CN103389059A - 一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置 - Google Patents

Abstract

一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置，包括底座，所述的底座由钢架底座和调整垫脚组成；平台，所述的平台设在底座的上方；支撑座，所述的支撑座设在平台的两侧；固定横梁，所述的固定横梁设在支撑座上；传动轴，所述的传动轴由轴承座支撑并固定在平台上；上测头，所述的上测头安装于固定横梁的内侧面；下测头，所述的下测头通过下测头安装底座安装在上测头的正下方；滚轮，所述的滚轮通过滚轮安装座和调整座安装在固定横梁外侧；托板，所述的托板通过托板支撑座固定在平台上；同步带，所述的同步带贴合托板且位于每个测头测量工位之间。本发明结构精巧、测量精度高、测量效率高，增加测量过程的自动化程度并降低测量设备的成本。

Description

一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置

技术领域

本发明涉及精密薄板精密测量设备领域，具体涉及一种针对大幅面精密薄板厚度进行自动进给连续测量的装置。

背景技术

 在SMT（Surface Mounted Technology，表面贴装技术）、精密金属或非金属薄板制造及二次加工应用等领域，针对作为加工精密芯片、电路板等终端产品的基础材料的薄板厚度的尺寸精度测量成为确保终端产品加工质量的关键工序，SMT行业使用的网板基材，材料种类涉及不锈钢、镍、镍合金等，厚度一般在1mm以内，幅面尺寸通常在500mmx500mm以上，幅面大小不等，但均具有材料薄、精度高、幅面大、高柔性等特点；这些精密薄板在其加工工艺过程中，需要经过电铸、电镀、抛光、蚀刻、激光切割等工序，中间产生的半成品及最终的成品，均需要进行厚度均匀性的测量，以确保最终的产品符合客户要求；精密薄板制造及二次加工应用方面，如大型钢厂为SMT行业提供的各种不锈钢、镍、镍合金等金属薄板，以及铜箔、镍片等精密薄板的制造，这类板材同样具有共同特点，即材料薄（一般在2mm厚度以内）、幅面大、高柔性等特点，对厚度均匀性有严格要求，否则会影响其后端以此为基材的各类产品的品质要求，随着市场对精密薄板性能提出越来越高的要求，这些基础材料的厚度等重要形状特征的质量控制越来越严格，以确保最终成品的性能和可靠性。

尽管精密薄板肉眼观察情况下均是光滑的平整表面，但在高倍数显微镜下观察，其表面均呈现不同程度的锯齿状特征，这是由其表面微观结构所决定的，传统对薄板的厚度进行测量的方式一般采用非接触式的光学测量方法来实现，通过一个或一对（上下相对安装）激光位移传感器作为非接触式测头，对采用真空吸附或是悬空固定的薄板进行厚度测量，具体采用一个或一对测头，这取决于客户薄板在测量过程中放置及固定的具体条件，这种测量方式，在测量过程中，作为测头的激光位移传感器不会直接与薄板表面接触，而是通过激光位移传感器向薄板表面发出一束光，打在材料表面，该光束以与入射光束呈一定角度反射，被激光位移传感器信号接收窗口接收，再根据因材料表面凸凹不平，则会直接反映到接收窗口，并通过内部标尺，实时测量所反馈光束因材料表面高低不平所产生的厚度方向上的位移变化量。通过机器视觉和图像处理技术，即可计算出这个变化量的具体数值，最终由测量软件计算出薄板厚度；这种测量方式可在测量过程中不导致薄板表面损伤，但由于薄板表面均存在不同程度的锯齿状微观结构，这种微观结构尺寸一般在10um甚至更小范围内，其所产生的反光效应，足以对激光光束反射角度造成较大影响，直接导致测量精度下降。且不同材料间反光效应影响不同，而即使是同一种材料的同一批产品，所测量的结果也不尽相同，导致重复测量精度不高。另外，由于机器视觉和图像处理技术发展到今天，最小分辨率还只能到亚微米级，使得最终精密薄材的测量精度难有突破，而高端电子产品市场对产品性能越来越高，从而对用于电路基材的各类薄板也提出了更高的质量要求；最后，由于只安装一个测头或一对测头，对于大幅面薄板来说，难以实现多点厚度同时测量以提高测量效率的目的，同时，考虑到厚度均匀性与整张大幅面薄板相关，仅依靠一个或一对测头，难以衡量整个幅面的薄板厚度均匀性，因此，传统针对薄板厚度的测量方法难以满足市场提出越来越高的测量需求。

