高速數(shù)控鉆床斷針與鉆深檢測研究.pdf

1、隨著下一代電子系統(tǒng)對PCB的要求是更加高密度、高集成、多層化和封裝化。單位面積上鉆孔數(shù)目將急劇增多，孔直徑將逐漸趨于微小化。在加工微孔時，斷針現(xiàn)象是難以避免發(fā)生的。如果不能及時、準確地檢測到斷針現(xiàn)象的發(fā)生。將要對漏鉆的孔進行補鉆，有時甚至導致整塊PCB板的報廢，這將嚴重降低生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)成本。所以準確及時地檢測到斷針現(xiàn)象的發(fā)生，對于高效穩(wěn)定的鉆孔加工是至關(guān)重要的。
　　本文首先總結(jié)分析目前主要使用的斷針檢測設(shè)計方法的優(yōu)缺點。為

2、了避免這些方法的關(guān)鍵缺陷，設(shè)計出具有判斷準確度高和及時的優(yōu)點的脈沖可調(diào)式斷針檢測電路;并對其進行設(shè)計和試驗驗證。對鉆孔深度檢測做了探索性研究，提出盲孔鉆削時深度檢測的一個方案。主要結(jié)論如下:
　　1.吸塵式斷針檢測具有判斷不及時和誤判率高的缺陷，而激光式斷針檢測具有誤判率高的問題。
　　2.傳統(tǒng)的高頻脈沖式斷針檢測電路設(shè)計思路是:將高頻脈沖電壓信號經(jīng)過主軸（主軸可以等效成某個值的電容），由于電容“隔直通交”的特性，得到交流電

3、壓。再對其功率放大、變壓器耦合、整流濾波從而得到適合后級電路的恒定直流電壓，再經(jīng)過后級檢測電路，從而判斷斷針是否發(fā)生。
　　3.本文設(shè)計并通過鉆孔實驗驗證了一種具有結(jié)構(gòu)簡單、判斷斷針現(xiàn)象準確率高和判斷及時的特點的串聯(lián)式斷針檢測電路。其原理是:根據(jù)主軸與電阻構(gòu)成低通濾波器具有濾除高頻交流電壓、保留低頻電壓的特性，因為矩形脈沖電壓信號頻譜圖為離散的等距的周期沖激函數(shù)，如果低通濾波器的上限頻率小于矩形脈沖的一階頻率，那么從低通濾波器過濾

4、出來的電壓為恒定的直流電壓。此恒定直流電壓再傳輸?shù)胶蠹墮z測電路，從而判斷是否斷針現(xiàn)象發(fā)生。
　　4.針對串聯(lián)式斷針檢測電路的需要，設(shè)計出脈沖可調(diào)電路，其具有通過調(diào)整脈沖占空比從而調(diào)整脈沖電壓中恒定直流電壓量的特性。因為脈沖周期的改變，脈沖信號的頻域中的一階頻率也就改變，所以可以調(diào)整脈沖的周期，讓主軸低通濾波器更好地濾除高頻交流電壓，保留脈沖中的恒定直流電壓量。
　　5.在串聯(lián)式斷針檢測電路的研究中，設(shè)計了測量氣浮主軸等效電容

5、測量的方法。當脈沖電壓經(jīng)過主軸與電阻構(gòu)成的低通濾波器時，用示波器測量輸出的電壓，并與Multism仿真結(jié)果比較，從而得出氣浮主軸的電容值大小。并用這種方法測量得出西風氣浮主軸的等效電容為400pF-700pF。
　　6.在上述研究的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了另一種檢測斷針更加準確、判斷更及時的并聯(lián)式斷針檢測電路。其基本思路是:將高頻脈沖電壓信號分成兩路，一路經(jīng)過主軸濾波器，另一路通過RC時間常數(shù)較大的低通濾波器和比例放大電路，然后兩條支

6、路的電壓再通過過比較器進行比較，判斷是否斷針現(xiàn)象發(fā)生。
　　7.并聯(lián)式斷針檢測電路的特點在于:根據(jù)主軸等價電容值的大小，合理地設(shè)置了與主軸構(gòu)成低通濾波器的電阻值。通過增加RC時間常數(shù)來減小主軸低通濾波器的上限頻率，較好地得到低頻電壓。因為主軸電容比較小，過濾出來的低頻電壓信號不是恒定直流電壓，而是斬波電壓。但相對于串聯(lián)式斷針檢測電路，其斬波峰峰值已經(jīng)變小很多。從而增加了斷針檢測電路的抗干擾性，提高判斷的準確性。
　　8.本文