導讀：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異常，是PCB生產設備必備的重要功能。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制造業的應用，包括使用方法及干擾因素分析。

前言

動上料裝置進行生產活動。而消費類PCB朝著更薄、更小、更輕的方向發展，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。

傳統的兩片檢測方式主要有接觸式、非接觸式，使用差動變壓器、電渦流傳感器實現，此類傳感器是基于板件厚度絕對值測量的基礎上判斷單雙片。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20kHz的聲波，在傳播過程中方向性強，能量易于集中，而且能在各種不同介質中傳播，傳播距離遠。超聲波是靠介質傳播，PCB是由一定介質組成（銅箔和樹脂），所以超聲波能夠在PCB中傳播。

一個高頻超聲波發射器在PCB下面發射超聲波束，聲波穿透PCB并引起振動，而穿透過程中便會產生衰減，最后這個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，基本不能到達接收器。如圖1所示。因此超聲波技術可在PCB制造業實現兩片檢測功能。

2、超聲波傳感器特點

超聲波兩片檢測傳感器通常包含一個信號處理器和兩個超聲波傳感器（發射器和接收器），部分品牌傳感器將信號處理器集成于發射器或接收器中。

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，感應范圍20mm~60mm；適應材料范圍從20g/m2到1200g/m2的薄片，甚至還可以對材料進行學習記憶；通常有3種信號輸出（零片，一片，兩片），可進行多種應用。

3、超聲波傳感器安裝與設定

通過實驗，超聲波兩片檢測傳感器應垂直于PCB表面安裝，為消除駐波及減少反射波的干擾，通常需以一個偏離垂直方向的特殊傾角α安裝，方可達到最佳檢測效果，如圖2。

傾角α的確定需通過光板實驗、實際生產板實驗進行，需結合“光板實驗”和“實際生產板實驗”的結果進行合并、取舍。

“光板實驗”是一種理想實驗，其介質均勻，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。

“實際生產板實驗”主要用于尋找最佳傾角的誤差容忍范圍。實際生產板由于介質不均勻，理論上角度容忍范圍小于光板。該實驗可用于尋找不同板件的角度容忍范圍，進而量化傳感器安裝精度。通過改變傾角α，觀察輸出波形發現（圖3），最終確定安裝的精度指標。

對于大部分的PCB，超聲波兩片檢測傳感器工作在“厚”模式亦可應對；對于超薄PCB可設置在“標準”模式工作。

4、其它干擾因素及應對措施

（1）水。

兩片PCB中間有均勻水膜，則會漏報警，這是目前發現的唯一漏報警條件。

實驗還發現，PCB拼板間的水膜只是存在于部分區域，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。

應對措施：上游工序需杜絕烘不干的問題；板件上機前垂直靜止，可避免水膜均勻覆蓋。

（2）孔。

小孔、大孔、槽孔不會導致誤報警，通常傳感器檢測結果是：零片和一片臨界。

（3）干膜。

單面干膜的小孔、大孔、槽孔不會誤報警，通常傳感器檢測結果是：單片。

貼雙面干膜的大孔、槽孔會誤報警，主要是介質中有空氣，聲波穿越不同介質時衰減較大，此時被測模型接近兩片入料模型，但由于孔的區域有效，故傳感器只會輸出短暫的“兩片”信號。

應對措施：可通過PLC程序將干擾濾去，故影響不大。

5、應用效果

（1）對無孔板、內層板的檢測效果最好。

（2）極少漏檢，貼兩面干膜的大孔會導致誤報警，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格。該現象主要受介質（內層線路）影響。

6、結語

兩片檢測功能一直是PCB制造業的難題，經歷了“接觸式測厚”、“非接觸式測厚”、“非接觸式電渦流兩片檢測”階段，將進入“非接觸式超聲波兩片檢測”時代。

隨著印制板的“更薄、更小、更密”發展態勢，要求制造設備的兩片檢知功能的檢測效率、準確性、可靠性的逐步提升，相信隨著科技的發現將有更先進的檢測方法，為印制板制造業保駕護航。