发明内容

本发明旨在解决以往测量设备因在测量过程人工操作导致对薄板自身造成损伤、单测量工位导致测量效率低、难以判断整张幅面薄板厚度均匀性、采用非接触式光学测量导致测量精度极易受材料表面微观结构影响等技术问题。 

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置，包括底座，所述的底座由钢架底座和调整垫脚组成；平台，所述的平台设在底座的上方；支撑座，所述的支撑座设在平台的两侧；固定横梁，所述的固定横梁设在支撑座上；传动轴，所述的传动轴由轴承座支撑并固定在平台上；上测头，所述的上测头安装于固定横梁的内侧面；下测头，所述的下测头通过下测头安装底座安装在上测头的正下方，下测头安装底座固定在平台上；滚轮，所述的滚轮通过滚轮安装座和调整座安装在固定横梁外侧；托板，所述的托板通过托板支撑座固定在平台上，托板的开口处位于上、下测头之间；同步带，所述的同步带贴合托板且位于每个测头测量工位之间。

作为优选，所述的平台为花岗岩材质。

    作为优选，所述的两个固定横梁相互平行。

    作为优选，所述的传动轴与固定横梁相互平行。

    作为优选，所述的上测头以均匀间距平行安装于固定横梁内侧。

    作为优选，所述的上测头具有精确调节上下位移的手动调整座。

    作为优选，所述的滚轮安装间距与测头间距相同。

作为优选，所述的传动轴输入轴端安装有伺服电机。

测量时，由人工将薄板放置在同步带上表面，并将其一边压入前排滚轮中，通过并排安装的滚轮，在薄板运动的同时将薄板顺展平，滚轮材质为橡胶，不会对薄板表面造成损伤，启动测量系统，伺服电机将带动传动轴转动，传动轴将运动传递给同步带，同步带带动薄板朝向测头工位运动，运动到测量区域，该过程上下测头上的探针始终与薄板上下表面接触，并由位置传感器将检测其到达测量工位状态，随着薄板持续通过测量工位，上、下测头对薄板进行接触式测量，直到薄板完全通过测量工位，上、下测头将测量数据传递回测量系统，计算出薄板的最终厚度值。

本发明公开了一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置，解决了以往测量设备因在测量过程人工操作导致对薄板自身造成损伤、单测量工位导致测量效率低、难以判断整张幅面薄板厚度均匀性、采用非接触式光学测量导致测量精度极易受材料表面微观结构影响等技术问题，该测量测量装置结构精巧、测量精度高、测量效率高，在改善测量精度的同时，增加测量过程的自动化程度，并最大限度降低测量设备的成本，为表面贴装技术、精密薄板制造等领域的薄板的厚度精密测量提供了一种综合优化解决方案。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的结构示意图。

