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一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置制造方法
【專利摘要】一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置，包括調(diào)整墊腳；底座，所述的底座設(shè)在調(diào)整墊腳上；平臺，所述的平臺設(shè)在底座上；支撐座，所述的支撐座設(shè)在平臺上；橫梁，所述的橫梁設(shè)在支撐座上；Z軸，所述的Z軸固定在橫梁的中間；接觸式測頭，所述的接觸式測頭固定在Z軸動板上；真空吸附臺，所述的真空吸附臺設(shè)在平臺上、接觸式測頭的正下方。本實用新型從設(shè)備的綜合性價比出發(fā)，開發(fā)出手動測量平臺，保留測量精度的同時，最大限度降低測量裝置的復(fù)雜程度和制造成本，為精密薄板材厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【專利說明】一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及測量設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在表面貼裝技術(shù)(SMT)、太陽能、精密薄板材制造等領(lǐng)域，大量制造或使用薄板材。如表面貼裝行業(yè)使用的網(wǎng)板基材，材料種類涉及不銹鋼、鎳、鎳合金等，厚度一般在1_內(nèi)，且在其加工工藝過程中，需要經(jīng)過電鑄、電鍍、拋光、蝕刻、激光切割等工序，中間產(chǎn)生的半成品及最終的成品，均需要進行厚度均勻性的測量，以確保最終的產(chǎn)品符合客戶要求；太陽能行業(yè)中所使用的晶圓，全部為薄板類精密元件，通過激光劃線等工藝在其上加工各種特征，最終形成太陽能電池板，這類板材一般由4層薄片材料構(gòu)成，第I層為晶圓層、第2層為粘合劑、第3層為玻璃、第4層為膠帶，各層之間通過壓合工藝制作成晶圓成品，要保證最終成品厚度均勻性，就需要控制各層相互壓合后的厚度均勻性；而精密薄板材制造方面，如大型鋼材為表面貼裝行業(yè)提供的各種不銹鋼等提供的板材，以及銅箔、平面玻璃薄板的制造，這類板材均有共同特點，材料薄、對厚度均勻性有嚴(yán)格要求，否則會影響其后端產(chǎn)品的使用效果，隨著市場對該行業(yè)產(chǎn)品性能提出越來越高的要求，這些基礎(chǔ)材料的厚度等重要特征的質(zhì)量控制越來越嚴(yán)格，以確保最終成品的性能和可靠性。
[0003]上述薄板材中，大部分板材表面的微觀結(jié)構(gòu)均呈鋸齒狀，這類板材如采用傳統(tǒng)的非接觸式即光學(xué)測量方法來進行厚度測量，通過激光位移傳感器發(fā)出一束光，打在材料表面，以與入射光束呈一定角度反射，被激光位移傳感器信號接收窗口接收，如果材料表面凸凹不平，則會直接反映到接收窗口，并通過內(nèi)部標(biāo)尺，實時測量所反饋光束因材料表面高低不平所產(chǎn)生的位移變化量，通過機器視覺和圖像處理技術(shù)，即可計算出這個變化量的具體數(shù)值，最終計算出薄板材厚度。測量時，先將厚度為A的標(biāo)準(zhǔn)塊放置在測量工位上、下測頭之間的支撐平臺上，測量標(biāo)準(zhǔn)塊的厚度，以對測量系統(tǒng)進行校零操作，假定被測薄鋼板厚度為I則實際被測物厚度為S=A- (x-a)- (y_b)，由于大部分薄板表面具有不同程度的鋸齒狀微觀結(jié)構(gòu)，這種微觀結(jié)構(gòu)尺寸往往在IOum甚至更小范圍內(nèi)，其所產(chǎn)生的反光效應(yīng)，足以對激光光束反射角度造成較大影響，直接導(dǎo)致測量精度下降，且不同材料間反光效應(yīng)影響不同，即使對于同一批產(chǎn)品，所測量的結(jié)果也不盡相同，導(dǎo)致重復(fù)測量精度不高，如果材料具有透明特性，則測量時會有部分光穿透材料而未全部被信號接收器接收，造成測量精度急劇下降，另外，由于機器視覺和圖像處理技術(shù)發(fā)展到今天，最小分辨率還只能到亞微米級，使得最終精密薄材的測量精度難有突破，而高端電子產(chǎn)品市場對產(chǎn)品性能越來越高，從而對用于電路基材的各類薄板材也提出了更高的質(zhì)量要求，傳統(tǒng)厚度測量方法難以滿足高精度測量需求。