接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，包括測(cè)頭、含有數(shù)控、計(jì)算模塊的控制系統(tǒng)、沿三維坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的軸系統(tǒng)，所述測(cè)頭包括導(dǎo)軌模、導(dǎo)芯，所述導(dǎo)芯穿過導(dǎo)軌模，所述導(dǎo)軌模含有進(jìn)氣口和導(dǎo)氣槽，其內(nèi)部可形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌頂部設(shè)有進(jìn)氣口，底部連接有彈簧，所述彈簧位于導(dǎo)芯、底板之間，其下端連接有探針，所述導(dǎo)芯頂部連接有光柵尺，其與激光位移傳感器連接，所述激光位移傳感器連接至控制系統(tǒng)。該測(cè)量儀的測(cè)頭采用氣動(dòng)控制技術(shù)，通過改變導(dǎo)芯內(nèi)外氣壓而實(shí)現(xiàn)測(cè)量力的精確調(diào)節(jié)，既可調(diào)整測(cè)量力數(shù)值，又能保證測(cè)量力恒定；同時(shí)利用三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)并結(jié)合數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全方位、自動(dòng)化測(cè)量，因此能夠提高薄板材類元件表面尺寸的測(cè)量精度。
【專利說明】接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測(cè)量設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀。

【背景技術(shù)】
[0002]在印刷電路及半導(dǎo)體行業(yè)中，經(jīng)常會(huì)用到大量的薄板材類元件，例如厚度介于0.05mm至1_之間的電路板基材，通常是以不銹鋼、鎳合金等作為原材料，經(jīng)過電鑄、電鍍、拋光、蝕刻等工藝制得。在這些行業(yè)中，對(duì)于電路基材的表面尺寸特征要求較高，無論原材料、半成品還是成品，都需要通過專業(yè)設(shè)備對(duì)基材表面的平面度等尺寸精度指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。
[0003]在相關(guān)技術(shù)中，通常是采用光學(xué)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，通過讀取光反射位移量進(jìn)行計(jì)算，再結(jié)合圖像處理技術(shù)反映出被測(cè)工件的表面形態(tài)特征。然而相關(guān)技術(shù)存在以下缺陷:一方面，薄板材類元件具有類鋸齒狀的微觀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)激光光束反射角造成偏差，從而導(dǎo)致測(cè)量精度下降；另一方面，受機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)的發(fā)展水平制約，該類設(shè)備在測(cè)量精度上仍具有較大的局限性。因此，相關(guān)技術(shù)難以滿足上述行業(yè)中對(duì)薄板材類元件表面尺寸特征的測(cè)量要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有光學(xué)設(shè)備對(duì)于薄板材類元件的表面形態(tài)特征的測(cè)量精度不足的上述缺陷和問題，本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量精度更高的、測(cè)量力可控的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，包括:
[0006]控制系統(tǒng)，其包括數(shù)控模塊、計(jì)算模塊、顯示模塊；
[0007]軸系統(tǒng)，其包括固定在水平面上的Y軸、沿水平面垂直安裝在Y軸上并沿Y軸運(yùn)動(dòng)的X軸、以垂直于水平面方向安裝在X軸上并沿X軸運(yùn)動(dòng)的Z軸，所述軸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中的數(shù)控模塊連接；
