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一種表面高反薄板材厚度測量裝置制造方法

文檔序號:6195399閱讀:222來源:國知局
一種表面高反薄板材厚度測量裝置制造方法
【專利摘要】一種表面高反薄板材厚度測量裝置,包括鋼架底座、平臺、工件承載臺、X軸、橫梁、上接觸式測頭、Z軸、Y軸、下接觸式測頭和下測頭安裝座,所述的平臺設(shè)在鋼架底座上,工件承載臺設(shè)在平臺上,Y軸固定在工件承載臺與平臺之間,橫梁固定在平臺上、與Y軸運(yùn)動方向相互垂直,X軸固定在橫梁上,Z軸及其動板設(shè)在橫梁的上橫條上,上接觸式測頭固定在Z軸動板上,下接觸式測頭通過下測頭安裝座固定在橫梁的下橫條上。本實用新型專為薄板材厚度測量而設(shè)計,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,性價比高,為半導(dǎo)體、太陽能、光學(xué)玻璃等行業(yè)中材料表面具有高亮度反光特性的高端產(chǎn)品厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【專利說明】一種表面高反薄板材厚度測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測量裝置,尤其涉及一種表面高反薄板材厚度測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體、太陽能、光學(xué)玻璃等行業(yè)中,有大量產(chǎn)品表面具有高亮度反光特性。如半導(dǎo)體行業(yè)中的芯片基材,厚度一般在0.3_以下,材料為不銹鋼片、鎳片、鎳合金片、電鑄片等。根據(jù)性能要求不同,需要經(jīng)過電鑄、電鍍、拋光、蝕刻等工序,最后才能加工成成品,無論是原材料、半成品或是成品,其表面均呈高亮反光特性。而太陽能行業(yè)中的晶圓,本身由4層材料構(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,尤其是晶圓層和玻璃層,表面均具有高亮度反光甚至透明特性。光學(xué)玻璃行業(yè)中的各類鏡片,除自身為透明材質(zhì)外,同樣具有高亮度反光特性。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]針對這些具有高亮度反光特性的材料,傳統(tǒng)厚度測量設(shè)備一般采用非接觸式測量方法來進(jìn)行測量,通常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(jī)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(jìn)行校零操作,假定被測薄鋼板厚度為δ,則實際被測物厚度為δ=Α- (x-a)- (y_b),這種測量方法在針對具有高亮度反光特性的材料厚度測量時,材料表面微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為類似“皺紋”狀特性,這種微觀結(jié)構(gòu)尺寸往往在IOum甚至更小范圍內(nèi),但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,另外,由于機(jī)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]本實用新型旨在提供一種在測量過程中無需人工干預(yù)、測量精度和測量效率高的表面高反薄板材厚度測量裝置。
[0005]本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種表面高反薄板材厚度測量裝置,包括鋼架底座、平臺、工件承載臺、X軸、橫梁、上接觸式測頭、Z軸、Y軸、下接觸式測頭和下測頭安裝座,所述的平臺設(shè)在鋼架底座上,工件承載臺設(shè)在平臺上,Y軸固定在工件承載臺與平臺之間,橫梁固定在平臺上、與Y軸運(yùn)動方向相互垂直,X軸固定在橫梁上,Z軸及其動板設(shè)在橫梁的上橫條上,上接觸式測頭固定在Z軸動板上,下接觸式測頭通過下測頭安裝座固定在橫梁的下橫條上;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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)氣座的左側(cè)、連接進(jìn)氣座,測頭安裝座設(shè)在測頭安裝底板的左側(cè)。
[0006]作為優(yōu)選,所述的光柵尺平行安裝于激光位移傳感器。
[0007]作為優(yōu)選,所述的彈性裝置為精密彈簧。
[0008]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(jìn)氣座。
[0009]作為優(yōu)選,所述的方形導(dǎo)軌進(jìn)氣座側(cè)面連接方形空氣導(dǎo)軌供氣接頭。
