CN111693647B - 一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置和在线测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置，该透明窗产生装置用于在线测量系统，所述透明窗产生装置的一侧表面为执行面，所述执行面用于朝向待检测的工件设置，所述透明窗产生装置包括至少一组测量通道、至少一组辅助喷气通道、至少一组主环形喷气通道和至少一组环形排气通道，每组所述辅助喷气通道包括至少一个所述辅助喷气通道，每组所述主环形喷气通道包括至少一个所述主环形喷气通道，每组所述环形排气通道包括至少一个所述环形排气通道。本发明还提供一种在线测量系统，能够对工件表面进行精确测量。

Description

一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置和在线测量系统

技术领域

本发明涉及机加工中的在线测量系统，具体地，涉及一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置和一种包括该透明窗产生装置的在线测量系统。

背景技术

在对工件进行机加工时，为了判断工件的表面状态，需要对工件的表面状态进行测量。

现有的测量类型包括在线测量、离线测量和在位测量，其中，因在线测量不会打断正在进行的机加工过程，因此，得到了越来越广泛的应用。

在机加工的过程中刀具与工件相互作用产生大量的热以及大量的切屑，为了提高加工精度、保证工件表面质量以及刀具的寿命，必须使用冷却剂降低加工过程中工件的表面温度。但是，冷却剂的存在容易影响到在线测量的准确性。

因此，如何避免冷却剂对在线测量造成不良影响成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置和一种包括该透明窗产生装置的在线测量系统，所述透明窗产生装置能够在对正在加工的工件进行测量时，降低甚至消除冷却剂对测量的影响。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置，该透明窗产生装置用于在线测量系统，其特征在于，所述透明窗产生装置的一侧表面为执行面，所述执行面用于朝向待检测的工件设置，所述透明窗产生装置包括至少一组测量通道、至少一组辅助喷气通道、至少一组主环形喷气通道和至少一组环形排气通道，每组所述辅助喷气通道包括至少一个所述辅助喷气通道，每组所述主环形喷气通道包括至少一个所述主环形喷气通道，每组所述主环形排气通道包括至少一个所述环形排气通道：

每组所述测量通道都包括探测信号入口、探测信号出口和探测口，所述探测口形成在所述执行面上，且所述测量通道用于将探测信号入口入射的信号引导至所述探测口，并将从探测口入射的信号引导至所述探测信号出口；

每组所述主环形喷气通道对应一组所述测量通道，所述主环形喷气通道的出口形成在所述执行面上，所述主环形喷气通道环绕在相应的所述测量通道外部，且所述主环形喷气通道设置为使得该主环形喷气通道喷出的气体朝远离该主环形喷气通道对应的所述测量通道的方向流动；

每组所述辅助喷气通道对应一组所述测量通道，所述喷气通道的出口形成在所述执行面上，所述喷气通道用于朝相应的所述探测口的外围喷出气体，且所述喷气通道设置为使得该喷气通道喷出的气体朝远离该喷气通道对应的探测口的方向流动；

每组所述环形排气通道对应一组所述主环形喷气通道，所述环形排气通道的入口形成在所述执行面上，所述环形排气通道环绕相应的主环形喷气通道设置。

可选地，每组所述主环形喷气通道包括间隔设置的多个所述主环形喷气通道。

可选地，所述透明窗产生装置还包括至少一条补气通道，在同一组所述主环形喷气通道中，相邻两个所述主环形喷气通道之间设置有所述补气通道。

可选地，相邻两个所述主环形喷气通道之间设置有多个所述补气通道，多个所述补气通道环绕所述主环形喷气通道的轴线均匀间隔设置。

可选地，所述主环形喷气通道包括互相连通的竖直环形喷气通道部和倾斜环形喷气通道部，所述倾斜环形喷气通道的一端开口与所述竖直环形喷气通道部连通，所述倾斜环形喷气通道部的另一端开口形成在所述执行面上。

可选地，所述透明窗产生装置还包括第一进气通道和缓冲腔，每组所述主环形喷气通道对应一个所述缓冲腔和一个所述第一进气通道，所述缓冲腔与相应的所述主环形喷气通道的背离所述执行面的开口连通，所述第一进气通道的一端开口与相应的所述缓冲腔连通，所述第一进气通道的另一端所述透明窗产生装置的外部相通。