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低測量裝置的復(fù)雜程度和制造成本的手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置，包括調(diào)整墊腳；底座，所述的底座設(shè)在調(diào)整墊腳上；平臺，所述的平臺設(shè)在底座上；支撐座，所述的支撐座設(shè)在平臺上；橫梁，所述的橫梁設(shè)在支撐座上3軸，所述的Z軸固定在橫梁的中間；接觸式測頭，所述的接觸式測頭固定在Z軸動板上；真空吸附臺，所述的真空吸附臺設(shè)在平臺上、接觸式測頭的正下方。
[0006]作為優(yōu)選，所述的接觸式測頭包括探針、彈性裝置、方形空氣導(dǎo)軌、空氣導(dǎo)軌進氣座、激光位移傳感器、頂板、光柵尺、空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭、測頭安裝座、測頭安裝底板和底板，所述的方形空氣導(dǎo)軌安裝在測頭安裝底板上，探針連接方形空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯的下端、貫穿底板，導(dǎo)芯下端與底板之間設(shè)有彈性裝置，空氣導(dǎo)軌進氣座設(shè)在方形空氣導(dǎo)軌的上方，激光位移傳感器設(shè)在空氣導(dǎo)軌進氣座的上方，與傳感器相連接的數(shù)據(jù)線貫穿頂板，光柵尺設(shè)置在激光位移傳感器的左側(cè)，空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭設(shè)在空氣導(dǎo)軌進氣座的左側(cè)、連接進氣座，測頭安裝座設(shè)在測頭安裝底板的左側(cè)。
[0007]作為優(yōu)選，所述的光柵尺平行安裝于激光位移傳感器。
[0008]作為優(yōu)選，所述的彈性裝置為精密彈簧。
[0009]作為優(yōu)選，所述方形空氣導(dǎo)軌的導(dǎo)芯內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接方形導(dǎo)軌進氣座。
[0010]作為優(yōu)選，所述的方形導(dǎo)軌進氣座側(cè)面連接方形空氣導(dǎo)軌供氣接頭。
[0011]作為優(yōu)選，所述的真空吸附臺中心部位設(shè)有吸附供氣接頭，中間部位凸出薄板支撐面，所述的薄板支撐面中間部位凸出吸附環(huán)槽，薄板支撐面的外圈設(shè)有繞X向繞度調(diào)節(jié)螺釘，真空吸附臺的外圈設(shè)有繞Y向繞度調(diào)節(jié)螺釘，所述的吸附環(huán)槽表面設(shè)有若干個吸附孔。
[0012]作為優(yōu)選，所述的平臺下設(shè)有滾輪。
[0013]本實用新型提供了一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置，采用測量力精確可控的高精度單接觸式測頭進行厚度測量，很好地解決了傳統(tǒng)采取非接觸式測量方法中存在的因不同材料表面反光效應(yīng)、透明材料因穿透材料導(dǎo)致精度急劇下降、同類材料重復(fù)測量精度低及圖像處理技術(shù)難以滿足該行業(yè)高精度、高穩(wěn)定性厚度測量需求的問題，并在此基礎(chǔ)上，從設(shè)備的綜合性價比出發(fā)，開發(fā)出手動測量平臺，保留測量精度的同時，最大限度降低測量裝置的復(fù)雜程度和制造成本，為精密薄板材厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為接觸式測頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為接觸式測頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為方形空氣導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為真空吸附臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為真空吸附臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1.