CN103292702B - 一种硅棒几何尺寸测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅棒几何尺寸测量仪，包括固定框架、固定在固定框架上的标定块校准装置、竖装光耦、硅棒保护板升降装置、检测平台升降装置、工作台调整装置、工控机、开关盒、空气开关、显示装置、硅棒保护板组件、包含测量相机的检测平台组件以及放置硅棒的工作台组件；所述硅棒保护板组件和检测平台组件均能在各自升降装置的驱动下在重力方向作往复运动；硅棒能在工作台调整装置驱动下作横向、纵向以及周向旋转的运动。因此，本发明具有如下优点：1.利用机器视觉的方法对硅棒外形尺寸以及表面缺陷一次性测量，精度高，效率快，重复性好，对硅棒表面无任何潜在损伤；2.通过滑轮组的设计，实现用较小额定功率的电机驱动平台的移动，更加经济。

Description

一种硅棒几何尺寸测量仪

技术领域

本发明涉及一种硅棒外形尺寸的精密检测装置，尤其是涉及一种硅棒几何尺寸测量仪。

背景技术

随着国际光伏市场的日益扩大,寻找一种既精准又高效的非接触测量方法变得越来越重要。首先，许多传统的测量方法无法兼顾精度与效率，往往随着精度的上升，效率呈直线下降。其次，为了实现全尺寸测量，常常将被测物固定在一个精密旋转台或平移台上，测量装置每次测量被测物体的局部轮廓尺寸，最后将各个部分拼接起来。但是大型精密旋转台或平移台价格昂贵，并目在许多应用场景中缺乏安装的场地和条件。再者，传统测量系统为了提高精度，往往采用探针等装置与被测物体直接发生接触获得轮廓尺寸，这就使得测量系统的应用受到限制，一方面尽管测量时探针与被测物之间的接触压力很小，但在测量质地柔软的物品时仍可能产生测量误差，探针顶端的半径也不可能为零，因此无法测量某些复杂表面的细微特征。接触式测量可能会给被测物表面带来损伤，最后，许多传统的测量系统对被测物表面缺陷的测量无能为力。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的无法在非接触条件下，对被测物的外形尺寸、角度和表面缺陷一次性测量的技术问题；提供了一种可以对硅棒外形尺寸以及表面缺陷一次性测量，与人工相比，精度更高，效率更快，重复性好，对于硅棒表面也无任何潜在损伤；并且可以实现用更小额定功率的步进电机驱动平台的移动，更加经济的一种硅棒几何尺寸测量仪。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，包括固定框架；固定在固定框架上的标定块校准装置、竖装光耦、硅棒保护板升降装置、检测平台升降装置、工作台调整装置、用于控制整个硅棒几何尺寸测量仪的工控机、开关盒、与工控机电连接的空气开关、与工控机连接的显示装置、硅棒保护板组件、检测平台组件以及用于放置被测硅棒的工作台组件；所述硅棒保护板组件由硅棒保护板升降装置驱动并能在竖直方向作往复运动；所述检测平台组件由检测平台升降装置驱动并能在竖直方向作往复运动；硅棒能由工作台组件驱动下作横向、纵向以及周向旋转的运动。

在上述的一种硅棒几何尺寸测量仪，所述检测平台组件包括一个检测平台以及设置在检测平台上的至少八台周向设置对硅棒的八个表面进行测量的检测相机组件；所述检测平台升降装置包括设置在检测平台上的两个检测平台滑轮、固定在检测平台的升降丝杆螺母和与升降丝杆螺母配合的升降丝杆、与两个检测平台滑轮配合的两个滑轮组、检测平台配重块、以及与检测平台固定在一起的塑料拖链；每个滑轮组包括固定在固定支架的一个三滑轮和一个单滑轮、以及固定在检测平台配重块上的检测平台配重块滑轮；所述检测平台滑轮和对应的滑轮组由一根钢丝缆绳串连；所述升降丝杆由电机驱动。

在上述的一种硅棒几何尺寸测量仪，所述工作台组件包括工作台立杆、用于放置被检硅棒并且立于工作台立杆上的硅棒放置台、固定在工作台立杆上的纵向调整平台、设置在纵向调整平台下方并与纵向调整平台固定的横向调整平台、设置在横向调整平台下方并与横向调整平台固定的旋转调整平台；旋转调整平台通过工作台支撑架固定在固定框架上。

