CN117020541B - 载盘系统及其校平方法、探针焊接设备和探针焊接方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及焊接技术领域，提供一种载盘系统及其校平方法、探针焊接设备和探针焊接方法。载盘系统包括设有承载平面的载盘、沿第一方向与承载平面相对设置的三个测距装置以及包括第一纠偏驱动装置和第二纠偏驱动装置的纠偏机构，三个测距装置在垂直于第一方向的平面上的投影呈三角形分布，每个测距装置均配置为沿第一方向测距；第一纠偏驱动装置用于驱动载盘绕沿第二方向的轴线转动，第二纠偏驱动装置用于驱动载盘绕沿第三方向的轴线转动；控制装置根据三个测距装置的测距数据确定校平参数，并根据校平参数控制纠偏机构驱动载盘翻转运动进行校平。本申请的载盘系统，实现全自动校平功能，无需人工手动校平，消除人为调校过程的不确定因素。

Description

载盘系统及其校平方法、探针焊接设备和探针焊接方法

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，特别是涉及载盘系统及其校平方法、探针焊接设备和探针焊接方法。

背景技术

探针卡是集成电路和半导体器件制造过程中常用的测试工具，测试过程中探针卡的探针针尖与芯片焊盘相接触以实现电连接。晶圆上通常有成百上千个待测试芯片，每个芯片的焊盘非常多，因而探针卡通常装配有成千上万根探针。为了获得准确的测试结果，需保证测试过程中电连接可靠稳定，即测试过程中所有探针的针尖均需可靠地接触晶圆上的对应焊盘，因此探针卡要求极高的针尖平整度。由于探针卡的3D探针焊接在焊接基板上，探针卡的针尖平整度取决于焊接基板的平整度，从而要求焊接基板也处于极高的平整状态。

WSS（Wafer Side Stiffener，晶圆侧加强结构件）作为焊接基板的载体，一般由机械加工生产，其焊接基板面和固定面可通过高精度打磨获得极佳的平整度，但两个面的平行度却较难保证在极高的状态，因此WSS安装在探针焊接设备的焊接载盘之后，需要引入一个要求极高的安装校平过程，以保证焊接基板面与焊接设备基准平面平行。另外，由于3D探针焊接是多角度的，一般以90°步进切换方向，WSS需要随焊接载盘旋转，旋转马达的端跳会使旋转至不同角度的WSS的焊接基板面呈现不同的平面角度，使得每进行一个角度旋转都要进行一次要求极高的安装校平。

相关技术中，通过人工完成焊接基板的安装校平工作。然而，人工校平使得整个3D探针焊接过程无法实现全程自动化，焊接效率不高，而且人工校平对安装校平人员的操作要求极高，稍有不慎都将影响焊接后探针针尖的平整度水平，稳定性较差。

发明内容

基于此，有必要针对3D探针焊接采用人工校平方法的效率不高、稳定性较差的问题，提供一种载盘系统及其校平方法、探针焊接设备和探针焊接方法。

第一方面，本申请提供一种载盘系统，包括：

载盘，设有用以承载加工对象的承载平面；

三个测距装置，沿第一方向与所述承载平面相对设置，且三个所述测距装置在垂直于所述第一方向的平面上的投影呈三角形分布，每个所述测距装置均配置为沿所述第一方向测距；

纠偏机构，包括第一纠偏驱动装置和第二纠偏驱动装置，所述第一纠偏驱动装置配置为驱动所述载盘绕沿第二方向的轴线转动，所述第二纠偏驱动装置配置为驱动所述载盘绕沿第三方向的轴线转动，所述第二方向与所述第三方向彼此垂直，所述第一方向垂直于所述第二方向和/或所述第三方向；以及

控制装置，与三个所述测距装置、所述第一纠偏驱动装置及所述第二纠偏驱动装置均电性连接，所述控制装置配置为根据三个所述测距装置的测距数据确定所述加工对象的待加工平面的校平参数，并根据所述校平参数控制所述第一纠偏驱动装置及所述第二纠偏驱动装置驱动所述载盘翻转运动，以对所述待加工平面进行校平。

在其中一个实施例中，三个所述测距装置配置为对所述垂直于所述第一方向的平面的测距相同；和/或，所述三角形为正三角形。

在其中一个实施例中，所述承载平面上设有多个校准点，且所述校准点的数量为三的倍数，多个所述校准点围绕所述承载平面的中心等角度间隔且中心对称分布，每个所述测距装置与其中一个所述校准点相对设置，且三个所述测距装置围绕沿所述第一方向通过所述承载平面的中心的轴线等角度间隔分布；和/或，所述测距装置包括激光位移传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器和电磁波测距传感器中的一种。

在其中一个实施例中，所述载盘可更换地设置；所述测距装置固定安装设置，且所述测距装置的安装位置能够调整。

在其中一个实施例中，所述第一纠偏驱动装置和所述第二纠偏驱动装置均为偏摆电机，所述第一纠偏驱动装置安装于所述第二纠偏驱动装置的输出表面上，所述载盘安装于所述第一纠偏驱动装置的输出表面上；和/或，所述三角形的一条边平行于所述第二方向或所述第三方向。

在其中一个实施例中，所述载盘系统还包括旋转驱动装置，所述旋转驱动装置配置为驱动所述载盘旋转运动，所述载盘的旋转轴线与所述承载平面相交；所述旋转驱动装置与所述控制装置电性连接。

在其中一个实施例中，所述旋转驱动装置为直驱电机，所述载盘背离所述承载平面的一侧连接于所述旋转驱动装置的输出端面上；和/或，所述旋转驱动装置、所述第一纠偏驱动装置和所述第二纠偏驱动装置均为光栅闭环反馈电机。

