专利名称：一种离线锡膏测厚仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及厚度测量设备技术领域，尤其涉及一种离线锡膏测厚仪。
背景技术：
近年来，由于微电子封装的密度越来越大，焊接引脚的间距越来越小，对 SMTqSurface Mount Technology)提出的要求越来越高，要实现小间距下焊接，并且保证焊 点的可靠性，其中重要的一环是监测锡膏的印刷量。据统计60% -70%的焊接缺陷都是由 于不良的焊膏印刷结果造成的。为检测焊膏的厚度，现有技术中的一种锡膏测厚仪，包括底板、机架和PCB板夹 具，PCB板夹具固定在底板上面，机架上安装有摄像机，装夹待测PCB板后，摄像机在PCB板 上方沿X轴方向和Y轴方向移动，从而获取摄像图片，然后计算机系统根据采集的图片计算 锡膏相关特征参数。现有技术中，摄像机同时沿X轴方向和Y轴方向移动，移动距离误差较 大，降低了检测精度，当检测的PCB板厚度不同时，需要进行手动调焦，影响检测效率。

实用新型内容本实用新型提供一种可提高检测精度、提高生产效率的离线锡膏测厚仪。一种离线锡膏测厚仪，包括底板和PCB板夹具，PCB板夹具位于底板上面，还包括 图像采集模组、驱动图像采集模组沿Z轴方向移动的Z轴运动模组、驱动图像采集模组沿X 轴方向移动的X轴运动模组、驱动PCB板夹具沿Y轴方向移动的Y轴运动模组、用于控制 运动模组和通过摄像图片分析锡膏厚度的锡膏数据处理系统；图像采集模组位于PCB板夹 具上方，图像采集模组包括激光器和摄像机，激光器轴线和摄像机轴线呈锐角；Z轴运动模 组、X轴运动模组、Y轴运动模组分别与锡膏数据处理系统的控制端口电连接；摄像机的数 据输出端与锡膏数据处理系统的数据端口电连接。PCB板夹具在底板上面的纵向移动方向 为Y轴方向，垂直于底板上面X轴方向的方向为X轴方向，垂直于底板上面的方向为Z轴方 向。其中，还包括机架，X轴运动模组安装在机架上，X轴运动模组包括X轴驱动电机和 χ轴丝杆，X轴驱动电机的输出轴驱动连接X轴丝杆，X轴丝杆与图像采集模组连接。其中，图像采集模组还包括固定板，X轴丝杆与固定板连接，Z轴运动模组包括Z轴 驱动电机和Z轴丝杆，Z轴驱动电机的输出轴驱动连接Z轴丝杆，Z轴驱动电机与固定板固 接，Z轴丝杆分别连接激光器和摄像机。其中，图像采集模组还包括用于调节激光器照射角度激光器沿激光器轴线运动的 激光器调节装置。其中，还包括底罩，底罩设有内腔，底板和PCB板夹具均位于内腔。其中，PCB板夹具包括PCB板托架和设置在PCB板托架上面的两条相对置的夹持 臂，夹持臂包括臂体、撑起插块和压块，压块通过PCB夹具转轴与臂体铰接，压块与臂体之 间连接有预夹紧弹簧，撑起插块插入臂体中，撑起插块设有插块复位弹簧，撑起插块位于臂体外部的一端与底罩顶触，撑起插块位于臂体内部的一端设置有斜面，压块的一端设置有 滚轮，滚轮与斜面触接；Y轴运动模组包括Y轴驱动电机和Y轴丝杆，Y轴驱动电机的输出轴 驱动连接Y轴丝杆，Y轴驱动电机设置在底板上面，Y轴丝杆与PCB板托架连接。其中，PCB板夹具还包括设置在PCB板托架上面的两条平行的线性滑轨，线性滑轨 与夹持臂垂直，夹持臂设有两条导槽，两条导槽分别设置在两条线性滑轨上。其中，还包括置于底罩上方的机器外壳，机器外壳设置有空腔，机架、X轴运动模 组、图像采集模组、Z轴运动模组均位于空腔。其中，机器外壳开设有窗口，窗口上设有亚克力板。其中，底板设置有启动按钮和急停按钮，X轴运动模组的两端分别设置有限位开 关，两个限位开关之间设置有原点开关，启动按钮、急停按钮、限位开关、原点开关均与锡膏 数据处理系统的信号输入端口电连接。本实用新型有益效果本实用新型包括图像采集模组、驱动图像采集模组沿Z轴 方向移动的ζ轴运动模组、驱动图像采集模组沿X轴方向移动的X轴运动模组、驱动PCB板 夹具沿Y轴方向移动的Y轴运动模组、用于控制运动模组和通过摄像图片分析锡膏厚度的 锡膏数据处理系统；图像采集模组位于PCB板夹具上方，图像采集模组包括激光器和摄像 机，激光器轴线和摄像机轴线呈锐角；Z轴运动模组、X轴运动模组、Y轴运动模组分别与锡 膏数据处理系统的控制端口电连接；摄像机的数据输出端与锡膏数据处理系统的数据端口 电连接。