CN103398663A

CN103398663A - 一种单测头自动薄板厚度测量装置

Info

Publication number: CN103398663A
Application number: CN2013103459541A
Authority: CN
Inventors: 夏发平
Original assignee: Kunshan Yunco Precision Co Ltd
Current assignee: Kunshan Yunco Precision Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-11-20

Abstract

一种单测头自动薄板厚度测量装置，包括测量平台，所述的测量平台包括支撑脚、平台、钢架底座、支撑座和固定横梁；所述的钢架底座设在支撑脚上；所述的平台设在钢架底座上；所述的支撑座设在平台上；所述的固定横梁设在支撑座上；Z轴，所述的Z轴及Z轴动板安装在固定横梁上；Y轴，所述的Y轴及Y轴动板安装在平台上，设于Z轴的正下方、垂直安装于Z轴；测头，所述的测头安装在Z轴动板上；薄板真空承载台，所述的薄板真空承载台固定在Y轴动板上，且位于测头的正下方。本发明实现了对薄板厚度进行全自动测量功能，仅需人工上料，测量过程无须人工干预，提高了薄板厚度测量的自动化程度，进而提高薄板相关产品的生产效率。

Description

一种单测头自动薄板厚度测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种单测头自动薄板厚度测量装置。

背景技术

在表面贴装技术（SMT）、太阳能、精密薄板材制造等领域，大量制造或使用薄板材。如表面贴装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内，且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；太阳能行业中所使用的晶圆（wafer），全部为薄板类精密元件，通过激光划线等工艺在其上加工各种特征，最终形成太阳能电池板，这类板材一般由4层薄片材料构成，第1层为wafer层、第2层为粘合剂、第3层为玻璃、第4层为胶带，各层之间通过压合工艺制作成wafer成品，要保证最终成品厚度均匀性，就需要控制各层相互压合后的厚度均匀性；而精密薄板材制造方面，如大型钢材为表面贴装行业提供的各种不锈钢等提供的板材，以及铜箔、平面玻璃薄板的制造，这类板材均有共同特点，材料薄、对厚度均匀性有严格要求，否则会影响其后端产品的使用效果。随着市场对该行业产品性能提出越来越高的要求，这些基础材料的厚度等重要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。

上述薄板材中，大部分板材表面的微观结构均呈锯齿状，通过激光位移传感器发出一束光，打在材料表面，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。如果材料表面凸凹不平，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，最终计算出薄板材厚度。测量时，先将厚度为A的标准块放置在测量工位上、下测头之间的支撑平台上，测量标准块的厚度，以对测量系统进行校零操作。假定被测薄钢板厚度为δ，则实际被测物厚度为δ=A-（x-a）-（y-b）。由于大部分薄板表面具有不同程度的锯齿状微观结构，这种微观结构尺寸往往在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，即使对于同一批产品，所测量的结果也不尽相同，导致重复测量精度不高。如果材料具有透明特性，则测量时会有部分光穿透材料而未全部被信号接收器接收，造成测量精度急剧下降。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材也提出了更高的质量要求。传统厚度测量方法难以满足高精度测量需求。

发明内容

本发明旨在提供一种解决传统非接触式测量因不同材料表面反光效应、透明材料因穿透材料导致精度急剧下降、同类材料重复测量精度低及图像处理技术难以满足该行业高精度、高稳定性厚度测量需求等技术问题的单测头自动薄板厚度测量装置。

本发明解决上述技术问题采用如下技术方案：一种单测头自动薄板厚度测量装置，包括测量平台，所述的测量平台包括支撑脚、平台、钢架底座、支撑座和固定横梁；所述的钢架底座设在支撑脚上；所述的平台设在钢架底座上；所述的支撑座设在平台上；所述的固定横梁设在支撑座上；Z轴，所述的Z轴及Z轴动板安装在固定横梁上；Y轴，所述的Y轴及Y轴动板安装在平台上，设于Z轴的正下方、垂直安装于Z轴；测头，所述的测头安装在Z轴动板上；薄板真空承载台，所述的薄板真空承载台固定在Y轴动板上，且位于测头的正下方。

作为优选，所述的Z轴设有伺服电机。

作为优选，所述的测头包括探针、弹性装置、方形空气导轨、空气导轨进气座、激光位移传感器、顶板、光栅尺、空气导轨导芯供气接头、测头安装座、测头安装底板和底板，所述的方形空气导轨安装在测头安装底板上，探针连接方形空气导轨导芯的下端、贯穿底板，导芯下端与底板之间设有弹性装置，空气导轨进气座设在方形空气导轨的上方，激光位移传感器设在空气导轨进气座的上方，与传感器相连接的数据线贯穿顶板，光栅尺设置在激光位移传感器的左侧，空气导轨导芯供气接头设在空气导轨进气座的左侧、连接进气座，测头安装座设在测头安装底板的左侧。

作为优选，所述的光栅尺平行安装于激光位移传感器。

作为优选，所述的弹性装置为精密弹簧。

作为优选，所述方形空气导轨的导芯内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座。

作为优选，所述的方形导轨进气座侧面连接方形空气导轨供气接头。

本发明提出一种单测头自动薄板厚度测量装置，采用测量力精确可控的高精度接触式单测头对薄板进行厚度测量，很好地规避了传统采取非接触式测量因不同材料表面反光效应、透明材料因穿透材料导致精度急剧下降、同类材料重复测量精度低及图像处理技术难以满足该行业高精度、高稳定性厚度测量需求等问题，实现了对薄板厚度进行全自动测量功能，仅需人工上料，测量过程无须人工干预，提高了薄板厚度测量的自动化程度，进而提高薄板相关产品的生产效率，为精密薄板厚度测量提供优化解决方法。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为测头的结构示意图；