第二方面，本申请提供一种载盘系统的校平方法，用于如上述任一实施例所述的载盘系统，所述载盘系统的校平方法包括：

根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定所述目标平面的校平参数；

根据所述校平参数，控制纠偏机构驱动所述载盘翻转运动，以对所述目标平面进行校平；

其中，所述目标平面为承载于载盘上的加工对象的待加工平面。

在其中一个实施例中，所述校平参数包括第一偏角，所述第一偏角为所述目标平面与垂直于第二方向的平面的交线和参考平面与垂直于第二方向的平面的交线之间的夹角；

所述根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定所述目标平面的校平参数，包括：

获取三个所述测距装置对所述目标平面的第一次测距数据，根据所述第一次测距数据，确定所述第一偏角的角度值；

所述根据所述校平参数，控制纠偏机构驱动所述载盘翻转运动，以对所述目标平面进行校平，包括：

根据所述第一偏角的角度值，控制所述纠偏机构驱动所述载盘绕沿所述第二方向的轴线转动，以使所述第一偏角为0。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一次测距数据，确定所述第一偏角的角度值，包括：

根据所述第一次测距数据，确定所述目标平面上沿第三方向间隔分布的两个点的空间坐标，所述两个点的连线确定所述目标平面与垂直于所述第二方向的平面的交线；

根据所述两个点的空间坐标，以及所述参考平面与垂直于所述第二方向的平面的交线的空间坐标，采用空间三维向量算法，计算所述第一偏角的角度值。

在其中一个实施例中，所述校平参数还包括第二偏角，所述第二偏角为所述目标平面和所述参考平面之间的夹角；所述载盘系统的校平方法还包括：

获取三个所述测距装置对所述目标平面的第二次测距数据，根据所述第二次测距数据，确定所述第二偏角的角度值；

根据所述第二偏角的角度值，控制所述纠偏机构驱动所述载盘绕沿第三方向的轴线转动，以使所述第二偏角为0。

在其中一个实施例中，所述根据所述第二次测距数据，确定所述第二偏角的角度值，包括：

根据所述第二次测距数据，确定所述目标平面上不共线的三个点的空间坐标；

根据所述三个点的空间坐标，以及所述参考平面的空间坐标，采用空间三维向量算法，计算所述第二偏角的角度值。

在其中一个实施例中，所述载盘系统的校平方法还包括：

获取三个所述测距装置对所述目标平面的第三次测距数据，根据所述第三次测距数据，确定所述目标平面上不共线的三个点的空间坐标，根据所述三个点的空间坐标，确定所述三个点相对于参考平面的偏移量；

在所述偏移量大于第一阈值的情况下，返回所述根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定所述目标平面的校平参数的步骤。

在其中一个实施例中，所述参考平面包括标准平面和倾斜平面中的一种；其中，所述标准平面垂直于第一方向，所述倾斜平面相对于所述标准平面倾斜设置，所述第一方向垂直于第三方向和/或第二方向。

第三方面，本申请提供一种探针焊接设备，包括：焊接系统，以及如上述任一实施例所述的载盘系统。

第四方面，本申请提供一种探针焊接方法，采用如上述实施例所述的探针焊接设备，所述探针焊接方法包括：

在载盘的承载平面上承载有焊接基板的情况下，采用如上述任一实施例所述的载盘系统的校平方法，对所述焊接基板的焊接平面进行校平；

在所述焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，控制焊接系统在所述焊接基板上焊接探针。

在其中一个实施例中，所述探针焊接方法还包括：

驱动所述载盘转动至预设角度；

采用如上述任一实施例所述的载盘系统的校平方法，对所述焊接基板的焊接平面进行校平；

在所述焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，控制焊接系统在所述焊接基板上焊接探针。

上述载盘系统及其校平方法，通过设置三个测距装置对承载于载盘上的加工对象进行测距，高精度确定待加工平面的平整度偏差，简单直接地实现校平参数检测，减少中间检测环节的干扰和系统误差，检测精度高，而且数据处理方便，检测效率更高；通过设置纠偏机构驱动载盘翻转运动，补偿消除待加工平面的平整度偏差，实现对待加工平面的校平纠偏动作，可以补偿由加工对象安装带来的结构差异不平整以及加工双面不平行带来的平整度偏差，有效降低加工对象的加工精度要求、在承载平面的表面安装精度要求和载盘旋转的端跳等级要求，可以节省设备物料费用，降低设备安装调试及维护难度，降低设备制造费用；同时通过设置控制装置自动调度测距装置完成校平检测和自动控制纠偏机构完成校平补偿，实现载盘系统的全自动校平功能，无需人工手动校平，消除人为调校过程的不确定因素，保障校平效果的重复可靠，有效提高加工效率。

附图说明

图1为本申请一实施例的载盘系统的立体结构示意图。

图2为本申请一实施例的载盘系统的主视图。

图3为本申请一实施例的载盘系统的俯视图。

图4为本申请一实施例中的载盘系统的校平方法的流程示意图。

图5为本申请一实施例中的第一偏角的计算原理图。

图6为本申请一实施例中的第二偏角的计算原理图。

图7为本申请一实施例中的校平后的目标平面与参考平面的比对示意图。

图8为本申请一实施例中的探针焊接方法的流程示意图。

附图标号：

100、载盘系统；1、载盘；11、承载平面；111、校准点；2、测距装置；21、激光束；3、纠偏机构；31、第一纠偏驱动装置；32、第二纠偏驱动装置；4、控制装置；5、旋转驱动装置。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中， “多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解。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；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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，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。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

