一種表面高反薄板材厚度測量儀的制作方法
【專利摘要】一種表面高反薄板材厚度測量儀，包括調(diào)整墊腳、鋼架底座、平臺、固定橫梁、工件承載臺、Y軸、X軸、Z軸、上接觸式測頭和下接觸式測頭。本實用新型專為薄板材厚度測量而設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性價比高，為半導體、太陽能、光學玻璃等行業(yè)中材料表面具有高亮度反光特性的高端產(chǎn)品厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【專利說明】一種表面高反薄板材厚度測量儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測量設(shè)備，尤其涉及一種表面高反薄板材厚度測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導體、太陽能、光學玻璃等行業(yè)中，有大量產(chǎn)品表面具有高亮度反光特性，如半導體行業(yè)中的芯片基材，厚度一般在0.3_以下，材料為不銹鋼片、鎳片、鎳合金片、電鑄片等，根據(jù)性能要求不同，需要經(jīng)過電鑄、電鍍、拋光、蝕刻等工序，最后才能加工成成品，無論是原材料、半成品或是成品，其表面均呈高亮反光特性，而太陽能行業(yè)中的晶圓，本身由4層材料構(gòu)成，第I層為晶圓層、第2層為粘合劑、第3層為玻璃、第4層為膠帶，各層之間通過壓合工藝制作成晶圓成品，要保證最終成品厚度均勻性，就需要控制各層相互壓合后的厚度均勻性，尤其是晶圓層和玻璃層，表面均具有高亮度反光甚至透明特性。光學玻璃行業(yè)中的各類鏡片，除自身為透明材質(zhì)外，同樣具有高亮度反光特性。隨著市場對該行業(yè)產(chǎn)品性能提出越來越高的要求，這些基礎(chǔ)材料的厚度等重要特征的質(zhì)量控制越來越嚴格，以確保最終成品的性能和可靠性。
[0003]針對這些具有高亮度反光特性的材料，傳統(tǒng)厚度測量設(shè)備一般采用非接觸式測量方法來進行測量，通過激光位移傳感器發(fā)出一束光，打在材料表面，以與入射光束呈一定角度反射，被激光位移傳感器信號接收窗口接收，如果材料表面凸凹不平，則會直接反映到接收窗口，并通過內(nèi)部標尺,實時測量所反饋光束因材料表面高低不平所產(chǎn)生的位移變化量，通過機器視覺和圖像處理技術(shù)，即可計算出這個變化量的具體數(shù)值，最終計算出薄板材厚度；測量時，先將厚度為A的標準塊放置在測量工位上、下測頭之間的支撐平臺上，測量標準塊的厚度，以對測量系統(tǒng)進行校零操作，假定被測薄鋼板厚度為δ，則實際被測物厚度為δ=Α- (x-a)- (y_b)，這種測量方法在針對具有高亮度反光特性的材料厚度測量時，材料表面微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為類似“皺紋”狀特性，這種微觀結(jié)構(gòu)尺寸往往在IOum甚至更小范圍內(nèi)，但足以對激光光束反射角度造成較大影響，直接導致測量精度下降；另外，由于機器視覺和圖像處理技術(shù)發(fā)展到今天，最小分辨率還只能到亞微米級，使得最終精密薄材的測量精度難有突破，而高端電子產(chǎn)品市場對產(chǎn)品性能越來越高，從而對用于電路基材的各類薄板材也提出了更高的質(zhì)量要求，傳統(tǒng)厚度測量方法難以滿足高精度測量需求。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型旨在提供一種表面高反薄板材厚度測量儀。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案，一種表面高反薄板材厚度測量儀，包括調(diào)整墊腳；鋼架底座，所述的鋼架底座設(shè)在調(diào)整墊腳上；平臺，所述的平臺設(shè)在鋼架底座上；固定橫梁，所述的固定橫梁設(shè)在平臺上；工件承載臺，所述的工件承載臺設(shè)在固定橫梁的上方，軸，所述的Y軸及其動板固定在平臺上且其運動方向與固定橫梁相互垂直，Y軸動板連接工件承載臺；x軸，所述的X軸及其動板固定在固定橫梁上、與Y軸相互垂直；z軸，所述的Z軸及其動板通過Z軸安裝座設(shè)在橫梁的上方、垂直于平臺；上接觸式測頭，所述的上接觸式測頭固定在Z軸動板上；下接觸式測頭，所述的下接觸式測頭通過安裝座固定在橫梁的上橫條上。
[0006]作為優(yōu)選，所述的接觸式測頭包括探針、彈性裝置、方形空氣導軌、空氣導軌進氣座、激光位移傳感器、頂板、光柵尺、空氣導軌導芯供氣接頭、測頭安裝座、測頭安裝底板和底板，所述的方形空氣導軌安裝在測頭安裝底板上，探針連接方形空氣導軌導芯的下端、貫穿底板，導芯下端與底板之間設(shè)有彈性裝置，空氣導軌進氣座設(shè)在方形空氣導軌的上方，激光位移傳感器設(shè)在空氣導軌進氣座的上方，與傳感器相連接的數(shù)據(jù)線貫穿頂板，光柵尺設(shè)置在激光位移傳感器的左側(cè)，空氣導軌導芯供氣接頭設(shè)在空氣導軌進氣座的左側(cè)、連接進氣座，測頭安裝座設(shè)在測頭安裝底板的左側(cè)。
[0007]作為優(yōu)選，所述的光柵尺平行安裝于激光位移傳感器。
