一種檢測設備

《一種檢測設備》是東莞市正業電子有限公司於2008年5月19日申請的發明專利，該專利的申請號為2008100282303，公布號為CN101281145，公布日為2008年10月8日，發明人是梅領亮、徐地華、王天輝、莫車生、王樹華。

《一種檢測設備》包括機架以及放置待測物的工作檯，工作檯下方設定有X射線發生器，工作檯上方設定有X射線影像增強器，X射線影像增強器通過數據控制線路以及控制主機與一顯示部件聯接，工作檯水平安裝於機架中，工作檯可垂直X射線影像增強器中心作橫向、縱向平面移動，工作檯與機架之間安裝有承載工作檯相對於機架做橫向和縱向移動的X軸移動機構和Y軸移動機構上，X射線發生器則安裝於可相對工作檯垂直移動的Z軸移動機構上，在X射線發生器、工作檯以及X射線影像增強器外圍均設定有防止X射線對外界造成輻射危害的禁止部件。

2014年11月6日，《一種檢測設備》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種檢測設備》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種檢測設備
• 公布號：CN101281145
• 公布日：2008年10月8日
• 申請號：2008100282303
• 申請日：2008年5月19日
• 申請人：東莞市正業電子有限公司
• 地址：廣東省東莞市高埗鎮高龍大道中龍路第三棟三樓東莞市正業電子有限公司
• 發明人：梅領亮、徐地華、王天輝、莫車生、王樹華
• 分類號：G01N21/956（2006.01）；G01R31/00（2006.01）
• 代理機構：廣州粵高專利代理有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：羅曉林、李志強

專利背景

截至2008年5月，在高精度加工生產領域，由於所採用的設備以及物料比較昂貴，使生產的成本都較高，在生產過程中，如果不能及時發現中間產品的缺陷，不僅會造成最終產品廢品率的提高，也會使生產效率降低、成本進一步提高。

如在高性能、高複雜性、高質量PCB（印刷電路板）的生產中，除了應保證優良的原材料、具備先進的生產工藝、設備和先進的管理模式之外，還必須具備完備的技術質量保證體系和先進檢測設備。2008年5月前，印刷電路板的設計、加工水平已達到0.15～0.12毫米（線條寬度和間距），層數已經達到46層（富士公司）甚至更多，可以說PCB的高技術和高複雜性已經達到一個相當高的水平，但在生產過程中，如何提高中間過程產品品質，如何減少廢品率，如何提高PCB質量是各PCB生產廠家一直不懈追求的目標。但PCB的質量情況不容樂觀。因為印刷電路板品質的好壞，取決於印製電路板上每根線條、每個孔品質的好壞。而一塊板上數以千計的線條和孔中任意一個發生過細、過粗、殘缺、針孔、粘連、斷開、錯位等質量問題，都會影響最終產品質量，或導致產生廢品。電路板的層數越多，問題越突出，造成的廢品率越高。以20層板為例，若單層正品率約為98％，20層時正品率不足67％。

PCB行業是依靠規模效益的行業，競爭相對來說比較激烈，產品利潤率相對較低，如此高的不合格率，使企業無法維持生產。實際上，僅需對多層板的每一層，在生產過程中進行檢驗，將不合格品予以剔除，正品率即可達98％。電路板在生產過程中各種不確定因素的影響（如原材料、設備穩定性、環境、溫度和人為操作等因素），造成上述缺陷很難避免，必須實施嚴格的中間檢驗。因而印刷電路板的生產線上檢測已成為PCB板生產企業的共識。但真正實現中間檢驗和線上檢驗，難度很大。因此，研發一種高效、高速、高精度的印刷電路板缺陷自動檢測設備已經成為PCB行業迫切的需要。

發明內容

專利目的

《一種檢測設備》要解決的技術問題是提供一種檢測方便、檢測精度高的檢測設備。

技術方案

《一種檢測設備》包括機架以及放置待測物的工作檯，在工作檯下方設定有發射X射線的X射線發生器，在工作檯上方設定有接受X射線的X射線影像增強器，X射線影像增強器通過數據控制線路以及控制主機與一顯示部件聯接，工作檯水平安裝於機架中，工作檯可垂直X射線影像增強器中心作橫向、縱向平面移動，工作檯與機架之間安裝有承載工作檯相對於機架做橫向和縱向移動的X軸移動機構和Y軸移動機構上，X射線發生器則安裝於可相對工作檯垂直移動的Z軸移動機構上，在X射線發生器、工作檯以及X射線影像增強器外圍均設定有防止X射線對外界造成輻射危害的禁止部件。

