專利名稱：一種smt網(wǎng)板測厚用接觸式測頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭。
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O. 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。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。在進行厚度測量時，僅需要在同一張網(wǎng)板上測量若干點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。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所公開的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，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，包括殼體、空氣導(dǎo)軌、探針、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，殼體由頂蓋、安裝蓋和底蓋組成，所述安裝蓋的頂端和底端分別垂直安裝頂蓋和底蓋，在所述頂蓋和底蓋上均開有通孔；所述空氣導(dǎo)軌由空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯和空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套組成，在所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套垂直位置開有安裝孔，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯為方形結(jié)構(gòu)；
其連接關(guān)系在于所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套固定安裝在所述安裝蓋上，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯穿過空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套的安裝孔，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯通過氣管接頭通氣，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯的下端與探針連接，所述探針的端部穿過所述底蓋的通孔并伸出，在所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯的上端通過連接件與高分辨率鐳射尺連接，在所述頂蓋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頂蓋的通孔將數(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空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯下部和底蓋上部。在所述安裝蓋后端設(shè)有安裝座用于固定。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于本發(fā)明公開一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，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動自由度，即其僅能上下運動，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，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)測量精度達到±lum甚至更?。辉诒ＷC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I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的安裝蓋和安裝座裝配圖；圖3為本發(fā)明工作原理圖。其中，I-頂蓋；2_安裝蓋；3-底蓋；4_空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套；5_空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯；6-探針；
7-連接件；8_高分辨率鐳射尺；9_位移傳感器；10-氣管接頭；11-數(shù)據(jù)線纜；12-安裝座；13-精密彈簧。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。如圖I至圖3所示，本發(fā)明具體實施的技術(shù)方案是一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，包括殼體、空氣導(dǎo)軌、探針6、連接件7、高分辨率鐳射尺8、位移傳感器9、氣管接頭1 0和數(shù)據(jù)線纜11 ;其中，殼體由頂蓋I、安裝蓋2和底蓋3組成，所述安裝蓋2的頂端和底端分別垂直安裝頂蓋I和底蓋3，在所述頂蓋I和底蓋3上均開有通孔；所述空氣導(dǎo)軌由空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5和空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套4組成，在所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套4垂直位置開有安裝孔，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5為方形結(jié)構(gòu)；其連接關(guān)系在于所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套4固定安裝在所述安裝蓋2上，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5穿過空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套4的安裝孔，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5通過氣管接頭10通氣，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5的下端與探針6連接，所述探針6的端部穿過所述底蓋3的通孔并伸出，在所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5的上端通過連接件7與高分辨率鐳射尺8連接，在所述頂蓋I下端安裝有位移傳感器9，所述數(shù)據(jù)線纜11與位移傳感器9連接并伸出頂蓋I的通孔將數(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6分別固定在空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5下部和底蓋3上部。在所述安裝蓋2后端設(shè)有安裝座12用于固定。隨著空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5在空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套4內(nèi)無摩擦上下運動，同時通過內(nèi)置小型激光位移傳感器9實時讀取探針6在垂直方向上的位移變化。在空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5和底蓋3之間，采用精密彈簧13穿過探針6分別固定在空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5下部和底蓋3上部，空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5因重力向下運動時，精密彈簧13能抵消空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5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)板測厚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XOo2)Z軸帶動測頭在垂直方向上的起始位ZO開始向下運動，測量中安裝有探針6和高分辨率鐳射尺8的空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯5在重力作用下垂直向下運動，下向運動的同時，壓縮其正下方的精密彈簧13，從而抵消一部分重力作用，但由于其總重力比彈簧反作用力略大，因此在探針6端部探球未接觸到標(biāo)準(zhǔn)塊前，探針6 —直處于最小下方不動，此時小型激光位移傳感器9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，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9讀數(shù)正好處于HTl位置時，則Z軸立即停止運動，此時Z軸向下運動到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Λ Z= IΖ2-Ζ1 I，而被測量的SMT網(wǎng)板厚度L= I XO-Λ Z I。當(dāng)SMT網(wǎng)板比標(biāo)準(zhǔn)塊高度XO大時，則Ζ2〈Ζ1 ;當(dāng)SMT網(wǎng)板比標(biāo)準(zhǔn)塊高度XO小時，則 Ζ2>Ζ1 ；
以上所述僅是本發(fā)明的優(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，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，其特征在于包括殼體、空氣導(dǎo)軌、探針(6)、連接件(7 )、高分辨率鐳射尺(8 )、位移傳感器(9 )、氣管接頭(10 )和數(shù)據(jù)線纜(11); 其中，殼體由頂蓋(I)、安裝蓋(2)和底蓋(3)組成，所述安裝蓋(2)的頂端和底端分別垂直安裝頂蓋(I)和底蓋(3 )，在所述頂蓋(I)和底蓋(3 )上均開有通孔； 所述空氣導(dǎo)軌由空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)和空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套(4)組成，在所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套(4)垂直位置開有安裝孔，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)為方形結(jié)構(gòu)； 其連接關(guān)系在于所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套(4)固定安裝在所述安裝蓋(2)上，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)穿過空氣導(dǎo)軌導(dǎo)套(4)的安裝孔，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)通過氣管接頭(10)通氣，所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)的下端與探針(6)連接，所述探針(6)的端部穿過所述底蓋(3)的通孔并伸出，在所述空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)的上端通過連接件(7)與高分辨率鐳射尺(8)連接，在所述頂蓋(I)下端安裝有位移傳感器(9 )，所述數(shù)據(jù)線纜(11)與位移傳感器(9 )連接并伸出頂蓋(I)的通孔將數(shù)據(jù)傳輸入控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，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(6)分別固定在空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯(5)下部和底蓋(3)上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭，其特征在于在所述安裝蓋(2)后端設(shè)有安裝座(12)用于固定。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SMT網(wǎng)板測厚用接觸式測頭。包括殼體、空氣導(dǎo)軌、探針、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動自由度，即其僅能上下運動，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G01B7/06GK102901439SQ201210441968
公開日2013年1月30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