极高的针尖平整度是3D探针焊接的主要目标，例如要求针尖高度差在±8μm范围以内。为了保证3D探针焊接的极高针尖平整度目标，要求作为焊接载体的焊接基板也处于极高的平整状态，一般要求焊接基板的平整度偏差小于或等于5μm。WSS（Wafer SideStiffener，晶圆侧加强结构件）作为焊接基板的载体，一般由机械加工生产，其焊接基板面和固定面可通过高精度打磨获得极佳的平整度，但两个面的平行度却较难保证在极高的状态，因此WSS安装在探针焊接设备的焊接载盘之后，需要引入一个要求极高的安装校平过程，以保证焊接基板面与焊接设备基准平面平行。另外，由于3D探针焊接是多角度的，一般以90°步进切换方向，WSS需要随焊接载盘旋转，旋转马达的端跳会使旋转至不同角度的WSS的焊接基板面呈现不同的平面角度，使得每进行一个角度旋转都要进行一次要求极高的安装校平。

当前的安装校平工作都是通过人工使用千分表或水平仪检测平整度，然后进行机械垫高调校实现安装校平。人工校平使得整个3D探针焊接过程无法实现全程自动化，焊接效率不高，而且人工校平对安装校平人员的操作要求极高，稍有不慎都将影响焊接后探针针尖的平整度水平，稳定性较差。

为此本申请实施例提供了一种载盘系统，用于探针焊接设备，该载盘系统能够自动补偿焊接基板或WSS（Wafer Side Stiffener，晶圆侧加强结构件）安装带来的结构差异不平整和旋转马达旋转带来的端跳不平整，降低WSS两个面加工平行度要求，降低旋转马达端跳等级和安装精度要求，使3D探针焊接全程自动化地保持在高平整度状态，进而使得焊接后整个3D探针针尖处于极佳的平整度状态。

本申请实施例公开的载盘系统可以但不限用于探针焊接设备，也可以用于其他的自动加工设备。本申请实施例公开的探针焊接设备可以用于3D探针焊接。

参阅图1至图3，图1示出了本申请一实施例中的载盘系统的立体结构示意图，图2示出了本申请一实施例中的载盘系统的主视图，图3示出了本申请一实施例中的载盘系统的俯视图。本申请实施例提供的载盘系统100，包括载盘1、三个测距装置2、纠偏机构3以及控制装置4；载盘1设有用以承载加工对象的承载平面11；三个测距装置2均沿第一方向与承载平面11相对设置，且三个测距装置2在垂直于第一方向的平面上的投影呈三角形分布，每个测距装置2均配置为沿第一方向测距；纠偏机构3配置为驱动载盘1翻转运动；控制装置4与三个测距装置2和纠偏机构3均电性连接，控制装置4配置为根据三个测距装置2的测距数据确定加工对象的待加工平面的校平参数，并根据校平参数控制纠偏机构3驱动载盘1翻转运动，以对待加工平面进行校平。

在本实施例中，载盘1是一侧设有承载平面11的盘状结构件，承载平面11上用于承载加工对象，以方便对加工对象进行加工。承载平面11的形状可以是圆形、正多边形等，载盘1可以是圆盘、正多边形盘等，在这里不做限定。可选地，承载平面11的形状和尺寸与加工对象的形状和尺寸相适配。可选地，载盘1可以绕垂直于承载平面11的轴线旋转，以带动加工对象旋转。

测距装置2是指能够测量自身与测距对象之间的距离的测量装置。测距装置2配置为沿第一方向测距，是指测距装置2能够沿第一方向测量自身与测距对象之间的距离。在已知测距装置2自身空间坐标的情况下，可以根据测距装置2的测距数据确定测距对象的空间坐标。

三个测距装置2均沿第一方向与承载平面11相对设置，是指三个测距装置2沿第一方向的投影均位于承载平面11的范围内，承载平面11与第一方向相交。在承载平面11上未承载加工对象的情况下，可以将承载平面11作为测距对象，测距装置2可以沿第一方向测量自身与承载平面11上的投影点之间的距离；而在承载平面11上承载有加工对象的情况下，可以将加工对象的待加工平面作为测距对象，测距装置2可以沿第一方向测量自身与待加工平面上的投影点之间的距离。可选地，第一方向可以为竖直方向或水平方向等，在这里不做限定。

三个测距装置2在垂直于第一方向的平面上的投影呈三角形分布，是指三个测距装置2沿第一方向在垂直于第一方向的平面上的投影依次相连围成的轮廓形状为三角形。三角形可以为锐角三角形、直角三角形、等腰三角形、正三角形等，在这里不做限定。如此使得三个测距装置2沿第一方向在承载平面11上的投影也呈三角形分布，三个测距装置2可以沿第一方向测量与待加工平面上呈三角形分布的三个投影点之间的距离，从而在已知三个测距装置2自身空间坐标的情况下，可以根据三个测距装置2的测距数据确定待加工平面上不共线的三个点的空间坐标，进而可以确定待加工平面的平整度偏差。

纠偏机构3配置为驱动载盘1翻转运动，载盘1翻转运动能够带动加工对象同步翻转运动，以补偿消除待加工平面的平整度偏差。

控制装置4与三个测距装置2和纠偏机构3电性连接，控制装置4可以获取三个测距装置2的测距数据，以根据三个测距装置2的测距数据确定待加工平面的平整度偏差作为校平参数，并根据待加工平面的校平参数控制纠偏机构3驱动载盘1翻转运动，以补偿消除待加工平面的平整度偏差，实现对待加工平面进行校平。通过测距方式可以简单直接地确定待加工平面的平整度偏差，实现校平参数的直接检测，减少中间检测环节的干扰和系统误差，检测精度更高，而且数据处理方便，测距装置2可以与控制装置4相配合，实现校平参数的自动化检测，检测效率更高。