[0008]測(cè)頭，其安裝在Z軸上并沿Z軸運(yùn)動(dòng)，包括導(dǎo)軌模、導(dǎo)芯，所述導(dǎo)芯穿過導(dǎo)軌模，所述導(dǎo)軌模含有導(dǎo)軌模進(jìn)氣口，其內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)氣槽，充氣后可在導(dǎo)軌模內(nèi)表面與導(dǎo)芯外表面之間形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)芯內(nèi)部為空心，其頂部設(shè)有用于向內(nèi)部充氣的導(dǎo)芯進(jìn)氣口，其底部還連接有彈簧，所述彈簧設(shè)置在導(dǎo)芯和測(cè)頭底部的底板之間，其下端連接有向下穿過底板的探針，所述導(dǎo)芯頂部還連接有光柵尺，其與激光位移傳感器平行連接，所述激光位移傳感器與控制系統(tǒng)中的計(jì)算模塊連接。
[0009]作為上述技術(shù)的優(yōu)選，所述Y軸共有兩根，其平行安裝在水平面上。
[0010]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述測(cè)頭采用垂直立式安裝。
[0011]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述導(dǎo)芯只能在導(dǎo)軌模內(nèi)部沿垂直于水平面方向運(yùn)動(dòng)。
[0012]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述導(dǎo)氣槽的截面形狀為U字形。
[0013]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述數(shù)控模塊、計(jì)算模塊安裝在計(jì)算機(jī)中，所述顯示模塊包括顯示器。
[0014]本發(fā)明還提供一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀的使用方法，其特征在于，含有以下步驟:
[0015]Ql:通過導(dǎo)軌模進(jìn)氣口向?qū)獠鄢淙霘怏w,在導(dǎo)軌模與導(dǎo)芯之間形成氣膜層,使導(dǎo)芯處于無摩擦的懸浮狀態(tài)；
[0016]Q2:通過導(dǎo)芯進(jìn)氣口向?qū)局谐淙霘怏w，調(diào)整內(nèi)部氣壓，使導(dǎo)芯和探針在垂直于水平面方向上處于力學(xué)平衡狀態(tài)；
[0017]Q3:控制測(cè)頭沿Z軸向下移動(dòng)，使探針頂端與被測(cè)工件表面接觸，微量增加導(dǎo)芯內(nèi)部壓力，使作用在探針上的向下的作用力略大于向上的作用力，以保證探針頂端以足夠但不至于劃傷表面的測(cè)量力與被測(cè)工件持續(xù)接觸；
[0018]Q4:測(cè)頭中的激光位移傳感器記錄Z軸此時(shí)所在的高度值；
[0019]Q5:軸系統(tǒng)復(fù)位，通過數(shù)控模塊設(shè)定軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，開始測(cè)量；
[0020]Q6:X軸、Y軸帶動(dòng)測(cè)頭按照預(yù)設(shè)路徑在工件表面連續(xù)掃描測(cè)量，激光位移傳感器不斷讀取高度數(shù)據(jù)并傳輸至計(jì)算模塊，最后得到由工件表面上的測(cè)量點(diǎn)以坐標(biāo)值、高度值所構(gòu)成的數(shù)據(jù)體系。
[0021]作為上述使用方法的優(yōu)選，還含有以下步驟:
[0022]Q7:在控制系統(tǒng)中集成3D數(shù)顯程序模塊，將所得到的數(shù)據(jù)體系轉(zhuǎn)換為被測(cè)工件表面形態(tài)的具體圖像。
[0023]本發(fā)明提供的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，在測(cè)頭中采用了氣動(dòng)控制技術(shù)，通過改變導(dǎo)芯內(nèi)、外氣壓而實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量力的精確調(diào)節(jié)，既可針對(duì)材料特性調(diào)整測(cè)量力大小，又能在表面高度變化時(shí)保證測(cè)量力不變；另一方面，又利用三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)合數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了被測(cè)物表面輪廓的全方位、自動(dòng)化測(cè)量。