在上述的一种硅棒几何尺寸测量仪，所述硅棒保护板组件包括一个硅棒保护板、设置在硅棒保护板上的导轨以及与导轨配合能够前后移动的硅棒移动平台，所述硅棒保护板升降装置包括第一固定框架滑轮、保护板配重滑轮、第一保护板滑轮、第二保护板滑轮、第二固定框架滑轮、第三固定框架滑轮、第三保护板滑轮、第四保护板滑轮、第四固定框架滑轮以及固定框架单滑轮；所述第一固定框架滑轮、第二固定框架滑轮、第三固定框架滑轮以及第四固定框架滑轮均固定在固定框架上，所述第一保护板滑轮、第二保护板滑轮、第三保护板滑轮、第四保护板滑轮均固定在保护板上；所述保护板配重滑轮固定在保护板配重块上；一条钢丝绳经第一固定框架滑轮、保护板配重滑轮、第一保护板滑轮、第二保护板滑轮、第二固定框架滑轮、第三固定框架滑轮、第三保护板滑轮、第四保护板滑轮、第四固定框架滑轮与与电动推杆连接；另一条钢丝绳经固定框架单滑轮、第一保护板滑轮、第二保护板滑轮、第二固定框架滑轮、第三固定框架滑轮、第三保护板滑轮、第四保护板滑轮后与第四固定框架滑轮连接。

在上述的一种硅棒几何尺寸测量仪，所述检测相机组件包括测量相机、测距传感器、条形光源、一个纵向移动平台以及一个横向移动平台；

所述纵向移动平台包括一个纵向平台、纵向丝杆、驱动纵向丝杆的纵向电机、与纵向丝杆配合的纵向丝杆轴承、用于固定条形光源的感光连接板、直线滑轨、设置在直线滑轨内的直线滑块；所述纵向平台与直线滑块固定；

所述横向移动平台包括一个横向平台、横向电机、与横向电机配接的联轴器、与联轴器输出端配接的横向丝杆、与横向丝杆配合的横向丝杆轴承、以及与横向丝杆轴承固定的丝杆轴承座；所述直线滑轨固定在丝杆轴承座上；所述横向丝杆通过丝杆支架固定在检测平台上；

在上述的一种硅棒几何尺寸测量仪，还包括固定在检测平台上的两个心轴固定块，所述心轴固定块上固定有心轴支撑座；两根连接心轴的一端与其中一个心轴固定块固定，另一端穿过丝杆轴承座后与另一个心轴固定块固定。

因此，本发明具有如下优点：1.可以对硅棒外形尺寸以及表面缺陷一次性测量，与人工相比，精度更高，效率更快，重复性好，对于硅棒表面也无任何潜在损伤；2.通过滑轮组的设计，也可以实现用更小额定功率的步进电机驱动平台的移动，更加经济。

附图说明

图1是本发明的一种立体结构示意图。

图2是本发明中检测平台的结构示意图。

图3是本发明中硅棒保护板装配体结构示意图。

图4是本发明中工作台结构示意图。

图5是本发明中相机检测示意图。

图6是本发明中检测相机组件的局部放大示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，固定框架1、标定块校准装置2、竖装光耦3、工作台调整装置4、工控机5、开关盒6、空气开关7、显示装置8、检测平台9、硅棒10、检测平台滑轮11、升降丝杆螺母12、升降丝杆13、检测平台配重块14、塑料拖链15、检测平台配重块滑轮16、工作台立杆17、硅棒放置台18、纵向调整平台19、横向调整平台20、旋转调整平台21、工作台支撑架22、硅棒保护板23、硅棒移动平台24、第一固定框架滑轮25、保护板配重滑轮26、第一保护板滑轮27、第二保护板滑轮28、第二固定框架滑轮29、第三固定框架滑轮30、第三保护板滑轮31、第四保护板滑轮32、第四固定框架滑轮33、测量相机34、测距传感器35、条形光源36、纵向电机38、纵向丝杆轴承39、感光连接板40、直线滑轨41、直线滑块42、横向电机43、联轴器44、横向丝杆45、横向丝杆轴承46、丝杆轴承座47、丝杆支架48、心轴固定块49、连接心轴50、保护板配重块51、电动推杆52、固定框架单滑轮53、挡块54、单滑轮55、导柱56、心轴支撑座57、纵向平台58、横向平台59。

