CN108267102B - 一种段差检测设备及段差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种段差检测设备及段差检测方法，其中，所述段差检测设备包括：用于承载待检测基板的基板承载装置；位于基板承载装置上方的导轨；控制主机；压电陶瓷超声检测组件，与导轨可滑动连接，能够沿着导轨的延伸方向滑动，且与控制主机连接，用于接收控制主机输入的电压信号，向待检测基板发射第一超声波信号，接收第一超声波信号经待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据第二超声波信号，确定待检测基板的段差数据。本发明的方案，利用压电陶瓷超声检测组件采用超声波对基板表面进行非接触段差检测，不仅能够对一些段差比较大或者水平位移要求比较高的基板表面进行有效检测，还能够避免划伤基板表面。

Description

一种段差检测设备及段差检测方法

技术领域

本发明涉及设备检测技术领域，尤其涉及一种段差检测设备及段差检测方法。

背景技术

目前，段差检测方法主要采用触针方式对金属膜厚进行测量。例如，在对玻璃基板表面金属膜进行测量时，可首先通过曝光和刻蚀在玻璃基板表面形成金属膜台阶，以便测量金属膜厚度，然后利用触针针对测量位置进行厚度检测。若仅测量玻璃基板的单点位置，可以采用手动多次测量，然后取平均值；若测量多个基板的多点位置的厚度，可以采用自动测量以加快测量速度。

但是，由于目前段差检测是直接利用触针针对基板表面进行检测，受触针设计影响，对曲面玻璃和一些段差比较大或者水平位移要求比较高的基板表面都不能进行有效检测。并且触针属于接触式检测，若压力异常则会造成基板表面划伤。

发明内容

本发明实施例提供一种段差检测设备及段差检测方法，以解决现有采用触针方式的段差检测方法不能有效检测一些段差比较大或者水平位移要求比较高的基板表面，和常常划伤基板表面的问题。

为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供了一种段差检测设备，包括：

用于承载待检测基板的基板承载装置；

位于所述基板承载装置上方的导轨；

控制主机；

压电陶瓷超声检测组件，与所述导轨可滑动连接，能够沿着所述导轨的延伸方向滑动，且与所述控制主机连接，用于接收所述控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据。

可选的，所述压电陶瓷超声检测组件包括：

压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上具有压电陶瓷电极，用于在超声波产生阶段，通过所述压电陶瓷电极接收所述控制主机输入的电压信号，发生形变并产生所述第一超声波信号，向所述待检测基板发射所述第一超声波信号，并在超声波接受阶段，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，发生形变并生成反馈电压信号，通过所述压电陶瓷电极输出所述反馈电压信号至分析装置；

分析装置，用于根据所述反馈电压信号，确定所述待检测基板的段差数据。

可选的，所述压电陶瓷超声检测组件还包括：

位于所述压电陶瓷片背向所述基板承载装置的一侧的检测电容，所述检测电容包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第一极板位于所述第二极板背向所述压电陶瓷片的一侧，所述第二极板贴附在所述压电陶瓷片上，用于随着所述压电陶瓷片的形变而发生形变，以改变所述检测电容的电容值；

所述分析装置还用于获取所述检测电容的所述第一极板和所述第二极板之间的电压差信号，并根据所述反馈电压信号以及所述电压差信号，确定所述待检测基板的段差数据。

可选的，所述第二极板是所述压电陶瓷片上的一层金属镀膜。

可选的，所述压电陶瓷超声检测组件还包括：

位于所述压电陶瓷片背向所述基板承载装置的一侧的屏蔽片，用于屏蔽所述压电陶瓷超声检测组件上方的电场。

可选的，所述压电陶瓷超声检测组件还包括：

位于所述压电陶瓷片和所述基板承载装置之间的方向聚集罩，用于形成一超声波传播空间并将所述第一超声波信号和第二超声波信号限定在所述超声波传播空间内。

可选的，所述段差检测设备还包括：

用于安装所述导轨的连接部件。

可选的，所述段差检测设备还包括：

用于调整所述基板承载装置和所述压电陶瓷超声检测组件的相对位置的移动单元。

第二方面，本发明实施例还提供了一种段差检测方法，包括：

将压电陶瓷超声检测组件移动到待检测基板的上方；

控制所述压电陶瓷超声检测组件接收控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据。

可选的，所述方法具体包括：

按照预设的多个坐标点依次将所述压电陶瓷超声检测组件移动到所述待检测基板的所述多个坐标点的上方；

在所述多个坐标点中的每一个坐标点，控制所述压电陶瓷超声检测组件接收所述控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据，以得到所述待检测基板的每一个坐标点的段差数据。

