CN103398688A

CN103398688A - 一种表面高反薄板材厚度测量仪

Info

Publication number: CN103398688A
Application number: CN2013103459630A
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

一种表面高反薄板材厚度测量仪，包括调整垫脚、钢架底座、平台、固定横梁、工件承载台、Y轴、X轴、Z轴、上接触式测头和下接触式测头。本发明专为薄板材厚度测量而设计，结构简单，操作方便，性价比高，为半导体、太阳能、光学玻璃等行业中材料表面具有高亮度反光特性的高端产品厚度测量提供优化解决方法。

Description

一种表面高反薄板材厚度测量仪

技术领域

本发明涉及一种测量设备，尤其涉及一种表面高反薄板材厚度测量仪。

背景技术

在半导体、太阳能、光学玻璃等行业中，有大量产品表面具有高亮度反光特性，如半导体行业中的芯片基材，厚度一般在0.3mm以下，材料为不锈钢片、镍片、镍合金片、电铸片等，根据性能要求不同，需要经过电铸、电镀、抛光、蚀刻等工序，最后才能加工成成品，无论是原材料、半成品或是成品，其表面均呈高亮反光特性，而太阳能行业中的晶圆，本身由4层材料构成，第1层为晶圆层、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晶圆成品，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，尤其是晶圆层和玻璃层，表面均具有高亮度反光甚至透明特性。光学玻璃行业中的各类镜片，除自身为透明材质外，同样具有高亮度反光特性。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。

针对这些具有高亮度反光特性的材料，传统厚度测量设备一般采用非接触式测量方法来进行测量，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），这种测量方法在针对具有高亮度反光特性的材料厚度测量时，材料表面微观结构表现为类似“皱纹”状特性，这种微观结构尺寸往往在10um甚至更小范围内，但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；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表面高反薄板材厚度测量仪。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种表面高反薄板材厚度测量仪，包括调整垫脚；钢架底座，所述的钢架底座设在调整垫脚上；平台，所述的平台设在钢架底座上；固定横梁，所述的固定横梁设在平台上；工件承载台，所述的工件承载台设在固定横梁的上方；Y轴，所述的Y轴及其动板固定在平台上且其运动方向与固定横梁相互垂直，Y轴动板连接工件承载台；X轴，所述的X轴及其动板固定在固定横梁上、与Y轴相互垂直；Z轴，所述的Z轴及其动板通过Z轴安装座设在横梁的上方、垂直于平台；上接触式测头，所述的上接触式测头固定在Z轴动板上；下接触式测头，所述的下接触式测头通过安装座固定在横梁的上横条上。

作为优选，所述的接触式测头包括探针、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。

作为优选，所述的钢架底座内设有工控机、电控系统和气动系统。

本发明提供了一种表面高反薄板材厚度测量仪，采用测量力精确可控的高精度接触式测头来进行高反材料厚度测量，很好地规避了非接触式测量因不同材料表面反光特性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，除采取接触式测量方式外，该测量仪采取固定梁式结构布局，由相互垂直安装的X轴、Y轴和Z轴，配合专为薄板材设计的工件承载台，实现了自动测量功能，仅需测量员上料和下料，测量过程中无需人工干预，进一步提高了测量精度和测量效率，该测量装置专为薄板材厚度测量而设计，结构简单，操作方便，性价比高，为半导体、太阳能、光学玻璃等行业中材料表面具有高亮度反光特性的高端产品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为本发明的结构示意图；

