CN110906893A - 一种环件三坐标检具及利用其的测量方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环件三坐标检具，所述检具在底座上设置有与待测环件相匹配的圆形凹腔，并沿圆形凹腔的外周设置有供三坐标测量机测针伸入的凹槽；本发明提供的所述检具通过圆形凹腔实现对环件的固定，凹槽供三坐标测量机的测针伸入，从而能够测量环件的底部和侧面；本发明提供的检具结构简单、加工容易；利用该检具进行环件三坐标测量时，能够有效防止环件在测量过程中变形，保障环件的检测准确度和重复性，提高检测效率，能够很好地应用在半导体或机械加工领域。

Description

一种环件三坐标检具及利用其的测量方法和用途
技术领域
本发明涉及零部件检验技术领域，尤其涉及一种环件三坐标检具及利用其的测量方法和用途。
背景技术
在半导体芯片的生产过程中，靶材溅射中无论是8寸生产线，12寸生产线都会用到环件，环件在其中也参与溅射。环件在溅射机台上安装后，通过电流通电作用，使周围产生磁场，让溅射靶材上面的原子通过磁场能够均匀的附着在晶圆上，环件安装在机台上，开口位置通电时，其他区域与机台不能有接触，不能有导电。
因此需要严格把控环件的尺寸，目前环件的测量主要依靠卡尺和千分尺检测一些简单的尺寸例如高度和壁厚，采用人工测量的方法，效率偏低且准确性和重复性得不到保障，而且对于复杂的尺寸无法进行检测。
机械加工领域常采用三坐标测量机对零部件的尺寸进行检测，但采用三坐标测量机对零部件进行检测时必须保证环件本身的形状不变。而靶材溅射中采用的环件是由板条卷成的，且环件含有开口，在检测过程中容易产生较大的变形，如果产品变形较大，在检测时测针就会错过产品或者撞到产品，不仅无法实现精确测量，而且容易划伤环件。
CN206855298U公开了一种三坐标测量夹具，该夹具上设置有定位点，但该夹具未考虑零部件易变形时如何进行三坐标检测的问题。
CN208140064U公开了一种具有旋转功能的三坐标测量夹具，该夹具在测量过程中能够旋转，但无法解决零部件变形导致无法进行三坐标检测的难题。
CN110160476A公开了一种基于三坐标测量机的连续自动测量系统，其系统包括了一种组合夹具，但该夹具同样无法实现易变形零部件的三坐标检测。
综上，现有三坐标测量机的夹具均未意识到解决易变形零部件的测量问题，导致目前易变形的环件仍然采用手工测量，测量效率低且准确度和重复性无法保障。
因此，需要开发一种便于三坐标测量机对环件进行测量的检具及方法，提高环件的检测效率和准确度。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种环件三坐标检具，所述检具通过在底座上设置有与待测环件相匹配的圆形凹腔，能够固定环件，防止其在检测过程中产生变形；沿圆形凹腔的外周通过设置供三坐标测量机测针伸入的凹槽，从而能够测量环件的底部和侧面，并且检测尺寸范围广；利用该检具进行环件三坐标测量时，能够保障环件的检测准确度和重复性，应用在半导体或机械加工领域，能够提高检测效率，保障产品精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种环件三坐标检具，所述检具包括底座；所述底座上设置有与待测环件相匹配的圆形凹腔；在所述底座上，沿圆形凹腔的外周设置有供三坐标测量机测针伸入的凹槽。
本发明提供的环件三坐标检具通过在底座上设置有与待测环件相匹配的圆形凹腔，能够固定环件，防止其在检测过程中产生变形。沿圆形凹腔的外周设置的供三坐标测量机测针伸入的凹槽能够测量环件的底部和侧面，从而能够测量复杂的尺寸，提高检测效率和准确度。
优选地，所述圆形凹腔的深度为45～60mm，例如可以是45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm、51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm或60mm，优选为48～55mm。
优选地，所述凹槽的深度小于圆形凹腔的深度。
本发明通过设置小于圆形凹腔深度的凹槽，为的是方便三坐标测量机的测针从凹槽伸入，从而能够测量复杂尺寸，提高可测量尺寸的范围。
优选地，所述凹槽比圆形凹腔的深度小10～15mm，例如可以是10mm、10.5mm、11mm、11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm或15mm。
优选地，所述凹槽沿圆形凹腔的外周呈等角度分布。
本发明提供的检具四周的凹槽沿圆形凹腔的外周呈等角度分布，能够更方便测针从各个方向伸入对环件的底部和侧面进行检测。
