专利名称：Ccd间隙衍射法微钻直径测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微细直径的自动测量方法及装置。
背景技术：
加工印制电路板上的均匀细小孔的专用刃具为整体硬质合金材料微型钻头，属系列产品，其柄部直径为3.175mm，钻头直径在0.5-3.175mm范围内，直径每增加0.05mm为一系列，行业内简称为微钻。其测量要求对微钻半成品(钻削部分未开切削槽前)距离钻头端部1mm长度范围的钻头直径进行高精度非接触自动测量，精度要求为±1μm。目前国内外常用的测量微细直径的非接触方法主要有转镜扫描法、衍射测量法及光学投影放大法三种。其中转镜扫描法虽具有结构简单、体积小的优点，但具有以下缺点(1)要求被测物的稳定性好，振动幅值的大小及振动频率均有一定的限制，若被测物在检测过程中有横向抖动，光束遮挡时间将会被压缩或扩展，这就会引入较大误差，对于高速生产线则很难满足测量误差要求；(2)转镜长期处于旋转状态，轴的磨损会造成反射光束的变化，故测量误差随着轴磨损程度的增加而加大；此测量方法一般只适应测量直径为0.5mm以上、测量精度要求不太高、且环境稳定的静态测量。而衍射测量法虽适合于一般生产条件下的静态测量，又适合于在动态测量，适应测量直径为0.5mm以下，测量精度可达微米级，但此法所存在的缺点是测量精度随着被测直径的增大而降低，必须在激光器光源、光路设计、信号采集和处理方面采取有效措施，以改善其测量范围和测量精度，且增加了成本，体积和重量一般较使用扫描法的仪器大。光学投影放大法可测量直径为0.5mm-3.175mm，但测量精度难以达到±1μm。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种可测量的最大微钻直径不受衍射极限的限制、测量精度不随微钻直径增大而降低的CCD间隙衍射法微钻直径测量方法及装置。
本发明方法为以激光作光源，经过准直扩束后，形成平行光束，照射在被测微钻与可上、下移动的参考棱缘构成的衍射间隙中，通过间隙后的衍射光束再经一会聚透镜，聚焦在位于其焦平面的CCD接收屏上形成衍射条纹，CCD将摄取的光信号转换成电信号后，输出至计算机进行数据处理，测得微钻直径。
本发明所述的装置由激光器、准直扩束装置、透镜、参考棱缘及CCD构成，参考棱缘设置于准直扩束装置、透镜之间，且可上、下移动，激光器、准直扩束装置、参考棱缘、透镜、CCD依次排列设置，且激光器、准直扩束装置、透镜的光轴中心及CCD的几何对称中心保持在同一直线上，CCD位于透镜焦平面上。
本发明为实现高精度自动测量微钻直径，还设有径向定位装置及轴向定位装置，径向定位装置由固定V型块、可移动V型块、气动夹紧装置及弹性支承件构成，可移动V型块一侧联接气动夹紧装置，固定V型块、可移动V型块形状、大小相同，且沿径向相对设置，两V型块中间底部设置弹性支承件。轴向定位装置由限位挡板及弹簧夹紧装置构成，限位挡板与弹簧夹紧装置沿轴向相对设置。
本发明所述的准直扩束装置由平行设置的凹透镜及凸透镜构成。
本发明设有步进电机，此步进电机经滚珠丝杆与参考棱缘联接。
为保证可移动棱缘与不同直径系列的待测微钻所组成的衍射缝隙的中心与准直扩束装置及透镜的中心一致，需将所述的径向定位装置及轴向定位装置放置在可移动的工作台上，工作台可由步进电机驱动。
本发明方法在保证较高的测量精度的前提下，通过可调距的参考棱缘实现微钻直径的自动测量，大大拓宽了测量范围。
图1为本发明方法及装置原理图；图2为本发明装置径向定位装置结构示意图；图3为本发明装置轴向定位装置结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