可选地，在远离所述执行面的方向上，所述环形排气通道的内径逐渐增加。

可选地，所述透明窗产生装置包括多个环形排气通道，该多个所述环形排气通道同轴设置，

位于内圈的至少一个所述环形排气通道的一部分的宽度小于该环形排气通道其余部分的宽度；

位于最外圈的环形排气通道的宽度大于位于内圈的环形排气通道的宽度。

可选地，所述透明窗产生装置包括装置本体，所述测量通道、所述辅助喷气通道、所述主环形喷气通道、和所述环形排气通道均形成在所述装置本体内，且所述测量通道的探测信号入口、所述测量通道的探测信号出口、所述主环形喷气通道的入口、所述环形排气通道的出口均位于所述装置本体的外表面上。

可选地，所述装置本体包括主体部和形成在所述主体部上的底盘，所述主体部上形成有用于朝向所述工件的工作表面，所述底盘环绕所述主体部的工作表面设置，且所述底盘的底面与所述工作表面平齐。

可选地，所述测量通道包括第一测量通道和第二测量通道，所述第一测量通道的一端开口形成为所述探测信号入口，所述第二测量通道的一端开口形成为所述探测信号出口，所述第一测量通道的轴线与所述第二测量通道的轴线相交，以使得所述第一测量通道的另一端开口和所述第二测量通道的另一端开口相通，并形成为所述探测口；

通过所述探测信号入口入射至所述第一测量通道的探测信号能够通过所述探测口出射并到达待测工件的表面，所述工件的表面反射的信号能够进入所述探测口，并在所述第二测量通道的引导下从所述探测信号出口出射。

可选地，所述透明窗产生装置还包括第一防护管和第二防护管。

所述第一防护管设置在所述装置本体上，且环绕所述探测信号入口设置；

所述第二防护管设置在所述装置本体上，且环绕所述探测信号出口设置。

可选地，所述透明窗产生装置还包括成对的安装件，所述安装件设置在所述装置本体上，且同一对中两个所述安装件分别位于所述装置本体的两侧。

可选地，所述测量通道、所述辅助喷气通道、所述主环形喷气通道中，任意两者之间均互相独立且间隔。

作为本公开的第二个方面，提供一种在线测量系统，所述在线测量系统用于测量工件表面状态，所述测量系统包括测量传感器，其中，所述测量系统还包括本公开所提供的上述透明窗产生装置，所述透明窗产生装置用于排开工件表面的液体，所述测量传感器用于向所述探测信号入口发出探测信号，并且用于接收从所述探测信号出口反射的信号。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开所提供的透明窗产生装置的一种实施方式的结构示意图；

图2是本公开所提供的透明窗产生装置的另一种实施方式的工作原理图；

图3所示的是本公开所提供的透明窗产生装置的另一种实施方式的仰视图；

图4所示的是透明窗产生装置中各通道之间的位置关系示意图；

图5所示的是补气通道的设置位置示意图；

图6所示是本公开所提供的在线测量系统的立体示意图；

图7是图6所提供的在线测量系统的主视图；

图8是实验例1所形成的透明窗的示意图；

图9是实验例2所形成的透明窗的示意图；

图10是不同条件下，硅晶圆表面形貌曲线；

图11是不同条件下，凸起工件的形貌曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的第一个方面，如图1所示，提供一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置100，该透明窗产生装置用于在线测量系统，其中，所述透明窗产生装置的一侧表面为执行面，所述执行面用于朝向待检测的工件设置，所述透明窗产生装置包括至少一组测量通道110、至少一组辅助喷气通道、至少一组主环形喷气通道和至少一组环形排气通道。每组所述辅助喷气通道包括至少一个辅助喷气通道120，每组所述主环形喷气通道包括至少一个所述主环形喷气通道130，每组所述环形排气通道包括至少一个所述环形排气通道140。

每组所述测量通道都包括探测信号入口、探测信号出口和探测口，所述探测口形成在所述执行面上，且所述测量通道用于将探测信号入口入射的信号引导至所述探测口，并将从探测口入射的信号引导至所述探测信号出口。