本申请实施例的载盘系统100，通过设置三个测距装置2对承载于载盘1上的加工对象进行测距，高精度确定待加工平面的平整度偏差，简单直接地实现校平参数检测，减少中间检测环节的干扰和系统误差，检测精度更高，而且数据处理方便，检测效率更高；通过设置纠偏机构3驱动载盘1翻转运动，补偿消除待加工平面的平整度偏差，实现对待加工平面的校平纠偏动作，可以补偿由加工对象安装带来的结构差异不平整以及加工双面不平行带来的平整度偏差，有效降低加工对象的加工精度要求、在承载平面11的表面安装精度要求和载盘1旋转的端跳等级要求，可以节省设备物料费用，降低设备安装调试及维护难度，降低设备制造费用；通过设置控制装置4自动调度测距装置2完成校平检测和自动控制纠偏机构3完成校平补偿，实现载盘系统100的全自动校平功能，无需人工手动校平，消除人为调校过程的不确定因素，保障校平效果的重复可靠，有效提高加工效率。

本实施例的载盘系统100，应用于3D探针焊接，载盘系统100可以自动补偿晶圆侧加强结构件安装带来的结构差异不平整和马达旋转带来的端跳不平整，从而仅需要焊接基板面保证极高平整度即可，降低晶圆侧加强结构件两个面加工平行度要求，有效降低对晶圆侧加强结构件的加工精度要求，晶圆侧加强结构件作为最终产品载体，仅需保证一个面的加工精度，可节省大量结构加工费用，极大地降低了产品成本；同时也降低了旋转马达端跳等级要求和表面安装精度要求，显著降低了设备制造成本；并且由于完全自动化的校平机制，保障了校平效果的重复可靠，并使得探针焊接可以多方向角度连续进行，使得整个3D探针焊接过程完全实现自动化，可大幅提高焊接效率；且使3D探针焊接全程自动化地保持在高平整度状态，进而使得焊接后整个3D探针针尖处于极佳的平整度状态，有效提高稳定性。本实施例的载盘系统100，有效解决3D探针焊接采用人工校平方法的效率不高、稳定性较差的问题。

在一些实施例中，参阅图2，三个测距装置2配置为对垂直于第一方向的平面的测距相同。在本实施例中，三个测距装置2沿第一方向与垂直于第一方向的平面之间的距离相同，从而以垂直于第一方向的平面作为基准平面，三个测距装置2在第一方向上的坐标相同，使得三个测距装置2具有相同的测距基准，方便根据三个测距装置2的测距数据确定待加工平面的平整度偏差，有利于提高校平参数检测精度，校平效果的重复可靠。

在一些具体实施例中，载盘系统100初次安装时，将载盘1的承载平面11人工调校至垂直于第一方向；然后将三个测距装置2安装在沿第一方向与承载平面11之间的距离相同的位置；三个测距装置2测量沿第一方向与承载平面11之间的距离，从而以承载平面11作为基准平面，获得三个测距装置2的第一方向坐标。后续根据测距装置2的测距数据，即可确定测量点的第一方向坐标。

可选地，测距装置2包括激光位移传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器和电磁波测距传感器中的一种。激光位移传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器和电磁波测距传感器均能够实现与测距对象之间距离的非接触测量，避免与载盘1产生干涉，并可有效保证测量精度和稳定性，保障校平效果稳定可靠，而且测距装置2的成本较低。

在一些实施例中，参阅图1和图2，三个测距装置2均为高精度的激光位移传感器，激光位移传感器沿第一方向朝向载盘1的承载平面11发射激光束21，从而实现沿第一方向测量自身与承载平面11之间的距离。激光位移传感器的分辨率为0.1μm，检测精度为±1μm，可有效保证测量精度和稳定性。

在一些实施例中，参阅图1和图3，承载平面11上设有多个校准点111，且校准点111的数量为三的倍数，多个校准点111围绕承载平面11的中心等角度间隔且中心对称分布；每个测距装置2与其中一个校准点111相对设置，且三个测距装置2围绕沿第一方向通过承载平面11的中心的轴线等角度间隔分布。在本实施例中，载盘1的承载平面11上均布加工有三的倍数个校准点111，例如有12个校准点111；三个测距装置2正对三个校准点111设置，由此构成一个校平数据检测模组，方便对三个测距装置2进行等高校准，以校准三个测距装置2的第一方向坐标。通过将校准点111的数量设置为三的倍数，并围绕承载平面11的中心等角度间隔且中心对称分布，且三个测距装置2围绕沿第一方向通过承载平面11的中心的轴线等角度间隔分布，使得载盘1绕沿第一方向通过承载平面11的中心的轴线转动间隔角度时，三个测距装置2仍能够对准校准点111，以便有效校准测距装置2的第一方向坐标，有利于提高测距装置2的安装精度，进而提高校平参数检测精度。

在一些实施例中，载盘1可更换地设置；测距装置2固定安装设置，且测距装置2的安装位置能够调整。

在本实施例中，测距装置2固定安装设置，即三个测距装置2之间的相互距离被控制确定，测距装置2的空间坐标确定，方便根据测距装置2的测距数据确定测量点的空间坐标，提高校平参数检测精度；同时，载盘1采用可拆卸更换的结构，从而可以根据加工对象的大小选择合适的载盘1，并且测距装置2的安装位置能够调整，可以根据载盘1和加工对象的大小确定三个测距装置2之间的相互距离，使用方便灵活，并有效保证校平参数检测精度。

在一些实施例中，参阅图1和图2，纠偏机构3包括第一纠偏驱动装置31和第二纠偏驱动装置32，第一纠偏驱动装置31配置为驱动载盘1绕沿第二方向的轴线转动，第二纠偏驱动装置32配置为驱动载盘1绕沿第三方向的轴线转动；第一纠偏驱动装置31及第二纠偏驱动装置32均与控制装置4电性连接；其中，第二方向与第三方向彼此垂直，第一方向垂直于第二方向和/或第三方向。