作為對上述方案的改進，上述的Y軸移動機構包括一Y軸運動台架，工作檯通過滑軌安裝於Y軸運動台架中，在Y軸運動台架側邊安裝有通過一Y向步進電機驅動的Y向絲桿，Y向絲桿兩端的絲桿固定座固定於Y軸運動台架上，Y向絲桿的滑塊與工作檯固接。所述的X軸移動機構包括一X軸運動台架、驅動X軸運動台架橫向移動的X向步進電機以及與X向步進電機同軸連線的X向絲桿，Y軸運動台架通過滑軌安裝於X軸運動台架上，X向絲桿兩端的絲桿固定座安裝於機架或X軸運動台架上，X軸運動台架固定於機架上，X向絲桿的滑塊與與Y軸運動台架固接。所述的Z軸移動機構包括安裝於工作檯下方機架上的Z向絲桿以及驅動絲桿轉動的Z向步進電機，Z向絲桿和Z向步進電機均垂直工作檯平面安裝，X射線發生器安裝於Z向絲桿的滑塊上。

作為對上述方案進一步改進，X射線影像增強器與X射線發生器同軸心設定，在工作檯斜上方還安裝有影射待測物體位置由一導航CCD和十字線光源雷射器組成的導航裝置，導航裝置位於X射線影像增強器側邊，十字線光源雷射器發出的光線經待測物體反射後射入X射線影像增強器中。X射線發生器、X射線影像增強器、導航裝置、顯示部件以及各步進電機均通過控制主機協調控制，在控制主機上還聯接有鍵盤以及滑鼠，通過滑鼠和鍵盤的控制可方便對設備的控制。

為了防止操作者受到X射線輻射傷害，在X射線發生器、工作檯以及X射線影像增強器外圍均設定有禁止部件。該禁止部件包括安裝於X射線發生器外圍的鉛箱、安裝於工作檯外圍的鉛簾、鉛罩、安裝於X射線影像增強器外周的鉛筒，在鉛罩上設定有鉛制透明觀察窗。

作為對上述方案機架為鋁型材固接而成的框架結構，在機架下方設定有高度可調的固定腳以及便於整體移動的腳輪，固定腳以螺紋形式與機架活動連線。當需要將整個設備固定於某位置時，調節固定腳高度使之超過腳輪高度即可。在機架外周包裹有外殼，外殼上設定有取放待測物的活動門。

為了更進一步增加設備的使用安全性，在外殼活動門位置上設定有串聯於X射線發生器電源控制線路中用於在打開活動門時使X射線發生器關閉的常開觸發開關。

有益效果

1.採用X光透射成像原理，並通過三維立體定位，非常方便地對PCB板等待測物進行圓心位置、點與點距離、圓形面積等元素的測量和空間定位；

2.整套設備通過控制主機配合滑鼠、鍵盤操作，操作方便、簡單；

3.採用了導航裝置以及顯示部件進行可視化動態觀察，可非常方便快速捕捉待測物任何一個位置進行檢測；

4.採用X射線發生器以及可在控制主機中安裝圖像功能處理軟體，使圖像變形失真減小；

5.該設備具有高可靠性X射線防護措施及控制系統，提供安全可靠操作環境，X射線劑量當量不超過2mSv/年，複合國家標準GBZ117《X光泄漏標準要求》要求，同時在機器外殼前部外殼上活動門位置也安裝了X射線的防護機構，即不論X射線發生器是否正在發射X射線，只要一開啟活動門，X射線發生器就立即停止發射X射線，當關閉活動門後，要重新開啟X射線發射器電源控制開關後，X射線發生器才會發射X射線，這樣就最大限度的保證了操作人員的安全。

附圖說明

附圖1為《一種檢測設備》實施例整體結構示意圖；

附圖2為該實施例除掉外殼後結構示意圖；

附圖3為附圖2中A部放大結構示意圖；

附圖4為該實施例除掉外殼後側面視角結構示意圖；

附圖5為該實施例X射線發生器、X軸移動機構、Y軸移動機構以及Z軸移動機構結構示意圖；

附圖6為該實施例X射線發生器、X軸移動機構、Y軸移動機構以及Z軸移動機構另一視角結構示意圖；

附圖7為該實施例機架結構示意圖。

權利要求

1.《一種檢測設備》包括機架（1）以及放置待測物的工作檯（2），在工作檯下方設定有發射X射線的X射線發生器（5），在工作檯上方設定有接受X射線的X射線影像增強器（6），X射線影像增強器通過數據控制線路以及控制主機（8）與一顯示部件（83）聯接，其特徵在於：所述的工作檯水平安裝於機架中，工作檯可垂直X射線影像增強器中心作橫向、縱向平面移動，工作檯與機架之間安裝有承載工作檯相對於機架做橫向和縱向移動的X軸移動機構（3）和Y軸移動機構（4）上，X射線發生器則安裝於可相對工作檯垂直移動的Z軸移動機構（7）上，在X射線發生器、工作檯以及X射線影像增強器外圍均設定有防止X射線對外界造成輻射危害的禁止部件；所述的禁止部件包括安裝於X射線發生器外圍的鉛箱（91）、安裝於工作檯外圍的鉛簾（92）、鉛罩（93）、安裝於X射線影像增強器外周的鉛筒（94），在鉛罩上設定有鉛制透明觀察窗（95）。其特徵在於：所述的X射線影像增強器與X射線發生器同軸心設定，在工作檯斜上方還安裝有影射待測物體位置由一導航CCD（61）和十字線光源雷射器（62）組成的導航裝置，導航裝置位於X射線影像增強器側邊，十字線光源雷射器發出的光線經待測物體反射後射入X射線影像增強器中。