每组所述主环形喷气通道130对应一组所述测量通道110，所述主环形喷气通道130的出口形成在所述执行面上，所述主环形喷气通道130环绕在相应的测量通道110外部，且主环形喷气通道130设置为使得该主环形喷气通道130喷出的气体朝远离该主环形喷气通道130对应的所述测量通道的方向流动。

每组所述辅助喷气通道对应一组所述测量通道，所述喷气通道的出口形成在所述执行面上，所述喷气通道用于朝相应的所述探测口的外围喷出气体，且所述喷气通道设置为使得该喷气通道喷出的气体朝远离该喷气通道对应的探测口的方向流动。

每组所述环形排气通道140对应一组主环形喷气通道130，环形排气通道140的入口形成在所述执行面上，环形排气通道140环绕相应的主环形喷气通道130设置。

需要指出的是，每组测量通道110都包括探测信号入口、探测信号出口和探测口，所述探测口形成在所述执行面上，且所述测量通道用于将从探测信号入口入射的信号引导至所述探测口，并将从所述探测口入射的信号引导至所述探测信号出口。并且，所谓的从“探测口入射的信号”是指从探测信号入口入射的信号到达工件表面，工件表面将信号反射至探测口，并通过探测口进入探测通道，并经探测通道引导至探测信号出口。

在本公开中，测量通道的组数与辅助喷气通道的组数是相同的，且测量通道的组数与主环形喷气通道的组数也是相同的，测量通道的组数与环形排气通道的组数也是相同的。

本公开所提供的透明窗产生装置100与传感器200配合使用，目的是，在对工件300进行机加工的过程中，对工件300的表面状态进行检测。对工件300进行机加工的过程中，不可避免地会引入加工液体(例如，冷却液A)。在检测时，将透明窗产生装置100的执行面与工件300上待检测的表面相对设置，通过辅助喷气通道120、主环形喷气通道130向待检测的表面喷出气体，以将待检测表面的液体排开，露出待检测表面，在所述执行面和所述待检测表面之间形成“透明窗”。因此，传感器200发出的探测信号可以通过测量通道110的入口进入测量通道、被测量通道110传递至探测口，进入所述透明窗，并到达待检测表面，再由所述待检测表面反射回测量通道110，进一步由测量通道110的探测信号出口出射，最终被传感器200所接收。

在本公开中，通过主环形喷气通道130喷向工件表面的气体可以将与主环形喷气通道130相对的部分的液体排开。由于主环形喷气通道130的出气口与所述探测口是一致的，从而可以确保探测信号到达所述待检测表面。

在向主环形喷气通道130提供气体的同时，也需要向辅助喷气通道120提供气体，如上文中所述，辅助喷气通道120的出气口也设置在执行面上，辅助喷气通道120喷出的气体可以进一步将通过主环形喷气通道130排开的液体向远离探测口的方向排开，确保在执行在线检测的过程中不会存在被主环形喷气通道130排开液体流回所述待检测表面的问题。

此外，由于测量通道110与透明窗连通，辅助喷气通道120还可以对部分从测量通道110逸出的气体进行补偿，有助于维持透明窗内较高的气压。

通过主环形喷气通道130、以及辅助喷气通道120喷出的气体最终通过环形排气通道140排出至透明窗产生装置100的外部，可以避免在线检测的过程中透明窗产生装置100发生振动，进一步提高检测的精度。

在本公开中，对每组主环形喷气通道中主环形喷气通道130的具体数量不做特殊的限定，只要能够确保将液体排开即可。可选地，每组所述主环形喷气通道包括间隔设置的多个主环形喷气通道130。多个主环形喷气通道130设置在辅助喷气通道120的外侧，这样，位于相对较外侧的主环形喷气通道130可以将内侧吹出的液体也起进一步往外排，以在探测通道的探测口与所述待测表面实现透明度更高的透明窗，从而可以提高检测精度。