优选地，所述凹槽的个数为2～4个，例如可以是2个、3个或4个，优选为3个。
优选地，所述凹槽为弧形凹槽。
优选地，所述弧形凹槽的宽度大于45mm，例如可以是46mm、47mm、48mm、49mm、50mm、55mm、58mm、60mm、70mm、80mm或90mm，优选为50～80mm。
优选地，所述弧形凹槽的弧度为0.35～0.55，例如可以是0.35、0.36、0.37、0.38、0.40、0.41、0.45、0.46、0.48、0.50、0.52、0.53或0.55，优选为0.40～0.50。
本发明优选弧形凹槽的弧度为0.35～0.55，确保探针能够伸入的同时，保障底座圆形凹腔对环件的固定作用，能够更好地防止环件在检测过程中产生变形。
优选地，所述底座的高度为90～110mm，例如可以是90mm、91mm、92mm、94mm、95mm、96mm、97mm、98mm、99mm、100mm、102mm、104mm、105mm、108mm或110mm，优选为95～105mm。
优选地，所述底座为圆形底座、矩形底座或三角形底座，优选为矩形底座。
本发明优选矩形底座，能够更好地防止圆形凹腔在检测过程中随环件产生变形，更好地保障检测的准确度。
优选地，所述矩形底座的长为550～800mm，例如可以是550mm、560mm、580mm、600mm、620mm、650mm、680mm、700mm、720mm、750mm、760mm、780mm或800mm，优选为580～750mm。
优选地，所述矩形底座的宽为550～800mm，例如可以是550mm、560mm、580mm、600mm、620mm、650mm、680mm、700mm、720mm、750mm、760mm、780mm或800mm，优选为580～750mm。
本发明优选矩形底座的长和宽均为550～800mm，在保障环件的凸块能够完全放置在底座上的同时有效节约检具材料，并节省操作空间。
优选地，在所述底座的圆形凹腔内，沿圆形凹腔的内周设置有凸台。
本发明优选在底座的圆形凹腔内，沿圆形凹腔的内周设置凸台，该凸台能够放置环件的底部，使环件的底部有所依托，从而更好地实现对环件的固定，防止环件变形。
优选地，所述凸台与所述凹槽错开设置。
本发明的凸台与凹槽错开设置，以免凸台堵住三坐标测量机测针伸入的凹槽口。
优选地，所述凸台的高度为30～45mm，例如可以是30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm、44mm或45mm，优选为33～40mm。
本发明将凸台的高度控制为30～45mm，一方面保障环件底部位于凸台上的同时环件的凸块能够位于圆形凹腔四周的底座上，更好地防止环件变形；另一方面，能够使环件底部部分悬空，更有利于测针对环件底部的测量。
优选地，所述凸台的个数为2～8个，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个，优选为4～6个。
优选地，所述凸台为弧形凸台。
优选地，所述弧形凸台的宽度为5～30mm，例如可以是5mm、7mm、8mm、10mm、12mm、15mm、16mm、18mm、20mm、22mm、25mm、27mm、29mm或30mm，优选为10～15mm。
本发明优选弧形凸台的宽度为5～30mm，在保障环件放置的同时可节约材料。
优选地，所述弧形凸台的弧度为0.17～0.35，例如可以是0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.24、0.25、0.28、0.30、0.32或0.35，优选为0.20～0.30。
本发明优选采用弧度为0.17～0.35的多个凸台，在保障环件底部放置的同时，能够在环件底部留出空间，更加方便三坐标测量机对环件尺寸的测量，进一步提高测量效率。
本发明对检具的材质没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知任何可用于检具的材质，例如可以是泡沫或橡胶等。
优选地，所述检具的材质为泡沫。
本发明优选检具的材质为泡沫，这是由于泡沫具有一定的弹性且其硬度低，不会划伤环件。
优选地，在所述底座的上表面，沿圆形凹腔的外周设置有胶带层。
本发明沿圆形凹腔的外周设置有胶带层，这是由于检具本身的材质难以清洗，易污染环件，采用胶带层可直接利用抹布擦洗，操作方便，可有效避免环件在检测过程中被污染。
优选地，所述胶带层的宽度为50～80mm，例如可以是50mm、52mm、55mm、58mm、60mm、62mm、65mm、68mm、70mm、72mm、75mm、78mm或80mm，优选为55～70mm。
本发明优选胶带层的宽度为50～80mm，保障环件凸块接触之处均覆盖有胶带层的同时避免材料的浪费。
