CN103398687A - 一种大幅面精密薄板厚度接触式测量流水线装置 - Google Patents

Abstract

一种大幅面精密薄板厚度接触式测量流水线装置，包括进料区、测量装置和出料区，进料区位于测量装置的前端，出料区位于测量装置的后端，进料区由U型钢架底座、宽同步带、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建进料平台，并通过中同步带与测量装置的传动轴相连；出料平台同样由U型钢架底座、宽同步带、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建而成，通过另一根中同步带与测量装置的传动轴相连，本发明公开了一种大幅面精密薄板厚度接触式测量流水线装置，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。

Description

一种大幅面精密薄板厚度接触式测量流水线装置

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专业测量流水线装置。

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流水线装置，包括进料区、测量装置和出料区，进料区位于测量装置的前端，出料区位于测量装置的后端，进料区由U型钢架底座、宽同步带、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建进料平台，并通过中同步带与测量装置相连；出料平台同样由U型钢架底座、宽同步带、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建而成，通过另一根中同步带与测量装置相连，所述的测量装置包括底座，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，为台阶式支撑座；固定横梁，所述的固定横梁设在支撑座的最高台阶上；传动轴，支撑座较低的台阶面上安装有传动轴；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Z轴调整座。

    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进料区的宽同步带上表面，启动控制系统，伺服电机带动测量工位的传动轴转动，该运动通过同步带和中同步带传递到进料区的传动轴和出料区的传动轴，并由这两根传动轴分别将运动传递给各自的宽同步带，从而让进料区、测量工位、出料区上的传动轴和同步带全部运动起来，带动该薄板从进料区运动到测量工位，再到出料区，当其运动到测量工位时，薄板会被同步带带入前排滚轮和测量工位同步带的预紧夹缝中，通过并排安装的滚轮，在薄板进给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，当薄板运动到测量区域，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，多对上、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流水线装置，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，该测量流水线装置结构精巧、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。

    图中：1.调整垫脚；2.轴承座；3.第一宽同步带；4.传动轴；5.U型钢架底座；6.第二宽同步带；7.第一中同步带；8.滚轮安装调整座；9.滚轮；10.上测头；11.固定横梁；12.下测头安装调整座；13.上测头安装调整座；14.第二中同步带；15.大幅面薄板；16.联轴器；17.伺服电机；18.支撑座；19.钢架底座；20.下测头；21.调整垫脚；22.托板支承座；23.托板；24.支承座固定螺钉。

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和图2所示，本发明由测量装置、进料区、出料区三部分组成。进料区位于测量装置的前端，出料区位于测量装置的后端。

测量装置采用钢架底座19和调整垫脚21作为底座，平台采用花岗岩为材质，结构稳定可靠，可通过调整垫脚1调整测量设备的水平度和相对薄板进料区、出料区的高度差，平台左右两侧安装有台阶式支撑座18，在最高台阶上安装相互平行的两根固定横梁11，较低的台阶面上通过轴承座前后各安装有一根传动轴4，传动轴4与固定横梁11相互平行；固定横梁11的内侧面通过上测头安装调整座13以均匀间距平行安装有多个上测头10，每个上测头10均在具有精确调节上下位移的Z轴调整座，上测头10正下方通过下测头安装调整座12安装有下测头20，上下测头相对安装，下测头安装调整座12直接固定在平台上，上、下测头探针的同轴度可由下测头的安装调整座12进行调整，而上、下测头的相对位置可由上测头10的Z轴自动控制，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，通过滚轮安装调整座8安装有滚轮9，且滚轮9安装的间距与测头间距相同，上、下测头之间正好处于托板23上的一个开口处，托板23通过托板支撑座22固定在平台上，同步带贴合托板23且在每个测头测量工位之间，同步带通过前后传动轴4拉紧，传动轴4由轴承座支撑并固定在平台上，传动轴4的输入轴端安装有伺服电机17；各滚轮9与同步带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，可通过滚轮安装调整座8调节滚轮9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。

进料区由U型钢架底座5、第一宽同步带3、传动轴、轴承座、调整垫脚1搭建进料平台，并通过第一中同步带7与测量装置的传动轴4相连；出料平台同样由U型钢架底座、第二宽同步带6、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建而成，通过第二中同步带14与测量装置的传动轴4相连，进料区、测量装置和出料区之间可通过各自的调整垫脚调节彼此的高度差，以便于各自传动轴、同步带的正常工作并顺利将薄板从进料区传递到出料区。

测量时，由人工将薄板15放置在进料区的宽同步带3上表面，启动控制系统，伺服电机17带动测量装置的传动轴4转动，该运动通过同步带和中同步带传递到进料区的传动轴和出料区的传动轴，并由这两根传动轴分别将运动传递给各自的宽同步带，从而让进料区、测量装置、出料区上的传动轴和同步带全部运动起来，带动该薄板15从进料区运动到测量装置，再到出料区，当其运动到测量工位时，薄板15会被同步带带入前排滚轮9和测量装置同步带的预紧夹缝中，通过并排安装的滚轮9，在薄板15进给的同时将薄板15顺展平，滚轮9材质为橡胶，不会对薄板15表面造成损伤，当薄板15运动到测量区域，该过程上下测头上的探针始终与薄板15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,15持续通过测量工位，多对上、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流水线装置，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，该测量流水线装置结构精巧、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流水线装置，包括进料区、测量装置和出料区，进料区位于测量装置的前端，出料区位于测量装置的后端，其特征在于，进料区由U型钢架底座、宽同步带、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建进料平台，并通过中同步带与测量装置的传动轴相连；出料平台同样由U型钢架底座、宽同步带、传动轴、轴承座、调整垫脚搭建而成，通过另一根中同步带与测量装置的传动轴相连，所述的测量装置包括：

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，为台阶式支撑座；

固定横梁，所述的固定横梁设在支撑座的最高台阶上；

传动轴，支撑座较低的台阶面上安装有传动轴；

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所述的流水线装置，其特征在于，所述的平台为花岗岩材质。

3.根据权利要求1所述的流水线装置，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所述的流水线装置，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所述的流水线装置，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所述的流水线装置，其特征在于，所述的上测头具有精确调节上下位移的Z轴调整座。

7.根据权利要求1所述的流水线装置，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所述的流水线装置，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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