2.根據權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於：所述的Y軸移動機構包括一Y軸運動台架（41），工作檯通過滑軌安裝於Y軸運動台架中，在Y軸運動台架側邊安裝有通過一Y向步進電機（42）驅動的Y向絲桿（43），Y向絲桿兩端的絲桿固定座固定於Y軸運動台架上，Y向絲桿的滑塊與工作檯固接。

3.根據權利要求2所述的檢測設備，其特徵在於：所述的X軸移動機構包括一X軸運動台架（31）、驅動X軸運動台架橫向移動的X向步進電機（32）以及與X向步進電機同軸連線的X向絲桿（33），Y軸運動台架通過滑軌安裝於X軸運動台架上，X向絲桿兩端的絲桿固定座安裝於機架或X軸運動台架上，X軸運動台架固定於機架上，X向絲桿的滑塊與與Y軸運動台架固接。

4.根據權利要求3所述的檢測設備，其特徵在於：所述的Z軸移動機構包括安裝於工作檯下方機架上的Z向絲桿（71）以及驅動絲桿轉動的Z向步進電機（72），Z向絲桿和Z向步進電機均垂直工作檯平面安裝，X射線發生器安裝於Z向絲桿的滑塊上。

5.根據權利要求4所述的檢測設備，其特徵在於：X射線發生器、X射線影像增強器、導航裝置、顯示部件以及各步進電機均通過控制主機協調控制，在控制主機上還聯接有鍵盤（81）以及滑鼠（82）。

6.根據權利要求5所述的檢測設備，其特徵在於：所述的機架為鋁型材固接而成的框架結構，在機架下方設定有高度可調的固定腳（11）以及便於整體移動的腳輪（12），固定腳以螺紋形式與機架活動連線。

7.根據權利要求6所述的檢測設備，其特徵在於：在機架外周包裹有外殼（13），外殼上設定有取放待測物的活動門（14）。

8.根據權利要求7所述的檢測設備，其特徵在於：在外殼活動門位置上設定有串聯於X射線發生器電源控制線路中用於在打開活動門時使X射線發生器關閉的常開觸發開關。

實施方式

如附圖1所示，該方案所揭示的檢測設備主要用於對PCB各層上孔、線路等元素的形位進行檢測，並將檢測的結果輸出。該設備包括機架1以及安裝於機架1外部的外殼13、固定於機架1中的各個控制、機械機構。在外殼13外部設定有便於控制的控制臺15、鍵盤81、滑鼠82以及顯示檢測影像以及參數的顯示部件83。其中，鍵盤81、滑鼠82以及顯示部件83與安裝於機架1內的控制主機8聯接，控制臺15上也設定與控制按鈕。

該實施例採用X光透射成像原理對待測物進行透視檢測，所以，該設備中包括X射線發生器5以及X射線影像增強器6，兩部件分別安裝於機架1的下部和上部，在X射線發生器5和X射線影像增強器6之間則設定有放置待測物的工作檯2，參照附圖2～7所示。X射線影像增強器6通過數據控制線路與控制主機8聯接，X射線穿過待測物形成的影像通過X射線影像增強器6通過控制主機8將影像在顯示部件83上顯示出來。同時，為了便於捕捉和定位待測物上元素的位置，在X射線增強器6旁邊還設定有導航裝置、驅動工作檯2橫向、縱向精確移動的X軸移動機構3、Y軸移動機構4以及驅動X射線發生器5垂直工作檯2上下移動的Z軸移動機構7。

其中，該導航裝置由一導航CCD61（電荷耦合器件）和十字線光源雷射器62組成，整個導航裝置位於工作檯斜上方，其中，十字線光源雷射器62採用紅外線LD作為光源，使十字標記在顯示中更加顯眼，在對待測物元素位置的定位時更加清晰。工作時，十字線光源雷射器62發出的紅外線十字光線通過待測物表面反射進入X射線增強器62中，並連同待測物影像在顯示部件83上顯示出來。

