǎng)板厚度均勻性及實際厚度是否相對名義值有超差等情況即可。以往SMT領(lǐng)域網(wǎng)板厚度測量設(shè)備，一般均采用非接觸式測頭來進(jìn)行測量，該測頭內(nèi)部安裝有精密激光位移傳感器，測量時先將厚度為A的標(biāo)準(zhǔn)塊放置在測量平臺上，測得激光位移傳感器出光口距離標(biāo)準(zhǔn)塊上表面的高度值為hl，將該值設(shè)定為零點(diǎn)。再將標(biāo)準(zhǔn)塊移開，將SMT網(wǎng)板放置在測量平臺上，測得激光位移傳感器出光口距離SMT網(wǎng)板高度值為h2，則被測量SMT網(wǎng)板的厚度D=A+hl-h2。采用這種測量方法對SMT網(wǎng)板厚度進(jìn)行測量時，原理上固然可行，但存在如下問題:一、SMT網(wǎng)板原材料表面往往并不潔凈，無規(guī)則地存在一些灰塵，此時如采用激光位移傳感器對其進(jìn)行測量，這些灰塵會對激光光束發(fā)射方向造成影響，從而影響測量精度的穩(wěn)定性；二、測量設(shè)備所處環(huán)境燈光會對測量點(diǎn)處材料表面亮度產(chǎn)生影響，從而間接影響測量精度。三、SMT網(wǎng)板原材料種類凡多，除以往最常見的不銹鋼外，還有鎳片、鎳合金片、電鑄片等多種不同種類材料。而且，SMT行業(yè)中網(wǎng)板在不同加工工序中均需要進(jìn)行厚度的測量，以提高對網(wǎng)板加工過程中質(zhì)量監(jiān)控。而SMT網(wǎng)板不同工序可能產(chǎn)生不同表面特性的網(wǎng)板，如電鑄表面、電鍍表面、拋光表面、蝕刻表面等。材料表面特性多樣化，在微觀結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為類似“皺紋”狀表面，這種微觀結(jié)構(gòu)尺寸往往在IOum甚至更小范圍內(nèi)，但足以對激光光束反射角度造成較大影響，直接導(dǎo)致測量精度下降，難以滿足SMT網(wǎng)板厚度高精度測量需求。四、激光位移傳感器多為精密部件，尤其是高精度激光位移位移傳感器幾乎全是依賴進(jìn)口，價格昂貴。由于上述問題的影響，導(dǎo)致對SMT網(wǎng)板厚度測量精度難以控制在Ium以內(nèi)，一般僅能穩(wěn)定在5um甚至更大，否則某些網(wǎng)板材表面整體較為光潔，可能測量精度會較好，但整體測量精度及穩(wěn)定性均不能滿足SMT網(wǎng)板厚度測量精度Ium的要求。另外，在滿足測量精度前提下降低測頭自身成本，是SMT網(wǎng)板厚度測量領(lǐng)域的普遍期望。

實用新型內(nèi)容本實用新型所公開的SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，很好地解決了采用以往非接觸式測頭中激光位移傳感器測量光束因SMT網(wǎng)板表面不潔凈及微觀結(jié)構(gòu)對測量精度及測量穩(wěn)定性等方面的影響，并避免采用高精密激光位移傳感器，降低了測頭成本，為SMT網(wǎng)板厚度測量設(shè)備提供了一款性價比更高的精密測頭。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是設(shè)計一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭，包括上固定板、底板、下固定板、空氣導(dǎo)軌、探針、上連接件、下連接件、高分辨率鐳射尺、位移傳感器、氣管接頭和數(shù)據(jù)線纜；其中，空氣導(dǎo)軌由空氣導(dǎo)軌安裝板和兩個空心管組成，在所述空氣導(dǎo)軌安裝板垂直方向開有兩個安裝孔；所述空心管為圓形結(jié)構(gòu)；其連接關(guān)系在于:在所述底板的上端和下端垂直方向安裝上固定板和下固定板，所述空氣導(dǎo)軌安裝板固定安裝在所述底板上，所述兩個空心管穿過所述空氣導(dǎo)軌安裝板的兩個安裝孔，所述兩個空心管通過氣管接頭通氣，兩個空心管的上端和下端分別固定安裝在上連接件和下連接件上，下連接件下端與探針連接，所述探針的端部穿過所述下固定板并伸出，上連接件的上端與高分辨率鐳射尺連接，在所述上固定板下端安裝有位移傳感器，所述數(shù)據(jù)線纜與位移傳感器連接并伸出上固定板將數(shù)據(jù)傳輸入控制系統(tǒng)。