CN107192329A - 线材的光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测设备领域，特别涉及用于对硅片进行切割的切割钢丝的光学检测装置。线材的光学检测装置，其包括承载的底座，底座上对称设有一组支座，支座上设有对线材进行夹紧、张紧和旋转的准直组件；光学成像组件，光学成像组件位于支座之间，且活动连接在底座上，并能进行往复运动；本发明设计一种自动化的线材的光学检测装置，在模拟金属丝的工作状态下，能够快速准确的对金属丝的空间结构进行测量，对金属丝的质量进行判定。

Description

线材的光学检测装置

技术领域

本发明属于检测设备领域，特别涉及用于对硅片进行切割的切割钢丝的光学检测装置。

背景技术

多线切割是以金属丝作为载体，由金属丝在高速运动中携带超硬磨料，通过磨料对高硬材料(如晶体硅，碳化硅，蓝宝石，水晶等)进行滚挖研磨以实现切割。该方式以切割效率高、切割锯缝小、材料损失少、切割精度高、表面质量好等优点成为当前的主要生产方式。其中，金属丝作为携带磨料的载体，在切割过程中的稳定性以及携带磨料的能力，对于切割效率及产品质量均起到极其重要的作用。

目前广泛使用的金属丝是表面光滑的圆形结构(直线式金属丝)，其突出优点在于金属丝能够在环绕其切割进给的方向均匀携带磨料，从而带来稳定的切割表面质量。通常情况下，可以通过增加金属丝的直径增加金属丝的表面积，从而增强金属丝携带磨料的能力以提高切割效率，代价是由此会引起锯缝的宽度增加，从而带来切割过程中材料损失的增加。切割效率的提升亦可通过加大磨料的平均粒径以及棱角尖锐度等方式实现。

由于圆形结构的金属丝携带磨料的能力有限，人们设计出了各种结构性的金属丝，来提高金属丝携带磨料的能力，如何来对金属丝的质量进行掌控呢，这就需要对金属丝表面的结构和参数进行测量。

现有技术中对金属丝的检测主要通过测量投影仪来对金属丝的结构进行人工手动测量，

首先，测量投影仪测量的金属丝的二维投影，只能测量某一测量方向上的结构，而切割用的金属丝为三维空间结构体，测量不同方向上的结构，需要人工对金属丝进行转动，转动过程中存在两端转动不同步，金属丝可能存在扭转的问题，测量精度较差，无法准确的对金属丝的结构进行合格判定；且现有技术中无法对金属进行负载测试，无法模拟金属丝工作状态进行测试；

其次，硅片切割的金属丝的直径在0.08-0.60mm之间，其表面的结构的尺寸更小，现有技术中的测量投影仪的测量精度在5μm，其最后的精度都是靠人工估读出来的，精度较差，对于一些细微的结构误差，可能无法测量出来，但这细微的误差，在硅片切割过程中对硅片表面的质量存在严重的影响。

发明内容

针对上述技术问题，本发明设计一种自动化的线材的光学检测装置，在模拟金属丝的工作状态下，能够快速准确的对金属丝的空间结构进行测量，对金属丝的质量进行判定。

实现本发明的技术方案如下：

线材的光学检测装置，其包括承载的底座，底座上对称设有一组支座，其特征在于：

支座上设有对线材进行夹紧、张紧和旋转的准直组件；

光学成像组件，光学成像组件位于支座之间，且活动连接在底座上，并能进行往复运动；

本发明通过准直组件对金属丝进行夹紧固定，并能够在金属丝上施加拉力来模拟金属丝的工作状态，且能够旋转，方便对金属丝的空间结构进行测量，设置的光学成像组件能够往复运动，对一段距离上的金属丝的结构进行测量。

所述的准直组件包括分别设置在支座上的定旋转组件和动旋转组件，定旋转组件和动旋转组件上均设置有对线材定位的定心组件，设置的定心组件用于对线材进行固定，保证定旋转组件和动旋转组件在同一轴线上。

所述的支座上还设有驱动定旋转组件和动旋转组件同步转动的同步机构，设置的同步机构同时驱动定旋转组件和动旋转组件，避免测量过程中线材出现扭转的问题，保证了测量的精度。

所述的同步机构包括安装在两个支座上的同步转轴，支座上设有驱动同步转轴的同步电机，同步转轴通过同步带与定旋转组件和动旋转组件连接。

所述的定旋转组件包括连接在支座上的转轴，转轴的一端设有万向调节组件，定心组件连接在万向调节组件上，支座上设有轴套，转轴安装在支座的轴套内，转轴端部设置的万向调节组件能够实现各个方向的微调，保证线材两端定位的精度，定心组件用于对线材进行定位和夹持。