在本实施例中，通过设置第一纠偏驱动装置31驱动载盘1绕沿第二方向的轴线转动以及第二纠偏驱动装置32驱动载盘1绕沿第三方向的轴线转动，并且第二方向与第三方向彼此垂直，实现纠偏机构3的纠偏动作在两个方向上的解耦，纠偏机构3可以实现分步纠偏动作，仅需两次转动即可完成纠偏校平，并且纠偏动作之间实现解耦，互不干扰，有利于简化机械和控制结构，并且纠偏控制精度高，有效提高校平精度和校平效率。

在一些实施例中，参阅图3，三角形的一条边平行于第二方向或第三方向。

在本实施例中，三角形的一条边平行于第二方向或第三方向，也就是说，两个测距装置2在垂直于第一方向的平面上的投影沿第二方向或第三方向间隔分布，从而通过这两个测距装置2的测距数据，可以直接确定待加工平面在第二方向或第三方向上的校平参数，校平参数计算更加简单，可以为后续纠偏机构3的分步纠偏动作做好准备，提高校平效率。

可选地，三角形为直角三角形。也就是说，三个测距装置2在垂直于第一方向的平面上的投影呈直角三角形分布，其中两个测距装置2沿第二方向间隔分布，第三个测距装置2与两个中的一个测距装置2沿第三方向间隔分布。

在一些实施例中，参阅图3，三角形为正三角形。

在本实施例中，三个测距装置2在垂直于第一方向的平面上的投影呈正三角形分布，呈正三角形布局的三个测距装置2，方便根据三个测距装置2的测距数据确定分步纠偏动作对应的校平参数，从而为后续分步纠偏做准备。

在一些实施例中，参阅图1和图2，第一纠偏驱动装置31和第二纠偏驱动装置32均为偏摆电机，第一纠偏驱动装置31安装于第二纠偏驱动装置32的输出表面上，载盘1安装于第一纠偏驱动装置31的输出表面上。

在本实施例中，偏摆电机是一种特殊形式的直接驱动电机，具有结构简单体积小、高加速度、高速度、响应快等特性。偏摆电机包括两个扇形，可以实现有限摆角的运动。通过采用偏摆电机，有效提高校平纠偏动作精度。在一些具体实施例中，偏摆电机为摆动音圈电机，偏摆电机的调节角度范围为±20°。

在一些实施例中，第一纠偏驱动装置31和第二纠偏驱动装置32均为光栅闭环反馈电机。光栅闭环反馈电机是指在闭环运动控制系统中使用光栅尺作为反馈的电机，光栅尺的检测精度高、响应速度快、检测范围大，使得光栅闭环反馈电机具有控制精度高、响应速度快的优点。通过采用光栅闭环反馈电机，有效提高校平纠偏动作精度。

具体地，光栅闭环反馈电机的精度为自转方向上±5弧秒精度调节。

在一些实施例中，参阅图1和图2，载盘系统100还包括旋转驱动装置5，旋转驱动装置5配置为驱动载盘1旋转运动，载盘1的旋转轴线与承载平面11相交；旋转驱动装置5与控制装置4电性连接。

在本实施例中，旋转驱动装置5用于驱动载盘1旋转，以带动承载平面11上的加工对象转动，使得对加工对象的加工可以多方向角度连续进行，有利于实现加工过程全程自动化，可大幅提高加工效率。

在一些实施例中，参阅图1和图2，旋转驱动装置5为直驱电机，载盘1背离承载平面11的一侧连接于旋转驱动装置5的输出端面上。

在本实施例中，直驱电机是指直接驱动电机（Direct Drive Motor，简称DD马达），直驱电机延续了伺服电机的特性，还具有低速大扭矩、高精度定位、高响应速度、结构简单、机械损耗小、低噪声、少维护等特点。通过采用直驱电机，有效提高加工精度和加工效率。

在一些实施例中，旋转驱动装置5为光栅闭环反馈电机。通过采用光栅闭环反馈电机，进一步提高加工精度和加工效率。例如，旋转驱动装置5可以是具有光栅闭环反馈功能的DD马达。

具体地，光栅闭环反馈电机的精度为自转方向上±5弧秒精度调节。

在一些具体实施例中，如图1和图2所示，载盘1安装于旋转驱动装置5表面，载盘1与旋转驱动装置5作为整体安装于第一纠偏驱动装置31表面，载盘1、旋转驱动装置5及第一纠偏驱动装置31再作为一个整体安装于第二纠偏驱动装置32表面，由此构成一个旋转和校平执行模组。

参阅图4，图4示出了本申请一实施例的载盘系统的校平方法的流程示意图，本申请实施例提供的载盘系统的校平方法，用于由上述任一实施例提供的载盘系统，该载盘系统的校平方法包括以下步骤：

步骤S100，根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定目标平面的校平参数；

步骤S200，根据校平参数，控制纠偏机构驱动载盘翻转运动，以对目标平面进行校平；

其中，目标平面为承载于载盘上的加工对象的待加工平面。

在本实施例中，如图1至图3所示，载盘系统100为由上述任一实施例提供的载盘系统100；使用时，将加工对象安装固定在载盘1的承载平面11上，加工对象的待加工平面背离承载平面11，此时，三个测距装置2正对加工对象的待加工平面，即目标平面，从而可以使用三个测距装置2对目标平面进行测距，获得三个测距装置2对目标平面的测距数据；控制装置4根据三个测距装置2对目标平面的测距数据，确定目标平面的校平参数；然后根据该校平参数，控制纠偏机构3驱动载盘1翻转运动，实现对目标平面进行校平。

本申请实施例的载盘系统100的校平方法，实现载盘系统100的全自动校平功能，补偿消除待加工平面的平整度偏差，实现对待加工平面的校平纠偏动作，可以补偿由加工对象安装带来的结构差异不平整以及加工双面不平行带来的平整度偏差，有效降低加工对象的加工精度要求、在承载平面11的表面安装精度要求和载盘1旋转的端跳等级要求，可以节省设备物料费用，降低设备安装调试及维护难度，降低设备制造费用；并且无需人工手动校平，消除人为调校过程的不确定因素，保障校平效果的重复可靠，有效提高加工效率。