還包括設(shè)有精密彈簧，采用精密彈簧穿過探針分別固定在下連接件下部和下固定板上部。在所述底板后端設(shè)有測頭連接板用于固定。本實用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:該測頭采用接觸式測量原理，即通過垂直與SMT網(wǎng)板表面的探針端部探球與SMT網(wǎng)板表面接觸，探針僅具有唯一的上下運(yùn)動自由度，即其僅能上下運(yùn)動，自身重量通過內(nèi)部精密彈簧抵消，而探針的另一端連接著與探針垂直方向平行安裝的高分辨率鐳射尺，通過其內(nèi)部小型激光位移傳感器實時檢測探針在垂直方向上的位移變化。測量過程中，探針端部的探球一直與SMT網(wǎng)板表面接觸，從而確保測量過程中，在垂直方向上位移變化完全由SMT網(wǎng)板厚度決定，因此能非常精確、真實地反映出SMT網(wǎng)板自身的厚度，而不會受SMT網(wǎng)板表面灰塵影響。且無論環(huán)境燈關(guān)如何照射，測量值均是從測頭內(nèi)部的傳感器內(nèi)讀取，不會受環(huán)境燈關(guān)影響。另外，由于探針端部的探球直徑一般在500um以上，其與SMT網(wǎng)板表面接觸僅能接觸上微觀結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)，而不會手微觀結(jié)構(gòu)自身的影響，真實反映出SMT網(wǎng)板的厚度及均勻變化值。，通過采用該測頭確保了對來料網(wǎng)板厚度測量的高精度要求，重復(fù)測量精度達(dá)到± Ium甚至更??；在保證測量精度前提下，避免了傳統(tǒng)方式中采用非接觸式測量方法因SMT網(wǎng)板表面灰塵、環(huán)境燈光及表面微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致發(fā)射光束誤差，直接影響到測量精度和穩(wěn)定性等問題。充分考慮到SMT行業(yè)對來料網(wǎng)板的檢測需求，即要求保證高精度條件下，盡可能降低設(shè)備成本，設(shè)備操作方便等，為SMT網(wǎng)板厚度測量領(lǐng)域所用精密測頭提供結(jié)構(gòu)簡單、性價比更高、更能滿足市場需求的產(chǎn)品。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖2為本實用新型的安裝蓋和安裝座裝配圖；圖3為本實用新型工作原理圖。其中，1-上固定板；2-底板；3_下固定板；4_空氣導(dǎo)軌安裝板；5_空心管；6-探針；7_上連接件；8_下連接件；9_高分辨率鐳射尺；10-位移傳感器；11-氣管接頭；12_數(shù)據(jù)線纜；13-精密彈簧；14-測頭連接板。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護(hù)范圍。如圖1至圖3所示，本實用新型具體實施的技術(shù)方案是:一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭，包括上固定板1、底板2、下固定板3、空氣導(dǎo)軌、探針6、上連接件7、下連接件