需要指出的是，多个环形喷气通道结构130在排开液体时不需要依靠高速的气流，可以节省气体的使用量。

图3中所示的是不同主环形喷气通道130的分布示意图。

为了精确地控制气体排开的方向、并避免因喷气而导致透明窗产生装置100发生振动，可选地，如图3所示，同一组中的多个主环形喷气通道130同轴设置。这样，同一组中不同的主环形喷气通道均可以在360度的方向上喷出气体，并且不同角度处，待检侧表面接收到的气体的量都相同，保证透明窗产生装置100在执行检测时的稳定性。

环形喷气通道130使得在喷出气体时各个方向上气体均匀喷出，不需要额外的展开空间，从而可以减小排液装置本身的体积。

在本公开中，如图2所示，辅助喷气通道120通过第二进气通道120a与气体源(例如，气泵)连通。

在本公开中，对主环形喷气通道130的内表面形状不做特殊限定，可选地，主环形喷气通道130的内表面可以为圆锥面，又或者，主环形喷气通道130为喇叭口形。

为了进一步确保“透明窗”内无液体，可选地，如图5所示，透明窗产生装置100还包括至少一组补气通道150，该补气通道150的组数与主环形喷气通道130的组数相同，在同一组主环形喷气通道130中，相邻两个主环形喷气通道130之间设置有补气通道150。

为了确保透明窗产生装置100的稳定性、以及该透明窗产生装置透明窗的透明性，可选地，相邻两个主环形喷气通道130之间设置有多个环绕主环形喷气通道130的轴线均匀间隔设置的所述补气通道。

在本公开中，对相邻两个主环形喷气通道130之间设置的补气通道150的数量不做特殊的限定。例如，相邻两个主环形喷气通道130之间可以设置4至6个补气通道150。

额外设置补气通道150可以克服设置测量通道(下文、以及图4、图5中所示的第一测量通道111和第二测量通道112)带来的喷气不均匀(图4、图5)。

在本发明中，对主环形喷气通道130的具体形状不做特殊的限定。如上文中所述，主环形喷气通道130的内表面可以为圆锥面，或者主环形喷气通道130可以为喇叭形。当主环形喷气通道130为喇叭形时，该主环形喷气通道130包括互相连通的竖直环形喷气131通道部和倾斜环形喷气通道部132，倾斜环形喷气通道132的一端开口与竖直环形喷气通道部131连通，倾斜环形喷气通道部132的另一端开口形成在所述执行面上。

需要指出的是，倾斜环形喷气通道部132上部(即，与竖直环形喷气通道部131相连的部分)的内径小于倾斜环形喷气通道部132的下部(即，靠近所述执行面的部分)的内径。

为了进一步地确保透明窗产生装置100在产生透明窗时的稳定性，可选地，透明窗产生装置100还包括第一进气通道130a和缓冲腔130b，每组主环形喷气通道对应一个缓冲腔130b和一个第一进气通道130a，缓冲腔130b与相应的主环形喷气通道130的背离所述执行面的开口(即，主环形喷气通道130的进气口)连通，第一进气通道130a的一端开口与相应的缓冲腔130b连通，第一进气通道130a的另一端透明窗产生装置100的外部相通，缓冲腔130b的宽度大于相应的主环形喷气通道130a的宽度。

第一进气通道130a与气体源连通，以将气体引入至缓冲腔130b，气体流速均匀后，再进入各个主环形喷气通道130，以确保在线测量时透明窗产生装置100的稳定性。

在本发明中，对环形排气通道140的具体结构不做特殊的限定，只要能够将透明窗中的气体排出透明窗产生装置100即可。在图1和图2中所示的实施方式中，环形排气通道140可以为倒置的锥形，或者倒置的喇叭形。具体地，在远离所述执行面的方向上(即，图1和图2中的自下而上的方向)，环形排气通道140的内径逐渐增加。

如上文中所述，环形排气通道140的进气口形成在所述执行面上。为了将气体排出，环形排气通道140的出气口形成在透明窗产生装置100的外表面上。

在本公开中，对环形排气通道140的数量并不做特殊的限定。作为一种可选实施方式，所述透明窗产生装置包括多个环形排气通道140，多个环形排气通道140同轴设置。

具体地，位于内圈的至少一个环形排气通道140的一部分的宽度小于该环形排气通道其余部分的宽度；位于最外圈的环形排气通道140的宽度大于位于内圈的环形排气通道140的宽度。