在转轴和万向调节组件之间设有拉力传感器，拉力传感器用于对施加在线材上的拉力进行检测，精确的模拟线材的使用环境。

所述的动旋转组件包括连接在支座上的转动套，所述的转动套内设有滑动的连接轴，连接轴的一端设有万向调节组件，定心组件连接在万向调节组件上，另一端设有驱动连接轴滑动的预紧动力装置。

所述的光学成像组件包括投影传感器，投影传感器连接在往复运动机构上，往复运动机构连接在底座上。

所述的往复运动机构包括设置在底座上的滑轨，移动座活动连接在滑轨上，投影传感器连接在移动座上，所述的底座上设置有伺服电机，伺服电机连接有丝杆，丝杆与移动座连接，或者所述的往复运动机构包括设置在底座上的直线电机，移动座连接在直线电机上，投影传感器连接在移动座上。

定心组件包括固定块，固定块上具有一个平面，平面包括安装平面和定位平面，还包括调整块，调整块连接在固定块的安装平面上，所述的调整块上具有倾斜平面，倾斜平面与定位平面形成V形定位区，所述的倾斜平面和定位平面为具有坡度的平面。

所述的万向调节组件包括连接部，连接部上设有万向调节机构，万向调节机构与夹持部连接，定心组件连接在夹持部上，设置的万向调节机构能够对夹持部的轴线进行调节，保证动旋转组件和定旋转组件的定心组件在同一轴线上。

所述的万向调节机构包括设置的连接部轴向端面上的调节孔，连接部周面上均布设有伸入调节孔的调节螺钉，所述的夹持部的轴向端面上设有调节柱，调节柱伸入调节孔内且与调节螺钉连接，所述的夹持部的轴向端面设有锁紧环，锁紧环通过螺钉与连接部的轴向端面连接。

所述的万向调节机构包括连接部轴向端面上均布设置的调节锁紧孔，所述夹持部的端面的轴线上设有球状凸起，球状凸起四周的夹持部上设有连接环，连接环上通过调节锁紧螺钉与调节锁紧孔连接，所述的球状凸起与连接部的轴向端面相抵。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过准直组件对金属丝进行夹紧固定，并能够在金属丝上施加拉力来模拟金属丝的工作状态，解决了原来金属丝无法精确加力测试的问题；且能够旋转，方便对金属丝的空间结构进行测量，设置的光学成像组件能够往复运动，对一段距离上的金属丝的结构进行测量。

2、本发明中金属丝采用开放式夹紧，可以快速的对线材进行装夹，且万向调节组件能够快速的进行同轴度的调节，实现了线材的空间结构测量的自动化，测量速度快，精度高，克服了现有技术中人工测量存在的精度差，效率低的问题，进一步的，本发明的结构稳定，不受外部因素的干扰，提高了被测产品的一致性，即也提高了被金属丝加工而成的产品的良率。

附图说明

图1为线材的光学检测装置的结构示意图；

图2为动旋转组件的结构示意图；

图3为定旋转组件的结构示意图；

图4为定心组件的结构示意图；

图5为万向调节组件的爆炸示意图；

图6为图5的组合后的正视示意图；

图7为图6中A-A向的剖视示意图；

图8为另一种方式的万向调节组件的爆炸示意图；

图9为图8组合后的正视示意图；

图10为光学成像单元的结构示意图；

图中1为底座，2为支座，21为轴套，3为光学成像组件，4为定旋转组件，5为动旋转组件，6为同步机构，7为万向调节组件，8为定心组件，41为转轴，42为拉力传感器，51为转动套，52为连接轴，53为预紧动力装置，31为投影传感器，32为往复运动机构，321为导轨，322为移动座，324为丝杆，81为调整块，82为固定块，811为倾斜平面，821为安装平面，822为定位平面，83为V形定位区，71为连接部，73为夹持部，711为调节孔，72为锁紧环，74为螺钉，75为调节柱，76为调节螺钉，712为调节锁紧孔，78为连接环，79为调节锁紧螺钉，790为球状凸起。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，线材的光学检测装置，其包括承载的底座1，底座1上对称设有一组支座2，支座2上设有对线材进行夹紧、张紧和旋转的准直组件；

光学成像组件3，光学成像组件位于支座之间，且活动连接在底座上，并能进行往复运动；

本发明通过准直组件对金属丝进行夹紧固定，并能够在金属丝上施加拉力来模拟金属丝的工作状态，且能够旋转，方便对金属丝的空间结构进行测量，设置的光学成像组件能够往复运动，对一段距离上的金属丝的结构进行测量，从而来获得金属丝的质量进行判定。

所述的准直组件包括分别设置在支座3上的定旋转组件4和动旋转组件5，定旋转组件4和动旋转组件5上均设置有对线材定位的定心组件8，设置的定心组件用于对线材进行固定，保证定旋转组件和动旋转组件在同一轴线上，设置的动旋转组件和定旋转组件用于对线材进行夹紧固定，并能够驱动线材进行转动，能够对线材的立体参数进行测量。

