CN117824518A - 一种非接触式厚度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学元件的非接触式厚度测量装置，包括底座、滑动导轨、支撑架、齿条、齿轮、第一激光位移传感器、载物台、第二激光位移传感器、滑台和控制器，所述滑动导轨固定在底座上，所述滑台设置在滑动导轨上；所述支撑架固定在底座上，所述齿条设置在支撑架上，所述齿条上安装有第一激光位移传感器，所述齿轮与齿条配合；所述载物台固定在滑台上，所述第二激光位移传感器固定在底座上，所述第二激光位移传感器与第一激光位移传感器的测量点在同一竖直线上，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器分别与控制器相连接。本发明测量的分辨率为0.1μm，测量误差为0.01％，可对大口径光学元件及其它材料元件的厚度进行精密测量。
Description
本申请是名为《非接触式厚度测量装置及方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2017年03月14日，申请号为201710149795.6。
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，特别是涉及一种非接触式厚度测量装置。
背景技术
光学元件广泛应用于高功率激光装置及半导体行业，光学元件的厚度检测是先进光学制造过程中的一个重要环节，使用千分尺等接触式测量装置极易破坏光学元件的表面，而激光干涉装置等非接触式测量装置结构复杂，测量结果易受外界环境的影响，因此，为满足先进光学制造的应用需求，一种可靠的非接触、高精度(亚微米)厚度测量装置及方法很有必要，以满足元件去除量控制及平行度矫正等方面的需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光学元件的非接触式厚度测量装置，可对光学元件进行快速、高精度的厚度测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种非接触式厚度测量装置，包括底座(1)、滑动导轨(2)、支撑架(3)、齿条(4)、齿轮(5)、第一激光位移传感器(6)、载物台(8)、第二激光位移传感器(10)、滑台(11)和控制器，所述滑动导轨(2)固定在底座(1)上，所述滑台(11)设置在滑动导轨(2)上，并可沿着滑动导轨(2)左右移动；所述支撑架(3)固定在底座(1)上，所述齿条(4)设置在支撑架(3)上，所述齿条(4)上安装有第一激光位移传感器(6)，所述齿轮(5)与齿条(4)配合，通过旋转齿轮(5)带动齿条(4)移动，从而带动第一激光位移传感器(6)上下移动；所述载物台(8)固定在滑台(11)上，所述第二激光位移传感器(10)固定在底座(1)上，所述第二激光位移传感器(10)与第一激光位移传感器(6)的测量点在同一竖直线上，所述第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)分别与控制器相连接；
在所述载物台(8)的放置区域设置有三个微小凸起，使被测元件(7)在放置时为点接触；所述第二激光位移传感器(10)对被测元件(7)的下表面进行测量，所述第一激光位移传感器(6)对被测元件(7)的上表面进行测量；在所述滑台(11)上还设置有手柄(12)；所述滑动导轨(2)通过螺钉固定在底座(1)上，所述载物台(8)通过螺钉固定在滑台(11)上。
测量方法包括以下步骤：
1)打开第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)，将第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)分别与控制器相连接，所述第二激光位移传感器(10)与第一激光位移传感器(6)的测量点在同一竖直线上；
2)采用高精度测微仪对任一物品的厚度进行测量，得到绝对测量值，然后将该物品置于载物台(8)上，测得该物品的相对测量值；或直接将已知厚度的标准块置于载物台(8)上进行测量，得到该标准块的相对测量值；所述任一物品与被测元件(7)的厚度差不大于1mm；
3)计算得到补偿偏移量C＝绝对测量值-相对测量值，并在控制器中进行补偿量设置；
4)将被测元件(7)放置在载物台(8)上进行测量，此时控制器显示窗口的数值即为被测元件(7)的实际厚度；当对被测元件(7)进行重复测量时，保持第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)的位置固定，则补偿偏移量C为固定值，不需要再次标定补偿偏移量C；当被测元件(7)的厚度有较大改变时，旋转齿轮(5)以适应被测元件(7)，此时需要重新标定补偿偏移量C；采用第二激光位移传感器(10)对被测元件(7)的下表面进行测量，得到位移S1，采用第一激光位移传感器(6)对被测元件(7)的上表面进行测量，得到位移S2，则被测元件(7)的厚度为h＝S1+S2+C，所述C为补偿偏移量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过两个上下对置的激光位移传感器，可对光学元件进行方便快速、无损的非接触式的厚度测量，测量及操作简单，重复性好，对光学元件的表面以及亚表面质量控制及加工效率的提高具有重要意义。本发明测量的分辨率为0.1μm，测量误差为0.01％，同时本发明装置还可进行扩展，通过结合高精度二维移动平台，可对大口径光学元件及其它材料元件的厚度进行精密测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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为本发明提出的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的侧视图。