8、高分辨率鐳射尺9、位移傳感器10、氣管接頭11和數(shù)據(jù)線纜12 ；其中，空氣導(dǎo)軌由空氣導(dǎo)軌安裝板4和兩個空心管5組成，在所述空氣導(dǎo)軌安裝板垂直方向開有兩個安裝孔；所述空心管5為圓形結(jié)構(gòu)；其連接關(guān)系在于:在所述底板2的上端和下端垂直方向安裝上固定板I和下固定板3，所述空氣導(dǎo)軌安裝板4固定安裝在所述底板2上，所述兩個空心管5穿過所述空氣導(dǎo)軌安裝板4的兩個安裝孔，所述兩個空心管5通過氣管接頭11通氣，兩個空心管5的上端和下端分別固定安裝在上連接件7和下連接件8上，下連接件8下端與探針6連接，所述探針6的端部穿過所述下固定板3并伸出，上連接件7的上端與高分辨率鐳射尺9連接，在所述上固定板I下端安裝有位移傳感器10，所述數(shù)據(jù)線纜12與位移傳感器10連接并伸出上固定板I將數(shù)據(jù)傳輸入控制系統(tǒng)。還包括設(shè)有精密彈簧13，采用精密彈簧13穿過探針分別固定在下連接件8下部和下固定板3上部。在所述底板2后端設(shè)有測頭連接板14用于固定。本實用新型公開的SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭，采用立式結(jié)構(gòu)布局方式，探針6位于測頭底部，探針6另外一端連接著高分辨率鐳射尺9，并通過內(nèi)置小型激光位移傳感器10實時讀取探針6在垂直方向上的位移變化。探針6與高分辨率鐳射尺9通過兩根空心管5等連接件彼此連接起來，空心管5被插入空氣導(dǎo)軌中，給空氣導(dǎo)軌供氣，則整個連接組件可無摩擦地在空氣導(dǎo)軌中上下運(yùn)動。而該連接組件底部，采用精密彈簧13來抵消部分自身的重力影響，而多余重力會保持探針6端部探球與SMT網(wǎng)板測量表面接觸。測量時，將測頭立式安裝在測量設(shè)備的Z軸上，讓Z軸垂直向下運(yùn)動，直到測頭底部的探針6端部的探球與被測SMT網(wǎng)板表面接觸，此時記錄Z軸位移量和探針6垂直方向的位移量，測量原理如圖3所示，SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭被固定在Z軸上，測量步驟如下:I)先在測量平臺對應(yīng)的測頭正下方放置一塊具有標(biāo)準(zhǔn)高度的標(biāo)準(zhǔn)塊，其高度值為XO02)Z軸帶動測頭在垂直方向上的起始位ZO開始向下運(yùn)動，測量中探針6和高分辨率鐳射尺9連接組件在重力被精密彈簧13抵消一部分重力，但由于總重力比精密彈簧13反作用力略大，因此在探針6端部探球未接觸到標(biāo)準(zhǔn)塊前，探針6 —直處于最小下方不同，此時小型激光位移傳感器10對應(yīng)的讀數(shù)值為HO。3)當(dāng)探針6端部碰到標(biāo)準(zhǔn)塊后，向上的反作用增大，探針6會向上運(yùn)動到H1，此時Z軸下將到Zl位置。將此時Hl設(shè)置為測量零點(diǎn)，對應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)塊厚度為X0，控制系統(tǒng)記下該數(shù)值。4)將Z軸從Zl運(yùn)動回ZO位置，將標(biāo)準(zhǔn)塊移開，放置上Xl厚度SMT網(wǎng)板，讓Z軸重新從ZO位置帶動測頭向下運(yùn)動，直到探針6接觸到SMT網(wǎng)板，并讓測頭中的小型激光位移傳感器10讀數(shù)正好處于HTl位置時，則Z軸立即停止運(yùn)動，此時Z軸向下運(yùn)動到Z2位置。5)通過上述數(shù)據(jù)，則可計算得出標(biāo)準(zhǔn)塊厚度后SMT網(wǎng)板厚度之間的高度差A(yù) Z= I Z2-Z11，而被測量的 SMT 網(wǎng)板厚度 L= | XO- A Z |。