所述的支座2上还设有驱动定旋转组件4和动旋转组件5同步转动的同步机构6，设置的同步机构同时驱动定旋转组件和动旋转组件，避免测量过程中线材出现扭转的问题，保证了测量的精度。

所述的同步机构包括安装在两个支座上的同步转轴，支座上设有驱动同步转轴的同步电机，同步转轴通过传动单元与定旋转组件和动旋转组件连接，优选的传动单元为同步带或者齿轮传动单元。

进一步的说，所述的同步机构可以为两个可以同步控制的驱动电机，驱动电机分别与定旋转组件和动旋转组件，采用同一控制器进行控制，保证定旋转组件和动旋转组件转动的同步性，避免转动过程中金属丝出现扭转的问题。

如图3所所示，所述的定旋转组件包括连接在支座上的转轴41，转轴41的一端设有万向调节组件7，定心组件8连接在万向调节组件7上，支座2上设有轴套21，转轴41安装在支座的轴套21内，转轴41端部设置的万向调节组件7能够实现各个方向的微调，保证线材两端定位的精度，定心组件用于对线材进行定位和夹持。

在转轴41和万向调节组件7之间设有拉力传感器42，拉力传感器42用于对施加在线材上的拉力进行检测，精确的模拟线材的使用环境，避免装配结构存在的摩擦力对环境模拟存在的影响。

如图2所示，所述的动旋转组件包括连接在支座上的转动套51，所述的转动套51内设有滑动的连接轴52，连接轴52的一端设有万向调节组件7，定心组件8连接在万向调节组件7上，另一端设有驱动连接轴52滑动的预紧动力装置53，转动套的转动实现动旋转组件与定旋转组件的同步转动，转动过程中，转动套带动连接轴转动，连接轴相对于转动套可以滑动，实现在线材上加力，便于模拟线材的工作环境，预紧动力装置用于驱动连接轴52在转动套内移动，从而实现向线材施加作用力，优选的，预紧动力装置为伺服电机和丝杆机构，其能精度的控制加力的大小，从而实现使用状态的精确模拟。

所述的光学成像组件3包括投影传感器31，投影传感器31连接在往复运动机构32上，往复运动机构32连接在底座1上，所述的投影传感器优选的为激光投影传感器，激光投影传感器具有较好的精度，能够对小直径线材的三维结构进行准确的测量，方便使用者准确的对线材的结构进行判定，进一步的，投影传感器也可以是传统的投影成像传感器，传统的投影成型传感器可以用于对轴类、盘类零件的跳动的检测。

如图10所示，所述的往复运动机构32包括设置在底座1上的滑轨321，移动座322活动连接在滑轨321上，投影传感器31连接在移动座322上，所述的底座1上设置有伺服电机，伺服电机连接有丝杆324，丝杆324与移动座322连接，所述的伺服机构位于底座上设置的壳体内，在附图中并没有显示，伺服电机与丝杆的驱动方式，本领域技术人员很容易理解。

或者所述的往复运动机构包括设置在底座1上的直线电机，移动座322连接在直线电机上，投影传感器31连接在移动座322上，直线电机与底座的安装关系简单，故没有绘制附图来加以诠释。

上述往复运动机构实现投影传感器的移动，由于激光投影传感器的测试范围很小，无法在一个测试范围内完成对线材的测试，故需要移动来扩大投影传感器的测量范围，满足测试需要，且上述往复运动机构的传动稳定性好，平稳性好，有利于投影传感器进行测试。

定心组件包括固定块82，固定块82上具有一个平面，平面包括安装平面821和定位平面822，还包括调整块81，调整块81连接在固定块82的安装平面821上，所述的调整块81上具有倾斜平面811，倾斜平面811与定位平面822形成V形定位区83，所述的倾斜平面811和定位平面822为具有坡度的平面，线材嵌在V型形定位区的凹槽的底部，由于倾斜平面和定位平面为具有坡度的平面，其与线材的接触为点接触，具有较好的定位准确性，克服了现有技术中采用线切割加工线材定位槽存有定位误差的问题，保证了定位精度。

如图5所示，所述的万向调节组件包括连接部71，连接部71上设有万向调节机构，万向调节机构与夹持部73连接，定心组件8连接在夹持部73上，设置的万向调节机构能够对夹持部的轴线进行调节，保证动旋转组件和定旋转组件的定心组件在同一轴线上。