因此，該測(cè)量儀能夠提高對(duì)于薄板材類元件表面尺寸特征的測(cè)量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀中的測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀中的導(dǎo)芯與導(dǎo)軌模的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀中的軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，包括測(cè)頭1，其包括導(dǎo)軌模11、導(dǎo)芯12，所述導(dǎo)芯12穿過導(dǎo)軌模11，所述導(dǎo)軌模11含有導(dǎo)軌模進(jìn)氣口，其內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)氣槽，充氣后可在導(dǎo)軌模11內(nèi)表面與導(dǎo)芯12外表面之間形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)芯12內(nèi)部為空心，其頂部設(shè)有用于向內(nèi)部充氣的導(dǎo)芯進(jìn)氣口，其底部還連接有彈簧13，所述彈簧13設(shè)置在導(dǎo)芯12和測(cè)頭I底部的底板14之間，其下端連接有向下穿過底板14的探針15，所述導(dǎo)芯12頂部還連接有光柵尺16，其與激光位移傳感器17平行連接，所述激光位移傳感器17與控制系統(tǒng)中的計(jì)算模塊連接。
[0031]如圖2所示，所述導(dǎo)軌模進(jìn)氣口 18位于導(dǎo)軌模11的側(cè)面，所述導(dǎo)芯進(jìn)氣口 19位于導(dǎo)芯12的頂部。
[0032]如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，還包括控制系統(tǒng)2、軸系統(tǒng)3，所述控制系統(tǒng)2包括數(shù)控模塊21、計(jì)算模塊22、顯示模塊23 ;所述軸系統(tǒng)3與控制系統(tǒng)2中的數(shù)控模塊21連接；所述測(cè)頭I與控制系統(tǒng)2中的計(jì)算模塊22連接。
[0033]如圖4所示，所述軸系統(tǒng)3包括固定在水平面上的Y軸31、沿水平面垂直安裝在Y軸31上并沿Y軸31運(yùn)動(dòng)的X軸32、以垂直于水平面方向安裝在X軸32上并沿X軸32運(yùn)動(dòng)的Z軸33 ;所述測(cè)頭I安裝在Z軸33上，其沿Z軸33運(yùn)動(dòng)。
[0034]如圖3所示，所述數(shù)控模塊21、計(jì)算模塊22安裝在計(jì)算機(jī)24中，所述顯示模塊23包括顯示器。
[0035]如圖4所示，所述Y軸31共有兩根，其平行安裝在水平面上。所述測(cè)頭I采用垂直立式安裝。所述導(dǎo)軌模11的導(dǎo)氣槽的截面形狀為U字形。所述導(dǎo)芯12只能在導(dǎo)軌模11內(nèi)部沿垂直于水平面方向運(yùn)動(dòng)。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例還提供相關(guān)的使用方法，含有以下步驟:通過導(dǎo)軌模進(jìn)氣口向?qū)獠鄢淙霘怏w，在導(dǎo)軌模與導(dǎo)芯之間形成氣膜層，使導(dǎo)芯處于無摩擦的懸浮狀態(tài)；通過導(dǎo)芯進(jìn)氣口向?qū)局谐淙霘怏w，調(diào)整內(nèi)部氣壓，使導(dǎo)芯和探針在垂直于水平面方向上處于力學(xué)平衡狀態(tài)；控制測(cè)頭沿Z軸向下移動(dòng)，使探針頂端與被測(cè)工件表面接觸，微量增加導(dǎo)芯內(nèi)部壓力，使作用在探針上的向下的作用力略大于向上的作用力，以保證探針頂端以足夠但不至于劃傷表面的測(cè)量力與被測(cè)工件持續(xù)接觸；測(cè)頭中的激光位移傳感器記錄Z軸此時(shí)所在的高度值；軸系統(tǒng)復(fù)位，通過數(shù)控模塊設(shè)定軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，開始測(cè)量；χ軸、Y軸帶動(dòng)測(cè)頭按照預(yù)設(shè)路徑在工件表面連續(xù)掃描測(cè)量，激光位移傳感器不斷讀取高度數(shù)據(jù)并傳輸至計(jì)算模塊，最后得到由工件表面上的測(cè)量點(diǎn)以坐標(biāo)值、高度值所構(gòu)成的數(shù)據(jù)體系。
[0037]作為上述使用方法的優(yōu)選，還含有以下步驟:在控制系統(tǒng)中集成3D數(shù)顯程序模塊，將所得到的數(shù)據(jù)體系轉(zhuǎn)換為被測(cè)工件表面形態(tài)的具體圖像。
[0038]本發(fā)明所提供的接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，解決了使用光學(xué)設(shè)備測(cè)量薄板材類元件尺寸時(shí)所無法避免的技術(shù)問題，包括由于材料表面類鋸齒狀微觀形態(tài)所導(dǎo)致的測(cè)量偏差，以及機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)對(duì)測(cè)量精度的限制，等等。該測(cè)量儀不僅能夠提高薄板材類元件表面尺寸特征的測(cè)量精度，而且可以提高測(cè)量過程的自動(dòng)化程度和工作效率。