如图2中所示，内侧的环形排气通道140设有宽度较小的窄口，在排出气体时可以限制气体逸出，从而以较少的气体用量保证透明窗内维持较高气压；相对地，外圈的环形排气通道开口较宽，可以确保气体方便的从该外圈的环形排气通道140逸出。

不同的环形排气通道的宽度不同，避免多余的气体会从排液装置的底部边缘逸出产生大量气泡，进而避免气泡影响测量精度。

可以通过设置阀门的方式来形成环形排气通道140中宽度较小的部分，也可以在成型时直接形成具有上述结构的环形排气通道140。

在图2中所示的实施方式中，所述透明窗产生装置设置有两个环形排气通道，内侧的环形排气通道140上设置有窄口。

在本公开中，对如何形成各种通道不做特殊的限定。例如，可以通过设置管道的方式布置各个通道。

为了便于制造，透明窗产生装置100包括装置本体，各个通道均形成在所述装置本体内。

具体地，测量通道110、辅助喷气通道120、主环形喷气通道130、和环形排气通道140均形成在所述装置本体内，且测量通道110的探测信号入口、测量通道110的探测信号出口均位于所述装置本体的外表面上。

当然，补气通道150也形成在所述装置本体内。

在本发明中，对透明窗产生装置100的材料也不坐特殊限定。作为一种可选实施方式，可以利用树脂通过3D打印的方式形成透明窗产生装置100。

作为一种可选实施方式，所述装置本体可以包括主体部和形成在所述主体部上的底盘B。如图2和图3所示，所述主体部上形成有用于朝向所述工件的工作表面，底盘B环绕所述主体部的工作表面设置，且所述底盘的底面与所述工作表面平齐。所述测量通道、所述辅助喷气通道、所述主环形喷气通道、和所述环形排气通道均形成在所述装置主体部内，且所述测量通道的探测信号入口、所述测量通道的探测信号出口、所述主环形喷气通道的入口、所述环形排气通道的出口均位于所述主体部的外表面上。

通过主环形喷气通道喷出的气体相对流速较低，设置底盘B后，可以利用冷却液与底盘B的底面之间的粘滞力来避免流速相对较高的冷却液进入排液装置和待测工件的待测表面之间。

在本发明中，对测量通道110的具体结构也不做特殊限定，只要能够将传感器200发出的感测信号引导至待测表面、且将待测表面反射的感测信号引导回传感器200即可。在图1和图2中所示的具体实施方式中，测量通道110包括第一测量通道111和第二测量通道112。

第一测量通道111的一端开口形成为所述探测信号入口，第二测量通道112的一端开口形成为所述探测信号出口，第一测量通道111的轴线与第二测量通道112的轴线相交，以使得第一测量通道111的另一端开口和第二测量通道112的另一端开口相通，并形成为所述探测口。

通过所述探测信号入口入射至第一测量通道111的探测信号能够通过所述探测口出射并到达待测工件300的表面，工件300的表面反射的信号能够进入所述探测口，并在第二测量通道112的引导下从所述探测信号出口出射。

作为一种可选实施方式，所述透明窗产生装置还包括第一防护管和第二防护管。

所述第一防护管设置在所述装置本体上，且环绕所述探测信号入口设置。

所述第二防护管设置在所述装置本体上，且环绕所述探测信号出口设置。

为了便于安装，可选地，所述透明窗产生装置还包括成对的安装件，所述安装件设置在所述装置本体上，且同一对中两个所述安装件分别位于所述装置本体的两侧。

需要指出的是，在本发明中，测量通道、辅助喷气通道、主环形通道中，任意两者之间均互相独立且间隔。由于测量通道、辅助喷气通道、以及主环形喷气通道都形成在装置本体内，测量通道与辅助喷气通道之间被装置本体的材料所支撑、测量通道与主环形喷气通道之间被装置本体的材料所支撑，从而可以避免气体之间的互相影响，提高测量结果的准确性。

图4中所示的是各个通道(仅示出了第一测量通道111、第二测量通道112、主环形喷气通道130)之间的相对位置关系示意图。如图中所示，各个通道之间是间隔开、而非连通的。