[0008]作為優(yōu)選，所述的彈性裝置為精密彈簧。
[0009]作為優(yōu)選，所述方形空氣導軌的導芯內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接方形導軌進氣座。
[0010]作為優(yōu)選，所述的方形導軌進氣座側(cè)面連接方形空氣導軌供氣接頭。
[0011]作為優(yōu)選，所述的鋼架底座內(nèi)設(shè)有工控機、電控系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)。
[0012]本實用新型提供了一種表面高反薄板材厚度測量儀，采用測量力精確可控的高精度接觸式測頭來進行高反材料厚度測量，很好地規(guī)避了非接觸式測量因不同材料表面反光特性及圖像處理技術(shù)難以滿足該行業(yè)高精度、高穩(wěn)定性厚度測量需求，除采取接觸式測量方式外，該測量儀采取固定梁式結(jié)構(gòu)布局，由相互垂直安裝的X軸、Y軸和Z軸，配合專為薄板材設(shè)計的工件承載臺，實現(xiàn)了自動測量功能，僅需測量員上料和下料，測量過程中無需人工干預，進一步提高了測量精度和測量效率，該測量裝置專為薄板材厚度測量而設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性價比高，為半導體、太陽能、光學玻璃等行業(yè)中材料表面具有高亮度反光特性的高端產(chǎn)品厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為接觸式測頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為接觸式測頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為方形空氣導軌的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1.測量員；2.顯示器；3.顯示器支架；4.薄板材；5.Z軸；6.Z軸安裝座；
7.上接觸式測頭；8.上測頭安裝座；9.X軸；10.固定橫梁；11.工件承載臺；12.平臺；13.Y軸；14.測量數(shù)據(jù)采集模塊；15.工控機；16.鋼架底座；17.調(diào)整墊腳；18.停止按鈕；19.啟動按鈕；20.緊急停止按鈕；21.鍵盤；22.電控系統(tǒng)；23.氣動系統(tǒng)；24.下測頭安裝座；25.下接觸式測頭；26.鼠標；27.探針；28.精密彈簧；29.方形空氣導軌；30.空氣導軌進氣座；31.激光位移傳感器；32.頂板；33.光柵尺；34.空氣導軌導芯供氣接頭；35.測頭安裝座；36.測頭安裝底板；37.底板；38.空氣導軌供氣接頭；39.導芯；40、數(shù)據(jù)線。
【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0020]參見圖1至圖5所示，一種表面高反薄板材厚度測量儀，包括調(diào)整墊腳17 ;鋼架底座16，所述的鋼架底座16設(shè)在調(diào)整墊腳17上，所述的鋼架底座16內(nèi)設(shè)有工控機15、電控系統(tǒng)22和氣動系統(tǒng)23 ;平臺12，所述的平臺12設(shè)在鋼架底座16上；固定橫梁10，所述的固定橫梁10設(shè)在平臺12上；工件承載臺11，所述的工件承載臺11設(shè)在固定橫梁10的上方；Y軸13，所述的Y軸13及其動板固定在平臺12上且其運動方向與固定橫梁10相互垂直，Y軸動板連接工件承載臺11 ;Χ軸9，所述的X軸9及其動板固定在固定橫梁10上、與Y軸13相互垂直；Ζ軸5，所述的Z軸5及其動板通過Z軸安裝座6設(shè)在橫梁10的上方、垂直于平臺12 ;上接觸式測頭7，所述的上接觸式測頭7固定在Z軸動板上；下接觸式測頭25，所述的下接觸式測頭25通過安裝座24固定在橫梁10的上橫條上。
[0021]測量儀中X軸9、Υ軸13、Ζ軸5動力線纜從各自直線軸的電機連接到電控系統(tǒng)22的驅(qū)動器上，而軸系信號反饋線纜則連接到電控系統(tǒng)22上后再與工控機15連接，上、下測頭測量數(shù)據(jù)線纜直接連接到測量數(shù)據(jù)采集模塊，再通過線纜連接到工控機15上，工控機15作為測量儀的控制系統(tǒng)，連接整個測量儀的軸系、測頭及外部的緊急停止按鈕20、啟動按鈕19、停止按鈕18，由測量儀所配置的顯示器2中的軟件來進行測量操作。
[0022]所述的測頭包括探針27、精密彈簧28、方形空氣導軌29、空氣導軌進氣座30、激光位移傳感器31、頂板32、光柵尺33、空氣導軌導芯供氣接頭34、測頭安裝座35、測頭安裝底板36和底板37，所述的方形空氣導軌29安裝在測頭安裝底板36上，所述方形空氣導軌29的導芯39內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接方形導軌進氣座30，方形導軌進氣座30側(cè)面連接方形空氣導軌供氣接頭38，探針27連接方形空氣導軌導芯39的下端、貫穿底板37，導芯39下端與底板37之間設(shè)有精密彈簧28，空氣導軌進氣座30設(shè)在方形空氣導軌29的上方，激光位移傳感器31設(shè)在空氣導軌進氣座30的上方，與傳感器31相連接的數(shù)據(jù)線40貫穿頂板，光柵尺33平行安裝于激光位移傳感器31的左側(cè)，空氣導軌導芯供氣接頭34設(shè)在空氣導軌進氣座30的左側(cè)、連接進氣座30，測頭安裝座35設(shè)在測頭安裝底板36的左側(cè)。