滾輪；2.調(diào)整墊腳；3.鋼架底座；4.花崗巖平臺；5.花崗巖支撐座；6.花崗巖固定橫梁；7.測頭固定座；8.Z軸；9.接觸式測頭；10.薄板材；11.真空吸附臺；12.探針；13.精密彈簧；14.方形空氣導(dǎo)軌；15.空氣導(dǎo)軌進氣座；16.激光位移傳感器；17.頂板；18.光柵尺；19.空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭；20.測頭安裝座；21.測頭安裝底板；22.底板；23.空氣導(dǎo)軌供氣接頭；24.導(dǎo)芯；25、數(shù)據(jù)線；26.吸附孔；27.吸附環(huán)槽；28.薄板材支撐面；29.繞Y向繞度調(diào)節(jié)螺釘；30.繞X向繞度調(diào)節(jié)螺釘；31.真空吸附平臺固定螺釘；32.吸附供氣接頭。
【具體實施方式】
[0021]下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0022]參見圖1至圖6所示，一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置，包括調(diào)整墊腳2 ；鋼架底座3，所述的鋼架底座3設(shè)在調(diào)整墊腳2上；花崗巖平臺4，所述的花崗巖平臺4設(shè)在鋼架底座3上；滾輪1，所述的滾輪I設(shè)在花崗巖平臺4下，正常使用時測量儀必須擺放平穩(wěn)，此時通過調(diào)節(jié)調(diào)整墊腳2可使?jié)L輪I離地，并可調(diào)節(jié)好花崗巖平臺4的水平度，而需要挪動測量儀擺放位置時，僅需調(diào)節(jié)調(diào)整墊腳2，讓滾輪I與地面接觸，并對花崗巖平臺4有效支撐后，手推動測量儀，則滾輪I可輕松地帶動測量儀到制定擺放位置；花崗巖支撐座5，所述的花崗巖支撐座5設(shè)在平臺上；花崗巖固定橫梁6，所述的花崗巖固定橫梁6設(shè)在花崗巖支撐座5上；Z軸8，所述的Z軸8固定在花崗巖固定橫梁6的中間；接觸式測頭9，所述的接觸式測頭9固定在Z軸8的動板上；真空吸附臺11，所述的真空吸附臺11設(shè)在花崗巖平臺4上、接觸式測頭9的正下方，真空吸附臺11中心部位設(shè)有吸附供氣接頭32，中間部位凸出薄板支撐面28，所述的薄板支撐面28中間部位凸出吸附環(huán)槽27，薄板支撐面28的外圈設(shè)有繞X向繞度調(diào)節(jié)螺釘30，真空吸附臺11的外圈設(shè)有繞Y向繞度調(diào)節(jié)螺釘29，所述的吸附環(huán)槽27表面設(shè)有若干個吸附孔26，該吸附臺11通過真空吸附原理對測量區(qū)域中的薄板進行吸附，以使得測量區(qū)域的薄板完全貼合在真空吸附臺的薄板支撐面28上，真空吸附臺11可通過繞X向和Y向的繞度調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)真空吸附臺支撐面28相對測頭9沿Z軸8上下運動方向的垂直度。
[0023]所述的接觸式測頭包括探針12、精密彈簧13、方形空氣導(dǎo)軌14、空氣導(dǎo)軌進氣座15、激光位移傳感器16、頂板17、光柵尺18、空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭19、測頭安裝座20、測頭安裝底板21和底板22，所述的方形空氣導(dǎo)軌14安裝在測頭安裝底板21上，所述方形空氣導(dǎo)軌14的導(dǎo)芯24內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接方形導(dǎo)軌進氣座15，方形導(dǎo)軌進氣座15側(cè)面連接方形空氣導(dǎo)軌供氣接頭23，探針12連接方形空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯24的下端、貫穿底板22，導(dǎo)芯24下端與底板22之間設(shè)有精密彈簧13，空氣導(dǎo)軌進氣座15設(shè)在方形空氣導(dǎo)軌14的上方，激光位移傳感器16設(shè)在空氣導(dǎo)軌進氣座15的上方，與傳感器16相連接的數(shù)據(jù)線25貫穿頂板，光柵尺18平行安裝于激光位移傳感器16的左側(cè)，空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭19設(shè)在空氣導(dǎo)軌進氣座15的左側(cè)、連接進氣座15，測頭安裝座20設(shè)在測頭安裝底板21的左側(cè)。