在本发明实施例中，通过利用压电陶瓷超声检测组件采用超声波对基板表面进行非接触段差检测，不仅能够对一些段差比较大或者水平位移要求比较高的基板表面进行有效检测，还能够避免划伤基板表面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例的段差检测设备的结构示意图；

图2表示本发明实施例的段差检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种段差检测设备，包括用于承载待检测基板的基板承载装置11、位于基板承载装置11上方的导轨12、控制主机(图未示)和压电陶瓷超声检测组件13。

其中，压电陶瓷超声检测组件13与导轨12可滑动连接，能够沿着导轨12的延伸方向滑动，以移动到待检测基板的上方进行检测。且压电陶瓷超声检测组件13还与控制主机连接，用于接收控制主机输入的电压信号，向待检测基板发射第一超声波信号，接收第一超声波信号经待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据第二超声波信号，确定待检测基板的段差数据。控制主机可包括电源电路、脉冲发生及调节电路、压电控制及驱动电路等，用于控制段差检测设备，该脉冲发生及调节电路可调节输入至压电陶瓷超声检测组件13的电压信号。

本发明实施例的段差检测设备，利用压电陶瓷超声检测组件采用超声波对基板表面进行非接触段差检测，不仅能够对一些段差比较大或者水平位移要求比较高的基板表面进行有效检测，还能够避免划伤基板表面。

具体的，参见图1所示，该压电陶瓷超声检测组件13包括压电陶瓷片131和分析装置(图未示)。该压电陶瓷片131上具有压电陶瓷电极1311，用于在超声波产生阶段，通过压电陶瓷电极1311接收控制主机输入的电压信号，发生形变并产生第一超声波信号，向待检测基板发射第一超声波信号，并在超声波接受阶段，接收第一超声波信号经待检测基板反射回的第二超声波信号，发生形变并生成反馈电压信号，通过压电陶瓷电极1311输出反馈电压信号至分析装置。该分析装置用于根据反馈电压信号，确定待检测基板的段差数据。

需说明的是，在根据反馈电压信号确定待检测基板的段差数据时，分析装置可基于预先存储的反馈电压信号和基板的段差数据的对应关系，确定与反馈电压信号对应的待检测基板的段差数据。压电陶瓷片的功能类似于压电超声波转换器的功能，其利用压电晶体谐振工作，主要具有两个压电晶片和一个共振板。当压电陶瓷片外加电压脉冲信号，信号频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波(超声波产生阶段)，此时其为超声波发生器；若未加电压，当共振板接受到超声波(超声波接受阶段)时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电压信号，此时其是超声波接受转换器。

此外需注意的是，根据反馈电压信号确定待检测基板的段差数据的一个前提条件是：压电陶瓷片与待检测基板的间距是确定的。当压电陶瓷片与待检测基板的间距不同时，因超声波传播损耗等因素，对于相同的反馈电压信号，可能对应于不同的段差数据。超声波信号发射到基板表面后，基板表面越高对应反射的超声波信号越强。压电陶瓷片与待检测基板的间距可通过超声波测量。而超声波测距原理为：若超声波发生器T在某一时刻发射出一个超声波信号，该超声波信号遇到被测物体后反射回来并被超声波接收器R所接受，从发射超声波信号到接受反射信号所用的时间为t，则超声波发生器与被测物体的间距d为：d＝s/2＝(c*t)/2；其中s为超声波的来回路程，c为声速。

进一步的，参见图1所示，该压电陶瓷超声检测组件13还可包括位于压电陶瓷片131背向基板承载装置11的一侧的检测电容132。该检测电容132包括相对设置的第一极板1321和第二极板1322，该第一极板1321位于第二极板1322背向压电陶瓷片131的一侧，该第二极板1322贴附在压电陶瓷片131上，用于随着压电陶瓷片131的形变而发生形变，以改变检测电容132的电容值。优选的，该第一极板1321可通过环氧胶进行固定，该第二极板1322可以是压电陶瓷片131上的一层金属镀膜。

该分析装置还用于获取检测电容132的第一极板1321和第二极板1322之间的电压差信号，并根据反馈电压信号和电压差信号，确定待检测基板的段差数据。该检测电容132的电压差信号为补偿信号，用于对压电陶瓷片131的反馈电压信号进行补正或修正。