本技术方案能够还原锡膏外形，可以实现锡膏厚度和印刷质量的检测，提高产品质 量；本技术方案通过X轴运动模组驱动图像采集模组向X轴方向运动，通过Y轴运动模组驱 动PCB板夹具向Y轴方向运动，从而实现PCB板待测锡膏点定位扫描，移动距离精确，有利 于提高检测精度；而且，通过Z轴运动模组驱动图像采集模组向Z轴方向运动，支持摄像机 自动调节焦距功能，有利于提高锡膏检测精度和质量，有利于提高生产效率。


图1为本实用新型的结构示意图2为本实用新型切开机器外壳的结构示意图3为本实用新型隐藏机器外壳和底罩的结构示意图4为本实用新型图像采集模组和Z轴运动模组的结构示意图5为图4的左视图6为本实用新型激光器的运动示意图7为本实用新型夹持臂压块扣合时的示意图8为图7中的滚轮与斜面的配合示意图9为本实用新型夹持臂压块打开并准备夹持PCB板的示意图10为图9中的滚轮与斜面的配合示意图11为本实用新型夹持臂压块已经夹持PCB板的示意图12为图11中的滚轮与斜面的配合示意图13为本实用新型使用的斜射式激光三角投影法的原理示意图。
具体实施方式
参见图1至图13，
以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。一种离线锡膏测厚仪，包括底板10和用于夹持待测PCB板33的PCB板夹具11， PCB板夹具11位于底板10上面，还包括图像采集模组、驱动图像采集模组沿Z轴方向移动 的ζ轴运动模组、驱动图像采集模组沿X轴方向移动的X轴运动模组、驱动PCB板夹具11 沿Y轴方向移动的Y轴运动模组、用于控制这三个运动模组和通过摄像图片分析锡膏厚度 的锡膏数据处理系统。图像采集模组位于PCB板夹具11上方，图像采集模组包括激光器12 和摄像机13，激光器轴线和摄像机轴线呈锐角，本实施例中激光器轴线和摄像机轴线相交， 当然这两根轴线也可以不相交。Z轴运动模组、X轴运动模组、Y轴运动模组分别与锡膏数 据处理系统的控制端口电连接；摄像机13的数据输出端与锡膏数据处理系统的数据端口 电连接。PCB板夹具11在底板10上面的纵向移动方向为Y轴方向，图1所示前后移动方向 为Y轴方向，垂直于底板10上面X轴方向的方向为X轴方向，垂直于底板10上面的方向为 Z轴方向。为减小摩擦力实现精确控制，可以在底板10上面设置Y轴方向的导轨，PCB板夹 具11的下面设置有导槽，通过导轨与导槽的配合，使得PCB板夹具11可沿Y轴方向移动。 当然，也可以在PCB板夹具11的下面设置导轨，在在底板10上面设置Y轴方向的导槽，通 过导轨与导槽的配合，使得PCB板夹具11可沿Y轴方向移动。锡膏数据处理系统包括运动控制，图像采集、分析，数据处理，文件管理的计算系 统硬件和软件，控制运动模组的硬件和软件的原理是现有的，这里不再赘述，以下主要说明 采用斜射式激光三角投影法，通过摄像图片分析锡膏厚度的原理。本实例采用斜射式激光三角投影法对锡膏厚度进行测量，如图13所示，激光器12 发出“一”字线型的光斑(当然也可以为多条平行线型的光斑)，光斑照射到锡膏表面，光斑 与摄像机13的光轴呈锐角，锡膏与基准面(PCB板表面或者PCB板的铜箔表面)有一定的 高度差H，激光光斑在不同高度表面的投影在物体上形成一条曲线条纹。用摄像机13采集 该条纹得到包含有该条纹的图片，并输入锡膏数据处理系统中，由图像处理软件处理，根据 三角法将该条纹的错位转换为沿垂直方向的高度变化，即可计算锡膏的高度。比如，已知激 光器12与基准面的夹角为θ，光照射在锡膏上表面A处和PCB板表面B处，在物体上形成 一个曲线条纹。用摄像机13摄取包含该曲线条纹的图像，锡膏数据处理系统的图像处理软
件测量出点A与点B投影到基准面的距离d，用三角法根据公式tan0 = #，可以将该条纹图
a