[0024]當(dāng)向方形空氣導(dǎo)軌14供氣時，則壓縮空氣會通過氣流孔傳遞到方形導(dǎo)軌14 “口”字形的各內(nèi)導(dǎo)向面，這些導(dǎo)向面上分布有導(dǎo)氣槽，通過導(dǎo)氣槽將具有一定氣壓的壓縮空氣供應(yīng)到導(dǎo)芯24與方形導(dǎo)軌14“口”字形的各內(nèi)導(dǎo)向面之間，形成具有一定壓力的氣膜層，從而形成空氣導(dǎo)軌，導(dǎo)芯24僅能在方形導(dǎo)軌14中上下精確運動，導(dǎo)芯24內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接著方形導(dǎo)軌進氣座15，該進氣座15側(cè)方安裝有供氣接頭23，頂部安裝有光柵尺18，通過與光柵尺18平行安裝的激光位移傳感器16來測定探針12隨工件表面形貌變化而導(dǎo)致導(dǎo)芯24上下垂直運動的位移量，從激光位移傳感器16讀到的位移量值通過數(shù)據(jù)線25實時傳輸?shù)綔y量系統(tǒng)，并及時在測量軟件中顯示測量結(jié)果。
[0025]本實用新型所述的測量裝置針對薄板進行厚度測量的測量步驟如下:
[0026]I)先在測量平臺4對應(yīng)的測頭9正下方放置一塊具有標(biāo)準(zhǔn)高度的標(biāo)準(zhǔn)塊，其高度值為XO。
[0027]2)安裝有測頭9的Z軸8帶動測頭9在垂直方向上的起始位ZO開始向下運動，此時導(dǎo)芯24上的探針12在力的綜合作用下，在垂直方向上處于力學(xué)平衡狀態(tài)，在探針12端部的紅寶石球未接觸到標(biāo)準(zhǔn)塊前，探針12 —直處于最下方不動，此時小型激光位移傳感器16對應(yīng)的讀數(shù)值為HO。
[0028]3)當(dāng)探針12端部碰到標(biāo)準(zhǔn)塊后，向上的反作用增大，探針12會向上運動到H1，此時Z軸8下降到Zl位置，將此時Hl設(shè)置為測量零點，對應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)塊厚度為X0，控制系統(tǒng)記下該數(shù)值。
[0029]4)將Z軸8從Zl運動回ZO位置，將標(biāo)準(zhǔn)塊移開，放置上Xl厚度的被測物，讓Z軸8重新從ZO位置帶動測頭9向下運動，直到探針12接觸到被測物表面，并讓測頭12中的激光位移傳感器16讀數(shù)正好處于Hl位置時，則Z軸8立即停止運動，此時Z軸8向下運動到Z2位置。
[0030]5)通過上述數(shù)據(jù)，則可計算得出標(biāo)準(zhǔn)塊厚度和被測物厚度之間的高度差
[0031]Λ Z= I Ζ2-Ζ1 I，而被測物厚度 L= I Χ0-ΔΖ I ；
[0032]當(dāng)被測物厚度比標(biāo)準(zhǔn)塊高度XO大時，則Ζ2〈Ζ1 ；當(dāng)被測物厚度比標(biāo)準(zhǔn)塊高度XO小時，則 Ζ2>Ζ1。
[0033]測量前，通過具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的標(biāo)準(zhǔn)塊對測量系統(tǒng)進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后，將標(biāo)準(zhǔn)塊移開，放置上薄板材，即可進行測量，測量時，人工將薄板材放置在測量平臺上，并始通過手動拖動薄板以使測量點始終處于測頭正下方真空吸附平臺支撐面工作的測量區(qū)域中，讀取完一個點值，則手動拖拽薄板至下一個測量點；各測量點的厚度測量數(shù)據(jù)會被傳遞到測量系統(tǒng)，與該批次薄板材厚度質(zhì)量控制線進行對比，一旦發(fā)現(xiàn)該值不在事先設(shè)置的薄板材厚度質(zhì)量指標(biāo)控制線內(nèi)，則系統(tǒng)會自動報警，該薄板材將被作為不合格品處理，在其進入出料工位時則被移出測量系統(tǒng)，而如果合格則將其作為合格品處理，放置在合格品區(qū)，再進行下一張薄板材的測量，循環(huán)往復(fù)。