在一些实施例中，参阅图5，校平参数包括第一偏角α，第一偏角α为目标平面与垂直于第二方向的平面的交线和参考平面与垂直于第二方向的平面的交线之间的夹角；

根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定目标平面的校平参数，具体包括以下步骤：

步骤S110，获取三个测距装置对目标平面的第一次测距数据，根据第一次测距数据，确定第一偏角α的角度值；

根据校平参数，控制纠偏机构驱动载盘翻转运动，以对目标平面进行校平，具体包括以下步骤：

步骤S210，根据第一偏角α的角度值，控制纠偏机构驱动载盘绕沿第二方向的轴线转动，以使第一偏角α为0。

在本实施例中，参考平面是指作为校平基准的基准平面，目标平面相对于参考平面的倾斜角度，为目标平面的平整度偏差，即校平参数；本实施例中的校平参数包括第一偏角α，第一偏角α为目标平面与垂直于第二方向的平面的交线和参考平面与垂直于第二方向的平面的交线之间的夹角。载盘系统进行自动校平时，通过三个测距装置2测量与参考平面之间的距离，获得三个初始高度，结合三个测距装置2在参考平面上投影的布局数据，确定参考平面上三个基准测量点A、B、C的空间坐标。使用三个测距装置2沿第一方向对目标平面进行测距，目标平面上有三个测量点A1、B1和C1，结合三个测距装置2在目标平面上投影的布局数据，可获得这三个测量点A1、B1和C1的空间坐标。根据三个测量点A1、B1和C1的空间坐标与三个基准测量点A、B、C的空间坐标，即可确定第一偏角α的角度值，说明目标平面相对于参考平面沿第三方向倾斜了第一偏角α。控制纠偏机构3根据第一偏角α的角度值，驱动载盘1绕沿第二方向的轴线转动，具体来说，载盘1朝向目标平面倾斜的相反方向转动，使得第一偏角α的角度值减小为0，实现第三方向上的纠偏补偿。

在一些实施例中，参阅图5，根据第一次测距数据，确定第一偏角α的角度值，具体包括以下步骤：

步骤S111，根据第一次测距数据，确定目标平面上沿第三方向间隔分布的两个点的空间坐标，两个点的连线确定目标平面与垂直于第二方向的平面的交线；

步骤S112，根据两个点的空间坐标，以及参考平面与垂直于第二方向的平面的交线的空间坐标，采用空间三维向量算法，计算第一偏角α的角度值。

在本实施例中，根据第一次测距数据获得的目标平面上三个测量点A1、B1和C1的空间坐标，选取其中沿第三方向间隔分布的两个测量点B1和C1的空间坐标，两个测量点B1和C1构成第三方向连线，此连线B1C1确定目标平面与垂直于第二方向的平面的交线；配合选取参考平面上三个基准测量点A、B和C中的沿第三方向分布的两个基准测量点B和C的空间坐标，连线BC即参考平面与垂直于第二方向的平面的交线，进而确定参考平面与垂直于第二方向的平面的交线的空间坐标；通过空间三维向量算法计算连线B1C1与连线BC的夹角，此即为第一偏角α的角度值。

在一些实施例中，参阅图6，校平参数还包括第二偏角β，第二偏角β为目标平面和参考平面之间的夹角；载盘系统的校平方法还包括以下步骤：

步骤S300，获取三个测距装置对目标平面的第二次测距数据，根据第二次测距数据，确定第二偏角β的角度值；

步骤S400，根据第二偏角β的角度值，控制纠偏机构驱动载盘绕沿第三方向的轴线转动，以使第二偏角β为0。

在本实施例中，校平参数还包括第二偏角β。再次使用三个测距装置2沿第一方向对目标平面进行测距，目标平面上有三个测量点A2、B2和C2，结合三个测距装置2在目标平面上投影的布局数据，可获得这三个测量点A2、B2和C2的空间坐标。根据三个测量点A2、B2和C2的空间坐标与三个基准测量点A、B、C的空间坐标，即可确定第二偏角β的角度值，说明目标平面相对于参考平面倾斜了第二偏角β。控制纠偏机构3根据第二偏角β的角度值，驱动载盘1绕沿第三方向的轴线转动，具体来说，载盘1朝向目标平面倾斜的相反方向转动，使得第二偏角β的角度值减小为0，实现第二方向上的纠偏补偿。

在一些实施例中，参阅图6，根据第二次测距数据，确定第二偏角β的角度值，具体包括以下步骤：

步骤S310，根据第二次测距数据，确定目标平面上不共线的三个点的空间坐标；

步骤S320，根据三个点的空间坐标，以及参考平面的空间坐标，采用空间三维向量算法，计算第二偏角β的角度值。

在本实施例中，根据第二次测距数据，获得目标平面上三个测量点A2、B2和C2的空间坐标，且三个测量点A2、B2和C2不共线，从而根据三个测量点A2、B2和C2的空间坐标可以确定目标平面的空间坐标；同理，根据参考平面上三个基准测量点A、B和C的空间坐标可以确定参考平面的空间坐标；通过空间三维向量算法计算两个平面的夹角，此即为第二偏角β的角度值。

在一些实施例中，载盘系统的校平方法还包括以下步骤：

步骤S500，获取三个测距装置对目标平面的第三次测距数据，根据第三次测距数据，确定目标平面上不共线的三个点的空间坐标，根据三个点的空间坐标，确定三个点相对于参考平面的偏移量；

步骤S600，在偏移量大于第一阈值的情况下，返回根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定目标平面的校平参数的步骤。