    图中：1.调整垫脚；2.钢架底座；3.支撑座；4.平台；5.轴承座；6.上测头安装调整座；7.上测头手动调整座；8.联轴器；9.伺服电机；10.固定横梁；11.滚轮调整座；12.滚轮安装座；13.滚轮；14.传动轴；15.同步带；16.上测头；17.托板；18.托板支撑座；19.下测头；20.下测头安装调整座。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图3所示，本发明采用钢架底座2和调整垫脚1作为底座，平台4采用花岗岩为材质，结构稳定可靠，可通过调整垫脚1调整测量设备的水平度，平台4左右两侧安装有支撑座3，在支撑座3上安装相互平行的两根固定横梁10；传动轴14，所述的传动轴14由轴承座5支撑并固定在平台4上；固定横梁10的内侧面通过上测头安装调整座6以均匀间距平行安装有多个上测头16，每个上测头16均在具有精确调节上下位移的手动调整座7，上测头16正下方通过下测头安装调整座20安装有下测头19，上下测头相对安装，下测头安装调整座20直接固定在平台4上，上、下测头探针的同轴度可由下测头的安装调整座20进行调整，而上、下测头的相对位置可由上测头16的手动调整座7控制，以适应不同厚度规格的薄板测量需求，接触式测头采用测量力精确可控的接触式测头，测量时利用测头探针头部的红宝石球与薄板表面接触，并通过精密气动技术精确控制测量力的大小，最大限度避免在测量过程中对薄板表面产生损伤；固定横梁11的外侧，通过滚轮安装座12和调整座11安装有滚轮13，且滚轮13安装的间距与测头间距相同，上、下测头之间正好处于托板17上的一个开口处，托板17通过托板支撑座18固定在平台上，同步带15贴合托板17且在每个测头测量工位之间，同步带15通过前后传动轴14拉紧，传动轴14由轴承座5支撑并固定在平台4上，传动轴14的输入轴端安装有伺服电机9；各滚轮13与同步带15上表面保持相应距离，实际距离值根据不同被测薄板的厚度范围确定，可通过滚轮调整座11调节滚轮13相对高度的位移量，以针对不同厚度薄板提供最佳的预紧量。

测量时，由人工将薄板放置在同步带15上表面，并将其一边压入前排滚轮13中，通过并排安装的滚轮13，在薄板运动的同时将薄板顺展平，滚轮13材质为橡胶，不会对薄板表面造成损伤，启动测量系统，伺服电机9将带动传动轴14转动，传动轴14将运动传递给同步带15，同步带15带动薄板朝向测头工位运动，运动到测量区域，该过程上下测头上的探针始终与薄板上下表面接触，并由位置传感器将检测其到达测量工位状态，随着薄板持续通过测量工位，上、下测头对薄板进行接触式测量，直到薄板完全通过测量工位，上、下测头将测量数据传递回测量系统，计算出薄板的最终厚度值。

本发明公开了一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置，解决了以往测量设备因在测量过程人工操作导致对薄板自身造成损伤、单测量工位导致测量效率低、难以判断整张幅面薄板厚度均匀性、采用非接触式光学测量导致测量精度极易受材料表面微观结构影响等技术问题，该测量测量装置结构精巧、测量精度高、测量效率高，在改善测量精度的同时，增加测量过程的自动化程度，并最大限度降低测量设备的成本，为表面贴装技术、精密薄板制造等领域的薄板的厚度精密测量提供了一种综合优化解决方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种大幅面精密薄板厚度接触式测量装置，其特征在于，包括：

底座，所述的底座由钢架底座和调整垫脚组成；

平台，所述的平台设在底座的上方；

支撑座，所述的支撑座设在平台的两侧；

固定横梁，所述的固定横梁设在支撑座上；

传动轴，所述的传动轴由轴承座支撑并固定在平台上；

上测头，所述的上测头安装于固定横梁的内侧面；

下测头，所述的下测头通过下测头安装底座安装在上测头的正下方，下测头安装底座固定在平台上；

滚轮，所述的滚轮通过滚轮安装座和调整座安装在固定横梁外侧；

托板，所述的托板通过托板支撑座固定在平台上，托板的开口处位于上、下测头之间；

同步带，所述的同步带贴合托板且位于每个测头测量工位之间。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的平台为花岗岩材质。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的两个固定横梁相互平行。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述的传动轴与固定横梁相互平行。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的上测头以均匀间距平行安装于固定横梁内侧。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述的上测头具有精确调节上下位移的手动调整座。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的滚轮安装间距与测头间距相同。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的传动轴输入轴端安装有伺服电机。

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