[0034]本實用新型提供了一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置，采用測量力精確可控的高精度單接觸式測頭進行厚度測量，很好地解決了傳統(tǒng)采取非接觸式測量方法中存在的因不同材料表面反光效應(yīng)、透明材料因穿透材料導(dǎo)致精度急劇下降、同類材料重復(fù)測量精度低及圖像處理技術(shù)難以滿足該行業(yè)高精度、高穩(wěn)定性厚度測量需求的問題，并在此基礎(chǔ)上，從設(shè)備的綜合性價比出發(fā)，開發(fā)出手動測量平臺，保留測量精度的同時，最大限度降低測量裝置的復(fù)雜程度和制造成本，為精密薄板材厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【權(quán)利要求】
1.一種手動單測頭薄板厚度接觸式測量裝置，其特征在于，包括: 調(diào)整墊腳； 底座，所述的底座設(shè)在調(diào)整墊腳上； 平臺，所述的平臺設(shè)在底座上； 支撐座，所述的支撐座設(shè)在平臺上； 橫梁，所述的橫梁設(shè)在支撐座上； Z軸，所述的Z軸固定在橫梁的中間； 接觸式測頭，所述的接觸式測頭固定在Z軸動板上； 真空吸附臺，所述的真空吸附臺設(shè)在平臺上、接觸式測頭的正下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的接觸式測頭包括探針、彈性裝置、方形空氣導(dǎo)軌、空氣導(dǎo)軌進氣座、激光位移傳感器、頂板、光柵尺、空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭、測頭安裝座、測頭安裝底板和底板，所述的方形空氣導(dǎo)軌安裝在測頭安裝底板上，探針連接方形空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯的下端、貫穿底板，導(dǎo)芯下端與底板之間設(shè)有彈性裝置，空氣導(dǎo)軌進氣座設(shè)在方形空氣導(dǎo)軌的上方，激光位移傳感器設(shè)在空氣導(dǎo)軌進氣座的上方，與傳感器相連接的數(shù)據(jù)線貫穿頂板，光柵尺設(shè)置在激光位移傳感器的左側(cè)，空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭設(shè)在空氣導(dǎo)軌進氣座的左側(cè)、連接進氣座，測頭安裝座設(shè)在測頭安裝底板的左側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述的光柵尺平行安裝于激光位移傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述的彈性裝置為精密彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述方形空氣導(dǎo)軌的導(dǎo)芯內(nèi)部為空芯結(jié)構(gòu)，頂部連接方形導(dǎo)軌進氣座。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述的方形導(dǎo)軌進氣座側(cè)面連接方形空氣導(dǎo)軌供氣接頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的真空吸附臺中心部位設(shè)有吸附供氣接頭，中間部位凸出薄板材支撐面，所述的薄板材支撐面中間部位凸出吸附環(huán)槽，薄板支撐面的外圈設(shè)有繞X向繞度調(diào)節(jié)螺釘，真空吸附臺的外圈設(shè)有繞Y向繞度調(diào)節(jié)螺釘，所述的吸附環(huán)槽表面設(shè)有若干個吸附孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的平臺下設(shè)有滾輪。
【文檔編號】G01B11/06GK203375937SQ201320485939
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】夏發(fā)平 申請人:昆山允可精密工業(yè)技術(shù)有限公司