當(dāng)SMT網(wǎng)板比標(biāo)準(zhǔn)塊高度XO大時，則Z2〈Z1 ;當(dāng)SMT網(wǎng)板比標(biāo)準(zhǔn)塊高度XO小時，則 rLlVLY ；測量時，給通過氣管接頭給兩個空氣導(dǎo)軌供壓縮空氣，從而使得探針6和高分辨率鐳射尺9等連接組件通過兩個空心管5在空氣導(dǎo)軌中無摩擦運(yùn)動，且僅有一個向下的自由度，這是因為該組件被受空氣導(dǎo)軌約束，并受重力作用，只能向下運(yùn)動。而通過探針6下方的精密彈簧13，將抵消掉一部分重力影響，設(shè)計時，需要合理選擇精密彈簧13的彈性系數(shù)K，以使該精密彈簧13向上的反作用力略小于探針6和高分辨率鐳射尺9等連接組件自身的重力，以保證在測量過程中探針6端部探球與SMT網(wǎng)板表面保持接觸。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)先實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭，其特征在于:包括上固定板(I)、底板(2)、下固定板(3)、空氣導(dǎo)軌、探針(6)、上連接件(7)、下連接件(8)、高分辨率鐳射尺(9)、位移傳感器(10)、氣管接頭(11)和數(shù)據(jù)線纜(12); 其中，空氣導(dǎo)軌由空氣導(dǎo)軌安裝板(4)和兩個空心管(5)組成，在所述空氣導(dǎo)軌安裝板垂直方向開有兩個安裝孔；所述空心管(5)為圓形結(jié)構(gòu)； 其連接關(guān)系在于:在所述底板(2)的上端和下端垂直方向安裝上固定板(I)和下固定板(3)，所述空氣導(dǎo)軌安裝板(4)固定安裝在所述底板(2)上，所述兩個空心管(5)穿過所述空氣導(dǎo)軌安裝板(4 )的兩個安裝孔，所述兩個空心管(5 )通過氣管接頭(11)通氣，兩個空心管(5 )的上端和下端分別固定安裝在上連接件(7 )和下連接件(8 )上，下連接件(8 )下端與探針(6)連接，所述探針(6)的端部穿過所述下固定板(3)并伸出，上連接件(7)的上端與高分辨率鐳射尺(9)連接，在所述上固定板(I)下端安裝有位移傳感器(10)，所述數(shù)據(jù)線纜(12)與位移傳感器(10)連接并伸出上固定板(I)將數(shù)據(jù)傳輸入控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭，其特征在于:還包括設(shè)有精密彈簧(13)，采用精密彈簧(13)穿過探針分別固定在下連接件(8)下部和下固定板(3)上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭，其特征在于:在所述底板(2 )后端設(shè)有測頭連接板(14 )用于固定。
專利摘要本實用新型屬于SMT網(wǎng)板測量設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種SMT網(wǎng)板厚度測量用接觸式測頭。包括上固定板、底板、下固定板、空氣導(dǎo)軌、探針、上連接件、下連接件、高分辨率鐳射尺、位移傳感器、氣管接頭和數(shù)據(jù)線纜；該測頭采用接觸式測量原理，即通過垂直與SMT網(wǎng)板表面的探針端部探球與SMT網(wǎng)板表面接觸，探針僅具有唯一的上下運(yùn)動自由度，即其僅能上下運(yùn)動，自身重量通過內(nèi)部精密彈簧抵消，而探針的另一端連接著與探針垂直方向平行安裝的高分辨率鐳射尺，通過其內(nèi)部小型激光位移傳感器實時檢測探針在垂直方向上的位移變化。
文檔編號G01B7/06GK202928521SQ20122058424
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者夏發(fā)平 申請人:昆山允可精密工業(yè)技術(shù)有限公司