本发明装置由激光器1、准直扩束装置2、参考棱缘3、透镜4、CCD 5、径向定位装置及轴向定位装置、步进电机13构成。参考棱缘3设置于准直扩束装置2与透镜4之间，且可上、下移动以调节参考棱缘与待测微钻所构成的衍射间隙的大小。激光器1、准直扩束装置2、参考棱缘3、透镜4、CCD 5依次排列设置，且激光器1、准直扩束装置2、透镜4、CCD 5的中心均在同一直线上，CCD 5位于透镜4的焦平面上。径向定位装置及轴向定位装置均放置于可移动的工作台12上。径向定位装置由可移动V型块6、固定V型块7、弹性支承件8及气动夹紧装置9构成，可移动V型块6一侧联接气动夹紧装置9，可移动V型块6与固定V型块7形状、大小相同，且相对纵向设置于待测微钻柄部径向位置，两V型块中间底部设置弹性支承件8，轴向定位装置由限位挡板10及弹簧夹紧装置11构成，限位挡板10靠在待测微钻柄部的端面上，弹簧夹紧装置11设置于待测微钻钻削部分端面的一侧。工作台12可由步进电机15驱动，步进电机13经滚珠丝杆14与参考棱缘3联接。
本发明装置使用时需另配PLC控制的机械手、自动送料装置以实现自动测量。
权利要求
1.一种CCD间隙衍射法微钻直径测量方法，其特征在于以激光作光源，经过准直扩束后，形成平行光束，照射在被测微钻与可上、下移动的参考棱缘构成的衍射间隙中，通过间隙后的衍射光束再经一会聚透镜，聚焦在位于其焦平面的CCD接收屏上形成衍射条纹，CCD将摄取的光信号转换成电信号，输出至计算机进行数据处理后，测得微钻直径。
2.一种CCD间隙衍射法微钻直径测量装置，由激光器(1)、准直扩束装置(2)、透镜(4)及CCD(5)构成，其特征在于还包括参考棱缘(3)，参考棱缘(3)设置于准直扩束装置(2)、透镜(4)之间，且可上、下移动，激光器(1)、准直扩束装置(2)、参考棱缘(3)、透镜(4)、CCD(5)依次排列设置，且激光器(1)、准直扩束装置(2)、透镜(4)、CCD(5)中心均在同一直线上，CCD(5)位于透镜(4)的焦平面上。
3.根据权利要求1或2所述的CCD间隙衍射法微钻直径测量装置，其特征在于 设有放置于可移动的工作台(12)上的径向定位装置及轴向定位装置，径向定位装置由可移动V型块(6)、固定V型块(7)、弹性支承件(8)及气动夹紧装置(9)构成，可移动V型块(6)一侧联接气动夹紧装置(9)，固定V型块(7)与可移动V型块(6)形状、大小相同，且相对纵向设置，两V型块中间底部设置弹性支承件(8)，轴向定位装置由限位挡板(10)及弹簧夹紧装置(11)构成，限位挡板(10)靠在待测微钻柄部的端面上，弹簧夹紧装置(11)设置于待测微钻钻削部分端面的一侧，限位挡板与弹簧夹紧装置沿轴向相对设置。
4.根据权利要求2或3所述的CCD间隙衍射法微钻直径测量装置，其特征在于准直扩束装置(2)由平行设置的凹透镜及凸透镜构成。
5.根据权利要求2或3所述的CCD间隙衍射法微钻直径测量装置，其特征在于设有步进电机(13)，步进电机(13)经滚珠丝杆(14)与参考棱缘(3)联接。
6.根据权利要求3所述的CCD间隙衍射法微钻直径测量装置，其特征在于可移动工作台(12)由步进电机(15)驱动。
全文摘要
本发明公开了一种CCD间隙衍射法微钻直径测量方法及装置。本发明方法为以激光作光源，经过准直扩束后，形成平行光束，照射在被测微钻与可上、下移动的参考棱缘与待测微钻所构成的衍射间隙间，通过间隙后的衍射光束再经一会聚透镜，聚焦在位于其焦平面的CCD接收屏上，再由CCD将摄取的光信号转换成电信号，输出至计算机进行数据处理，测得微钻直径。本发明装置由激光器、准直扩束装置、透镜、可上下移动的参考棱缘及CCD构成。本发明为实现自动测量微钻直径，还设有径向定位装置及轴向定位装置。本发明方法在保证较高的测量精度的前提下，通过可调距的参考棱缘实现微钻直径的自动测量，大大拓宽了测量范围。
文档编号G01B11/08GK1570548SQ200410037608
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月27日 优先权日2004年4月27日
发明者唐晓红, 熊国良, 丁阳喜 申请人:唐晓红, 熊国良, 丁阳喜