[0010]本實用新型提出一種表面高反薄板材厚度測量裝置,采用測量力精確可控的高精度接觸式測頭來進(jìn)行高反材料厚度測量,很好地規(guī)避了非接觸式測量因不同材料表面反光特性及圖像處理技術(shù)難以滿足該行業(yè)高精度、高穩(wěn)定性厚度測量需求,除采取接觸式測量方式外,該測量裝置采取固定梁式結(jié)構(gòu)布局,由相互垂直安裝的X軸、Y軸和Z軸,配合專為薄板材設(shè)計的工件承載臺,實現(xiàn)了自動測量功能。僅需測量員上料和下料,測量過程中無需人工干預(yù),進(jìn)一步提高了測量精度和測量效率,該測量裝置專為薄板材厚度測量而設(shè)計,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,性價比高,為半導(dǎo)體、太陽能、光學(xué)玻璃等行業(yè)中材料表面具有高亮度反光特性的高端產(chǎn)品厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0012]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0013]圖3為接觸式測頭的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0014]圖4為接觸式測頭的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0015]圖5為方形空氣導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0016]圖6為本實用新型的工作原理圖。
[0017]圖中:1.鋼架底座;2.平臺;3.工件承載臺;4.X軸;5.上接觸式測頭;6.Z軸;
7.橫梁;8.薄板材;9.Y軸;10.下接觸式測頭;11.下測頭安裝座;12.探針;13.精密彈簧;14.方形空氣導(dǎo)軌;15.空氣導(dǎo)軌進(jìn)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。
【具體實施方式】
[0018]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。
[0019]參見圖1至圖5所示,一種表面高反薄板材厚度測量裝置,包括鋼架底座1、平臺2、工件承載臺3、X軸4、橫梁7、上接觸式測頭5、Z軸6、Y軸9、下接觸式測頭10和下測頭安裝座11,所述的平臺2設(shè)在鋼架底座I上,工件承載臺3設(shè)在平臺2上,Y軸9固定在工件承載臺3與平臺2之間,橫梁7固定在平臺2上、與Y軸9運(yùn)動方向相互垂直,X軸4固定在橫梁7上,Z軸6及其動板設(shè)在橫梁7的上橫條上,上接觸式測頭5固定在Z軸6的動板上,下接觸式測頭10通過下測頭安裝座11固定在橫梁7的下橫條上;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(jìn)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(jìn)氣座15,方形導(dǎo)軌進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)氣座15的左側(cè)、連接進(jìn)氣座15,測頭安裝座20設(shè)在測頭安裝底板21的左側(cè)。
[0020]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(yùn)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(jìn)氣座15,該進(jìn)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(yùn)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。
[0021]本實用新型具體測量原理如圖6所示,測量前,下接觸式測頭10因向上吹氣壓力作用,將探針12向上頂,并使精密彈簧13處于微量壓縮狀態(tài),此時精密彈簧13壓縮量為HO,同時探針12超出工件承載臺3也為HO,而上接觸式測頭5安裝在垂直于被測工件的Z軸6上,在測頭中向下吹氣的壓力、重力及精密彈簧因被吹氣壓力和重力同時作用而產(chǎn)生的向上反作用共同作用下,在垂直方向上處于力學(xué)平衡狀態(tài),此時Z軸6位置為Z0,在測量實際薄板材前,采用厚度為A的標(biāo)準(zhǔn)塊來對測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn),將該標(biāo)準(zhǔn)塊放置在工件承載臺3中,此時,標(biāo)準(zhǔn)塊下表面將壓住下接觸式測頭10的探針12,使該測頭有一個Hl的位移量,在測量系統(tǒng)中將該值作為下接觸式測頭10的零位,而上接觸式測頭5在Z軸6帶動下向下運(yùn)動,直到探針12接觸到標(biāo)準(zhǔn)塊的上表面,假定運(yùn)動到向下運(yùn)動到Zl位置,此時向下的吹氣壓力、探針12自身重力及向上精密彈簧13反作用力、工件表面反作用力等在該處處于力學(xué)平衡,探針12的向上的位移量為(Zl- Z0),也即為精密彈簧13的壓縮量,被上接觸式測頭5的激光位移傳感器16精確讀取,此時,測量系統(tǒng)精確得到在測量厚度為A的標(biāo)準(zhǔn)塊時下接觸式測頭10的零位和上接觸式測頭5的位移量讀數(shù)、吹氣壓力等參數(shù),向上抬起上接觸式測頭5返回到ZO位置,移開標(biāo)準(zhǔn)塊,更換上被測薄板材8,假設(shè)該薄板材8的厚度為L,則下接觸式測頭10的探針12再次受該工件壓制,產(chǎn)生的位移量為H2,則說明下測頭10因為表面特性造成與標(biāo)準(zhǔn)塊壓制探針12時不同的變化值,實際該點在下方向上相對標(biāo)準(zhǔn)塊的厚度變化為(H2- Hl),上測頭5在Z軸6帶動下接觸工件的上表面,并保持吹氣力不變,此時Z軸6位移為Z2,實際的精密彈簧13壓縮量為(Z2- Z0),可以得出如下關(guān)系:
