CN111006621A - 一种尺寸测量装置及应用于该装置的尺寸测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尺寸测量装置，包括，工作台，其具有一用于置放工件的工作平面；转动部，其能够绕一垂直于工作平面的转动轴转动；驱动装置，其能够驱动转动部绕转动轴转动，并于一周的转动路径内在不同的转动角度停留；测距传感器，其滑动地设置于转动部朝向工作平面的一侧，且其滑动方向指向转动轴；控制器，其能够在转动部处于一停留位置时，控制测距传感器测量其与工件间的距离，且能够在转动部转动一周时控制测距传感器沿滑动方向滑动一预设距离。本方案提供的尺寸测量装置结构非常简单，既能够在保证尺寸测量精度的基础上简化操作，提升测量效率；也能够降低加工制造难度，节省生产成本。

Description

一种尺寸测量装置及应用于该装置的尺寸测量方法

技术领域

本发明属于尺寸测量技术领域，尤其涉及一种尺寸测量装置及应用于该装置的尺寸测量方法。

背景技术

在碳化硅晶体制备技术领域中，碳化硅材料的加工难度大、加工精度高。而通过晶体生长设备对碳化硅原材进行加工得到的晶棒，其表面粗糙、外形不规整，因此不能直接用于后工序的加工。通常需要对晶棒的尺寸进行初步的测量，以为后工序的加工过程提供数据参考。

尤其在对晶棒的高度进行测量时，现有技术通常采用以下两种方式：

1.手动测量，采用游标卡尺和直尺等测量工具对晶棒高度进行测量。这种方式因其花费的成本低、操作简便等特点，成为目前应用最广泛的测量方式。但是，由于晶棒其中一个底面非常不平整，检测人员采用相关测量工具进行测量时，易受人为因素干扰，如测量人员的熟练度、测量操作方法等，测量精度低、偏差大，且每次测量均需要对测量工具进行调整，工作效率低。

2.三坐标测量仪，通过三坐标测量仪对晶棒高度进行测量，虽然在一定程度上能够提升测量的精确性。但是，由于三坐标测量仪的造价较高，使得晶棒的测量成本也大幅提升，且测量效率也不高。

由此可见，现有技术有待于进一步地改进和提高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种尺寸测量装置及应用于该装置的尺寸测量方法。

第一方面，本发明实施例提供一种尺寸测量装置，其包括：

工作台，其具有一用于置放工件的工作平面；

转动部，其能够绕一垂直于工作平面的转动轴转动；

驱动装置，其能够驱动转动部绕转动轴转动，并于一周的转动路径内在不同的转动角度停留；

测距传感器，其滑动地设置于转动部朝向工作平面的一侧，且其滑动方向指向转动轴；

控制器，其能够在转动部处于一停留位置时，控制测距传感器测量其与工件间的距离，且能够在转动部转动一周时控制测距传感器沿滑动方向滑动一预设距离。

在尺寸测量装置的一个实施例中，控制器还能够在转动部转动之前，控制测距传感器测量其与工作平面间的初始距离。

在尺寸测量装置的一个实施例中，还包括：

处理器，其能够对测距传感器测得的与工件间的距离和初始距离进行差值计算，得到工件的最大高度和最小高度。

在尺寸测量装置的一个实施例中，转动部在一周的转动路径内停留时，形成有多个停留位置，多个停留位置将转动路径等分为多个转动行程，相邻两个转动行程的距离相等。

在尺寸测量装置的一个实施例中，控制器在控制测距传感器滑动时，在滑动轨迹上形成有多个停顿点，多个停顿点将滑动轨迹等分为多个滑动行程，相邻两个滑动行程的距离相等。

在尺寸测量装置的一个实施例中，测距传感器在转动部中滑动时，其朝向转动轴滑动，或者背离转动轴滑动。

第二方面，本发明实施例还提供一种尺寸测量方法，应用于上述的装置，包括：

确定测距传感器到工作平面的初始距离，得到第一测量数据；

当测距传感器在转动路径中的任一转动角度停留时，测量其与工件间的距离，得到第二测量数据；

直到测距传感器完成一周的转动之后，沿滑动方向滑动一预设距离；

对第一测量数据和第二测量数据进行差值计算，确定工件的最大高度和最小高度。

在尺寸测量方法的一个实施例中，对第一测量数据和第二测量数据进行差值计算，确定工件的最大高度和最小高度，包括：

将最大差值确定为最小高度，以及将最小差值确定为最大高度。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明提供的尺寸测量装置，对晶棒进行高度测量时采用变位置测量的方式，即通过测距传感器的转动测量到晶棒上底面各点的距离，并随着测距传感器的滑动，使得测量点遍布整个晶棒的上底面，从而得到更加精确的测量数据。由于是直接通过测距传感器进行测量，因此在测量过程中无需对晶棒进行反复定位，从而使得测量效率有极大地提升。此外，本方案中的尺寸测量装置还设置有控制器，其能够对测距传感器的滑动距离进行控制，从而能够控制测距传感器的测量半径，进而能够对尺寸测量的精度进行精细地控制，且这种精细控制相较于现有技术中三坐标测量仪而言，更易于实施，从而简化操作流程，同样可以达到提升测量效率的目的。