上述的X軸移動機構3活動安裝於機架1上，包括一X軸運動台架31、X向步進電機32以及與X向步進電機32通過聯軸器同軸連線同步轉動的X向絲桿33。X軸運動台架31通過滑軌與機架1連線，X向步進電機32和X向絲桿33固定於機架1上，同時X向絲桿33的滑塊與X軸運動台架31固接，當X向步進電機32驅動X向絲桿33旋轉時，X向絲桿33的滑塊連同X向台架31橫向移動，通過控制主機8對X向步進電機32的精確控制，可使X軸運動台架31按照預設的方式移動。

與X軸移動機構3的固定方式類似，Y軸移動機構4同樣活動安裝於X軸移動機構3的X軸運動台架31中，該移動機構包括可垂直X軸運動台架31方向移動的Y軸運動台架41。Y軸運動台架41同樣通過滑軌與X軸運動台架31連線，在X軸運動台架31上還設定有驅動Y軸運動台架41移動的Y向步進電機42和Y向絲桿43，Y向步進電機42與Y向絲桿43通過聯軸器同軸心安裝，並同步轉動。Y向步進電機42和Y向絲桿43兩端的固定座均固定於X軸運動台架31上，Y向絲桿43的滑塊則與工作檯2固接，從而驅動工作檯2相對X向工作檯架31移動。

上述的Z軸移動機構7用於驅動X射線發生器5上下移動，從而達到調節穿透待測物的X射線在X射線影像增強器6成像大小的目的。該機構包括Z向步進電機72、與Z向步進電機72通過聯軸器連線的Z向絲桿71，Z向步進電機72和Z向絲桿71兩端的固定座均固定於機架1上，而X射線發生器5固定於Z向絲桿71的滑塊上，並且X射線發生器5光線發射方向垂直工作檯2向上，與X射線影像增強器6中心對齊。

檢測時，首先通過十字線雷射器62的十字線標記確定待測物元素的初始位置，調節X軸移動機構3和Y軸移動機構4，使十字線標記與待測物元素邊界位置對齊，X軸移動機構3以及Y軸移動機構相對待測物元素兩位置的位移即為待測物該元素的需要檢測的比例尺寸，通過控制主機8中程式的計算即可在顯示部件83上顯示出結果。當需要檢測類似於PCB板這種多層結構物體各層中元素相關數據時，也可通過調節Z軸移動機構7使各層均可在顯示部件83上成清晰的影像，然後採用調節X軸移動機構3和Y軸移動機構4的方法獲得相關數據。

由於X射線對人體危害很大，為了保護操作者，在X射線發生器5、工作檯2以及X射線影像增強器6外周均設定有禁止部件，該實施例所採用的禁止部件均為鉛制，可確保X射線不會向外界輻射。具體地說，位於X射線發生器5外圍的禁止部件為一鉛箱91，除在箱體91上方開有射線發射口外，該鉛箱91幾乎完全將X射線發生器5罩住並延伸至工作檯2下方，可有效防止X射線向外界輻射，並且，為了便於對X射線發生器5進行維護或拆裝，在鉛箱91側面設定有箱門。

位於工作檯2周圍的禁止部件包括位於工作檯2周圍的鉛簾92，鉛簾92安裝於一鉛罩93上，而鉛罩93則固定於機架1上，這種結構形式在有效防止X射線向外輻射的前提下保證了工作檯2移動不受限制，保證了檢測時工作檯2動作的靈活性。同時，為了便於查看工作檯2上情況，在鉛罩93上設定有鉛制的透明觀察窗95。

位於X射線影像增強器6外周的禁止部件為一包裹於X射線影像增強器6上的鉛筒94。通過鉛箱91、鉛簾92、鉛罩93以及鉛筒94的禁止，從X射線發生、傳輸一直到接收位置形成了立體的全方位防護屏障，完全保證了設備使用者的安全。

整個設備通過機架1的支撐形成一個穩定的結構，機架1所採用的均為硬度較大的鋁型材。同時，在機架1下方設定有高度可調的固定腳11以及腳輪12。當需要移動設備時，調節固定腳11高度使腳輪12著地作為支撐，此時即可通過腳輪12方便輕鬆的移動設備；當需要將設備固定於某位置時，只需調節固定腳11使之代替腳輪12支撐地面即可。

為了設備整體美觀以及防止灰塵等雜物進入工作檯2區域，在機架1外部包裹有外殼13。在外殼13上與工作檯2對應位置設定有活動門14，並且在安裝活動門14位置的外殼13上還安裝有一常開的觸發開關，觸發開關串聯於X射線發生器5電源控制線路中。當關閉活動門14時，觸發開關閉合，此時X射線發生器5處於可啟動狀態，當打開活動門14時，觸發開關斷開，此時X射線發生器5處於安全關閉狀態。這種設計可進一步保證使用者在進行待測物取放時免受X射線的傷害。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種檢測設備》獲得第十六屆中國專利優秀獎。