[0022](Zl-ZO)+A+Hl=(Z2-Z0)+L+ H2
[0023]被測薄板材8 的厚度 L=(Z1-Z0)+A+H1-(Z2-Z0)-H2=A+Z1-Z2+H1-H2,上、下接觸式測頭將測量值實時傳輸?shù)綔y量系統(tǒng),測量系統(tǒng)將根據(jù)上述公式快速計算得到該薄板材8的實際厚度值,將該厚度值與該批次薄板材厚度質(zhì)量控制線進(jìn)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(jìn)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(jìn)行下一張薄板材的測量,循環(huán)往復(fù)。
[0024]本實用新型提出的一種表面高反薄板材厚度測量裝置,采用測量力精確可控的高精度接觸式測頭來進(jìn)行高反材料厚度測量,很好地規(guī)避了非接觸式測量因不同材料表面反光特性及圖像處理技術(shù)難以滿足該行業(yè)高精度、高穩(wěn)定性厚度測量需求,除采取接觸式測量方式外,該測量裝置采取固定梁式結(jié)構(gòu)布局,由相互垂直安裝的X軸、Y軸和Z軸,配合專為薄板材設(shè)計的工件承載臺,實現(xiàn)了自動測量功能,僅需測量員上料和下料,測量過程中無需人工干預(yù),進(jìn)一步提高了測量精度和測量效率,該測量裝置專為薄板材厚度測量而設(shè)計,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,性價比高,為半導(dǎo)體、太陽能、光學(xué)玻璃等行業(yè)中材料表面具有高亮度反光特性的高端產(chǎn)品厚度測量提供優(yōu)化解決方法。
[0025]在本說明書的描述中,參考術(shù)語“ 一個實施例”、“ 一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0026]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型,本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種表面高反薄板材厚度測量裝置,包括鋼架底座、平臺、工件承載臺、X軸、橫梁、上接觸式測頭、Z軸、Y軸、下接觸式測頭和下測頭安裝座,其特征在于,所述的平臺設(shè)在鋼架底座上,工件承載臺設(shè)在平臺上,Y軸固定在工件承載臺與平臺之間,橫梁固定在平臺上、與Y軸運(yùn)動方向相互垂直,X軸固定在橫梁上,Z軸及其動板設(shè)在橫梁的上橫條上,上接觸式測頭固定在Z軸動板上,下接觸式測頭通過下測頭安裝座固定在橫梁的下橫條上;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(jìn)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(jìn)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(jìn)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偵U,空氣導(dǎo)軌導(dǎo)芯供氣接頭設(shè)在空氣導(dǎo)軌進(jìn)氣座的左側(cè)、連接進(jìn)氣座,測頭安裝座設(shè)在測頭安裝底板的左側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置,其特征在于,所述的光柵尺平行安裝于激光位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置,其特征在于,所述的彈性裝置為精密彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1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(jìn)氣座。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量裝置,其特征在于,所述的方形導(dǎo)軌進(jìn)氣座側(cè)面連接方形空氣導(dǎo)軌供氣接頭。
【文檔編號】G01B11/06GK203375940SQ201320485952
【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
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