像的变型转换为沿垂直方向的距离变化，就可计算出锡膏的高度H。当然，除上述斜射式激 光三角投影法外，本技术方案还可以使用其它的通过投影测量高度的方法。X轴运动模组带动图像采集模组左右移动，即带动摄像机13和激光器12左右移 动，Y轴运动模组带动驱动PCB板夹具11前后移动，即带动待测PCB板33前后移动，就可 以不断得到不同位置的高度信息，通过将不同点的高度进行重构，就可以获得整个表面的 形态，从而可以获取整块PCB板上锡膏的高度、面积、体积等信息。锡膏数据处理系统可设 置为自动扫描和手动扫描方式。当然，也可以仅仅抽检待测PCB板33的几个点，判断该待 测PCB板33是否合格。本实施例中，还包括机架14，X轴运动模组安装在机架14上，X轴运动模组包括X轴驱动电机15和X轴丝杆16，X轴驱动电机15的输出轴驱动连接X轴丝杆16，X轴丝杆 16与图像采集模组连接。X轴驱动电机15通过X轴丝杆16带动图像采集模组运动，移动 距离精确；锡膏数据处理系统可发出指令控制X轴驱动电机15正向转动或反向转动，从而 带动图像采集模组向左或向右运动。本实例中，图像采集模组还包括固定板，X轴丝杆16与固定板连接，Z轴运动模组 包括Z轴驱动电机17和Z轴丝杆18，Z轴驱动电机17的输出轴驱动连接Z轴丝杆18，Z轴 驱动电机17与固定板固接，Z轴丝杆18分别连接激光器12和摄像机13。Z轴驱动电机17 通过Z轴丝杆18带动图像采集模组运动，移动距离精确；锡膏数据处理系统可发出指令控 制Z轴驱动电机17正向转动或反向转动，从而带动图像采集模组向上或向下运动，实现摄 像机13自动调焦。自动调焦方法有很多种；比如，可以在锡膏数据处理系统输入图像采集 模组需要向下或向上移动的距离，然后通过控制Z轴驱动电机17实现摄像机13自动调焦； 又比如，摄像机13先获取PCB板摄像图片，然后锡膏数据处理系统控制Z轴驱动电机17正 向或反向运动，带动摄像机13向上或向下运动，摄像机13再次获取PCB板摄像图片，锡膏 数据处理系统根据图片的清晰度，控制摄像机13的移动距离，实现自动调焦。为使激光强度符合检测要求，图像采集模组还包括用于调节激光器12照射角度 和调节激光器12沿激光器轴线运动的激光器调节装置，通过激光器调节装置可调节激光 器12与待测PCB板33的距离。本实例还包括底罩19，底罩19设有内腔，底板10和PCB板夹具11均位于内腔； 还包括置于底罩19上方的机器外壳29，机器外壳29设置有空腔，机架14、X轴运动模组、 图像采集模组、Z轴运动模组均位于空腔。底罩19和机器外壳29可减少外部环境对离线 锡膏测厚仪的主要部件的影响，具有防水防尘的作用。机器外壳29开设有窗口，窗口上设有亚克力板30，亚克力板30为透明介质，透过 亚克力板30可观察到空腔中部件的工作状态，有利于监控和维护。PCB板夹具11包括PCB板托架20和设置在PCB板托架20上面的两条相对置的夹 持臂21，夹持臂21包括臂体、撑起插块22和压块23，压块23通过PCB夹具转轴24与臂体 铰接，压块23与臂体之间连接有预夹紧弹簧35，撑起插块22插入臂体中，撑起插块22设 有插块复位弹簧34，撑起插块22位于臂体外部的一端与底罩19顶触，撑起插块22位于臂 体内部的一端设置有斜面，压块23的一端设置有滚轮25，滚轮25与斜面接触；Y轴运动模 组包括Y轴驱动电机26和Y轴丝杆27，Y轴驱动电机26的输出轴驱动连接Y轴丝杆27，Y 轴驱动电机26设置在底板10上面，Y轴丝杆27与PCB板托架20连接。在检测待测PCB板33前，PCB板夹具11位于底板10的前端，撑起插块22与底罩 19顶触，预夹紧弹簧35收缩，产生反向弹力，滚轮25从斜面的底端移动到斜面的顶端，压 块23的自由端以PCB夹具转轴24为轴心向上旋转，形成夹持开口，插块复位弹簧34被往 上提起，产生向下的拉力，此时可装夹待测PCB板33;开始检测时，PCB板夹具11向底板10 的后端移动，预夹紧弹簧35和插块复位弹簧34恢复，滚轮25从斜面的顶端移动到斜面的 底端，压块23的自由端以PCB夹具转轴24为轴心向下旋转，从而夹持住待测PCB板33。