PCB多传感器测量系统

我们经常在医疗领域的一些关键领域工作。 由于空间很小，医疗器械所允许的公差极小，甚至很多是亚微米级的，所以现在医疗领域广泛青睐多传感器测量系统来开发、维护和提高PCB医疗器械的质量。

在整形外科移植领域，如人工全髋关节的球窝关节、胫骨、全膝关节和踝关节植入物需要高精度的测量方法。 这些植入物的表面是由非均匀有理样条 (NURBS) 形成的高阶曲线。 电路板小编发现，由于移植元器件必须与假体元器件甚至植入人体的元器件相匹配，所以往往是不规则的、弯曲的。 复杂的 3D 曲线增加了从一个方向测量所有平面的难度，这使得某些类型的传感器难以对其进行有效测量。

视频测量系统适用于测量具有相交平面的棱柱形工件。 当平面相交时，就会出现边缘，视频可以轻松测量边缘。 整形外科移植部件通常由连续的规则曲线（人工髋关节配件）或复杂的轮廓曲面（人工膝关节配件）组成，其形状就像人体器官的轮廓。 这些表面几乎没有或没有平面或交叉边。

视频传感器虽然擅长测量边缘和曲面点，但要使用大量的数据点来获取即使是轮廓曲面直线段的数据也是非常费力和不切实际的。 触发式探头也有同样的局限性，因为探头需要靠近每个点并在触发后返回原位——虽然可行，但也不适合测量大批量产品。

判断人工膝关节的仿生曲线轮廓是否符合PCB设计要求的最好方法是采用激光测量。 激光传感器在多传感器测量系统中是如何工作的？ 激光传感器将光线投射到工件表面，传感器获取反射光和散射光，自动计算激光与工件在三维空间中的距离。 激光可以测量一个点，或者当工件从激光上向下移动或激光扫描PCB工件时，也可以得到并计算出一系列的数据点。 您可以自定义采样间隔和采样率。

当激光射线在工件上方移动时，测量软件会不断计算出激光与工件表面的距离，通过Z轴平台控制的闭环定位使激光传感器保持在捕获范围内。 这样可以快速获取数据点的准确位置。 激光对焦比视频自动对焦更快更准确。 由于激光是非接触式传感器，因此避免了对工件表面的潜在损坏和对无菌工件的潜在污染。

在大多数情况下，操作员可能难以固定膝关节假体以确保激光指向所有关键表面。 这时，将假体安装在旋转分度台上是一种解决方案。 同时减少了人工装卸工件和夹具的步骤，加快了测量速度。

一般采用探头从膝关节弯曲面建立基准，然后旋转分度台，使膝关节假体旋转，呈现最理想的激光传感器测量面。 由于基准点设置在待测表面的反面，因此测量系统必须配备完整的三维测量软件。 当分度器旋转时，软件可以旋转坐标系。 这样，无论旋转分度器的位置如何，激光捕获的每个数据点都可以在测量软件控制的3D空间中找到。

另一种测量膝关节假体复杂轮廓的方法是使用 Renishaw SP25 接触式扫描测头。 PCB厂了解到，与激光类似，操作人员决定扫描的起点和终点。 不同之处在于，当系统在工件表面移动并采集数据点时，探头始终接触假体表面。 与触发式测头不同，SP25 接触式扫描测头始终与工件保持接触。 与激光一样，数据点密度和扫描速度可以定制。 当多传感器系统配备SP25时，必须安装配套的3D测量软件，以跟踪3D空间中的数据点。

还有其他方法可以测量固定在旋转分度台上的膝关节假体。 上述线性激光和接触式探头扫描可以扫描分度台上假体的顶面。 因为线性扫描表示的是 3D 工件的一个线性部分，所以这个部分可以被视频传感器作为一个边缘来测量。 将假体旋转90度，当光线从背后照射到工件上时，断面就变成了明显的“棱”。 该技术需要良好的测量透镜系统，其工作距离远且受膝关节假体斜度的影响较小。

由于“截面”大于光学窗口，当系统自动跟踪边缘并在多个窗口中获取数据点时，可以适当应用“寻边器”等功能。

膝关节假体安装在旋转分度台上，可以测量其整个表面。 缓慢旋转分度器，每次只旋转几个角度，即可完成多次线性扫描（或寻边），生成数据点阵。 这些数据点阵可以导入到 3D 拟合软件中。 得到旋转中心后，软件会显示工件数据与工件CAD模型的一致性。

一些贴合PCB的软件甚至可以进行数据点阵的几何尺寸和公差分析，同时满足多种需求，图表与设计文件之间的任何偏差。 这种分析不仅可以用于每个工件的验收阶段，还可以在生产过程中提高后续工件生产的准确性和效率。

医疗设备制造商需要随时记录和控制PCB生产过程，其中还包括应用检测设备来控制和监控产品质量。 电路板厂发现，多传感器测量系统可以快速准确地检测医疗设备的重要尺寸，并最大限度地减少工件装卸次数。 确保生产的工件符合设计规范是游戏的名称。 最终结果将影响医疗设备制造商资产负债表的健康——最终影响患者的健康。