本方案提供的尺寸测量装置结构非常简单，既能够在保证尺寸测量精度的基础上简化操作，提升测量效率；也能够降低加工制造难度，节省生产成本。

2、作为本发明实施例的一种优选实施方式，转动部在一周的转动路径中停留时，多个停留位置将一周的转动路径等分为相同的转动行程。这种转动方式能够在最大程度上对晶棒上底面各处进行测量，保证测量的均匀性，防止因晶棒上底面的不平整而导致的测量结果出现较大地误差。同理，测距传感器在进行滑动时，其也是采用等距离滑动的方式，这种方式也是为了减小测量误差的存在。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种尺寸测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种优选实施方式下的尺寸测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种优选实施方式下的转动部的局部放大示意图；

图4为本发明实施例提供的一种尺寸测量方法的流程示意图。

其中，

100工作台、110工作平面；

200转动部、210导轨、220气缸；

300驱动装置；

400测距传感器；

500控制器；

600处理器；

700顶板；

800连接板。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明实施例所涉及的碳化硅晶棒，其形状近似一圆柱体，该圆柱体的一底面较为平整，另一底面则较为粗糙。基于这种晶棒的形状而进行的尺寸测量，其测量的结果主要包括：最大高度和最小高度。

需要注意的是，此处的“高度”一词是为了便于理解而选择的一种描述方式。在碳化硅领域中，技术人员关于晶棒尺寸的描述更多地采用“厚度”来形容上述“高度”，其他例如还可以用“长度”“距离”等具有度量功能的词汇进行表述，本发明实施例对此不作限定。

参照图1所示，本发明实施例提供一种尺寸测量装置，其包括：工作台100、转动部200、驱动装置300、测距传感器400、控制器500以及处理器600。

其中，工作台100具有工作平面110，用于放置晶棒；转动部200能够绕一垂直于工作平面110的转动轴(图中未视出)转动；驱动装置300能够驱动转动部200绕转动轴转动，并于一周的转动路径内在不同的转动角度停留；测距传感器400滑动地设置于转动部200朝向工作平面110的一侧，且其滑动方向指向转动轴；控制器500能够在转动部200处于一停留位置时，控制测距传感器400测量其与晶棒上底面间的距离，且能够在转动部200转动一周时控制测距传感器400沿滑动方向滑动一预设距离。

此外，控制器500还能够在转动部200转动之前，控制测距传感器400测量其与工作平面110间的初始距离。测距传感器400测量初始距离时，晶棒可以放置于工作平面110，也可以不放置于工作平面110。此时，晶棒的位置对于初始距离的测量并无影响。

转动部200绕转动轴转动时，其转动轨迹例如可以为圆形、也可以为方形、甚至其他任何形状，只要其转动轨迹能够覆盖晶棒的上底面即可，本发明实施例对于转动轨迹的具体形状不作限定。优选地，当转动轨迹为圆形时，上述尺寸测量装置的测量效率以及测量的准确度更高。因此，关于本实施例中下述转动轨迹的描述，均是以圆形轨迹为例来进行的阐述。

驱动装置300驱动转动部200转动时，转动部200可以在转动轨迹的任意一处位置停留，且停留的时间也可以为任意时长，本实施例对此并无限定。但是，作为本发明实施例的一种优选实施方式，转动部200在一周的转动路径内停留时，会形成有多个停留位置，多个停留位置将转动路径等分为多个转动行程，相邻两个转动行程的距离相等。换言之，多个停留位置将一周的转动路径等分为相同的转动行程。这种转动方式能够在最大程度上对晶棒上底面各处进行测量，保证测量的均匀性，防止因晶棒上底面的不平整而导致的测量结果出现较大地误差。

需要说明的是，转动部200每次的转动角度一方面根据晶棒的直径来进行设定，另一方面则根据测量精度的要求进行设定。具体地，晶棒的直径越小，其上底面的面积也越小；相应地，尺寸测量需要测量的范围也会越小，而为了保证较高地尺寸测量精度，则需要转动部200每次转动的角度进行适应性地减小。晶棒的直径越大，其上底面的面积也越大；相应地，尺寸测量需要测量的范围也会越大，而为了保证较高地尺寸测量效率，则需要转动部200每次转动的角度进行适应性地增大。

在尺寸测量装置的一个实施例中，测距传感器400在转动部200中滑动时，其朝向转动轴滑动，或者背离转动轴滑动。测距传感器400的这两种滑动方式，均能够实现对于晶棒高度的测量。

控制器500在转动部200转动一周时控制测距传感器400沿滑动方向滑动一预设距离，该预设距离一方面根据晶棒的直径来进行设定，另一方面则根据测量精度的要求进行设定。至于其具体地设定原理，由于与上述转动部200需要转动的角度类似，且上述说明已进行相应地阐述，此处将不再进行说明。

本发明实施例中的测距传感器400，例如可以为超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器等，本实施例对于测距传感器的种类不作限定。