两 条夹持臂21的压块23的自由端相向设置，从而分别压住待测PCB板33的两侧。PCB板夹具11还包括设置在PCB板托架20上面的两条平行的线性滑轨28，线性 滑轨28与夹持臂21垂直，夹持臂21开设有两条导槽，两条导槽分别设置在两条线性滑轨28上。当装夹不同宽度的待测PCB板33时，可通过移动夹持臂21在线性滑轨28中的位 置，调整两夹持臂21的相对距离。移动夹持臂21在线性滑轨28中的位置调整两夹持臂21 的相对距离有以下几种实施方式左侧夹持臂21固定，通过移动右侧夹持臂21在线性滑轨 28中的位置实现调整两夹持臂21的相对距离；右侧的夹持臂21固定，通过移动左侧的夹 持臂21在线性滑轨28中的位置实现调整两夹持臂21的相对距离；左侧的夹持臂21和右 侧的夹持臂21同时移动在线性滑轨28中的位置，从而调整两夹持臂21的相对距离。底板10设置有启动按钮31和急停按钮32，X轴运动模组的两端分别设置有限位 开关，两个限位开关之间设置有原点开关，启动按钮31、急停按钮32、限位开关、原点开关 均与锡膏数据处理系统的信号输入端口电连接。启动按钮31用于启动检测进程，而急停按 钮32用于遇到故障或紧急情况时中断检测进程。当然，还可以增加故障时的报警功能。限 位开关、原点开关均为光电感应器，限位开关用于限制图像采集模组左右移动的极限位置， 原点开关用于定位图像采集模组的初始位置。本实施例对待测PCB板33的选定点进行检测，其工作过程如下首先，锡膏数据处 理系统控制Z轴驱动电机17实现摄像机13自动调焦。然后，在PCB板夹具11上装载PCB 电路板。锡膏数据处理系统可以预先选定需要测量的待测PCB板33的选定点的位置，计算 X轴和Y轴的运动轨迹，并转换为脉冲量，使用该脉冲量控制X运动模组和Y运动模组，使 得X运动模组和Y运动模组同时运动。摄像机13采集激光光斑投影在PCB板上的曲线条 纹图片，锡膏数据处理系统根据曲线条纹图片计算出锡膏的高度等数据。本技术方案能够还原锡膏外形，可以实现锡膏厚度和印刷品质量的检测，提高产 品质量；通过X轴运动模组驱动图像采集模组沿X轴方向运动，通过Y轴运动模组驱动PCB 板夹具11沿Y轴方向运动，从而对PCB板待测点进行扫描，移动距离精确；而且，通过Z轴 运动模组驱动图像采集模组向Z轴方向运动，可自动调节摄像机13的焦距，无须手工调焦， 保证检测精度和质量，有利于提高检测效率。本实用新型除可以检测PCB板的焊膏的厚度外，还可以应用于红胶缺陷检测、晶 片标定、零件共平面度检测、裸PCB焊盘检测、BGA引脚缺陷检测等。以上内容仅为本实用新型的较佳实例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用 新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对 本实用新型的限制。
权利要求一种离线锡膏测厚仪，包括底板和PCB板夹具，PCB板夹具位于在底板上面，其特征在于，还包括图像采集模组、驱动图像采集模组沿Z轴方向移动的Z轴运动模组、驱动图像采集模组沿X轴方向移动的X轴运动模组、驱动PCB板夹具沿Y轴方向移动的Y轴运动模组、用于控制运动模组和通过摄像图片分析锡膏厚度的锡膏数据处理系统；图像采集模组位于PCB板夹具上方，图像采集模组包括激光器和摄像机，激光器轴线和摄像机轴线呈锐角；Z轴运动模组、X轴运动模组、Y轴运动模组分别与锡膏数据处理系统的控制端口电连接；摄像机的数据输出端与锡膏数据处理系统的数据端口电连接。
2.根据权利要求1所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，还包括机架，所述X轴运动模 组安装在机架上，X轴运动模组包括X轴驱动电机和X轴丝杆，X轴驱动电机的输出轴驱动 连接X轴丝杆，X轴丝杆与所述图像采集模组连接。