图3为测头的结构示意图；

图4为方形空气导轨的结构示意图。

图中：1.支撑脚；2.钢架底座；3.调整支撑脚；4.花岗岩平台；5.薄板；6.Z轴；7.花岗岩固定横梁；8.测头；9.花岗岩支撑座；10.薄板真空承载台；11.Y轴动板；12.Y轴；13.探针；14.精密弹簧；15.方形空气导轨；16.空气导轨进气座；17.激光位移传感器；18.顶板；19.光栅尺；20.空气导轨导芯供气接头；21.测头安装座；22.测头安装底板；23.底板；24.空气导轨供气接头；25.导芯；26、数据线。

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4所示，一种单测头自动薄板厚度测量装置，包括：测量平台，所述的测量平台包括支撑脚1、花岗岩平台4、钢架底座2、支撑座9和花岗岩固定横梁7，钢架底座2设在支撑脚1上，花岗岩平台4设在钢架底座2上，花岗岩平台4与钢架底座2之间设有调整支撑脚3，所述的支撑座9设在花岗岩平台4上，花岗岩固定横梁7设在支撑座9上，利用花岗岩良好的吸振能力构成了高稳定性的测量平台；Z轴6，所述的Z轴6及Z轴动板安装在固定横梁7上，Z轴6设有伺服电机；Y轴12，所述的Y轴12及Y轴动板11安装在平台4上，设于Z轴6的正下方、垂直安装于Z轴6；测头8，所述的测头8安装在Z轴动板上；薄板真空承载台10，所述的薄板真空承载台10固定在Y轴动板11上，且位于测头8的正下方。

所述的接触式测头包括探针13、精密弹簧14、方形空气导轨15、空气导轨进气座16、激光位移传感器17、顶板18、光栅尺19、空气导轨导芯供气接头20、测头安装座21、测头安装底板22和底板23，所述的方形空气导轨15安装在测头安装底板22上，所述方形空气导轨15的导芯25内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座16，方形导轨进气座16侧面连接方形空气导轨供气接头24，探针13连接方形空气导轨导芯25的下端、贯穿底板23，导芯25下端与底板23之间设有精密弹簧14，空气导轨进气座16设在方形空气导轨15的上方，激光位移传感器17设在空气导轨进气座16的上方，与传感器17相连接的数据线26贯穿顶板，光栅尺19平行安装于激光位移传感器17的左侧，空气导轨导芯供气接头20设在空气导轨进气座16的左侧、连接进气座16，测头安装座21设在测头安装底板22的左侧。

当向方形空气导轨15供气时，则压缩空气会通过气流孔传递到方形导轨15“口”字形的各内导向面，这些导向面上分布有导气槽，通过导气槽将具有一定气压的压缩空气供应到导芯25与方形导轨5“口”字形的各内导向面之间，形成具有一定压力的气膜层，从而形成空气导轨，导芯25仅能在方形导轨15中上下精确运动，导芯25内部为空芯结构，顶部连接着方形导轨进气座16，该进气座16侧方安装有供气接头24，顶部安装有光栅尺19，通过与光栅尺19平行安装的激光位移传感器17来测定探针13随工件表面形貌变化而导致导芯25上下垂直运动的位移量，从激光位移传感器17读到的位移量值通过数据线26实时传输到测量系统，并及时在测量软件中显示测量结果。

本发明公布了一种单测头自动薄板厚度测量装置，采用测量力精确可控的高精度接触式单测头对薄板进行厚度测量，很好地规避了传统采取非接触式测量因不同材料表面反光效应、透明材料因穿透材料导致精度急剧下降、同类材料重复测量精度低及图像处理技术难以满足该行业高精度、高稳定性厚度测量需求等问题，此外，实现了对薄板厚度进行全自动测量功能，仅需人工上料，测量过程无须人工干预，提高了薄板厚度测量的自动化程度，进而提高薄板相关产品的生产效率，为精密薄板厚度测量提供优化解决方法。

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

1.一种单测头自动薄板厚度测量装置，其特征在于，包括：

测量平台，所述的测量平台包括支撑脚、平台、钢架底座、支撑座和固定横梁；

所述的钢架底座设在支撑脚上；

所述的平台设在钢架底座上；

所述的支撑座设在平台上；

所述的固定横梁设在支撑座上；

Z轴，所述的Z轴及Z轴动板安装在固定横梁上；

Y轴，所述的Y轴及Y轴动板安装在平台上，设于Z轴的正下方、垂直安装于Z轴；

测头，所述的测头安装在Z轴动板上；

薄板真空承载台，所述的薄板真空承载台固定在Y轴动板上，且位于测头的正下方。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的Z轴设有伺服电机。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的测头包括探针、弹性装置、方形空气导轨、空气导轨进气座、激光位移传感器、顶板、光栅尺、空气导轨导芯供气接头、测头安装座、测头安装底板和底板，所述的方形空气导轨安装在测头安装底板上，探针连接方形空气导轨导芯的下端、贯穿底板，导芯下端与底板之间设有弹性装置，空气导轨进气座设在方形空气导轨的上方，激光位移传感器设在空气导轨进气座的上方，与传感器相连接的数据线贯穿顶板，光栅尺设置在激光位移传感器的左侧，空气导轨导芯供气接头设在空气导轨进气座的左侧、连接进气座，测头安装座设在测头安装底板的左侧。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述的光栅尺平行安装于激光位移传感器。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述的弹性装置为精密弹簧。

6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述方形空气导轨的导芯内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座。

7.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述的方形导轨进气座侧面连接方形空气导轨供气接头。