CN107192353A - 台阶仪及探针检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种台阶仪及探针检测装置，本公开的探针检测装置应用于台阶仪，台阶仪包括探头和连接于探头的探针，该探针检测装置包括安装环、激光发射单元、第一激光接收单元和处理组件，安装环连接于探头并环绕探针设置；激光发射单元设于安装环的内壁，用于向预设方向发射激光；第一激光接收单元设于安装环内壁，用于接收照射在探针而反射的激光并据以产生电信号；处理组件用于根据电信号确定一偏差值，且在偏差值大于第一预定值时，控制台阶仪停止。

Description

台阶仪及探针检测装置

技术领域

本公开涉及台阶仪技术领域，具体而言，涉及一种台阶仪及探针检测装置。

背景技术

台阶仪，是一种接触式表面形貌测量仪器，广泛应用于测量薄膜厚度和平面平整度领域。现有的台阶仪通常包括探头和探针，探针夹持安装于探头上。当探针沿被测表面滑过时，被测表面上的微小峰谷可使探针在滑行的同时，还沿峰谷作上下运动，即探针可相对探头伸缩运动；探针的运动情况就反映了被测表面的轮廓。

但是，在探针划过被测表面时，由于被测表面的摩擦，探针可能会出现一定程度的偏移，若偏移量过大，则会影响测量结果的准确性，甚至导致探针损坏，更为严重的会损坏安装探针的探头，造成经济损失；因此，对探针的偏移情况的检测十分重要，以避免测量结果误差过大，防止探针损坏。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种台阶仪及探针检测装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，一种探针检测装置，应用于台阶仪，所述台阶仪包括探头和连接于所述探头的探针，所述探针检测装置包括：

安装环，连接于所述探头并环绕所述探针设置；

激光发射单元，设于所述安装环的内壁，用于向预设方向发射激光；

第一激光接收单元，设于所述安装环内壁，用于接收照射在所述探针而反射的激光并据以产生电信号；

处理组件，用于根据所述电信号确定一偏差值，且在所述偏差值大于第一预定值时，控制所述台阶仪停止。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一激光接收单元包括环绕所述激光发射单元设置的N个光敏元件，且N个所述光敏元件用于输出N个所述电信号；其中，N≥2；

所述处理组件用于根据N个所述电信号确定所述偏差值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述处理组件包括：

模数转换器，与所述第一激光接收单元连接，用于将N个所述电信号转换为N个数字信号；

计算单元，与所述模数转换器连接，用于根据N个所述数字信号中最大的n个值与最小的n个值确定所述偏差值；其中，n≤N/2。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光敏元件的数量为四个，且所述光敏元件均为方形。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光敏元件为硅光电池。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激光发射单元和所述第一激光接收单元集成于一激光收发器，所述处理组件用于根据所述激光收发器输出的所述电信号确定所述偏差值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述处理组件包括：

模数转换器，与所述激光收发器连接，用于将所述电信号转换为数字信号；

计算单元，与所述模数转换器连接，用于根据所述数字信号与第二预定值确定所述偏差值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探针检测装置还包括：

第二激光接收单元，设于所述安装环的内壁，并与所述激光发射单元正对设置，用于在接收到所述激光发射单元发出的激光时输出电信号；

所述处理组件用于在接收到所述第二激光接收单元发出的所述电信号时，控制所述台阶仪停止。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探针检测装置还包括：

图像采集组件，可转动地设于所述探头，用于获取所述探针端部的图像；

照明组件，可转动地设于所述探头，且与所述图像采集组件分居所述安装环的两侧，用于为所述图像采集组件提供照明。

根据本公开的另一个方面，一种台阶仪，包括：

探头；

探针，连接于所述探头；以及

上述任一技术方案所述的探针检测装置。

本公开的台阶仪及探针检测装置，可通过激光发射单元向预设方向发射激光，使照射在探针上的激光被探针反射后照射在第一激光接收单元上，第一激光接收单元可据以产生电信号；且随着探针的移动，第一激光接收单元被激光照射的区域也发生变化，因而该电信号也随着探针的偏移而变化；处理组件可根据该电信号实时确定偏差值，该偏差值可反映探针的偏移量，处理组件可在偏差值大于第一预定值时，控制台阶仪停止；此外，安装环环绕所述探针设置，可避免对探针的安装和拆卸造成干涉。从而在探针偏移量过大时，及时停止台阶仪，以便调整探针，避免测量结果的误差过大，并防止探针损坏。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开探针检测装置的第一种实施方式的结构示意图。