在本公开中，对装置本体上位于各个通道之间的部分的截面形状不做特殊限定，例如，装置本体上位于各个通道之间的部分的横截面可以是但不限于椭圆形、纺锤形或倒水滴形，从而减少装置本体对主环形喷气通道内气流的阻力，使得各处气流均匀。

作为本发明的第二个方面，提供一种在线测量系统，所述在线测量系统用于测量工件表面状态，如图6和图7所示，所述测量系统包括测量传感器200，其中，所述测量系统还包括本发明所提供的上述透明窗产生装置100，该透明窗产生装置100用于排开工件表面的液体，测量传感器200用于向所述探测信号入口发出探测信号，并且用于接收从所述探测信号出口反射的信号。

在本发明中，对测量传感器的具体结构并不做特殊的规定，当透明窗产生装置的测量通道包括第一测量通道和第二测量通道时，所述测量传感器为三角法激光传感器。

当然，本发明并不限于此，所述测量传感器还可以是超声波传感器、电磁波传感器、压力传感器中的任意一者。

为了便于对工件的不同位置进行在线测量，优选地，所述测量系统包括移动装置，所述移动装置用于带动所述透明窗产生装置100、测量传感器200和工件300中的至少一者移动，从而使得透明窗产生装置100与工件300之间的距离适于排开工件表面的冷却剂，且测量传感器200与工件300之间的距离在测量传感器200的量程内。

优选地，所述移动装置包括x轴移动平台430、y轴移动平台440和z轴移动平台420，如图10中所示，透明窗产生装置100的执行面位于xz平面内。通过供气管500和供气管600分别向主环形喷气通道和辅助喷气通道提供气体。

具体地，x轴移动平台430用于带动透明窗产生装置100、测量传感器200和工件300中的至少一者沿x轴方向移动(例如，带动透明窗产生装置100和测量传感器200沿x轴方向移动)，y轴移动平台440用于带动透明窗产生装置100、测量传感器200和工件300中的至少一者沿y轴方向移动(例如，带动测量传感器200沿y轴方向移动)，z轴移动平台420用于带动透明窗产生装置100、测量传感器200和工件300中的至少一者沿z轴方向移动(例如，带动透明窗产生装置100和测量传感器200沿z轴方向移动)。

为了精确地移动设置在移动装置上的部件(例如，透明窗产生装置100、测量传感器200和工件300中的任意几者)，优选地，所述x轴移动平台、y轴移动平台和z轴移动平台中的至少一者上设置有编码器。

优选地，所述测量系统还包括手动微调平台450，该手动微调平台450固定在x轴移动平台430、y轴移动平台440和z轴移动平台420中的任意一者上，透明窗产生装置100设置在手动微调平台450上，该手动微调平台能够对所述透明窗产生装置在y轴方向的位置进行微调，以调节透明窗产生装置100与待测工件300之间的距离。

首先，利用y轴移动平台将测量传感器200移动至工件300上方的一定位置处，即使得工件300处于测量传感器200的量程内，然后利用手动微调平台对透明窗产生装置100沿y轴方向的位置进行微调，以使得所述透明窗产生装置100移动至工件300上方的一定位置处，即使得工件300处于透明窗产生装置100的工作距离内。

在本发明中，对手动微调平台450的具体结构并没有特殊的要求，优选地，手动微调平台450沿y轴方向的行程为大约10mm。

实验例

实施例1

利用透明窗产生装置排开透明材料表面的冷却液，从底部观察透明窗的生成情况及其稳定性。

在本实施例中，待检测到工件为透明、平整的亚克力板。

在本实施例中，先通过插销将所述透明窗产生装置固定在支架上，并在排液装置正下方设置一透明、平整的亚克力板。依靠调节支架，使得透明窗产生装置的执行面与亚克力板平行，且距离为1.2毫米。透明窗产生装置的第一进气通道和第二进气通道分别与不同的气泵相连，通过调节气泵的阀门来改变不同喷气通道内气体的流量。测量开始后，首先打开气泵的阀门，向排液装置提供气流，然后从一定距离处向透明亚克力板上倾倒冷却液。待冷却液厚度稳定且浸没透明窗产生装置的底面圆盘之后，从亚克力板下方即可观察透明窗的生成情况。

