УСТРОЙСТВО КОЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАСТВОРА В РАБОЧЕМ БАКЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Полезная модель относится к устройствам контроля качества раствора в рабочем баке установки для обработки печатных плат в химических растворах и подачи сигнала на систему корректировки рабочего раствора при выходе его параметров за допустимые пределы.
В процессе изготовления печатных плат (ПП) при их обработке химическими растворами происходит выработка рабочих растворов в баках (уменьшение его количества и изменение химического состава). Для правильного хода технологического процесса необходимо поддержание объёма раствора и его состава (качества) в заданных пределах. Это достигается путём корректировки рабочего раствора, т.е., пополнения (дозирования) в рабочие баки установок для обработки печатных плат (далее – рабочая линия) освежающего раствора или свежей химической добавки (реагента), запас которого находится в специальных дополнительных емкостях.
Анализ качества раствора, используемого для обработки ПП, и формирование сигнала на проведение корректировки раствора выполняется устройством колориметрического контроля (далее колориметр) - устройством, которое анализирует цвет раствора и его оптическую плотность и по результатам выполненного анализа управляет дозирующим устройством, корректирующим состав рабочего раствора.
На сегодняшний день применяемые в производстве печатных плат колориметры представляют собой конструкцию, состоящую из источника излучения (света) с определённой длиной волны, которая зависит от того, какой цвет имеет анализируемый раствор и каков диапазон допустимого изменения оптической плотности раствора для сохранения его работоспособности, прозрачной трубки, через которую внешним насосом непрерывно прокачивается рабочий раствор (испытуемый образец), и приёмника излучения (света), на который попадает прошедший через образец поток света. При этом источник излучения, предназначенный для анализа одного химического раствора не подходит для анализа другого раствора с другим диапазоном цвета и оптической плотности. В колориметрах, используемых для анализа растворов, применяемых в производстве печатных плат, в качестве источников излучения и приёмников излучения используются полупроводниковые приборы (светодиоды - источник света, фотодиоды – приёмник света).
Недостатком таких колориметров является то, что изменения параметров излучателя света или параметров приёмника света воспринимаются системой контроля, как изменение параметров контролируемого раствора. Это приводит к ошибке контроля и, как следствие, к неправильному дозированию, что, в свою очередь, приводит к нарушению состава рабочего раствора и к браку продукции. Для предотвращения этих ошибок колориметр необходимо калибровать от одного до нескольких раз в месяц, при этом заранее не известно, нужна ли на самом деле калибровка или не нужна. Калибровка представляет собой трудоёмкий процесс, и для её проведения оборудование и процесс производства продукции необходимо остановить.
Например, известен оптоэлектронный фотоколориметр (Патент РФ 2485484, опубл. 20.06.2013), содержащий помещенные в корпус задающий генератор, n диодов, n измерительных фотоприемников, оптически связанных с диодами, блок обработки фотоэлектрического сигнала, выход которого соединен с регистрирующим прибором, кювету, к которой присоединяются воронка и кран для перекрывания и пропускания контролируемой жидкости в полости кюветы, коммутатор для переключения излучения на одну из оптопар, согласно изобретению кювета в нем выполнена из кварцевого стекла в виде цилиндра, состоящего из двух идентичных полых полуцилиндров, прикрепленных с двух сторон к плоскому зеркалу с двумя отражающими поверхностями, диоды используются лазерные и подбираются заранее по известным спектральным характеристикам n компонентов (параметров), содержащихся в полупрозрачных жидкостях, кроме того, предусмотрена опорная оптопара: лазерный диод - фотоприемник для обеспечения достоверности результатов измерений.
Недостатком этого колориметра являются сложность конструкции и отсутствие системы для контроля сохранности параметров предварительной калибровки. Кроме того, изменение параметров опорной оптопары интерпретируется, как изменение в канале исследования. Использование узконаправленного источника излучения и работа в отраженном свете требуют высокой точности как при изготовлении деталей, так и при сборке и монтаже устройства. Применение узкополосных светодиодов ограничивает спектральный диапазон цвета анализируемой жидкости, а переключение между ними делает процесс продолжительным и ограничивает число оптопар, участвующих в анализе, при сохранении приемлемых размеров конструктива и продолжительности измерений.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства колориметрического контроля, включая введение функции самоконтроля, достоверности имеющейся калибровки, а также упрощение самого процесса калибровки.