图2图1中探针检测装置的剖视图。

图3为图1中探针检测装置的展开图。

图4为本公开探针检测装置的电路原理框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施方式中所讨论的特征是可互换的。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开探针检测装置的第一种实施方式

本公开示例实施方式提供一种探针检测装置，应用于台阶仪，如图1～图4所示，该台阶仪可以包括探头5和探针6，探针6可连接于探头5，本实施方式的探针检测装置可以包括安装环1、激光发射单元2、第一激光接收单元3和处理组件4。

在本实施方式中，安装环1可以是圆形、方形或其它形状；且安装环1可通过卡接、粘接或焊接的方式固定于探头5上，或者安装环1上还可设置连接耳，可以利用螺栓、螺钉等连接件将连接耳与探头5固定连接，从而将安装环1固定于探头5上。同时，安装环1可环绕于探针6的周围，并且与探针6间具有间隙；探针6可位于安装环1的中心。举例而言，若安装环1位圆环结构，则探针6位于该圆环结构的圆心。此外，安装环1可采用不透明的材质，例如金属等，在此不做特殊限定。

在本实施方式中，激光发射单元2可以是激光器，对于激光器的类型在此不做特殊限定，只要能发射激光即可。激光发射单元2可通过粘接、卡接或利用螺钉连接等方式固定于安装环1的内壁；同时，激光发射单元2可向预设方向发射激光；举例而言，当安装环1为圆形，即安装环1为圆环时，安装环1与探针6可同轴设置，该预设方向可以是该圆环的径向，在探针6未发生偏移时，激光发射单元2发射的激光可沿安装环1的径向照射在探针6上。此外，探针6可为不透明的材质，以保证其可反射照射在其上的激光。

在本实施方式中，第一激光接收单元3可通过粘接、卡接或利用螺钉等连接件连接等方式固定于安装环1的内壁；且第一激光接收单元3可接收照射在探针6上并被探针6反射的激光，并可根据接收到的激光产生相应电信号，该电信号可以是模拟信号，例如模拟电流信号或模拟电压信号等。

第一激光接收单元3可以包括N个光敏元件31，N≥2，例如，N可以是2、3、4等；光敏元件31可以是硅光电池或其它能进行光电转换的元件；且光敏元件31的形状在此不做特殊限定，其可以是圆形、方形等；光敏元件31的尺寸可视安装环1的尺寸而定。上述的N个光敏元件31均可固定于安装环1的内壁，并环绕上述激光发射单元2设置，且各个光敏元件31在接收到激光后均可输出电信号，N个光敏元件31即可对应输出N个电信号。

举例而言，如图2和图3，第一激光接收单元3可以包括4个硅光电池，各个硅光电池均可为方形的片状结构；且该4个硅光电池可围绕激光发射单元2设置并拼接成一方形区域，且激光发射单元2位于该方形区域的中心；被探针6反射的激光可照射在该方形区域内，并在该方形区域的范围内形成光斑，图3中虚线所示即为该光斑的范围；在探针6未发生偏移时，该光斑位于该方形区域的中心，若探针6偏移，则探针6反射的激光也会发生偏移，该光斑自然也会相应的偏移，从而使各个硅光电池被照射的范围发生变化，各个硅光电池所输出的电信号也会发生相应的变化。

在本实施方式中，如图4所示，处理组件4可根据上述的N个电信号确定一偏差值，且在该偏差值大于第一预定值时，控制台阶仪停止。从而防止台阶仪在探针6偏移较大时仍继续工作，避免造成设备损坏，避免输出误差较大或错误的测量结果，有利于提高测量精度。该第一预定值可以是经验数据，也可以是在探针6处于正常工作所允许的最大偏移程度时所测得的数据。

处理组件4可以包括模数转换器41和计算单元42，其中：

模数转换器41可与第一激光接收单元3连接，可将N个上述电信号对应转换为N个数字信号。

计算单元42可以是PLC、单片机等，或者计算单元42也可直接采用计算机等终端设备。该计算单元42可与模数转换器41连接，并可根据N个数字信号中最大的n个值与最小的n个值确定上述偏差值，n≤N/2；该偏差值可以是N个数字信号中最大的n个值之和与最小的n个值之和的差值。