图3为接触式测头的结构示意图；

图4为接触式测头的结构示意图；

图5为方形空气导轨的结构示意图。

图中：1.测量员；2.显示器；3.显示器支架；4.薄板材；5.Z轴；6.Z轴安装座；7.上接触式测头；8.上测头安装座；9.X轴；10.固定横梁；11.工件承载台；12.平台；13.Y轴；14.测量数据采集模块；15.工控机；16.钢架底座；17.调整垫脚；18.停止按钮；19.启动按钮；20.紧急停止按钮；21.键盘；22.电控系统；23.气动系统；24.下测头安装座；25.下接触式测头；26.鼠标；27.探针；28.精密弹簧；29.方形空气导轨；30.空气导轨进气座；31.激光位移传感器；32.顶板；33.光栅尺；34.空气导轨导芯供气接头；35.测头安装座；36.测头安装底板；37.底板；38.空气导轨供气接头；39.导芯；40、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5所示，一种表面高反薄板材厚度测量仪，包括调整垫脚17；钢架底座16，所述的钢架底座16设在调整垫脚17上，所述的钢架底座16内设有工控机15、电控系统22和气动系统23；平台12，所述的平台12设在钢架底座16上；固定横梁10，所述的固定横梁10设在平台12上；工件承载台11，所述的工件承载台11设在固定横梁10的上方；Y轴13，所述的Y轴13及其动板固定在平台12上且其运动方向与固定横梁10相互垂直，Y轴动板连接工件承载台11；X轴9，所述的X轴9及其动板固定在固定横梁10上、与Y轴13相互垂直；Z轴5，所述的Z轴5及其动板通过Z轴安装座6设在横梁10的上方、垂直于平台12；上接触式测头7，所述的上接触式测头7固定在Z轴动板上；下接触式测头25，所述的下接触式测头25通过安装座24固定在横梁10的上横条上。

测量仪中X轴9、Y轴13、Z轴5动力线缆从各自直线轴的电机连接到电控系统22的驱动器上，而轴系信号反馈线缆则连接到电控系统22上后再与工控机15连接，上、下测头测量数据线缆直接连接到测量数据采集模块，再通过线缆连接到工控机15上，工控机15作为测量仪的控制系统，连接整个测量仪的轴系、测头及外部的紧急停止按钮20、启动按钮19、停止按钮18，由测量仪所配置的显示器2中的软件来进行测量操作。

所述的测头包括探针27、精密弹簧28、方形空气导轨29、空气导轨进气座30、激光位移传感器31、顶板32、光栅尺33、空气导轨导芯供气接头34、测头安装座35、测头安装底板36和底板37，所述的方形空气导轨29安装在测头安装底板36上，所述方形空气导轨29的导芯39内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座30，方形导轨进气座30侧面连接方形空气导轨供气接头38，探针27连接方形空气导轨导芯39的下端、贯穿底板37，导芯39下端与底板37之间设有精密弹簧28，空气导轨进气座30设在方形空气导轨29的上方，激光位移传感器31设在空气导轨进气座30的上方，与传感器31相连接的数据线40贯穿顶板，光栅尺33平行安装于激光位移传感器31的左侧，空气导轨导芯供气接头34设在空气导轨进气座30的左侧、连接进气座30，测头安装座35设在测头安装底板36的左侧。

当向方形空气导轨29供气时，则压缩空气会通过气流孔传递到方形导轨29“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39与方形导轨29“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39仅能在方形导轨29中上下精确运动，导芯39内部为空芯结构，顶部连接着方形导轨进气座30，该进气座30侧方安装有供气接头38，顶部安装有光栅尺33，通过与光栅尺33平行安装的激光位移传感器31来测定探针27随工件表面形貌变化而导致导芯39上下垂直运动的位移量，从激光位移传感器31读到的位移量值通过数据线40实时传输到测量系统，并及时在测量软件中显示测量结果。

Claims

1.一种表面高反薄板材厚度测量仪，其特征在于，包括：

调整垫脚；

钢架底座，所述的钢架底座设在调整垫脚上；

平台，所述的平台设在钢架底座上；

固定横梁，所述的固定横梁设在平台上；

工件承载台，所述的工件承载台设在固定横梁的上方；

Y轴，所述的Y轴及其动板固定在平台上且其运动方向与固定横梁相互垂直，Y轴动板连接工件承载台；

X轴，所述的X轴及其动板固定在固定横梁上、与Y轴相互垂直；

Z轴，所述的Z轴及其动板通过Z轴安装座设在横梁的上方、垂直于平台；

上接触式测头，所述的上接触式测头固定在Z轴动板上；

下接触式测头，所述的下接触式测头通过安装座固定在横梁的上横条上。

2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述的接触式测头包括探针、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。

3.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述的光栅尺平行安装于激光位移传感器。

4.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述的弹性装置为精密弹簧。

5.根据权利要求2所述的测量仪，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。

6.根据权利要求5所述的测量仪，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。

7.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述的钢架底座内设有工控机、电控系统和气动系统。