3.根据权利要求2所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，所述图像采集模组还包括固 定板，所述X轴丝杆与固定板连接，所述Z轴运动模组包括Z轴驱动电机和Z轴丝杆，Z轴 驱动电机的输出轴驱动连接Z轴丝杆，Z轴驱动电机与固定板连接，Z轴丝杆分别连接激光 器和摄像机。
4.根据权利要求2所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，所述图像采集模组还包括用 于调节激光器照射角度和调节激光器沿激光器轴线运动的激光器调节装置。
5.根据权利要求2所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，还包括底罩，底罩设有内腔， 所述底板和PCB板夹具均位于内腔。
6.根据权利要求5所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，所述PCB板夹具包括PCB板托 架和设置在PCB板托架上面的两条相对置的夹持臂，夹持臂包括臂体、撑起插块和压块，压 块通过PCB夹具转轴与臂体铰接，压块与臂体之间连接有预夹紧弹簧，撑起插块插入臂体 中，撑起插块设有插块复位弹簧，撑起插块位于臂体外部的一端与所述底罩顶触，撑起插块 位于臂体内部的一端设置有斜面，压块的一端设置有滚轮，滚轮与斜面触接；所述Y轴运动 模组包括Y轴驱动电机和Y轴丝杆，Y轴驱动电机的输出轴驱动连接Y轴丝杆，Y轴驱动电 机设置在所述底板上面，Y轴丝杆与PCB板托架连接。
7.根据权利要求6所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，所述PCB板夹具还包括设置 在PCB板托架上面的两条平行的线性滑轨，线性滑轨与所述夹持臂垂直，夹持臂设有两条 导槽，两条导槽分别设置在两条线性滑轨上。
8.根据权利要求5所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，还包括置于底罩上方的机器 外壳，机器外壳设置有空腔，所述机架、X轴运动模组、图像采集模组、Z轴运动模组均位于 空腔。
9.根据权利要求8所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，所述机器外壳开设有窗口，窗 口上装有亚克力板。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的离线锡膏测厚仪，其特征在于，所述底板设置 有启动按钮和急停按钮，所述X轴运动模组的两端分别设置有限位开关，两个限位开关之 间设置有原点开关，启动按钮、急停按钮、限位开关、原点开关均与锡膏数据处理系统的信 号输入端口电连接。
专利摘要本实用新型公开了一种离线锡膏测厚仪；其包括底板和PCB板夹具，PCB板夹具位于底板上面，还包括图像采集模组、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、锡膏数据处理系统；图像采集模组位于PCB板夹具上方，图像采集模组包括激光器和摄像机，激光器轴线和摄像机轴线呈锐角；X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组分别与锡膏数据处理系统的控制端口电连接；摄像机的数据输出端与锡膏数据处理系统的数据端口电连接；本技术方案可以实现锡膏厚度和印刷品质量的检测，本技术方案通过X轴运动模组和Y轴运动模组实现PCB板待测锡膏点定位扫描，移动距离精确，支持摄像机自动调节焦距功能，有利于提高锡膏检测精度和质量。
文档编号G01B11/06GK201672910SQ20102021651
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者卢盛林, 师雪超, 张堂隆, 贺珍真, 黄维闰 申请人:东莞市奥普特自动化科技有限公司