具体的，分析装置在根据反馈电压信号和电压差信号，确定待检测基板的段差数据时，可利用反馈电压信号加上或者减去检测电容的电压信号，得到修正电压信号，并根据预先存储的修正电压信号和基板的段差数据的对应关系，确定与修正电压信号对应的待检测基板的段差数据。至于是利用反馈电压信号加上还是减去检测电容的电压信号，可基于实际应用情况而定，本发明不对此进行限定。

由于基板表面段差数据的数量级为微米级别，非常精细，压电陶瓷片在生成反馈电压信号时发生了形变，形变会影响压电陶瓷片与待检测基板上超声波反射点的距离而影响段差数据，因此利用检测电容的电压信号对压电陶瓷片的反馈电压信号进行修正，得到修正电压信号，并根据修正电压信号确定待检测基板的段差数据，能够提高最终确定的段差数据的精度。

进一步的，参见图1所示，该压电陶瓷超声检测组件13还可包括位于压电陶瓷片131背向基板承载装置11的一侧的屏蔽片133。该屏蔽片133用于屏蔽压电陶瓷超声检测组件13上方的电场，防止其他电场或磁场干扰检测结果，保证利用超声波检测得到的段差数据的精度。可选的，该屏蔽片133可选用导电橡胶、导电泡棉材料、吸波材料等。

进一步的，参见图1所示，该压电陶瓷超声检测组件13还可包括位于压电陶瓷片131和基板承载装置11之间的方向聚集罩134。该方向聚集罩134用于形成一超声波传播空间并将第一超声波信号和第二超声波信号限定在该超声波传播空间内，以使超声方向更加集中。

可选的，该段差检测设备还可包括用于安装导轨12的连接部件。

可选的，该段差检测设备还可包括用于调整基板承载装置11和压电陶瓷超声检测组件13的相对位置的移动单元。其中，该移动单元可以通过设置成将基板承载装置11固定，且压电陶瓷超声检测组件13可XY方向移动来实现，也可以通过设置成将压电陶瓷超声检测组件13固定，且基板承载装置11可XY方向移动来实现，也可以通过设置成基板承载装置11和压电陶瓷超声检测组件13都可XY方向移动来实现。

实际应用中，本发明实施例的段差检测设备可结合三维扫描平台、控制器以及控制和数据采集处理微机(即微型计算机)使用。该段差检测设备可采用快速响应移动式，该三维扫描平台可包括方位扫描机构和俯仰扫描机构，该控制器可包括满足步进电机使用要求的步进电机驱动器、可编程控制器件PLC和通讯接口芯片。三维扫描平台可在控制器、控制和数据采集处理微机的控制下驱动段差检测设备对全彩膜基板进行立体超声扫描，并将所测得的非接触声波检测辐射平坦度存储于控制和数据采集处理微机中。在扫描结束后，将对应不同位置段差的非接触声波检测辐射平坦度进行拼图，形成全彩膜基板的非接触声波检测辐射平坦度分布图。

参见图2所示，本发明实施例还提供了一种段差检测方法，应用于上述段差检测设备，所述方法包括如下步骤：

步骤201：将压电陶瓷超声检测组件移动到待检测基板的上方。

其中，在移动压电陶瓷超声检测组件时，可通过控制压电陶瓷超声检测组件沿着导轨的延伸方向滑动，来使其移动到待检测基板的上方。

步骤202：控制压电陶瓷超声检测组件接收控制主机输入的电压信号，向待检测基板发射第一超声波信号，接收第一超声波信号经待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据第二超声波信号，确定待检测基板的段差数据。

本发明实施例的段差检测方法，通过利用压电陶瓷超声检测组件采用超声波对基板表面进行非接触段差检测，不仅能够对一些段差比较大或者水平位移要求比较高的基板表面进行有效检测，还能够避免划伤基板表面。

本发明实施例中，所述方法具体包括：

按照预设的多个坐标点依次将所述压电陶瓷超声检测组件移动到所述待检测基板的所述多个坐标点的上方；

在所述多个坐标点中的每一个坐标点，控制所述压电陶瓷超声检测组件接收所述控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据，以得到所述待检测基板的每一个坐标点的段差数据。