实施例：

如图1所示，本发明包括固定框架1；固定在固定框架1上的标定块校准装置2、竖装光耦3、硅棒保护板升降装置、检测平台升降装置、工作台调整装置4、用于控制整个硅棒几何尺寸测量仪的工控机5、开关盒6、与工控机5电连接的空气开关7、与工控机5连接的显示装置8、硅棒保护板组件、检测平台组件以及用于放置被测硅棒的工作台组件；硅棒保护板组件由硅棒保护板升降装置驱动并能在竖直方向作往复运动；检测平台组件由检测平台升降装置驱动并能在竖直方向作往复运动；硅棒能由工作台组件驱动下作横向、纵向以及周向旋转的运动。其中，在固定框架1顶部四个角设计有四个吊耳，方便整台硅棒几何尺寸光学检测仪的起吊与移动，固定框架1底部四个角设计有四个调整脚，在起吊的最后阶段可以起到缓冲作用，仪器在工作阶段时，调整脚也可以增加仪器的稳定性，减少噪声。标定块校准装置2处于硅棒10的正上方，在标定块校准装置2的八个周面分别有两个十字标定，在测量的开始阶段，检测平台9沿硅棒10的轴线上升至与标定块校准装置2齐平，检测平台9上的八个相机镜头与十字标定对准，保证相机对硅棒10的同一截面进行测量。竖装光耦3监测标定块校准装置2以及硅棒10是否处于工作位置，工控机5是仪器的控制中心，控制整部机器的运转，空气开关7其过载保护作用，而开关盒6则控制机器的开启与停车，紧急情况下按下开关盒6最上端的紧急关闭按钮，防止事故发生。显示装置8实时显示硅棒10的各项几何参数以及各表面情况，方便工人检测。

如图2和图6所示，检测平台组件包括一个检测平台9以及设置在检测平台9上的八台周向设置对硅棒10的八个表面进行测量的检测相机组件；检测平台升降装置包括设置在检测平台9上的两个检测平台滑轮11、固定在检测平台9的升降丝杆螺母12和与升降丝杆螺母12配合的升降丝杆13、与两个检测平台滑轮11配合的两个滑轮组、检测平台配重块14、以及与检测平台9固定在一起的塑料拖链15；通过滑轮组的设计可以帮助升降丝杆13实现检测平台9的上升与下降，降低升降系统中伺服电机的载荷；滑轮组的具体设计是：每个滑轮组包括固定在固定支架1的一个三滑轮和一个单滑轮55、以及固定在检测平台配重块14上的检测平台配重块滑轮16；检测平台滑轮11和对应的滑轮组由一根钢丝缆绳串连；升降丝杆13由电机驱动。在检测平台9升降过程中，滑轮组的设计使得检测平台配重块14能够平衡了检测平台9的重量，减小载荷，同时，与检测平台9固定在一起的塑料拖链15可以起到牵引与保护的作用，防止意外发生。

如图3所示，硅棒保护板组件包括一个硅棒保护板23、设置在硅棒保护板23上的导轨以及与导轨配合能够前后移动的硅棒移动平台24；所述硅棒保护板升降装置包括第一固定框架滑轮25、保护板配重滑轮26、第一保护板滑轮27、第二保护板滑轮28、第二固定框架滑轮29、第三固定框架滑轮30、第三保护板滑轮31、第四保护板滑轮32、第四固定框架滑轮33以及固定框架单滑轮53；所述固定框架单滑轮53、第一固定框架滑轮25、第二固定框架滑轮29、第三固定框架滑轮30以及第四固定框架滑轮33均固定在固定框架上，所述第一保护板滑轮27、第二保护板滑轮28、第三保护板滑轮31、第四保护板滑轮32均固定在保护板上；所述保护板配重滑轮26固定在保护板配重块51上；一条钢丝绳经第一固定框架滑轮25、保护板配重滑轮26、第一保护板滑轮27、第二保护板滑轮28、第二固定框架滑轮29、第三固定框架滑轮30、第三保护板滑轮31、第四保护板滑轮32、第四固定框架滑轮33与电动推杆52连接；另一条钢丝绳经固定框架单滑轮53、第一保护板滑轮27、第二保护板滑轮28、第二固定框架滑轮29、第三固定框架滑轮30、第三保护板滑轮31、第四保护板滑轮32后与第四固定框架滑轮33连接。

测量开始时，将硅棒10放置在硅棒移动平台24上，沿远离挡块54的方向平移到测量位置，然后硅棒保护板23下降到图3所示位置，硅棒10落在图4中的工作台立杆17上，调整硅棒10的姿态，进行测量。