第二方面，本发明提供一种环件三坐标测量方法，所述方法利用第一方面所述的环件三坐标检具进行测量。
本发明第二方面提供的环件三坐标测量方法利用第一方面所述的检具进行，可保障环件在检测过程中不产生变形，实现自动化检测，保障了环件的检测准确度和重复性。
优选地，所述方法包括：将待测环件置于检具的圆形凹腔中，使待测环件的凸块置于圆形凹腔外周的底座上，再利用三坐标测量机测量待测环件的尺寸。
本发明提供的环件三坐标测量方法通过将待测环件置于检具的圆形凹腔中，并使待测环件的凸块置于圆形凹腔外周的底座上，能够在检测过程中固定环件，防止环件变形，提高环件检测的准确度和重复性。
优选地，所述方法包括：将三坐标测量机的测针伸入凹槽，检测待测环件的侧壁和/或底部。
第三方面，本发明提供第一方面所述的环件三坐标检具在半导体和/或机械加工领域中的用途。
本发明提供的环件三坐标检具能够保障环件在检测过程中不产生变形，提高了易变形环件的检测效率和准确度，应用在半导体或机械加工领域，能够提高检测效率，保障产品精度。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的环件三坐标检具能够有效地固定待测环件，防止其在检测过程中产生变形，使易变形的环件也可采用三坐标测量机进行测量；
(2)本发明提供的环件三坐标检具结构简单，加工容易；
(3)本发明提供的环件三坐标测量方法可自动检测，检测效率高，节省了人力成本，同时能够保障准确度和重复性，其中，针对285mm和379.53mm环件各部位测量5次的均方差≤2.02％，平均值相对误差均≤0.5640％。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的环件三坐标检具的俯视图。
图2是本发明实施例1提供的环件三坐标检具的左视图。
图3是本发明实施例1提供的环件三坐标检具放置待测环件后A-A截面的剖视图。
图中：1-底座；2-圆形凹腔；3-弧形凹槽；4-弧形凸台；100-待测环件A；101-凸块。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
待测环件A：所述环件包括直径为379.53mm，高度为50.8mm的圆环和设置在圆环外表面的7个圆柱形凸块，所述圆柱形凸块的直径为20.3mm，长度为23mm，圆环的壁厚为8mm。
待测环件B：所述环件包括直径为285mm，高度为70mm的圆环和设置在圆环外表面的呈等角度分布的3个边长为13mm的凸块，所述圆环的壁厚为5mm。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种针对待测环件A的三坐标检具，如图1和图2所示，所述检具包括边长为600mm的正方形底座1，底座1的高度为100mm；
所述底座1正中心设置有直径为379.55mm，深度为50mm的圆形凹腔2；
在所述底座1上，沿圆形凹腔2的外周设置有3个等角度分布的供三坐标测量机测针伸入的弧形凹槽3，所述弧形凹槽3的宽度为50mm，深度为35mm，弧度为0.4171，外弧长为100mm；
在所述底座1的圆形凹腔2内，沿圆形凹腔2的内周与弧形凹槽3错开设置有6个弧形凸台4，所述弧形凸台4的高度为34.75mm，宽度为15mm，弧度为0.2108，外弧长为40mm；
在所述底座1的上表面，沿圆形凹腔2的外周设置有宽度为55mm的胶带层。
如图3所示，待测环件100整体置于检具的圆形凹腔2内，待测环件100的底部放置在凸台4上，待测环件100的凸块101放置在圆形凹腔2外周的底座1上。
实施例2
本实施例提供一种针对待测环件B的三坐标检具，所述检具包括边长为400mm的正方形底座，底座的高度为80mm；
所述底座正中心设置有直径为285.02mm，深度为40mm的圆形凹腔；
在所述底座上，沿圆形凹腔的外周设置有3个等角度分布的供三坐标测量机测针伸入的弧形凹槽，所述弧形凹槽的宽度为65mm，深度为30mm，弧度为0.3855，外弧长为80mm；
在所述底座的圆形凹腔内，沿圆形凹腔的内周与弧形凹槽错开设置有3个弧形凸台4，所述弧形凸台4的高度为11.5mm，宽度为10mm，弧度为0.1754，外弧长为25mm；
在所述底座的上表面，沿圆形凹腔的外周设置有宽度为55mm的胶带层。
二、检测方法及结果
实施例1和实施例2提供的环件三坐标检具的应用方法包括：
将待测环件置于检具的圆形凹腔中，使待测环件的凸块置于圆形凹腔外周的底座上，再利用三坐标测量机测量待测环件的尺寸；将三坐标测量机的测针从凹槽伸入，检测待测环件的侧壁和/或底部，从而对环件的壁厚、高度和凸块等尺寸进行测量。