例如，段差检测设备的检测过程可为：首先，段差检测设备接收存储设备中的基板表面设计图特征识别系统传递的待检测基板的多个坐标点；然后，控制压电陶瓷超声检测组件按照多个坐标点进行移动，压电陶瓷超声检测组件停止在每个坐标点的上方，压电陶瓷超声检测组件处于对焦位置，即压电陶瓷超声检测组件与待检测基板的距离处于预设距离范围内；最后，控制压电陶瓷超声检测组件进行超声扫描，超声波的强度可基于基板段差形态进行调整，通过对反射接受超声波进行差分处理，识别出待检测基板中段差点差异最大点作为基板段差中心，并对压电陶瓷片的反馈电压信号进行记录，同时利用引起的电容电压信号进行补偿，并根据补偿后的电压信号确定段差数据，以得到待检测基板的每一个坐标点的段差数据，最终得到待检测基板的相对于基板段差中心的表面段差变化数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种段差检测设备，其特征在于，包括：

用于承载待检测基板的基板承载装置；

位于所述基板承载装置上方的导轨；

控制主机；

压电陶瓷超声检测组件，与所述导轨可滑动连接，能够沿着所述导轨的延伸方向滑动，且与所述控制主机连接，用于接收所述控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据；

其中，所述压电陶瓷超声检测组件包括：

压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上具有压电陶瓷电极，用于在超声波产生阶段，通过所述压电陶瓷电极接收所述控制主机输入的电压信号，发生形变并产生所述第一超声波信号，向所述待检测基板发射所述第一超声波信号，并在超声波接受阶段，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，发生形变并生成反馈电压信号，通过所述压电陶瓷电极输出所述反馈电压信号至分析装置；

分析装置，用于根据所述反馈电压信号，确定所述待检测基板的段差数据；

位于所述压电陶瓷片背向所述基板承载装置的一侧的检测电容，所述检测电容包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第一极板位于所述第二极板背向所述压电陶瓷片的一侧，所述第二极板贴附在所述压电陶瓷片上，用于随着所述压电陶瓷片的形变而发生形变，以改变所述检测电容的电容值；

所述分析装置还用于获取所述检测电容的所述第一极板和所述第二极板之间的电压差信号，并根据所述反馈电压信号以及所述电压差信号，确定所述待检测基板的段差数据。

2.根据权利要求1所述的段差检测设备，其特征在于，所述第二极板是所述压电陶瓷片上的一层金属镀膜。

3.根据权利要求1所述的段差检测设备，其特征在于，所述压电陶瓷超声检测组件还包括：

位于所述压电陶瓷片背向所述基板承载装置的一侧的屏蔽片，用于屏蔽所述压电陶瓷超声检测组件上方的电场。

4.根据权利要求1所述的段差检测设备，其特征在于，所述压电陶瓷超声检测组件还包括：

位于所述压电陶瓷片和所述基板承载装置之间的方向聚集罩，用于形成一超声波传播空间并将所述第一超声波信号和第二超声波信号限定在所述超声波传播空间内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的段差检测设备，其特征在于，所述段差检测设备还包括：

用于安装所述导轨的连接部件。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的段差检测设备，其特征在于，所述段差检测设备还包括：

用于调整所述基板承载装置和所述压电陶瓷超声检测组件的相对位置的移动单元。

7.一种段差检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的段差检测设备，所述方法包括：

将压电陶瓷超声检测组件移动到待检测基板的上方；

控制所述压电陶瓷超声检测组件接收控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据；

所述根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据，包括：

根据反馈电压信号以及电压差信号，确定所述待检测基板的段差数据；

其中，所述反馈电压信号是所述压电陶瓷超声检测组件包括的压电陶瓷片基于所述第二超声波信号发生形变而生成；所述电压差信号是所述压电陶瓷超声检测组件包括的检测电容的第一极板和第二极板之间的电压差信号，所述检测电容位于所述压电陶瓷片背向所述基板承载装置的一侧，所述第一极板位于所述第二极板背向所述压电陶瓷片的一侧，所述第二极板贴附在所述压电陶瓷片上，用于随着所述压电陶瓷片的形变而发生形变，以改变所述检测电容的电容值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括：

按照预设的多个坐标点依次将所述压电陶瓷超声检测组件移动到所述待检测基板的所述多个坐标点的上方；

在所述多个坐标点中的每一个坐标点，控制所述压电陶瓷超声检测组件接收所述控制主机输入的电压信号，向所述待检测基板发射第一超声波信号，接收所述第一超声波信号经所述待检测基板反射回的第二超声波信号，并根据所述第二超声波信号，确定所述待检测基板的段差数据，以得到所述待检测基板的每一个坐标点的段差数据。