如图4所示，工作台组件包括工作台立杆17、用于放置被检硅棒并且立于工作台立杆17上的硅棒放置台18、固定在工作台立杆17上的纵向调整平台19、设置在纵向调整平台19下方并与纵向调整平台19固定的横向调整平台20、设置在横向调整平台20下方并与横向调整平台20固定的旋转调整平台21；旋转调整平台21通过工作台支撑架22固定在固定框架1上。

纵向调整平台19，旋转调整平台21，横向调整平台20从三个方面调整硅棒10的姿态，使硅棒10的八个平面与图1中的标定块校准装置对齐，便于测量。三个调整平台的移动均是依靠电机提供动力。整个工作台由工作台支撑架22固定在图1中的固定框架1上，保证机器运转稳定性。

纵向调整平台19和横向调整平台20均通过丝杆副、驱动电机以及传动齿轮进行组装，而旋转调整平台21包括一个旋转平台，旋转平台由电机和传动齿轮组进行驱动。

如图5所示，检测相机组件包括测量相机34、测距传感器35、条形光源36、一个纵向移动平台以及一个横向移动平台；纵向移动平台包括一个纵向平台58、纵向丝杆、驱动纵向丝杆的纵向电机38、与驱动纵向丝杆配合的纵向丝杆轴承39、用于固定条形光源36的感光连接板40、直线滑轨41、设置在直线滑轨41内的直线滑块42；所述纵向平台58与直线滑块42固定；横向移动平台包括一个横向平台59、横向电机43、与横向电机43配接的联轴器44、与联轴器44输出端配接的横向丝杆45、与横向丝杆45配合的横向丝杆轴承46、以及与横向丝杆轴承46固定的丝杆轴承座47；所述直线滑轨41固定在丝杆轴承座47上；所述横向丝杆45通过丝杆支架48固定在检测平台9上。

另外，两个心轴固定块49固定在检测平台9上，心轴固定块49上固定有心轴支撑座57；两根连接心轴50的一端与其中一个心轴固定块49固定，另一端穿过丝杆轴承座47后与另一个心轴固定块49固定。

为了保证测量精度，测量硅棒弦长的两组相对相机的横向电机被固定在一块固定板上，纵向电机也被固定在一块板上，这样在相机横向和纵向移动时，保证各个相机镜头在同一平面，同时也增加移动时的稳定性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了固定框架1、标定块校准装置2、竖装光耦3、工作台调整装置4、工控机5、开关盒6、空气开关7、显示装置8、检测平台9、硅棒10、检测平台滑轮11、升降丝杆螺母12、升降丝杆13、检测平台配重块14、塑料拖链15、检测平台配重块滑轮16、工作台立杆17、硅棒放置台18、纵向调整平台19、横向调整平台20、旋转调整平台21、工作台支撑架22、硅棒保护板23、硅棒移动平台24、第一固定框架滑轮25、保护板配重滑轮26、第一保护板滑轮27、第二保护板滑轮28、第二固定框架滑轮29、第三固定框架滑轮30、第三保护板滑轮31、第四保护板滑轮32、第四固定框架滑轮33、测量相机34、测距传感器35、条形光源36、纵向电机38、纵向丝杆轴承39、感光连接板40、直线滑轨41、直线滑块42、横向电机43、联轴器44、横向丝杆45、横向丝杆轴承46、丝杆轴承座47、丝杆支架48、心轴固定块49、连接心轴50、保护板配重块51、电动推杆52、固定框架单滑轮53、挡块54、单滑轮55、导柱56、心轴支撑座57、纵向平台58、横向平台59等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，包括固定框架(1)；固定在固定框架(1)上的标定块校准装置(2)、竖装光耦(3)、硅棒保护板升降装置、检测平台升降装置、工作台调整装置(4)、用于控制整个硅棒几何尺寸测量仪的工控机(5)、开关盒(6)、与工控机(5)电连接的空气开关(7)、与工控机(5)连接的显示装置(8)、硅棒保护板组件、检测平台组件以及用于放置被测硅棒的工作台组件；所述硅棒保护板组件由硅棒保护板升降装置驱动并能在竖直方向作往复运动；所述检测平台组件由检测平台升降装置驱动并能在竖直方向作往复运动；硅棒能由工作台组件驱动下作横向、纵向以及周向旋转的运动；