作为本发明实施例的一张优选实施方式，参照图2所示，上述尺寸测量装置还包括：处理器600，其能够对测距传感器400测得的与晶棒上底面间的距离和初始距离进行差值计算，得到晶棒的最大高度和最小高度。其中，将最大差值确定为最小高度，将最小差值确定为最大高度。

需要注意的是，在进行差值计算时，可能会出现最大差值与最小差值的数值相等的情况。此时，可能会存在两种情况，一种是晶棒上底面本身就非常平整，其最大高度和最小高度相同。该种情况下，无需对最大差值与最小差值进行额外的处理；另外一种情况是由于测量过程存在问题而造成的，针对这种情况下，例如可以采用下述方式进行处理：

S1、对所获得的测量数据以及差值计算的结果进行检查，查看是否出现明显地数据或者计算错误；若出现明显错误，将测量数据丢弃，重新开始测量；若无明显错误，执行步骤S2。

S2、重新调节转动部200的转动角度和/或测距传感器400的滑动距离，直到测量数据准确为止。

在尺寸测量装置的一个实施例中，上述工作台还具有顶板700和连接板800，顶板700通过连接板800与工作台100相连接，且转动部200和驱动装置300均固定于顶板700。其中，转动部200与驱动装置300例如可以分别位于顶板700的两侧，并通过转动轴相连接。

优选地，参照图3所示，转动部200例如可以为旋转箱，也可以为旋转架；且该旋转箱可以为圆箱，也可以为方箱，本实施例对于转动部200的具体结构和形状均不作限定。为了便于理解，本实施例以圆箱为例来进行说明。其中，转动部200内还可以设置有导轨210和气缸220，气缸220驱动测距传感器400沿导轨210进行滑动。气缸220例如可以为液压缸、也可以为气压缸，对于气缸220的种类，本实施例并无限定。

关于测距传感器400在转动部200中是基于何种结构而实现的滑动，本实施例对此没有限定，例如其可以是基于上述导轨210和气缸220的结构来实现的，其还可以是基于压缩弹簧与气缸的配合来实现的，只要能够满足测距传感器400沿转动部200径向滑动即可。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种尺寸测量的方法，由于该方法的原理与前述尺寸测量装置的原理相似，因此该方法的实施可以参见前述装置的实施，重复之处不再赘述。

参照图4所示，本发明实施例提供的一种尺寸测量的方法，包括如下步骤：

S41、确定测距传感器到工作平面的初始距离，得到第一测量数据。

S42、当测距传感器在转动路径中的任一转动角度停留时，测量其与工件间的距离，得到第二测量数据。

S43、直到测距传感器完成一周的转动之后，沿滑动方向滑动一预设距离。

S44、对第一测量数据和第二测量数据进行差值计算，确定工件的最大高度和最小高度。

在尺寸测量方法的一个实施例中，将最大差值确定为最小高度，以及将最小差值确定为最大高度。

本发明中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种尺寸测量装置，其特征在于，其包括：

工作台，其具有一用于置放工件的工作平面；

转动部，其能够绕一垂直于所述工作平面的转动轴转动；

驱动装置，其能够驱动所述转动部绕所述转动轴转动，并于一周的转动路径内在不同的转动角度停留；

测距传感器，其滑动地设置于所述转动部朝向所述工作平面的一侧，且其滑动方向指向所述转动轴；

控制器，其能够在所述转动部处于一停留位置时，控制所述测距传感器测量其与所述工件间的距离，且能够在所述转动部转动一周时控制所述测距传感器沿所述滑动方向滑动一预设距离。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还能够在所述转动部转动之前，控制所述测距传感器测量其与所述工作平面间的初始距离。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

处理器，其能够对所述测距传感器测得的与所述工件间的距离和所述初始距离进行差值计算，得到所述工件的最大高度和最小高度。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转动部在一周的转动路径内停留时，形成有多个所述停留位置，多个所述停留位置将所述转动路径等分为多个转动行程，相邻两个所述转动行程的距离相等。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器在控制所述测距传感器滑动时，在滑动轨迹上形成有多个停顿点，多个所述停顿点将所述滑动轨迹等分为多个滑动行程，相邻两个所述滑动行程的距离相等。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测距传感器在所述转动部中滑动时，其朝向所述转动轴滑动，或者背离所述转动轴滑动。

7.一种尺寸测量方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-6任一项所述的装置，包括：

确定所述测距传感器到所述工作平面的初始距离，得到第一测量数据；

当所述测距传感器在所述转动路径中的任一所述转动角度停留时，测量其与所述工件间的距离，得到第二测量数据；

直到所述测距传感器完成一周的转动之后，沿所述滑动方向滑动一预设距离；

对所述第一测量数据和所述第二测量数据进行差值计算，确定所述工件的最大高度和最小高度。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述第一测量数据和所述第二测量数据进行差值计算，确定所述工件的最大高度和最小高度，包括：

将所述最大差值确定为所述最小高度，以及将所述最小差值确定为所述最大高度。

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