Для решения поставленной задачи предложено устройство колориметрического контроля раствора в рабочем баке установки для обработки печатных плат, содержащее оптически связанные между собой источник излучения, две прозрачные в рабочем спектральном диапазоне ёмкости, по меньшей мере, одна из которых содержит контролируемый химический раствор, и приёмник излучения, а также управляющий контроллер, подключенный к входу источника излучения и к выходу приемника излучения. Устройство отличается тем, что источник излучения представляет собой излучатель широкого видимого спектрального диапазона, а приёмник излучения содержит матричный однокристальный цветной фотоприёмник широкого видимого спектрального диапазона, причем одна из упомянутых ёмкостей содержит эталонный химический раствор заданной цветности и оптической плотности, а вторая ёмкость выполнена с возможностью протекания через неё контролируемого химического раствора, поступающего из установки для обработки печатных плат.
В предпочтительном варианте источник излучения расположен с возможностью одновременного облучения обеих ёмкостей, а приёмник излучения размещён с возможностью одновременного приёма изображения обеих ёмкостей, при этом источник излучения, ёмкость с эталонным химическим раствором и приёмник излучения образуют канал самоконтроля устройства.
Устройство может дополнительно содержать средство ввода-вывода информации, взаимосвязанное с управляющим контроллером.
Устройство также может дополнительно содержать первую управляющую шину, связывающую управляющий контроллер с исполнительным дозирующим насосом установки для обработки печатных плат.
Устройство может дополнительно содержать вторую управляющую шину, связывающую управляющий контроллер с источником излучения, образуя канал управления яркостью источника излучения.
Предпочтительно вход ёмкости с контролируемым химическим раствором соединен с магистралью подачи рабочего химического раствора, а выход - с рабочим баком установки для обработки печатных плат.
Техническим результатом является улучшение характеристик, а именно исключение ошибки в корректировке рабочего раствора из-за неисправности элементов системы контроля и тем самым предотвращение выпуска брака продукции и перерасхода дорогостоящих химикатов.
Эксплуатационным результатом является наличие функции самоконтроля, что исключает выполнение ошибочной корректировки из-за неисправности элементов колориметра и упрощает процедуру калибровки колориметра.
Это позволит:
• исключить нарушение состава рабочего раствора из-за неисправности элементов колориметра;
• исключить выпуск брака на данной стадии технологического процесса;
• сократить простой оборудования на время калибровки;
• упростить саму процедуру калибровки.
На Фигуре представлена схема устройства колориметрического контроля раствора в рабочем баке установки для обработки печатных плат.
Осуществление полезной модели
На Фиг. 1 показано устройство колориметрического контроля раствора (далее – колориметр) в рабочем баке установки для обработки печатных плат. Устройство содержит оптически связанные источник 1 излучения, две прозрачные в рабочем спектральном диапазоне ёмкости: ёмкость 2 с эталонным стабильным во времени рабочим раствором (далее – эталон), ёмкость 3, через которую непрерывно протекает контролируемый рабочий раствор, поступающий из рабочей магистрали установки (далее – образец), приёмник 4 излучения, например цветная камера 4. Камера 4 соединена с управляющим контроллером 5, который, в свою очередь, соединён с устройством 6 ввода-вывода информации, в данном примере сенсорным экраном 6. Контроллер 5 соединён шиной 7 управления с источником 1 излучения. Вход ёмкости 3 соединен трубопроводом 8 с насосом 9, подающим контролируемый раствор по трубопроводу 10 из рабочего бака 11 установки для обработки печатных плат. Выход ёмкости 3 соединен трубопроводом 12 с рабочим баком 11 установки. Элементы установки 9-11 не входят в состав заявляемого устройства и приведены на чертежах для наглядности описания.
Контроллер 5 управляющей шиной 13 соединён с устройством 14 дозирования установки для обработки печатных плат, подающим свежий раствор из расходной ёмкости 15 с запасом корректирующего реагента (типовой объём от 30 до 100 л) в бак 11 рабочей линии через трубопровод 16. Элементы 14-16 также не входят в состав заявляемого устройства и показаны на чертеже для иллюстрации сущности заявляемого технического решения.
Устройство работает следующим образом.