[0023]當向方形空氣導軌29供氣時，則壓縮空氣會通過氣流孔傳遞到方形導軌29 “ 口 ”字形的各內(nèi)導向面，這些導向面上分布有導氣槽，通過導氣槽將具有一定氣壓的壓縮空氣供應到導芯39與方形導軌29“口”字形的各內(nèi)導向面之間，形成具有一定壓力的氣膜層，從而形成空氣導軌，導芯39僅能在方形導軌29中上下精確運動，導芯39內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接著方形導軌進氣座30，該進氣座30側(cè)方安裝有供氣接頭38，頂部安裝有光柵尺33，通過與光柵尺33平行安裝的激光位移傳感器31來測定探針27隨工件表面形貌變化而導致導芯39上下垂直運動的位移量，從激光位移傳感器31讀到的位移量值通過數(shù)據(jù)線40實時傳輸?shù)綔y量系統(tǒng)，并及時在測量軟件中顯示測量結(jié)果。
[0024]本實用新型提供了一種表面高反薄板材厚度測量儀，采用測量力精確可控的高精度接觸式測頭來進行高反材料厚度測量，很好地規(guī)避了非接觸式測量因不同材料表面反光特性及圖像處理技術(shù)難以滿足該行業(yè)高精度、高穩(wěn)定性厚度測量需求，除采取接觸式測量方式外，該測量儀采取固定梁式結(jié)構(gòu)布局，由相互垂直安裝的X軸、Y軸和Z軸，配合專為薄板材設(shè)計的工件承載臺，實現(xiàn)了自動測量功能，僅需測量員上料和下料，測量過程中無需人工干預，進一步提高了測量精度和測量效率，該測量裝置專為薄板材厚度測量而設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性價比高，為半導體、太陽能、光學玻璃等行業(yè)中材料表面具有高亮度反光特性的高端產(chǎn)品厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【權(quán)利要求】
1.一種表面高反薄板材厚度測量儀，其特征在于，包括: 調(diào)整墊腳； 鋼架底座，所述的鋼架底座設(shè)在調(diào)整墊腳上； 平臺，所述的平臺設(shè)在鋼架底座上； 固定橫梁，所述的固定橫梁設(shè)在平臺上； 工件承載臺，所述的工件承載臺設(shè)在固定橫梁的上方； Y軸，所述的Y軸及其動板固定在平臺上且其運動方向與固定橫梁相互垂直，Y軸動板連接工件承載臺； X軸，所述的X軸及其動板固定在固定橫梁上、與Y軸相互垂直； Z軸，所述的Z軸及其動板通過Z軸安裝座設(shè)在橫梁的上方、垂直于平臺； 上接觸式測頭，所述的上接觸式測頭固定在Z軸動板上； 下接觸式測頭，所述的下接觸式測頭通過安裝座固定在橫梁的上橫條上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于，所述的接觸式測頭包括探針、彈性裝置、方形空氣導軌、空氣導軌進氣座、激光位移傳感器、頂板、光柵尺、空氣導軌導芯供氣接頭、測頭安裝座、測頭安裝底板和底板，所述的方形空氣導軌安裝在測頭安裝底板上，探針連接方形空氣導軌導芯的下端、貫穿底板，導芯下端與底板之間設(shè)有彈性裝置，空氣導軌進氣座設(shè)在方形空氣導軌的上方，激光位移傳感器設(shè)在空氣導軌進氣座的上方，與傳感器相連接的數(shù)據(jù)線貫穿頂板，光柵尺設(shè)置在激光位移傳感器的左側(cè)，空氣導軌導芯供氣接頭設(shè)在空氣導軌進氣座的左側(cè)、連接進氣座，測頭安裝座設(shè)在測頭安裝底板的左側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量儀，其特征在于，所述的光柵尺平行安裝于激光位移傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量儀，其特征在于，所述的彈性裝置為精密彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量儀，其特征在于，所述方形空氣導軌的導芯內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接方形導軌進氣座。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量儀，其特征在于，所述的方形導軌進氣座側(cè)面連接方形空氣導軌供氣接頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于，所述的鋼架底座內(nèi)設(shè)有工控機、電控系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)。
【文檔編號】G01B11/06GK203375938SQ201320485940
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】夏發(fā)平 申請人:昆山允可精密工業(yè)技術(shù)有限公司