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明的非接触式厚度测量装置包括底座1、滑动导轨2、支撑架3、齿条4、齿轮5、第一激光位移传感器6、载物台8、第二激光位移传感器10、滑台11和控制器。所述底座1放置在固定平台上，所述滑动导轨2通过螺钉固定在底座1上，所述滑台11设置在滑动导轨2上，并可沿着滑动导轨2左右移动；所述支撑架3固定在底座1上，所述齿条4设置在支撑架3上，所述齿条4上安装有第一激光位移传感器6，所述齿轮5与齿条4配合，通过手动旋转齿轮5外端，可实现齿条4的移动，从而带动第一激光位移传感器6上下移动；所述载物台8通过螺钉固定在滑台11上，工作时，被测元件7放置在载物台8上，且在载物台8的被测元件7的放置区域设置有三个微小凸起，使被测元件7在放置时为点接触状态，当滑台11沿着滑动导轨2左右移动时，可带动放置在载物台8上得被测元件7进行左右平移，这样就可测量被测元件7不同位置处的厚度；所述第二激光位移传感器10固定在底座1上，第二激光位移传感器10与第一激光位移传感器6呈上下对置排列，使得第二激光位移传感器10与第一激光位移传感器6的测量点在同一竖直线上；所述第一激光位移传感器6和第二激光位移传感器10分别与控制器相连接，采用第二激光位移传感器10对被测元件7的下表面进行测量，得到位移S1，采用第一激光位移传感器6对被测元件7的上表面进行测量，得到位移S2，则被测元件7的厚度为h＝S1+S2+C，所述C为补偿偏移量，需要在首次测量时进行标定。
为了方便推拉滑台11，在上述滑台11上还设置有手柄12，通过手动推拉手柄12带动滑台11沿着滑动导轨2左右移动。
本发明的测量方法包括以下步骤：
1)打开第一激光位移传感器6和第二激光位移传感器10，将第一激光位移传感器6和第二激光位移传感器10分别与控制器相连接，第二激光位移传感器10与第一激光位移传感器6的测量点在同一竖直线上；
2)采用高精度螺旋测微仪对任一物品的厚度进行测量，得到绝对测量值，该物品与被测元件7的厚度差不得大于1mm，然后将该物品置于载物台8上，测得该物品的相对测量值；或直接将已知厚度(绝对测量值)的标准块置于载物台8上进行测量，得到该标准块的相对测量值；
3)计算得到补偿偏移量C＝绝对测量值-相对测量值，并在控制器中进行补偿量设置；
4)将被测元件7放置在载物台8上进行测量，此时控制器显示窗口的数值即为被测元件7的实际厚度，当对被测元件7进行重复测量时，保持第一激光位移传感器6和第二激光位移传感器10的位置固定，则补偿偏移量C也为固定值，不需要再次标定补偿偏移量C，可直接进行读数。
在测量过程中，当被测元件7的厚度有较大改变时，需要旋转齿轮5以适应被测元件7，此时需要重新标定补偿偏移量C。
本发明基于激光位移传感器的非接触式测量方法，通过两个上下对置的激光位移传感器，可对光学元件进行快速精确的厚度测量，测量过程不会对元件表面造成破坏，测量过程简单、可靠，测量的分辨率为0.1μm，测量结果的误差为0.016％。此外，本发明装置可进行扩展，通过结合高精度二维移动平台，可对大口径光学元件及其它材料元件的厚度进行精密测量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种非接触式厚度测量装置，其特征在于：包括底座(1)、滑动导轨(2)、支撑架(3)、齿条(4)、齿轮(5)、第一激光位移传感器(6)、载物台(8)、第二激光位移传感器(10)、滑台(11)和控制器，所述滑动导轨(2)固定在底座(1)上，所述滑台(11)设置在滑动导轨(2)上，并可沿着滑动导轨(2)左右移动；所述支撑架(3)固定在底座(1)上，所述齿条(4)设置在支撑架(3)上，所述齿条(4)上安装有第一激光位移传感器(6)，所述齿轮(5)与齿条(4)配合，通过旋转齿轮(5)带动齿条(4)移动，从而带动第一激光位移传感器(6)上下移动；所述载物台(8)固定在滑台(11)上，所述第二激光位移传感器(10)固定在底座(1)上，所述第二激光位移传感器(10)与第一激光位移传感器(6)的测量点在同一竖直线上，所述第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)分别与控制器相连接；
在所述载物台(8)的放置区域设置有三个微小凸起，使被测元件(7)在放置时为点接触；所述第二激光位移传感器(10)对被测元件(7)的下表面进行测量，所述第一激光位移传感器(6)对被测元件(7)的上表面进行测量；在所述滑台(11)上还设置有手柄(12)；所述滑动导轨(2)通过螺钉固定在底座(1)上，所述载物台(8)通过螺钉固定在滑台(11)上。
测量方法包括以下步骤：
1)打开第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)，将第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)分别与控制器相连接，所述第二激光位移传感器(10)与第一激光位移传感器(6)的测量点在同一竖直线上；
2)采用高精度测微仪对任一物品的厚度进行测量，得到绝对测量值，然后将该物品置于载物台(8)上，测得该物品的相对测量值；或直接将已知厚度的标准块置于载物台(8)上进行测量，得到该标准块的相对测量值；所述任一物品与被测元件(7)的厚度差不大于1mm；
3)计算得到补偿偏移量C＝绝对测量值-相对测量值，并在控制器中进行补偿量设置；
4)将被测元件(7)放置在载物台(8)上进行测量，此时控制器显示窗口的数值即为被测元件(7)的实际厚度；当对被测元件(7)进行重复测量时，保持第一激光位移传感器(6)和第二激光位移传感器(10)的位置固定，则补偿偏移量C为固定值，不需要再次标定补偿偏移量C；当被测元件(7)的厚度有较大改变时，旋转齿轮(5)以适应被测元件(7)，此时需要重新标定补偿偏移量C；采用第二激光位移传感器(10)对被测元件(7)的下表面进行测量，得到位移S1，采用第一激光位移传感器(6)对被测元件(7)的上表面进行测量，得到位移S2，则被测元件(7)的厚度为h＝S1+S2+C，所述C为补偿偏移量。
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