根据冷却液厚度及供气量的差异，实验中出现了两种不同的情况。当冷却液用量较少，厚度较低时，气泵提供少量的气体即可实现排开冷却液的功能，此时透明窗如图8所示。因为单位时间内流入透明窗内的气体有限，即便有窄口加以限流，所有气体也可以通过环形排气通道逸出。同时，因为气体流速较低，透明窗的边界受到的扰动较小，因而呈现稳定规则的圆形。当冷却液厚度增大后，需要向喷气通道内提供更大的气流来抵御冷却液，此时窄口的限流作用使得透明窗内的气体无法全部通过内圈逸出通道逸出，多余的气体继续向外扩散，最后经由最外侧的环形排气通道离开透明窗产生装置。此时的透明窗如图9所示。因部分气体从最外侧的环形排气通道逸出，透明窗面积较之前略有增大，透明窗的边界也呈现出一定的波动。两种情况下，透明窗中心，即被测点位置周围均未出现冷却液，表明排液装置可有效防止冷却液对测量造成影响。

实验例2

将排液装置安装在测量系统上，分别对一硅晶圆表面和一凸起工件表面进行轮廓测量，以验证排液装置工作时对测量的影响。被测工件固定后，安装有排液装置的测量系统分别在不施加冷却液和施加冷却液的情况下，对工件同一位置的轮廓进行测量。实验中，被测量轮廓的长度为5mm，在有、无冷却液的情况下分别被测量30次，以30次重复测量的均值作为实际的轮廓测量结果。具体实验条件如表1所示：

表1实验二实验条件

实验二中所使用的传感器为三角法激光传感器，其具体技术参数如表2所示：

表2激光测距传感器技术参数

分辨率	0.05μm
		量程	300μm
工作距离	17mm
		精度	1.0μm
最大采样频率	1000Hz
		光斑大小	7-12μm
测量角度	70°
		激光波长	670nm

经数据处理后，得到图10、图11所示的轮廓图。为方便观察，无冷却液情况下测得的轮廓曲线分别向上平移20μm和25μm，轮廓图下方亦画出不同情况下测得的轮廓曲线之间的差异，便于直观的比较。图10中，硅晶圆表面测量的平均误差为0.13μm；图11中，凸起高度为60μm的铝合金工件表面测量的平均误差为0.97μm。与光滑平整的硅晶圆相比，铣削而成的铝合金工件表面有明显的刀痕，刀痕边缘的细小凹槽会增加光学测量的误差。鉴于测量系统所使用的激光测距传感器精度为1μm，实验中排液装置排开冷却液时产生的误差仍处于允许范围之内。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种多气环多逃逸通道的透明窗产生装置，该透明窗产生装置用于在线测量系统，其特征在于，所述透明窗产生装置的一侧表面为执行面，所述执行面用于朝向待检测的工件设置，所述透明窗产生装置包括至少一组测量通道、至少一组辅助喷气通道、至少一组主环形喷气通道和至少一组环形排气通道，每组所述辅助喷气通道包括至少一个所述辅助喷气通道，每组所述主环形喷气通道包括至少一个所述主环形喷气通道，每组所述环形排气通道包括至少一个所述环形排气通道：

每组所述测量通道都包括探测信号入口、探测信号出口和探测口，所述探测口形成在所述执行面上，且所述测量通道用于将探测信号入口入射的信号引导至所述探测口，并将从探测口入射的信号引导至所述探测信号出口；

每组所述主环形喷气通道对应一组所述测量通道，所述主环形喷气通道的出口形成在所述执行面上，所述主环形喷气通道环绕在相应的所述测量通道外部，且所述主环形喷气通道设置为使得该主环形喷气通道喷出的气体朝远离该主环形喷气通道对应的所述测量通道的方向流动；

每组所述辅助喷气通道对应一组所述测量通道，所述辅助喷气通道的出口形成在所述执行面上，所述辅助喷气通道用于朝相应的所述探测口的外围喷出气体，且所述辅助喷气通道设置为使得该喷气通道喷出的气体朝远离该辅助喷气通道对应的探测口的方向流动；