在上述电信号为模拟电流信号时，处理组件4还可以包括I/V转换器43，模数转换器41可通过I/V转换器43与第一激光接收单元3连接；I/V转换器43可将N个模拟电流信号转化为N个模拟电压信号，并将N个模拟电压信号输出至模数转换器41，模数转换器41可将N个模拟电压信号转换为N个数字信号。当然，处理组件4也可不包括I/V转换器43，不进行上述将模拟电流信号转化为模拟电压信号的过程，直接将模拟电流信号输出至模数转换器41，由模数转换器41将模拟电流信号转换为数字信号，而后由计算单元42确定偏差值。

举例而言，上述的4个硅光电池可以对应输出I₁、I₂、I₃和I₄这4个模拟电流信号；I/V转换器43可将I₁、I₂、I₃和I₄对应转换为4个电压信号；模数转换器41可将接收到4个模拟电压信号转换为4个数字信号，即U₁、U₂、U₃和U₄，且U₁＞U₂＞U₃＞U₄；计算单元42可对接收到的U₁、U₂、U₃和U₄进行计算，得到偏差值，该偏差值＝(U₁+U₂)－(U₃+U₄)；计算单元42可将偏差值与第一预定值进行比较，在偏差值大于第一预定值时，计算单元42可控制台阶仪停止；在偏差值小于或等于第一预定值时，则台阶仪则可正常工作。

在本实施方式中，上述探针检测装置还可以包括第二激光接收单元7。

第二激光接收单元7可以是激光接收器等能接收激光并能根据接收到的激光输出电信号的元件。且第二激光接收单元7可通过焊接、卡接、粘接或利用螺钉连接等方式固定于安装环1的内壁，且第二激光接收单元7可与上述激光发射单元2正对设置，也就是说，在探针6未发生偏移时，第二激光接收单元7和激光发射单元2可关于探针6对称。

上述的处理组件4还可与第二激光接收单元7连接，并可检测是否接收到第二激光接收单元7发出的电信号，若未接收到第二激光接收单元7发出的电信号，说明激光发射单元2发射的激光未能照射到探针6而是直接照射到第二激光接收单元7上，探针6的偏移过大，已经无法计算上述偏差值，此时，处理组件4可控制台阶仪停止。

在本实施方式中，上述探针检测装置还可以包括图像采集组件8和照明组件9，其中：

图像采集组件8可以是CCD图像传感器或者其它可获取图像的传感器，当然，图像采集组件8也可以直接采用摄像头等设备；图像采集组件8可通过一转轴转动连接于探头5上，或者也可通过其它方式转动连接于探头5上，从而可通过图像采集组件8获取探针6端部的图像，并可通过转动图像采集组件8调节拍摄角度，以便获取到清晰的图像。

照明组件9可以是LED灯、探照灯等具有照明作用的部件，在此不对其类型做特殊限定。该照明组件9也可通过一转轴转动连接于探头5上，或者也可通过其它方式转动连接于探头5上；照明组件9与图像采集组件8可对称设置安装环1的两侧，从而可通过照明组件9为图像采集组件8提供照明，以便获取更加清晰的探针6的图像；由于照明组件9可转动，从而有利于调节照明角度。

在本实施方式中，上述探针检测装置还可以包括显示装置，该显示装置可以是液晶显示器等，可显示第一激光接收单元3和第二激光接收单元7输出的电信号的数值，也可显示偏差值等。

在本公开探针检测装置的第二种实施方式

本实施方式的探针检测装置可参考上述第一种实施方式中的探针检测装置，不同点在于：

在本实施方式中，激光发射单元2和第一激光接收单元3可集成于一激光收发器，既能以预定方向发射激光，又能接收被探针6反射的激光，并根据接收到的激光输出电信号，该电信号可以是模拟信号，例如模拟电流信号或模拟电压信号。

在本实施方式中，模数转换器41可将激光收发器输出的电信号转换为数字信号；计算单元42可根据数字信号与第二预定值确定偏差值，该偏差值可为该数字信号与第二预定值的差值的绝对值。

在该电信号为模拟电流信号时，可通过I/V转换器43将模拟电流信号转化为模拟电压信号，并将该模拟电压信号输出至模数转换器41；当然，也可以没有I/V转换器43，不进行上述将模拟电流信号转化为模拟电压信号的过程，直接将模拟电流信号输出至模数转换器41，由模数转换器41直接将模拟电流信号转化为数字信号。