所述检测平台组件包括一个检测平台(9)以及设置在检测平台(9)上的至少八台周向设置对硅棒(10)的八个表面进行测量的检测相机组件；

所述检测相机组件包括测量相机(34)、测距传感器(35)、条形光源(36)、一个纵向移动平台以及一个横向移动平台。

2.根据权利要求1所述的一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，所述检测平台升降装置包括设置在检测平台(9)上的两个检测平台滑轮(11)、固定在检测平台(9)的升降丝杆螺母(12)和与升降丝杆螺母(12)配合的升降丝杆(13)、与两个检测平台滑轮(11)配合的两个滑轮组、检测平台配重块(14)、以及与检测平台(9)固定在一起的塑料拖链(15)；每个滑轮组包括固定在固定支架(1)的一个三滑轮和一个单滑轮(55)、以及固定在检测平台配重块(14)上的检测平台配重块滑轮(16)；所述检测平台滑轮(11)和对应的滑轮组由一根钢丝缆绳串连；所述升降丝杆(13)由电机驱动。

3.根据权利要求2所述的一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，所述工作台组件包括工作台立杆(17)、用于放置被检硅棒并且立于工作台立杆(17)上的硅棒放置台(18)、固定在工作台立杆(17)上的纵向调整平台(19)、设置在纵向调整平台(19)下方并与纵向调整平台(19)固定的横向调整平台(20)、设置在横向调整平台(20)下方并与横向调整平台(20)固定的旋转调整平台(21)；旋转调整平台(21)通过工作台支撑架(22)固定在固定框架(1)上。

4.根据权利要求3所述的一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，所述硅棒保护板组件包括一个硅棒保护板(23)、设置在硅棒保护板(23)上的导轨以及与导轨配合能够前后移动的硅棒移动平台(24)，所述硅棒保护板升降装置包括第一固定框架滑轮(25)、保护板配重滑轮(26)、第一保护板滑轮(27)、第二保护板滑轮(28)、第二固定框架滑轮(29)、第三固定框架滑轮(30)、第三保护板滑轮(31)、第四保护板滑轮(32)、第四固定框架滑轮(33)以及固定框架单滑轮(53)；所述固定框架单滑轮(53)、第一固定框架滑轮(25)、第二固定框架滑轮(29)、第三固定框架滑轮(30)以及第四固定框架滑轮(33)均固定在固定框架上，所述第一保护板滑轮(27)、第二保护板滑轮(28)、第三保护板滑轮(31)、第四保护板滑轮(32)均固定在保护板上；所述保护板配重滑轮(26)固定在保护板配重块(51)上；一条钢丝绳经第一固定框架滑轮(25)、保护板配重滑轮(26)、第一保护板滑轮(27)、第二保护板滑轮(28)、第二固定框架滑轮(29)、第三固定框架滑轮(30)、第三保护板滑轮(31)、第四保护板滑轮(32)、第四固定框架滑轮(33)与电动推杆(52)连接；另一条钢丝绳经固定框架单滑轮(53)、第一保护板滑轮(27)、第二保护板滑轮(28)、第二固定框架滑轮(29)、第三固定框架滑轮(30)、第三保护板滑轮(31)、第四保护板滑轮(32)后与第四固定框架滑轮(33)连接。

5.根据权利要求4所述的一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，所述纵向移动平台包括一个纵向平台(58)、纵向丝杆、驱动纵向丝杆的纵向电机(38)、与纵向丝杆配合的纵向丝杆轴承(39)、用于固定条形光源(36)的感光连接板(40)、直线滑轨(41)、设置在直线滑轨(41)内的直线滑块(42)；所述纵向平台与直线滑块(42)固定；

所述横向移动平台(20)包括一个横向平台(59)、横向电机(43)、与横向电机(43)配接的联轴器(44)、与联轴器(44)输出端配接的横向丝杆(45)、与横向丝杆(45)配合的横向丝杆轴承(46)、以及与横向丝杆轴承(46)固定的丝杆轴承座(47)；所述直线滑轨(41)固定在丝杆轴承座(47)上；所述横向丝杆(45)通过丝杆支架(48)固定在检测平台(9)上。

6.根据权利要求5所述的一种硅棒几何尺寸测量仪，其特征在于，还包括固定在检测平台(9)上的两个心轴固定块(49)，所述心轴固定块(49)上固定有心轴支撑座(57)；两根连接心轴(50)的一端与其中一个心轴固定块(49)固定，另一端穿过丝杆轴承座(47)后与另一个心轴固定块(49)固定。