每组所述环形排气通道对应一组所述主环形喷气通道，所述环形排气通道的入口形成在所述执行面上，所述环形排气通道环绕相应的主环形喷气通道设置；

每组所述主环形喷气通道包括间隔设置的多个所述主环形喷气通道；

所述透明窗产生装置还包括至少一条补气通道，在同一组所述主环形喷气通道中，相邻两个所述主环形喷气通道之间设置有所述补气通道；

所述透明窗产生装置包括多个环形排气通道，该多个所述环形排气通道同轴设置，

位于内圈的至少一个所述环形排气通道的一部分的宽度小于该环形排气通道其余部分的宽度；

位于最外圈的环形排气通道的宽度大于位于内圈的环形排气通道的宽度，其中，

多个主环形喷气通道设置在辅助喷气通道的外侧；

在远离所述执行面的方向上，所述环形排气通道的内径逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的透明窗产生装置，其特征在于，相邻两个所述主环形喷气通道之间设置有多个所述补气通道，多个所述补气通道环绕所述主环形喷气通道的轴线均匀间隔设置。

3.根据权利要求1或2所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述主环形喷气通道包括互相连通的竖直环形喷气通道部和倾斜环形喷气通道部，所述倾斜环形喷气通道的一端开口与所述竖直环形喷气通道部连通，所述倾斜环形喷气通道部的另一端开口形成在所述执行面上。

4.根据权利要求3所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述透明窗产生装置还包括第一进气通道和缓冲腔，每组所述主环形喷气通道对应一个所述缓冲腔和一个所述第一进气通道，所述缓冲腔与相应的所述主环形喷气通道的背离所述执行面的开口连通，所述第一进气通道的一端开口与相应的所述缓冲腔连通，所述第一进气通道的另一端所述透明窗产生装置的外部相通。

5.根据权利要求1或2所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述透明窗产生装置包括装置本体，所述测量通道、所述辅助喷气通道、所述主环形喷气通道、所述环形排气通道均形成在所述装置本体内，且所述测量通道的探测信号入口、所述测量通道的探测信号出口、所述主环形喷气通道的入口、所述环形排气通道的出口均位于所述装置本体的外表面上。

6.根据权利要求5所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述装置本体包括主体部和形成在所述主体部上的底盘，所述主体部上形成有用于朝向所述工件的工作表面，所述底盘环绕所述主体部的工作表面设置，且所述底盘的底面与所述工作表面平齐。

7.根据权利要求5所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述测量通道包括第一测量通道和第二测量通道，

所述第一测量通道的一端开口形成为所述探测信号入口，所述第二测量通道的一端开口形成为所述探测信号出口，所述第一测量通道的轴线与所述第二测量通道的轴线相交，以使得所述第一测量通道的另一端开口和所述第二测量通道的另一端开口相通，并形成为所述探测口；

通过所述探测信号入口入射至所述第一测量通道的探测信号能够通过所述探测口出射并到达待测工件的表面，所述工件的表面反射的信号能够进入所述探测口，并在所述第二测量通道的引导下从所述探测信号出口出射。

8.根据权利要求7所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述透明窗产生装置还包括第一防护管和第二防护管，

所述第一防护管设置在所述装置本体上，且环绕所述探测信号入口设置；

所述第二防护管设置在所述装置本体上，且环绕所述探测信号出口设置。

9.根据权利要求7所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述透明窗产生装置还包括成对的安装件，所述安装件设置在所述装置本体上，且同一对中两个所述安装件分别位于所述装置本体的两侧。

10.根据权利要求1或2所述的透明窗产生装置，其特征在于，所述测量通道、所述辅助喷气通道、所述主环形喷气通道中，任意两者之间均互相独立且间隔。

11.一种在线测量系统，所述在线测量系统用于测量工件表面状态，所述测量系统包括测量传感器，其特征在于，所述测量系统还包括权利要求1至10中任意一项所述的透明窗产生装置，所述透明窗产生装置用于排开工件表面的液体，所述测量传感器用于向所述探测信号入口发出探测信号，并且用于接收从所述探测信号出口反射的信号。

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