在本实施例中，对目标平面进行校平操作之后，通过三个测距装置检验对目标平面校平效果；在校平效果不满足要求的情况下，对目标平面重复进行校平操作；直至校平效果满足要求，校平方法结束。具体地，如图7所示，再次使用三个测距装置沿第一方向对目标平面进行测距，结合三个测距装置在目标平面上投影的布局数据，可获得这三个测量点A3、B3和C3的空间坐标，从而确定目标平面上不共线的三个测量点A3、B3和C3的空间坐标；根据参考平面上三个基准测量点A、B和C的空间坐标确定参考平面的空间坐标；通过空间三维向量算法，可以计算得到三个测量点A3、B3和C3相对于参考平面的高度差，从而确定三个测量点A3、B3和C3相对于参考平面的偏移量。并且设有第一阈值，第一阈值用于判定三个点相对于参考平面的偏移量是否满足要求；若三个测量点A3、B3和C3相对于参考平面的偏移量均小于或等于第一阈值，说明校平效果满足要求，此时校平方法结束；若三个测量点A3、B3和C3中任一个相对于参考平面的偏移量大于第一阈值，说明校平效果不满足要求，此时重复进行对目标平面的校平操作，即重复进行步骤S100，根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定目标平面的校平参数；以及步骤S200，根据校平参数，控制纠偏机构驱动载盘翻转运动，以对目标平面进行校平。通过对校平效果进行检验，对目标平面的校平纠偏效果更好，有效保障校平效果的重复可靠。

在一个具体实施例中，可以设置第一阈值为5μm，即目标平面上不共线的三个点相对于参考平面的高度差的波动小于或等于5μm的情况下，判定校平效果满足要求。

在一些实施例中，载盘系统的校平方法还包括以下步骤：

步骤S700，在三个点相对于参考平面的偏移量均小于或等于第一阈值的情况下，校平方法结束，并记录三个点相对于参考平面的偏移量的平均值。

在本实施例中，在确认校平效果满足预期之后，记录三个点相对于参考平面的偏移量的平均值，此平均值会用于后续焊接步骤的高度补偿，有利于提高焊接精度。

在一些实施例中，参考平面包括标准平面和倾斜平面中的一种；其中，标准平面垂直于第一方向，倾斜平面相对于标准平面倾斜设置，第一方向垂直于第二方向和/或第二方向。在本实施例中，由于参考平面完全由自动校平前的初次调校决定，因此可以根据产品实际需要，设置具有指定倾斜角度的参考平面并完成后续自动校平操作，从而可以适用于整体倾斜焊接的特殊产品。进一步地，根据载盘1在特定旋转角度，可以获得不同的参考平面基准测量点，从而可以设置载盘1在不同旋转角度具有不同参考平面的特殊校平机制，进而可以实现特定产品生产，适用于分角度倾斜焊接的特定产品。通过设置不同的参考平面，载盘系统可以实现多种校平操作，从而可以适用于多种特殊产品生产，使用更加方便灵活，适用范围更广。

本申请实施例提供的探针焊接设备，包括焊接系统，以及由上述任一实施例提供的载盘系统。

参阅图8，图8示出了本申请一实施例的探针焊接方法的流程示意图，本申请实施例提供的探针焊接方法，采用上述实施例提供的探针焊接设备，该探针焊接方法包括以下步骤：

步骤S10，在载盘的承载平面上承载有焊接基板的情况下，采用由上述任一实施例提供的载盘系统的校平方法，对焊接基板的焊接平面进行校平；

步骤S20，在焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，控制焊接系统在焊接基板上焊接探针。

在本实施例中，如图1至图3所示，探针焊接设备使用时，将焊接基板安装固定在载盘1的承载平面11上，焊接基板的焊接平面背离承载平面11，此时三个测距装置2正对焊接平面；采用载盘系统100的校平方法，对焊接基板的焊接平面进行校平，使焊接平面上不共线的三个点相对于参考平面的偏移量均小于或等于第一阈值，此时判定焊接平面的平面度在预设范围内。在焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，说明焊接平面的平面度满足焊接平面度要求，此时控制焊接系统在焊接基板上焊接探针，可以使得焊接后探针针尖处于极佳的平整度状态，有效保障焊接精度。而且探针焊接过程可以实现全程自动化，有效提高焊接效率。

在一些实施例中，探针焊接方法还包括以下步骤：

步骤S30，驱动载盘转动至预设角度；

步骤S40，采用由上述任一实施例提供的载盘系统的校平方法，对焊接基板的焊接平面进行校平；

步骤S50，在焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，控制焊接系统在焊接基板上焊接探针。

在本实施例中，在探针焊接过程中，载盘1可以旋转至预设角度并带动焊接基板也旋转至预设角度，以切换角度换向焊接，例如预设角度可以为90°；载盘1完成角度旋转后，重复对焊接基板的焊接平面进行校平的步骤，进行自动校平过程，即可完成后续焊接动作，使得探针焊接可以多方向角度连续进行，使得整个3D探针焊接过程完全实现自动化，可大幅提高焊接效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种载盘系统的校平方法，其特征在于，所述载盘系统包括：

载盘，设有用以承载加工对象的承载平面；

三个测距装置，沿第一方向与所述承载平面相对设置，且三个所述测距装置在垂直于所述第一方向的平面上的投影呈三角形分布，每个所述测距装置均配置为沿所述第一方向测距；

纠偏机构，包括第一纠偏驱动装置和第二纠偏驱动装置，所述第一纠偏驱动装置配置为驱动所述载盘绕沿第二方向的轴线转动，所述第二纠偏驱动装置配置为驱动所述载盘绕沿第三方向的轴线转动，所述第二方向与所述第三方向彼此垂直，所述第一方向垂直于所述第二方向和/或所述第三方向；