[0039]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，包括: 控制系統(tǒng)，其包括數(shù)控模塊、計(jì)算模塊、顯示模塊； 軸系統(tǒng)，其包括固定在水平面上的Y軸、沿水平面垂直安裝在Y軸上并沿Y軸運(yùn)動(dòng)的X軸、以垂直于水平面方向安裝在X軸上并沿X軸運(yùn)動(dòng)的Z軸，所述軸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)中的數(shù)控模塊連接； 測(cè)頭，其安裝在Z軸上并沿Z軸運(yùn)動(dòng)，包括導(dǎo)軌模、導(dǎo)芯，所述導(dǎo)芯穿過導(dǎo)軌模，所述導(dǎo)軌模含有導(dǎo)軌模進(jìn)氣口，其內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)氣槽，充氣后可在導(dǎo)軌模內(nèi)表面與導(dǎo)芯外表面之間形成空氣導(dǎo)軌，所述導(dǎo)芯內(nèi)部為空心，其頂部設(shè)有用于向內(nèi)部充氣的導(dǎo)芯進(jìn)氣口，其底部還連接有彈簧，所述彈簧設(shè)置在導(dǎo)芯和測(cè)頭底部的底板之間，其下端連接有向下穿過底板的探針，所述導(dǎo)芯頂部還連接有光柵尺，其與激光位移傳感器平行連接，所述激光位移傳感器與控制系統(tǒng)中的計(jì)算模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，所述Y軸共有兩根，其平行安裝在水平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，所述測(cè)頭采用垂直立式安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，所述導(dǎo)芯只能在導(dǎo)軌模內(nèi)部沿垂直于水平面方向運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，所述導(dǎo)氣槽的截面形狀為U字形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀，其特征在于，所述數(shù)控模塊、計(jì)算模塊安裝在計(jì)算機(jī)中，所述顯示模塊包括顯示器。
7.一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀的使用方法，其特征在于，含有以下步驟: Ql:通過導(dǎo)軌模進(jìn)氣口向?qū)獠鄢淙霘怏w，在導(dǎo)軌模與導(dǎo)芯之間形成氣膜層，使導(dǎo)芯處于無摩擦的懸浮狀態(tài)； Q2:通過導(dǎo)芯進(jìn)氣口向?qū)局谐淙霘怏w，調(diào)整內(nèi)部氣壓，使導(dǎo)芯和探針在垂直于水平面方向上處于力學(xué)平衡狀態(tài)； Q3:控制測(cè)頭沿Z軸向下移動(dòng)，使探針頂端與被測(cè)工件表面接觸，微量增加導(dǎo)芯內(nèi)部壓力，使作用在探針上的向下的作用力略大于向上的作用力，以保證探針頂端以足夠但不至于劃傷表面的測(cè)量力與被測(cè)工件持續(xù)接觸； Q4:測(cè)頭中的激光位移傳感器記錄Z軸此時(shí)所在的高度值； Q5:軸系統(tǒng)復(fù)位，通過數(shù)控模塊設(shè)定軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，開始測(cè)量； Q6:X軸、Y軸帶動(dòng)測(cè)頭按照預(yù)設(shè)路徑在工件表面連續(xù)掃描測(cè)量，激光位移傳感器不斷讀取高度數(shù)據(jù)并傳輸至計(jì)算模塊，最后得到由工件表面上的測(cè)量點(diǎn)以坐標(biāo)值、高度值所構(gòu)成的數(shù)據(jù)體系。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種接觸式薄板材尺寸自動(dòng)測(cè)量儀的使用方法，其特征在于，還含有以下步驟: Q7:在控制系統(tǒng)中集成3D數(shù)顯程序模塊，將所得到的數(shù)據(jù)體系轉(zhuǎn)換為被測(cè)工件表面形態(tài)的具體圖像。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104048625SQ201310078472
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】崔華 申請(qǐng)人:昆山允可精密工業(yè)技術(shù)有限公司