Через ёмкость 3 насосом 9 по трубопроводу 10, трубопроводы 8 и 12 колориметра непрерывно прокачивается рабочий раствор. При включении питания контроллера 5 он подаёт на источник 1 излучения сигнал управления, равный сохранённому в памяти контроллера 5 сигналу, который был в последнем, предыдущем цикле измерения, а именно в последнем цикле перед выключением питания контроллера 5. Свет, проходящий через ёмкость 2 с эталонным раствором и ёмкость 3 с контролируемым раствором, формирует через объектив камеры 4 на её фоточувствительной матричной поверхности изображения ёмкости 2 и ёмкости 3, содержащие полную информацию о цвете и оптической плотности находящихся в них растворов. Контроллер 5 с периодичностью, определяемой технологическим процессом (как правило, период составляет 1…5 мин), запрашивает кадр с изображением. После получения кадра контроллер 5 каждый раз сначала выполняет процедуру самоконтроля, а именно, сравнение по цветности и оптической плотности полученного изображения эталона 2 с изображением эталона 2, которое было записано в память контроллера 5 при последнем сеансе калибровки колориметра. Если эти два изображения совпадают с заданной при калибровке точностью, то считается, что все элементы колориметра, задействованные в процессе контроля (поз. 1,4,5), не изменили свои параметры, а следовательно, исправны. Т.е. обработка изображения образца 3, полученного в том же кадре, что изображение эталона 2 даст достоверный результат. Если в процессе выполнения процедуры самоконтроля контроллер 5 получает с камеры 4 сигнал, свидетельствующий о выходе яркости изображения эталонного образца 2 за пределы установленного рабочего динамического диапазона, контроллер 5 подаёт на источник 1 управляющий сигнал, корректирующий яркость источника 1 таким образом, чтобы яркость изображения эталонного образца 2 оказалась в середине рабочего динамического диапазона  для получения более точного результата.
После положительного завершения процедуры самоконтроля контроллер 5 выполняет анализ изображения образца 3 по цветности и оптической плотности. Если результат анализа показывает, что цветность и оптическая плотность изображения образца 3 достигли или превысили допустимые значения, заданные при калибровке, то контроллер 5 по управляющей шине 13 включает дозирующее устройство 14, которое из бака 15 с запасом свежего химического реагента подаёт свежий реагент по трубопроводу 16 в рабочий бак 11 линии. При этом контроллер 5 продолжает с заданной периодичностью делать анализ образца, находящегося в ёмкости 3, который изменяется, т.к. в рабочий бак 11 поступает свежий химический реагент, а рабочий раствор непрерывно прокачивается через ёмкость 3 с образцом. При этом каждый раз сначала выполняется процедура самоконтроля. Как только анализ образца в ёмкости 3 покажет, что рабочий раствор в рабочем баке 11 достиг заданных при калибровке цветности и оптической плотности, контроллер 5 выключает дозирующее устройство 14.
Если процедура самоконтроля завершается отрицательно, т.е., полученное в текущем рабочем кадре изображение эталона 2 отличается по цветности и оптической плотности от того изображения, которое было записано в память контроллера при последнем сеансе калибровки колориметра, более, чем было задано при этой калибровке, то анализ образца 3 не выполняется, дозирующее устройство 14 не включается, а на сенсорный экран 6 выдаётся указание оператору о необходимости выполнения калибровки колориметра.
Процедура калибровки выполняется следующим образом.
1. Контроллер 5 переводится в режим калибровки введением соответствующей команды на сенсорном экране 6.
2. В качестве эталона в колориметр устанавливается новая ёмкость 2 со свежим эталонным раствором, соответствующим нижней допустимой границе цветности и оптической плотности и качество которого подтверждено химическим анализом, например, в заводской химической лаборатории.
3. В последующем текущем рабочем кадре на экране 6 выводится уже изображение нового эталона (нижняя граница), которое запоминается контроллером как нижняя граница допустимого рабочего диапазона после введения соответствующей команды на экране 6.
4. Далее, в качестве эталона в колориметр устанавливается новая ёмкость 2 со свежим эталонным раствором, соответствующим верхней допустимой границе цветности и оптической плотности и качество которого подтверждено химическим анализом, например, в заводской химлаборатории. Этот эталон и остаётся в колориметре. По этому эталону в дальнейшем и будет проводиться процедура самоконтроля.
5. В последующем текущем рабочем кадре на экране 6 выводится уже изображение нового эталона 2 (верхняя граница), которое запоминается контроллером как верхняя граница допустимого рабочего диапазона после введения соответствующей команды на экране 6.
6. Подтверждаются прежние или вводятся новые допустимые отклонения изображения рабочего образца 3 от только что запомненных нижней и верхней границ по эталону 2.
7. Процедура калибровки завершена. Контроллер 5 переводится в рабочий режим введением соответствующей команды на экране 6.
Таким образом, выполнение калибровки является простой процедурой, не требует специальных знаний и может выполняться низовым персоналом.
Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение надежности, повышение достоверности процесса контроля, а именно исключение ошибки в корректировке рабочего раствора из-за неисправности элементов системы контроля и, тем самым, предотвращение выпуска брака продукции и перерасхода дорогостоящих химикатов.
Эксплуатационным результатом является:
- наличие функции самоконтроля перед каждым циклом проверки рабочего раствора, что исключает выполнение ошибочной корректировки из-за неисправности элементов колориметра;
- простая процедура калибровки колориметра, которая не требует специальных знаний и может выполняться низовым персоналом.