举例而言，上述的激光收发器可以输出模拟电流信号；I/V转换器43可将该模拟电流信号转换为模拟电压信号；模数转换器41可将模拟电压信号转换为数字电压信号；计算单元42可计算数字电压信号和第二预定值的差值的绝对值作为偏差值；计算单元42还可将偏差值与第一预定值进行比较，并在偏差值大于第一预定值时，控制台阶仪停止，偏差值小于或等于第一预定值时，则不控制台阶仪停止。

本实施方式的探针检测装置的其它构成可参考上述探针检测装置的第一种实施方式，在此不再详述。

本公开示例实施方式还提供一种台阶仪，本实施方式的台阶仪可以包括探头5、探针6和上述任一实施方式的探针检测装置，其中：

探针6的一端可穿入探头5并连接，且探针6可相对探头5进行一定程度的伸缩；探针检测装置的安装环1固定于探头5上并环绕探针6设置。

本公开示例实施方式台阶仪的其它构成可参考现有台阶仪，在此不在详述。

本公开示例实施方式的台阶仪及探针检测装置，可通过激光发射单元2向预设方向发射激光，使照射在探针6上的激光被探针6反射后照射在第一激光接收单元3上，第一激光接收单元3可据以产生电信号；且随着探针6的移动，第一激光接收单元3被激光照射的区域也发生变化，因而该电信号也随着探针6的偏移而变化；处理组件4可根据该电信号实时确定偏差值，该偏差值可反映探针6的偏移量，处理组件4可在偏差值大于第一预定值时，控制台阶仪停止；此外，安装环1环绕探针6设置，可避免对探针6的安装和拆卸造成干涉。从而在探针6的偏移量过大时，及时停止台阶仪，以便调整探针6，避免测量结果的误差过大，并防止探针6损坏。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种探针检测装置，应用于台阶仪，所述台阶仪包括探头和连接于所述探头的探针，其特征在于，所述探针检测装置包括：

安装环，连接于所述探头并环绕所述探针设置；

激光发射单元，设于所述安装环的内壁，用于向预设方向发射激光；

第一激光接收单元，设于所述安装环内壁，用于接收照射在所述探针而反射的激光并据以产生电信号；

处理组件，用于根据所述电信号确定一偏差值，且在所述偏差值大于第一预定值时，控制所述台阶仪停止。

2.根据权利要求1所述的探针检测装置，所述第一激光接收单元包括环绕所述激光发射单元设置的N个光敏元件，且N个所述光敏元件用于输出N个所述电信号；其中，N≥2；

所述处理组件用于根据N个所述电信号确定所述偏差值。

3.根据权利要求2所述的探针检测装置，其特征在于，所述处理组件包括：

模数转换器，与所述第一激光接收单元连接，用于将N个所述电信号转换为N个数字信号；

计算单元，与所述模数转换器连接，用于根据N个所述数字信号中最大的n个值与最小的n个值确定所述偏差值；其中，n≤N/2。

4.根据权利要求2所述的探针检测装置，其特征在于，所述光敏元件的数量为四个，且所述光敏元件均为方形。

5.根据权利要求4所述的探针检测装置，其特征在于，所述光敏元件为硅光电池。

6.根据权利要求1所述的探针检测装置，其特征在于，所述激光发射单元和所述第一激光接收单元集成于一激光收发器，所述处理组件用于根据所述激光收发器输出的所述电信号确定所述偏差值。

7.根据权利要求6所述的探针检测装置，其特征在于，所述处理组件包括：

模数转换器，与所述激光收发器连接，用于将所述电信号转换为数字信号；

计算单元，与所述模数转换器连接，用于根据所述数字信号与第二预定值确定所述偏差值。

8.根据权利要求1～7任一项所述的探针检测装置，其特征在于，所述探针检测装置还包括：

第二激光接收单元，设于所述安装环的内壁，并与所述激光发射单元正对设置，用于在接收到所述激光发射单元发出的激光时输出电信号；

所述处理组件用于在接收到所述第二激光接收单元发出的所述电信号时，控制所述台阶仪停止。

9.根据权利要求1所述的探针检测装置，其特征在于，所述探针检测装置还包括：

图像采集组件，可转动地设于所述探头，用于获取所述探针端部的图像；

照明组件，可转动地设于所述探头，且与所述图像采集组件分居所述安装环的两侧，用于为所述图像采集组件提供照明。

10.一种台阶仪，其特征在于，包括：

探头；

探针，连接于所述探头；以及

权利要求1～9任一项所述的探针检测装置。