如图6和图7所示，所述的万向调节机构包括设置的连接部71轴向端面上的调节孔711，连接部71周面上均布设有伸入调节孔的调节螺钉76，所述的夹持部73的轴向端面上设有调节柱75，调节柱75伸入调节孔711内且与调节螺钉76连接，所述的夹持部73的轴向端面设有锁紧环72，锁紧环72通过螺钉74与连接部71的轴向端面连接，此方式中，通过调节螺钉从不同的方向对调节柱施加作用力，从而使夹持部在不同方向上出现细微的位移变化，继而找到较为准确的轴线位置，保证了动旋转组件和定旋转组件的同轴度。

如图8和图9所示，所述的万向调节机构包括连接部轴向端面上均布设置的调节锁紧孔712，所述夹持部73的端面的轴线上设有球状凸起790，球状凸起790四周的夹持部上设有连接环78，连接环78上通过调节锁紧螺钉79与调节锁紧孔712连接，所述的球状凸起790与连接部71的轴向端面相抵，此方式中夹持部的球状凸起与连接部的轴向端面相抵，然后通过控制调节锁紧螺钉旋入的深度来控制夹持部的轴线的位置，继而找到准确的轴线位置，保证了动旋转组件和定旋转组件的同轴度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过准直组件对金属丝进行夹紧固定，并能够在金属丝上施加拉力来模拟金属丝的工作状态，解决了原来金属丝无法精确加力测试的问题；且能够旋转，方便对金属丝的空间结构进行测量，设置的光学成像组件能够往复运动，对一段距离上的金属丝的结构进行测量。

2、本发明中金属丝采用开放式夹紧，可以快速的对线材进行装夹，且万向调节组件能够快速的进行同轴度的调节，实现了线材的空间结构测量的自动化，测量速度快，精度高，克服了现有技术中人工测量存在的精度差，效率低的问题，进一步的，本发明的结构稳定，不受外部因素的干扰，提高了被测产品的一致性，即也提高了被金属丝加工而成的产品的良率。

Claims (12)

1.线材的光学检测装置，其包括承载的底座，底座上对称设有一组支座，其特征在于：

支座上设有对线材进行夹紧、张紧和旋转的准直组件；

光学成像组件，光学成像组件位于支座之间，且活动连接在底座上，并能进行往复运动。

2.根据权利要求1所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的准直组件包括分别设置在支座上的定旋转组件和动旋转组件，定旋转组件和动旋转组件上均设置有对线材定位的定心组件。

3.根据权利要求1所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的支座上还设有驱动准直组件转动的同步机构。

4.根据权利要求2所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的定旋转组件包括连接在支座上的转轴，转轴的一端设有万向调节组件，定心组件连接在万向调节组件上。

5.根据权利要求4所述的线材的光学检测装置，其特征在于：在转轴和万向调节组件之间设有拉力传感器。

6.根据权利要求2所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的动旋转组件包括连接在支座上的转动套，所述的转动套内设有滑动的连接轴，连接轴的一端设有万向调节组件，定心组件连接在万向调节组件上，另一端设有驱动连接轴滑动的预紧动力装置。

7.根据权利要求1所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的光学成像组件包括投影传感器，投影传感器连接在往复运动机构上，往复运动机构连接在底座上。

8.根据权力要求6所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的往复运动机构包括设置在底座上的滑轨，移动座活动连接在滑轨上，投影传感器连接在移动座上，所述的底座上设置有伺服电机，伺服电机连接有丝杆，丝杆与移动座连接，或者所述的往复运动机构包括设置在底座上的直线电机，移动座连接在直线电机上，投影传感器连接在移动座上。

9.根据权利要求2、4、5任意一项所述的线材的光学检测装置，其特征在于：定心组件包括固定块，固定块上具有一个平面，平面包括安装平面和定位平面，还包括调整块，调整块连接在固定块的安装平面上，所述的调整块上具有倾斜平面，倾斜平面与定位平面形成V形定位区，所述的倾斜平面和定位平面为具有坡度的平面。

10.根据权利要求4、6任意一项所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的万向调节组件包括连接部，连接部上设有万向调节机构，万向调节机构与夹持部连接，定心组件连接在夹持部上。

11.根据权利要求10所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的万向调节机构包括设置的连接部轴向端面上的调节孔，连接部周面上均布设有伸入调节孔的调节螺钉，所述的夹持部的轴向端面上设有调节柱，调节柱伸入调节孔内且与调节螺钉连接，所述的夹持部的轴向端面设有锁紧环，锁紧环通过螺钉与连接部的轴向端面连接。

12.根据权利要求10所述的线材的光学检测装置，其特征在于：所述的万向调节机构包括连接部轴向端面上均布设置的调节锁紧孔，所述夹持部的端面的轴线上设有球状凸起，球状凸起四周的夹持部上设有连接环，连接环上通过调节锁紧螺钉与调节锁紧孔连接，所述的球状凸起与连接部的轴向端面相抵。