旋转驱动装置，所述旋转驱动装置配置为驱动所述载盘旋转运动，所述载盘的旋转轴线与所述承载平面相交；以及

控制装置，与三个所述测距装置、所述第一纠偏驱动装置及所述第二纠偏驱动装置、所述旋转驱动装置均电性连接，所述控制装置配置为执行所述载盘系统的校平方法；

所述载盘系统的校平方法包括：

根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定所述目标平面的校平参数；

根据所述校平参数，控制纠偏机构驱动所述载盘翻转运动，以对所述目标平面进行校平；

其中，所述校平参数为所述目标平面相对于参考平面的倾斜角度，所述目标平面为承载于载盘上的加工对象的待加工平面；所述参考平面包括倾斜平面，所述倾斜平面相对于垂直于第一方向的平面倾斜设置；

所述校平参数包括第一偏角，所述第一偏角为所述目标平面与垂直于第二方向的平面的交线和所述参考平面与垂直于第二方向的平面的交线之间的夹角；所述根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定所述目标平面的校平参数，包括：获取三个所述测距装置对所述目标平面的第一次测距数据；根据所述第一次测距数据，确定所述目标平面上沿第三方向间隔分布的两个点的空间坐标，所述两个点的连线确定所述目标平面与垂直于所述第二方向的平面的交线；根据所述两个点的空间坐标，以及所述参考平面与垂直于所述第二方向的平面的交线的空间坐标，采用空间三维向量算法，计算所述第一偏角的角度值；

所述校平参数还包括第二偏角，所述第二偏角为所述目标平面和所述参考平面之间的夹角；所述载盘系统的校平方法还包括：获取三个所述测距装置对所述目标平面的第二次测距数据；根据所述第二次测距数据，确定所述目标平面上不共线的三个点的空间坐标；根据所述三个点的空间坐标，以及所述参考平面的空间坐标，采用空间三维向量算法，计算所述第二偏角的角度值；

所述载盘系统的校平方法还包括：

获取三个所述测距装置对所述目标平面的第三次测距数据，根据所述第三次测距数据，确定所述目标平面上不共线的三个点的空间坐标，根据所述三个点的空间坐标，确定所述三个点相对于参考平面的偏移量；

在所述偏移量大于第一阈值的情况下，返回所述根据三个测距装置对目标平面的测距数据，确定所述目标平面的校平参数的步骤；

在所述三个点相对于所述参考平面的偏移量均小于或者等于所述第一阈值的情况下，校平方法结束，并记录所述三个点相对于所述参考平面的偏移量的平均值；

所述载盘系统的校平方法还包括：所述旋转驱动装置驱动所述载盘完成角度旋转后，重复对所述目标平面进行校平。

2.根据权利要求1所述的载盘系统的校平方法，其特征在于，所述根据所述校平参数，控制纠偏机构驱动所述载盘翻转运动，以对所述目标平面进行校平，包括：

根据所述第一偏角的角度值，控制所述纠偏机构驱动所述载盘绕沿所述第二方向的轴线转动，以使所述第一偏角为0。

3.根据权利要求2所述的载盘系统的校平方法，其特征在于，所述载盘系统的校平方法还包括：

根据所述第二偏角的角度值，控制所述纠偏机构驱动所述载盘绕沿第三方向的轴线转动，以使所述第二偏角为0。

4.一种载盘系统，其特征在于，所述载盘系统配置为实现如权利要求1至3任一项所述的载盘系统的校平方法。

5.根据权利要求4所述的载盘系统，其特征在于，三个所述测距装置配置为对所述垂直于所述第一方向的平面的测距相同；

和/或，所述三角形为正三角形。

6.根据权利要求4所述的载盘系统，其特征在于，所述承载平面上设有多个校准点，且所述校准点的数量为三的倍数，多个所述校准点围绕所述承载平面的中心等角度间隔且中心对称分布，每个所述测距装置与其中一个所述校准点相对设置，且三个所述测距装置围绕沿所述第一方向通过所述承载平面的中心的轴线等角度间隔分布；

和/或，所述测距装置包括激光位移传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器和电磁波测距传感器中的一种。

7.根据权利要求6所述的载盘系统，其特征在于，所述载盘可更换地设置；所述测距装置固定安装设置，且所述测距装置的安装位置能够调整。

8.根据权利要求4至7任一项所述的载盘系统，其特征在于，所述第一纠偏驱动装置和所述第二纠偏驱动装置均为偏摆电机，所述第一纠偏驱动装置安装于所述第二纠偏驱动装置的输出表面上，所述载盘安装于所述第一纠偏驱动装置的输出表面上；

和/或，所述三角形的一条边平行于所述第二方向或所述第三方向。

9.根据权利要求4至7任一项所述的载盘系统，其特征在于，所述旋转驱动装置为直驱电机，所述载盘背离所述承载平面的一侧连接于所述旋转驱动装置的输出端面上；

和/或，所述旋转驱动装置、所述第一纠偏驱动装置和所述第二纠偏驱动装置均为光栅闭环反馈电机。

10.一种探针焊接设备，其特征在于，包括：焊接系统，以及如权利要求4至9任一项所述的载盘系统。

11.一种探针焊接方法，其特征在于，采用如权利要求10所述的探针焊接设备，所述探针焊接方法包括：

在载盘的承载平面上承载有焊接基板的情况下，采用如权利要求1至3任一项所述的载盘系统的校平方法，对所述焊接基板的焊接平面进行校平；

在所述焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，控制焊接系统在所述焊接基板上焊接探针。

12.根据权利要求11所述的探针焊接方法，其特征在于，所述探针焊接方法还包括：

驱动所述载盘转动至预设角度；

采用如权利要求1至3任一项所述的载盘系统的校平方法，对所述焊接基板的焊接平面进行校平；

在所述焊接平面的平面度在预设范围内的情况下，控制焊接系统在所述焊接基板上焊接探针。