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45000字硕士毕业论文印刷电路板精密工具磨削关键技术研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:45000字
论点:铣刀,加工,精密
论文概述:

本文对 PCB 精密刀具的控制检测技术进行了研究,主要研究内容可以分为以下几个部分:PCB 精密刀具磨削加工工艺分析及其完成加工工艺的系统方案设计,PCB 精密刀具磨削加工的视觉检测系统

论文正文:

第一章是绪论

本章主要介绍了 PCB 行业的市场需求以及 PCB 精密刀具自动化加工设备的背景,分析了 PCB 精密刀具加工设备研发所需要的控制与检测技术。阐述了本课题研究的相关意义以及加工设备自动化在国内外发展现状。
 1.1 课题研究背景和意义据全球著名印制线路板市场机构 prismark 公司近两年在上海发表的题为《全球电子线路市场的现状及其未来发展》的演讲内容看,2010 年全球 PCB 市场总产值 524.68 亿美元,相对 2009 年增长了 21.5%,2011 年 PCB 总产值 554.09 亿美元,相对于 2010 年的 PCB 总产值 524.68 亿美元,年增长 5.6%,增长平缓[1]。表 1-1 说明了近三年 PCB 市场总产值的变化。印刷电路板涉及到当今电子产品的各个应用领域,例如计算机(包括 PC 机,服务器,存储器等),通讯,消费电子,汽车,工业医药,军事太空等。表 2 说明了这些领域所占的市场份额。行业统计数据表明:2012 年,全球 PCB产业对 PCB 微型工具的需求量为 14 亿支;到 2015 年这一需求量将增加到约 15 亿支,今后几年,中国国内的微型钻头消耗量还会以超过 10%的速度递增长,如图 1-1 描述了对世界 PCB 发展的预测。在 PCB 板的质量方面的需求不仅包括有早期的单层板,而且出现了双层、多层板,这些都属于硬质板,由于硬质板不能满足诸多电子产品的需求,后来柔性电路板,封装载板以及高密度内联板相继出现。由于电子设备特别是手机通信设备对用户体验要求的不断提高。对一些手持设备的体积,或者厚度要求越来越小,使得内置的柔性电路板的集成度越来越高,电路板上的微连接孔的直径已经达到 φ0.02mm 至 φ0.2mm,通常将这些微连接孔分为通孔、埋孔和盲孔。通孔贯穿整个线路板,作为元件的安装定位孔或者实现内部互连;位于印刷线路板内层的连接孔(不会延伸到线路板表面)称为埋孔;而位于印刷线路板的顶层和底层表面,用于连接表层与内层线路的具有一定深度的连接孔称为盲孔。埋孔和盲孔利用通孔成形技术完成,然后进行层压,这两类孔都位于线路板的内层,在通孔形成过程中根据需要还会重叠做好几个内层。目前主流的电路板孔的加工方式主要包括机械加工和激光加工。软性电路板、封装载板及高密度内联板一般采用激光加工方法。鉴于激光加工的不足,例如激光加工过程会产生沉渣。这些沉渣对多层板的导电性具有非常致命的影响,会直接导致内层电路板的短路,而且激光加工孔的精度不高,故多层 PCB 板加工方式主要还是采用机械加工的方法,根据市场份额来看绝大部分属于机械加工的多层 PCB 板加工,达到 PCB 板加工行业总量的 90%以上。PCB 板的制造要消耗大量的微型硬质合金铣刀,钻头。PCB 铣刀,微钻生产过程中一次成品合格率只有 80%左右。早期是通过在显微镜下进行人工抽检的方法检测。由于人工本身的局限性,对铣刀或者钻头检测具有模糊性,没有固定的模板进行比对,主要根据经验估计,导致不同经验的人检测产品的稳定性很难一致,这样很难保证产品的质量并给 PCB 板的加工带来了隐患。另外随着 PCB 板集成度的增长,切割 PCB 板用的硬质合金铣刀的精度不断提高,切割 PCB 板所用 PCB 铣刀的直径也在不断减小,目前微钻最小的直径只有 0.02mm,铣刀最小的直径也只有 0.2mm, 这给加工 PCB 精密刀具的传统生产和检测方式提出了新的挑战。相比较于传统的人工加工检测方式,自动加工检测应具有以下突出特点:
 第二章 PCB 精密刀具磨削加工工艺及方案设计
 当今 PCB 行业的对精密刀具的需求不断增加,传统手工,半手工的加工方式已经不能适应行业发展的需求,通过改进传统的手工加工工艺,实现精密刀具的自动化加工是必然趋势。在需求分析的基础上,本章针对微钻,铣刀等精密刀具加工工艺的关键工序设计了合适的自动化加工的系统方案。