采用以上方法对各个尺寸重复测量5次，计算测量方法的平均值、均方差、绝对误差和相对误差，实施例1和实施例2的具体测量结果分别如表1和表2所示。
表1
Figure BDA0002326517710000091
Figure BDA0002326517710000101
表2
Figure BDA0002326517710000102
从表1可以看出：利用实施例1提供的环件检具进行环件三坐标检验，重复测量5次的重复性高，其中均方差≤0.31％，且针对圆环直径5次测量的均方差仅为0.03％，表明5次测量结果均在标准值附近，偏差较小；同时5次测量的平均值与标准值的绝对误差≤3.34％，其中尺寸较小，容易出现测量误差的壁厚的绝对误差也仅为2.22％，相对误差仅为0.2775％，符合环件测量的精度要求，表明实施例1提供的环件检具在检验过程中能够很好地通过圆形凹腔实现对环件的固定，有效防止环件在测量过程中变形，提高检测的重复性和准确度。
从表2可以看出：利用实施例2提供的环件检具进行环件三坐标检验，每次测量的数据均与标准值偏差较小，针对环件的各尺寸测量5次的平均值与标准值差距较小，其平均值的绝对误差的绝对值均≤5.90％，而相对误差的绝对值均≤0.5640％，符合环件检测的精度要求，各尺寸5次测量的均方差≤2.02％，重复性效果好，由此表明，实施例2提供的环件检具能够有效防止环件在测量过程中变形，确保环件三坐标测量的精度和准确度。
综上可知：本发明提供的环件检具能够有效防止环件在测量过程中变形，针对不同尺寸的环件的不同部位均能实现三坐标自动化测量，测量多次的均方差、相对误差和绝对误差均较小，其中相对误差均≤0.5640％，均方差≤2.02％，具有高精度、高准确度和良好的重复性的优势，；同时本发明提供的检具结构简单、加工容易；利用该检具进行环件三坐标测量时，还可提高检测效率，能够很好地应用在半导体或机械加工领域。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种环件三坐标检具，其特征在于，所述检具包括底座；
所述底座上设置有与待测环件相匹配的圆形凹腔；
在所述底座上，沿圆形凹腔的外周设置有供三坐标测量机测针伸入的凹槽。
2.根据权利要求1所述的检具，其特征在于，所述圆形凹腔的深度为45～60mm，优选为48～55mm。
3.根据权利要求1或2所述的检具，其特征在于，所述凹槽的深度小于圆形凹腔的深度；
优选地，所述凹槽比圆形凹腔的深度小10～15mm；
优选地，所述凹槽沿圆形凹腔的外周呈等角度分布；
优选地，所述凹槽的个数为2～4个，优选为3个；
优选地，所述凹槽为弧形凹槽；
优选地，所述弧形凹槽的宽度大于45mm，优选为50～80mm；
优选地，所述弧形凹槽的弧度为0.35～0.55，优选为0.40～0.55。
4.根据权利要求1～3任一项所述的检具，其特征在于，所述底座的高度为90～110mm，优选为95～105mm；
优选地，所述底座为圆形底座、矩形底座或三角形底座，优选为矩形底座；
优选地，所述矩形底座的长为550～800mm，优选为580～750mm；
优选地，所述矩形底座的宽为550～800mm，优选为580～750mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的检具，其特征在于，在所述底座的圆形凹腔内，沿圆形凹腔的内周设置有凸台；
优选地，所述凸台与所述凹槽错开设置；
优选地，所述凸台的高度为30～45mm，优选为33～40mm；
优选地，所述凸台的个数为2～8个，优选为4～6个；
优选地，所述凸台为弧形凸台；
优选地，所述弧形凸台的宽度为5～30mm，优选为10～15mm；
优选地，所述弧形凸台的弧度为0.17～0.35，优选为0.20～0.30。
6.根据权利要求1～5任一项所述的检具，其特征在于，在所述底座的上表面，沿圆形凹腔的外周设置有胶带层；
优选地，所述胶带层的宽度为50～80mm，优选为55～70mm。
7.一种环件三坐标测量方法，其特征在于，利用权利要求1～6任一项所述的环件三坐标检具进行测量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将待测环件置于检具的圆形凹腔中，使待测环件的凸块置于圆形凹腔外周的底座上，再利用三坐标测量机测量待测环件的尺寸。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将三坐标测量机的测针伸入凹槽，检测待测环件的侧壁和/或底部。
10.根据权利要求1～6任一项所述的环件三坐标检具在半导体和/或机械加工领域中的用途。
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