【導(dǎo)讀】兩片檢測的功能是檢測平面上平鋪的被測物是否由兩張或兩張以上的片材組成，可減少PCB兩片入料帶來的一系列品質(zhì)異常，是PCB生產(chǎn)設(shè)備必備的重要功能。文章介紹了一種新型的非接觸式的超聲波兩片檢測傳感器在PCB制造業(yè)的應(yīng)用，包括使用方法及干擾因素分析。
前言
動(dòng)上料裝置進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。而消費(fèi)類PCB朝著更薄、更小、更輕的方向發(fā)展，一方面要求上料裝置能有效將粘連的兩片分開；另一方面，對兩片檢測功能提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的兩片檢測方式主要有接觸式、非接觸式，使用差動(dòng)變壓器、電渦流傳感器實(shí)現(xiàn)，此類傳感器是基于板件厚度絕對值測量的基礎(chǔ)上判斷單雙片。但受測量精度限制，該種傳感器對超薄PCB的檢測效果不佳。
1、超聲波傳感器工作原理
超聲波是頻率高于20 kHz的聲波，在傳播過程中方向性強(qiáng)，能量易于集中，而且能在各種不同介質(zhì)中傳播，傳播距離遠(yuǎn)。超聲波是靠介質(zhì)傳播，PCB是由一定介質(zhì)組成（銅箔和樹脂），所以超聲波能夠在PCB中傳播。
一個(gè)高頻超聲波發(fā)射器在PCB下面發(fā)射超聲波束，聲波穿透PCB并引起振動(dòng)，而穿透過程中便會(huì)產(chǎn)生衰減，最后這個(gè)小聲波被超聲波接收器接收。超聲波如果穿透兩張PCB，則穿透后的信號變的非常微弱，基本不能到達(dá)接收器。如圖1所示。 因此超聲波技術(shù)可在PCB制造業(yè)實(shí)現(xiàn)兩片檢測功能。
2、超聲波傳感器特點(diǎn)
超聲波兩片檢測傳感器通常包含一個(gè)信號處理器和兩個(gè)超聲波傳感器（發(fā)射器和接收器），部分品牌傳感器將信號處理器集成于發(fā)射器或接收器中。
超聲波兩片檢測傳感器可檢測多層PCB、紙張、塑料板或金屬箔，感應(yīng)范圍20 mm ~ 60 mm；適應(yīng)材料范圍從20 g/m2到1200 g/m2的薄片，甚至還可以對材料進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶；通常有3種信號輸出（零片，一片，兩片），可進(jìn)行多種應(yīng)用。
3、超聲波傳感器安裝與設(shè)定
通過實(shí)驗(yàn)，超聲波兩片檢測傳感器應(yīng)垂直于PCB表面安裝，為消除駐波及減少反射波的干擾，通常需以一個(gè)偏離垂直方向的特殊傾角α安裝，方可達(dá)到最佳檢測效果，如圖2。
傾角α的確定需通過光板實(shí)驗(yàn)、實(shí)際生產(chǎn)板實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，需結(jié)合“光板實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)際生產(chǎn)板實(shí)驗(yàn)”的結(jié)果進(jìn)行合并、取舍。
“光板實(shí)驗(yàn)”是一種理想實(shí)驗(yàn)，其介質(zhì)均勻，使用不同板厚試件，改變傳感器角度，可以反映出不同板厚對傳感器安裝角度的容忍范圍，從而確定理想的最佳安裝傾角。
“實(shí)際生產(chǎn)板實(shí)驗(yàn)”主要用于尋找最佳傾角的誤差容忍范圍。實(shí)際生產(chǎn)板由于介質(zhì)不均勻，理論上角度容忍范圍小于光板。該實(shí)驗(yàn)可用于尋找不同板件的角度容忍范圍，進(jìn)而量化傳感器安裝精度。通過改變傾角α，觀察輸出波形發(fā)現(xiàn)（圖3），最終確定安裝的精度指標(biāo)。
對于大部分的PCB，超聲波兩片檢測傳感器工作在“厚”模式亦可應(yīng)對；對于超薄PCB可設(shè)置在“標(biāo)準(zhǔn)”模式工作。
4、其它干擾因素及應(yīng)對措施
（1）水。
兩片PCB中間有均勻水膜，則會(huì)漏報(bào)警，這是目前發(fā)現(xiàn)的唯一漏報(bào)警條件。
實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，PCB拼板間的水膜只是存在于部分區(qū)域，難以整片板均勻覆蓋，故兩片板中只要有一小處沒有水膜，傳感器便可檢出兩片。
應(yīng)對措施：上游工序需杜絕烘不干的問題；板件上機(jī)前垂直靜止，可避免水膜均勻覆蓋。
（2）孔。
小孔、大孔、槽孔不會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警，通常傳感器檢測結(jié)果是：零片和一片臨界。
（3）干膜。
單面干膜的小孔、大孔、槽孔不會(huì)誤報(bào)警，通常傳感器檢測結(jié)果是：單片。
貼雙面干膜的大孔、槽孔會(huì)誤報(bào)警，主要是介質(zhì)中有空氣，聲波穿越不同介質(zhì)時(shí)衰減較大，此時(shí)被測模型接近兩片入料模型，但由于孔的區(qū)域有效，故傳感器只會(huì)輸出短暫的“兩片”信號。
應(yīng)對措施：可通過PLC程序?qū)⒏蓴_濾去，故影響不大。
5、應(yīng)用效果
（1）對無孔板、內(nèi)層板的檢測效果最好。
（2）極少漏檢，貼兩面干膜的大孔會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警，但可通過PLC軟件濾波消除。
（3）隨著板厚的增加，檢測效果下降，且對安裝傾角的誤差要求更嚴(yán)格。該現(xiàn)象主要受介質(zhì)（內(nèi)層線路）影響。
6、結(jié)語
兩片檢測功能一直是PCB制造業(yè)的難題，經(jīng)歷了“接觸式測厚”、“非接觸式測厚”、“非接觸式電渦流兩片檢測”階段，將進(jìn)入“非接觸式超聲波兩片檢測”時(shí)代。
隨著印制板的“更薄、更小、更密”發(fā)展態(tài)勢，要求制造設(shè)備的兩片檢知功能的檢測效率、準(zhǔn)確性、可靠性的逐步提升，相信隨著科技的發(fā)現(xiàn)將有更先進(jìn)的檢測方法，為印制板制造業(yè)保駕護(hù)航。
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