 第三章 铣刀刃面检测的图像预处理.................343.1 铣刀图像预处理......................343.1.1 图像的滤波....................343.1.2 图像阀值与分割................. 383.2本章小结....................50第四章 视觉对刀的关键算法研究....................514.1 基于灰度图的 harris 角点检测................... 514.2 铣刀的旋转定位角度的检测....................544.3 本章小结...................67第五章 系统方案实现...................695.1 高精密微钻钻径外圆磨系统方案实现....................695.2 双工作台铣刀鱼尾磨削系统方案实现..................775.3 铣刀图像检测系统方案实现......................845.4 本章小结.................. 86 结论
 本文对 PCB 精密刀具的控制检测技术进行了研究,主要研究内容可以分为以下几个部分:PCB 精密刀具磨削加工工艺分析及其完成加工工艺的系统方案设计,PCB 精密刀具磨削加工的视觉检测系统的图像预处理和 PCB 精密刀具检测的关键算法研究,以及控制检测系统方案的实现。本文主要完成的工作:分析微钻加工工艺中的钻径外圆磨工序的特点,对外圆磨加工控制技术进行了相关研究,包括对微钻钻径真圆度,同心度的精度控制研究,规划了系统硬件和软件的设计方案;针对铣刀加工工艺中的鱼尾槽磨削工序,重点研究多刃铣刀如何在控制方面提高加工效率,并保证加工精度要求,同样给出了系统设计方案;描述了单刃,双刃,三刃铣刀的刃面特征,分析了三种铣刀的几何模型和视觉对刀工序。针对以上工作,本文的主要成果有:(1)对采集到的图像由于各种干扰,针对干扰的类型尝试了多种图像滤波的方法,包括平滑滤波、中值滤波、高斯滤波,经过对比试验,根据实际需求选择了有效的滤波方式。(2)寻找具有较强适应性的阈值分割方法,由于铣刀种类较多,但都是在同一个视觉系统下进行图像采集,具有相同的光学成像系统和照明系统,图像采集的结果在阈值分割时具有一定的共性。通过比较简单二值化、最大类间方差法、熵法、最大误差法等多种方法,结果表明最大类间方差法对所有铣刀的阈值分割最有效,适应性最好。边缘检测中通过比较传统算子与最优算子对图像边缘检测的结果,得出 Canny 算子在各方面较传统算子有更好的性能。(3)对铣刀特征进行建模,利用其几何特征寻找各种可行的方案进行旋转角度的检测,采用了传统的直线拟合,圆形拟合以及椭圆拟合等方法。(4)实现了微钻外圆磨系统方案的软件界面与 PLC 控制,微钻钻径磨削精度达到±3 μ m。(5)实现了铣刀鱼尾磨削双工作台的软件界面与逻辑控制,双工作台加工效率做到了单边 8 秒/支并满足了加工精度要求。
 参考文献:[1] 祝大同. 对高速发展的中国电路板市场预测[J]. 印制电路资讯, 2003 (6): 70-72.[2] 张家亮. 2011 年全球 PCB 市场总结及其未来发展预测[J]. 计算机, 2011, 2010:2016.[3] 江忠君. 对我国数控技术发展的战略思考[J].中国现代教育装备,2010,(7): Jain, A. K. Fundamentals of Digital Image Processing [M]. Englewood Cliffs. NJ:Prentice-Hall, 1989 马海潮, 周明光, 郭金虎. 计算机测试系统发展综述[J]. 航天控制, 2007, 25(2) Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. 数字图像处理.第二版[M].阮秋琦,阮宇智,译.北京:电子工业出版社, 2007:70-393 李高. 数控技术在制造业中的发展前景探讨[J].机电信息,2011,(27): 206-207 Valizadeh M, Komeili M, Armanfard N, et al. Degraded document image binarizationbased on combination of two complementary algorithms. International Conference onAdvances in Computational Tools for Engineering Applications, Lebanon, 2009, 595-599 方小明. 基于机器视觉的带钢表面缺陷识别研究. 西安理工大学硕士论文,2009-03-01 Q.S. Guo, W.G. Jin and Q.Y. Zhou,\" Vision Inspection Technology of IC Die Bonder,\"Equipment for Electronic Products manufacturing, vol.126,34-40,2005.